专利名称：浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，属于传感器技术与家用电器技术领域。
背景技术：
普通的饮水机只能提供常温水、热水、冰水；普通的饮料机只能提供几种固定种类的 饮料，比如可乐、雪碧、咖啡等；而饮料售卖机虽然种类有所增加，但是种类也是相对固 定，并且有限。还有，咖啡机、苏打水机更是局限在某一种饮料上。这些装置都不能满足 人群中的各种口味。
因此，设计一种多功能饮料机，其核心思想是将饮料浓縮以后包装成统一的胶囊，胶 囊呈近似圆柱形，底部印刷有表示饮料种类的点阵码。多功能饮料机利用其点阵码识别装 置读取胶囊的码值，从而确定饮料种类，然后利用特殊装置将浓縮饮料从胶囊中挤出，并 根据识别的饮料种类，以不同的速度和不同的比例，配兑苏打水，冰水或者热水等，这样 就实现供应大量种类的饮料。
现有的条形码技术，已经很成熟，应用也很普遍，但是识别的技术难度较大，并且硬 件成本特别高，不利于产品的推广。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，采用检测红外反射能量强度的方法识 别浓縮饮料胶囊的点阵码，通过精心的电路设计和算法设计，实现了电路器件数量最少，成 本低，工作可靠的目标。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是-
浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，包含丝杆，丝杆电机和电子识别装置，所述的丝杆电 机与所述的丝杆连接，可驱动所述的丝杆前行或者后退，所述的电子识别装置设置在所述的 丝杆前端，非固定连接，可以跟随所述的丝杆前后运动而不旋转，所述的电子识别装置，包 括，
—能执行数据采集与处理算法的单片机；
一与所述的单片机连接的模拟多路开关，用于输出红外发射控制信号和输入红外接收信
号
一与所述的模拟多路开关连接的红外发射阵列，用于发射红外信号； 一与所述的模拟多路开关连接的红外接收阵列，用于接收红外信号；
一与所述的模拟多路开关和单片机连接的红外信号处理电路，用于对红外信号进行放滤波；
一与所述的单片机连接的轻触丌关S1，设置在所述的电子识别装置的前端，用于控制所 述的电子识别装置与浓縮饮料胶囊的距离；
还包括，设置在所述的单片机中的数据采集与处理算法。
所述的模拟多路开关，设置X通道，Y通道和电阻R1，所述的X通道，包括X通道的 公共端和至少两个X通道端口，所述的Y通道，包括Y通道的公共端和至少两个Y通道端 口，所述的电阻R1， 一端连接电源VCC， 一端连接所述的X通道的公共端，所述的Y通道 的公共端连接所述的红外信号处理电路。
所述的模拟多路开关的X通道端口，与所述的红外发射阵列连接；所述的模拟多路开关 的Y通道端口，与所述的红外接收阵列连接。
所述的模拟多路开关，由所述的单片机控制所述的X通道和Y通道的导通或者断开，以 及设置所述的X通道的公共端与所述的X通道端口的某个端口连接，设置所述的Y通道的 公共端与所述的Y通道端口的某个端口连接。
所述的红外发射阵列，设置电阻R2和至少两组并列的三极管和红外发射管，所述的三 极管的集电极与所述的红外发射管的阴极相连，所述的红外发射管的阳极相互连接，并连接 所述的电阻R2，所述电阻R2另一端连接所述的电源VCC，所述的三极管的发射极接地，所 述的三极管的基极连接所述的模拟多路开关的X通道端口。
所述的红外接收阵列，设置至少两个并列的红外接收管，所述的红外接收管的阴极连接 所述的电源VCC，阳极连接所述的模拟多路开关的Y通道端口 。
所述的红外信号处理电路包括，电阻R4和电阻R3连接所述的模拟多路开关的Y通道公 共端，所述的电阻R3另一端接地，所述的电阻R4另一端连接运算放大器(9)的同相输入端， 所述的运算放大器(9)的反相输入端连接输出端；所述的运算放大器(9)的输出口连接运算放大 器(10)的同相输入端，所述的运算放大器(10)的反相输入端连接电阻R5、电阻R6和电容C1， 所述的电阻R5另一端接地，所述的电阻R6和电容Cl的另一端连接所述的运算放大器(IO) 的输出端，所述的连接运算放大器(10)的输出端连接电阻R7，所述的电阻R7另一端连接单 片机l的AD端口。
还包括印刷在所述的浓縮饮料胶囊底部的点阵码，用于标识不同类型的饮料，所述的点 阵码，设置成黑色和白色，并且在圆周方向上设置至少两个，黑色码最少一个。 所述的数据采集与处理算法，包括以下几个步骤
