用于测量物体的物理尺寸的装置、饮水设备和方法与流程

本发明涉及物体的物理尺寸检测领域，具体地涉及一种用于测量物体的物理尺寸的装置、饮水设备和方法。

背景技术：

应用于用电器中的测量物体的物理尺寸如物体高度的方案，一般通过电容感应方案或者超声波扫描等方案实现，其中电容感应方案中杯子必须贴近传感器导致应用不便，而超声波方案成本较高，因此目前还没有出现应用方便且成本低的方案。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的检测物体的物理尺寸的方案应用不方便或者成本高的问题，提供一种用于测量物体的物理尺寸的装置、饮水设备和方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于测量物体的物理尺寸的装置，装置包括：

信号接收器，被配置成接收从物体反射的至少一个反射信号；以及

处理器，与信号接收器连接，被配置成：

从信号接收器接收至少一个反射信号；

确定至少一个反射信号的信号大小；

根据信号大小确定物体的物理尺寸。

可选地，信号接收器包括沿一方向顺次排列的多个信号接收单元，多个信号接收单元与处理器的一输入端电连接；

其中，信号大小为多个信号接收单元中至少一个信号接收单元接收的至少一个反射信号的信号大小之和。

可选地，装置还包括模数转换电路，多个信号接收单元通过模数转换电路与处理器的输入端电连接。

可选地，输入端是模数转换端口。

可选地，装置还包括：

距离检测器，与处理器电连接，被配置成检测物体与信号接收器之间的距离；

处理器进一步被配置成：根据信号大小和距离确定物体的物理尺寸。

可选地，距离检测器包括以下中的至少一者：

超声波测距传感器；

红外测距传感器。

可选地，距离检测器包括多个信号接收单元中的一信号接收单元，信号接收单元与处理器的另一输入端电连接，处理器被配置成根据信号接收单元接收到的反射信号的大小确定距离。

可选地，另一输入端为模数转换端口。

可选地，装置还包括：

信号发射器，被配置成向物体发射信号。

可选地，信号发射器包括间隔设置的多个信号发射单元。

可选地，信号发射器包括多个信号发射单元，多个信号发射单元中的每一个信号发射单元与多个信号接收单元中的每一个信号接收单元配对。

可选地，物理尺寸包括长度、高度、宽度中的一者。

可选地，反射信号包括反射光信号。

可选地，反射光信号为红外反射光信号。

本发明第二方面提供一种饮水设备，饮水设备包括上述的用于测量物体的物理尺寸的装置。

可选地，饮水设备包括饮水机、饮料机、咖啡机中的一者。

本发明第三方面提供一种用于测量物体的物理尺寸的方法，方法包括：

接收从物体反射的至少一个反射信号；

确定至少一个反射信号的信号大小；以及

根据信号大小确定物体的物理尺寸。

可选地，方法还包括：

确定物体与用于接收至少一个反射信号的接收源之间的在接收方向上的距离；

根据信号大小确定物体的物理尺寸包括：根据信号大小和距离确定物体的物理尺寸。

可选地，物理尺寸包括长度、高度、宽度中的一者。

可选地，反射信号包括反射光信号。

通过上述技术方案，根据本发明方面的用于测量物体的物理尺寸的装置，通过设置信号接收器，接收从物体反射的反射信号，处理器与信号接收器连接，以此从信号接收器获取到该反射信号并确定其信号大小，并根据信号大小确定物体的物理尺寸，从而通过简单的方式实现检测到物体的物理尺寸，而且该装置占用的安装体积小，方便安装在用电设备上。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明的实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图；

图2示意性示出了根据本发明的另一实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图；

图3示意性示出了根据本发明的另一实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图；

图4示意性示出了根据本发明的另一实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图，其中示出了相同个数的信号发射单元与信号接收单元排列方式；

图5示意性示出了根据图4中的装置检测物体高度的一应用场景的示意图；

图6示意性示出了基于图4中的装置的电路原理简图；

图7示意性示出了光强度与水平距离的关系曲线；

图8示意性示出了物体的高度与光强度以及水平距离的关系曲线。

图9示意性示出了根据本发明实施方式的用于测量物体的物理尺寸的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明，若本发明实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1示意性示出了根据本发明的实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图。参考图1，在本发明的实施方式中，该装置包括信号接收器10，被配置成接收从物体反射的至少一个反射信号；以及

处理器20，与信号接收器10连接，被配置成：

从信号接收器10接收至少一个反射信号；

确定至少一个反射信号的信号大小；

根据信号大小确定物体的物理尺寸。

处理器20的示例可以包括但不限于，通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(dsp)、多个微处理器、与dsp核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)电路、其他任何类型的集成电路(ic)以及状态机等等。

其中，这里的物体的物理尺寸可以包括长度、高度和宽度中的一者。以该装置应用于饮水机上为例，可测量饮水机的出水口的下方的杯子的高度，以此根据测量得出的杯子的高度自动控制水龙头的出水量与之对应，从而无需用户手动控制出水的情况下实现杯子自动接水。在另外一些应用场景中，还可以通过该装置测量物体的长度或宽度。

在该实施方式中，信号接收器10通过其中的信号接收单元接收相对待测物体的位置固定的信号源发射并经物体反射后的反射信号，其中信号源可以是可见光、红外光或者超声波等信号，优选为红外光，因为红外光为不可见光，不会影响到用户对产品的使用时的体验，而且红外光源易通过低成本方式获得，如通过成本低廉的红外发射二极管即可产生。而通过接收反射信号的方式易于将信号接收器10和信号源方便安装在用电设备的同一侧，如当用电设备为饮水机时，方便将信号接收器10和信号源部分相互靠近安装在饮水机的壳体上，且与待测物体如水杯可相对靠近，以此使得信号接收器10和信号源占用的安装空间小，而且有利于减小饮水机设置的用于放置水杯的接水台的体积。如果采用对射的方式，即信号源和信号接收器10处于同一直线上，这样需要信号源与信号接收器10处于待测物体的两侧。以饮水机为例，需要安装信号源和信号接收器10的壳体有较大的安装位置，才可以容纳，从而不便于饮水机的小型化。

信号源的信号发射至物体时，一部分信号会越过物体直射出去，另一部分会经物体反射回来，当物体的高度不同时，经物体反射后的反射信号的信号大小也即信号强度不同。物体越高，则经反射回来的反射信号越多，因此信号大小越大；物体越低，则经反射回来的反射信号越少，因此信号大小越小。根据反射信号的信号大小可以建立与物体高度的对应关系，以此检测到物体的高度。通过实验可知，物体的高度与信号大小为一个线性的关系，因而通过实验可确定线性的关系函数，以此简单的实现根据信号大小的值确定物体的高度，具体可通过处理器20内部程序内置二者之间的函数关系式计算得到。

其中处理器20从信号接收器10获取到上述的反射信号，并以此进一步确定反射信号的信号大小。可以是通过处理器20的模数转换端口连接信号接收器10，以此根据接收到的信号接收器10发出的模拟信号量如电压值，将电压值转换成数字量，从而确定信号大小。如图1中所示通过模数转换端口ad1接收模拟信号。或者信号接收器10和处理器20之间增加模数转换器(图中未示出)，信号接收器10输出的模拟信号经模数转换器转换成数字信号后，通过处理器20的普通端口(例如i/o端口)就能接收到数字信号，以此确定信号大小。

本发明实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置，通过设置信号接收器10，接收从物体反射的反射信号，处理器20与信号接收器10连接，以此从信号接收器10获取到该反射信号并确定其信号大小，并根据信号大小确定物体的物理尺寸。从而通过简单的方式实现检测到物体的物理尺寸，而且该装置占用的安装体积小，方便安装在用电设备上。

图2示意性示出了根据本发明的另一实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图。在本发明的一较佳实施方式中，信号接收器10中的信号接收单元还可以是多个，这些多个信号接收单元沿一个方向顺次排列，多个信号接收单元与处理器20的一输入端电连接；其中，信号大小为多个信号接收单元中至少一个信号接收单元接收的至少一个反射信号的信号大小之和。

在该实施方式中，不同于上一实施方式中的信号接收器10中的信号接收单元为单个，设置了多个信号接收单元且沿一个方向顺次排列。其中排列的方向优选为沿着物体要检测的的物理尺寸的方向，如检测物体的高度时，可以沿着物体的高度方向顺次排列；检测物体的长度时，则沿着物体的长度方向顺次排列。通过处理器20的一个输入端获取到上述多个信号接收单元接收的反射信号的汇总。如图2所示，信号接收器10包括信号接收单元11至信号接收单元14四个信号接收单元，每个信号接收单元的输出均汇总输入到处理器20的一个模数转换端口ad1，以此处理器20通过一个模数转换端口获取到这四个信号接收单元接收的信号大小之和。

由于信号接收器10包括了多个沿一个方向顺次排列的信号接收单元，每个信号接收单元都接收反射信号，如果发送发射信号的信号源不止一个，则每个信号接收单元接收到的也为不止一个的信号源经物体反射的反射信号。如以检测物体高度为例，多个信号接收单元沿着物体的高度方向顺次排列，而信号源为红外光信号，也为多个，此时处理器20的一个模数转换端口获取到的是这些信号接收单元沿着物体的高度方向接收到多个红外光信号的大小之和。相对单个信号接收单元接收反射信号，多个反射信号的大小之和能更加准确的反应物体的高度，从而更加准确的检测到物体的高度。

与上一实施方式类似，上述的多个信号接收单元还可通过一个模数转换电路与处理器20的输出端电连接，以此处理器20的输入端无需为模数转换端口，为普通的端口即可获取到反射信号的信号大小之和。

在本发明的一较佳实施方式中，上述用于测量物体的物理尺寸的装置还包括：

距离检测器，与处理器20电连接，被配置成检测物体与信号接收器10之间的距离；

处理器20进一步被配置成：根据信号大小和距离确定物体的物理尺寸。

在该实施方式中，在装置中增加距离检测器，并以此增加距离参数和反射信号的大小一起确定物体的物理尺寸。

当信号接收器10与物体的距离不同时，则接收器接收到的反射信号的信号大小不同，物体距离信号接收器10越远，则接收的反射的信号的信号大小越小；而物体距离信号接收器10越近，则接收的反射的信号的信号大小越大。因此将信号接收器10与物体的距离参数纳入确定物体的物理尺寸的计算方案中会使得最终得到物理尺寸更加准确。

其中距离检测器可以是单独设置的测距的设备，如超声波测距传感器或者红外测距传感器，优选为与信号接收器10相同的信号接收设备，如都为低成本的红外测距传感器，且该距离检测器可以与信号接收器10处于相同位置，以此二者与物体的距离相同，这样距离检测器检测的距离即为信号接收器10与物体的距离。当然二者与物体的距离也可以不同，此时需要将距离检测器检测的距离进行比例换算为信号接收器10与物体的距离。以此通过接收经物体反射的红外信号，并根据红外信号的大小确定信号接收器10与物体的距离。

具体地，如图2所示，该距离检测器由信号接收单元15组成，其连接到处理器20的另一个模数转换端口ad2。信号接收单元15接收经物体反射的反射信号，此时信号接收单元15与信号接收单元11至15可以靠近设置，与信号接收单元11至15接收的反射信号的信号源可以相同或者不同，优选为独立的信号源。此时处理器20通过模数转换端口ad2获取到反射信号的大小以此确定信号接收器10与物体的距离。

优选地，上述的距离检测器为信号接收器10中的多个信号接收单元中的一个，如图2中所示的为信号接收单元15，其为信号接收器10中的一个信号接收单元。以此使得距离检测器设置于信号接收器10中，有利于减小二者的体积，方便二者安装在用电设备上。

在本发明的一较佳实施方式中，上述的用于测量物体的物理尺寸的装置还包括：信号发射器30，被配置成向物体发射信号。

在该实施方式中，装置增加信号发射器30，在前述的实施方式中，信号接收器10接收的信号可以是独立的信号源，如独立设置于用电设备中的红外发射器，该红外发射器相对装置为独立设置，而在该实施方式中，将信号发射器30和信号接收器10一同设置于装置中。

该信号发射器30可以由一个信号发射单元组成，此时一个信号发射单元发射的信号经物体反射后，被信号接收器10中的一个或者多个信号接收单元接收。

图3示意性示出了根据本发明的另一实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图。图3在图2上增加发射器。如图3所示优选地，信号发射器30可以是多个信号发射单元，这些信号发射单元优选为沿着物体的物理尺寸方向间隔排列，如测量物体的高度时，沿着物体的高度方向间隔等距排列。其中信号发射单元的个数可以与信号接收单元的个数不同，也可以相同，优选为相同。在图3中，多个信号发射单元的控制端都连接到处理器20的一个普通端口，由该端口同时控制这些信号发射单元的开启和关闭。

进一步的，距离检测器还包括信号发射单元，如图3中，距离检测器包括信号发射单元35和信号接收单元15，而且信号发射单元35为信号发射器30中的一个，信号接收单元15为信号接收器10中的一个，这样使得信号发射器30和信号接收器10共同集成了距离检测器，从而不需要单独设置距离检测器，有利于减少整个装置的体积。

图4示意性示出了根据本发明的另一实施方式的用于测量物体的物理尺寸的装置的框图，其中示出了相同个数的信号发射单元与信号接收单元排列方式。当信号发射单元的个数与信号接收单元的个数相同时，优选地，多个信号发射单元中的每一个信号发射单元与多个信号接收单元中的每一个信号接收单元配对。以红外信号为例，此时每一个红外发射头和每一个红外接收头组成对管，二者并列设置。在图4中，每一个配对的信号发射单元和信号接收单元组成一个检测单元，如信号发射单元31和信号接收单元11组成配对的检测单元110。从而信号发射器30中的每一个信号发射单元和信号接收器10中的每一个信号接收单元一起组成检测单元，如图4中组成检测单元110至150，这些检测单元一起组成包含信号发射器30和信号接收器10的检测设备。这些检测单元优选为等距排列，以此使得每个信号接收单元接收的反射信号主要由与之配对的信号发射单元发出，从而使得接收的总信号大小跟随物体的高度呈线性关系，方便根据信号大小来计算高度。

图5示意性示出了根据图4中的装置检测物体高度的一应用场景的示意图。参考图5，由多个检测单元组成的检测设备发射的信号，其中一部分经物体反射再被检测设备接收。以红外信号为例，在图5中，检测单元120至150发出的红外信号都能被物体反射回来再被其接收，而检测单元110所在的位置高于物体的高度，因此其发射的红外信号不能被接收。而且检测单元150单独用于距离检测器，处理器20通过获取检测单元150检测的红外反射信号确定红外信号的大小，根据红外信号的大小确定距离l；而且处理器20根据检测单元110至140检测的红外发射信号确定这些红外信号的大小，并根据这些红外信号的大小和上述的距离l最终确定出物体的高度。

图6示意性示出了基于图4中的装置的电路原理简图。参考图6，其中红外发射头led1至led5构成红外发射器，红外接收头re1至re5构成红外接收器，而且红外发射头led5和红外接收头re5组成距离检测器，红外发射器和红外接收器组成上述的检测设备。红外发射头led1至led5并联后通过三极管q1连接，三极管q1的基极连接到处理器20的端口p1，红外接收头re1至re4的输出端并联后连接到处理器20的模数转换端口ad1，红外接收头re5的输出端连接到处理器20的另一模数转换端口ad2。

基于该电路的装置检测物体高度的原理如下：

处理器20的端口p1控制三极管q1导通，使得红外发射头led1至led5发射红外光，其中处理器20的模数转换端口ad2接收到红外接收头re5输出的第一电压信号，该第一电压信号为接收的红外发射头led5发射并经物体反射的红外光的大小。处理器20经过内部的模数转换电路，将电压模拟信号转换成第一数值，以此确定检测设备与物体的水平距离。

通过实验发现，光的信号大小即光强度与物体的水平距离成线性反比关系，即l＝k/x1，其中l为水平距离，x1为红外接收头re5接收到的光强度，即处理器20通过模数转换端口ad2获取的第一数值，二者的关系如图7所示。k值是一个固定的常数，通过前期的实验的样本信息可确定k值，因而再代入上述公式即可方便确定得到水平距离l。

红外接收头re1至re4输出的电压信号，分别经电阻r1至r4并联至处理器20的模数转换端口ad1，使得这其中的每个红外接收头输出的电压信号转换成电流并入模数转换端口ad1，并经与模数转换端口ad1连接的内部模式转换电路转换成电压信号，再转换成第二数值。因此第二数值为每路红外接收头输出的电压信号的累加。也即第二数值为每路红外接收头接收的光强度信号的总和。

通过实验发现当检测设备与物体的水平距离l固定的情况下，第二数值即上述光强度的总和与物体的高度成线性正比关系，当物体越高时，能反射回的红外发射头发射的红外信号越多，则接收到的光强度的总和越大，反之越小。再考虑检测设备与物体的水平距离l之后，物体的高度与第二数值之间的关系如图8所示。

其中l1和l2为不同的水平距离时物体高度与第二数值的关系，其中l1＜l2，即检测设备与物体越近时，光强度的总和即第二数值越大。

根据图8中的这三者的关系曲线易得到计算高度的下述公式：

h＝ax2+l；

其中h为物体的高度，l为水平距离，x2为第二数值，a值是一个固定的常数，通过前期的实验的样本信息可确定a值，在将上述l的计算公式代入最终得到：

h＝ax2+k/x1；

由于a和k都为特定的常数，因此只需要确定光强度的第一数值x1和第二数值x2即可计算物体的高度h。由于计算公式相对简单，因而不会占用处理器20的计算资源，因而处理器20可以采用低成本的计算能力弱的处理器20，以此降低整个装置的成本。

本发明实施方式还提出一种饮水设备，饮水设备包括上述的用于测量物体的物理尺寸的装置。其中该饮水设备包括饮水机、饮料机、咖啡机中的一者。这些设备具有出液口，在出液口的下方可放置盛液容器如水杯，以接水或者饮料等液体。由于本装置信号接收器接收经待测量物体反射的反射信号，因此信号接收器和信号发射器可以设置于同侧，可方便安装于饮水设备的一侧。从而方便针对具有开放式的接水台的饮水设备来安装该装置，如果不采用反射方式而采用对射方式，这信号接收器和信号发射器须设置于水杯的两侧，对饮水设备的接收台的结构有限制，因而限制了饮水设备的应用。而且该装置易采用现有的低成本的信号发射器和信号接收器，如红外信号发射头和红外信号接收头组成装置，其成本低廉，且该装置的确定物理尺寸的计算过程简单，因此对处理器的要求低，从而整体上使得该装置的成本低廉，方便推广应用。

图9示意性示出了本发明实施方式的用于测量物体的物理尺寸的方法的流程图。参考图9，该控制方法包括：

步骤s10、接收从物体反射的至少一个反射信号；

步骤s20、确定至少一个反射信号的信号大小；

步骤s30、根据信号大小确定物体的物理尺寸。

在步骤s10中，这里的反射信号可通过信号接收器接收相对待测物体的位置固定的信号源所发射并经物体反射后的反射信号，其中信号源可以是可见光、红外光或者超声波等信号，优选为红外光，因为红外光为不可见光，不会影响到用户对产品的使用时的体验，而且红外光源易通过低成本方式获得，如通过成本低廉的红外发射二极管即可产生。这里的物体的物理尺寸包括长度、高度和宽度中的一者。

在步骤s20中，确定信号大小时，具体可通过信号接收器接收到反射信号后，将信号转换成模拟量如电压信号，与信号接收器连接的处理器的模数转换端口获取到该电压信号，并将该电压信号的大小通过处理器内置的模数转换器转换成数值，从而确定该信号大小。

在步骤s30中，以物理尺寸为高度为例，信号源的信号发射至物体时，一部分信号会越过物体直射出去，另一部分会经物体反射回来，当物体的高度不同时，经物体反射后的反射信号的信号大小也即信号强度不同，具体物体越高，则经反射回来的反射信号越多，因此信号大小越大；物体越短，则经反射回来的反射信号越少，因此信号大小越小。从而根据此反射信号的信号大小可以建立与物体高度的对应关系，以此检测到物体的高度。通过实验可知，物体的高度与信号大小为一个线性的关系，因而通过实验可确定线性的关系函数，以此简单的实现更加信号大小的值确定物体的高度。而处理器的内部程序可内置二者之间的函数关系式计算得到。

本发明实施方式的用于测量物体的物理尺寸的方法，通过接收从物体反射的至少一个反射信号，并确定至少一个反射信号的信号大小，最后根据信号大小确定物体的物理尺寸。从而采用简单的方法实现了检测到物体的物理尺寸，而且由于基于获取反射信号的方式，信号接收器和发射信号的信号源可处于同一侧，以此使得信号接收器和信号源占用的安装空间小，方便安装在用电设备上。

上述实施方式在检测物体的物理尺寸时，如果物体与信号接收器的距离不同，则信号接收器接收到的反射信号的大小也不同，因此针对物体与信号接收器距离可变的情况，需考虑距离参数产生的影响。在本发明的一较佳实施方式中，控制方法还包括：

确定物体与用于接收至少一个反射信号的接收源之间的在接收方向上的距离；

根据信号大小确定物体的物理尺寸包括：根据信号大小和距离确定物体的物理尺寸。

当信号接收器与物体的距离不同时，则接收器接收到的反射信号的信号大小不同，具体的物体距离信号接收器越远，则收的反射的信号的信号大小越小；而物体距离信号接收器越近，则收的反射的信号的信号大小越大。因此将信号接收器与物体的距离参数纳入确定物体的物理尺寸的计算方案中会使得最终得到物理尺寸更加准确。

其中检测物体与信号接收器之间的距离，可以是单独设置的测距的设备，如超声波测距传感器或者红外测距传感器，优选为与信号接收器相同的信号接收设备，如都为低成本的红外测距传感器，且该距离检测器可以与信号接收器处于相同位置，以此二者与物体的距离相同，这样距离检测器检测的距离即为信号接收器与物体的距离。

本发明实施方式还提出一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令被处理器执行时使得该处理器能够执行上述任意实施方式中描述的用于测量物体的物理尺寸的方法。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。