(1)、所述的丝杆电机驱动所述的丝杆前进，靠近所述的浓縮饮料胶囊的底部，直到所述 的单片机检测到所述的轻触开关S1闭合；(2) 、所述的丝杆电机驱动所述的丝杆后退 -定距离；
(3) 、所述的单片机设置所述的X通道的公共端与所述的X通道端口的第一端口 X0连接， 同时所示的Y通道的公共端与所述的Y通道端口的第一端口 Y0连接，使所述的三极管Ql 导通，所述的红外发射管D1工作，所述的红外接收管D5接收信号，信号经过所述的模拟多 路开关，送到所述的红外信号处理电路进行放大滤波，由所述的单片机进行AD采样，采集 信号为V0;.同样，所述的单片机设置所述的三极管Q2导通，所述的红外发射管D2工作， 所述的红外接收管D6接收信号，采集信号为VI;同样，所述的单片机设置所述的三极管 Q3导通，所述的红外发射管D3工作，所述的红外接收管D7接收信号，采集信号为V2;同 样，所述的单片机设置所述的三极管Q4导通，所述的红外发射管D4工作，所述的红外接收 管D8接收信号，采集信号为V3;
(4) 、所述的单片机进行数据处理，取最小值MIN为VO， VI， V2， V3中的最小值，取 最大值MAX为V0， VI ， V2， V3中的最大值，然后取平均值AVG = (MAX+MIN) / 2;
(5) 、进一步，求取所述的点阵码的码值dO， dl， d2， d3:如果VOAVG，贝ijd0二l，否 则加=0;如果V1〉AVG，则dl二l，否则dl二0;如果V2〉AVG，则d2二l，否贝'J d2 = 0; 如果V3〉AVG，则d3-l，否则d3二0。
实施本发明的积极效果是1、通过精心的电路设计和算法设计，实现了电路数量最少，
成本低；2、工作可靠，抗干扰能力强。
图1是浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置的结构示意图2是浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置的系统框图3是浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置的单片机电路原理图4是浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置的模拟多路开关、红外发射阵列、红外接收阵 列的电路原理图5是浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置的红外信号处理电路原理图； 图6是浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置的模拟多路开关的真值表；
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明
参照图l一6，浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，包含电子识别装置1，丝杆2，丝杆电 机3。所述的丝杆电机3与所述的丝杆2连接，可驱动所述的丝杆2前行或者后退，所述的 电子识别装置1设置在所述的丝杆2前端，非固定连接，可以跟随所述的丝杆2前后运动而 不旋转。
7所述的电子识别装置1，包括能执行数据采集与处理算法的单片机4，与所述的单片机4 连接的模拟多路开关5，用于输出红外发射控制信号和输入红外接收信号，与所述的模拟多 路丌关5连接的红外发射阵列6，用于发射红外信号，弓所述的模拟多路开关5连接的红外 接收阵列7，用于接收红外信号，与所述的模拟多路开关5和单片机4连接的红外信号处理 电路8，用于对红外信号进行放大滤波，与所述的单片机4连接的轻触开关S1，设置在所述 的电子识别装置1的前端，用于控制所述的电子识别装置1与浓缩饮料胶囊的距离，还包括， 设置在所述的单片机4中的数据采集与处理算法。
所述的模拟多路开关5，设置X通道，Y通道和电阻R1。其中，所述的X通道，包括X 通道的公共端XCOM和四个X通道端口， X0， XI， X2， X3;所述的Y通道，包括Y通道 的公共端YCOM和四个Y通道端口， Y0， Yl， Y2， Y3。所述的电阻R1， 一端连接电源VCC， 一端连接所述的X通道的公共端XCOM，所述的Y通道的公共端YCOM连接所述的红外信 号处理电路8。所述的模拟多路开关5的禁止端INH连接所述的单片机4的Pl端口，所述的 模拟多路开关5的通道选择端口 一A端口和B端口 ，分别连接所述的单片机4的P2端口和 P3端口 。所述的单片机4控制所述的X通道和Y通道的导通或者断开，以及设置所述的X 通道的公共端XCOM与所述的X通道端口的某个端口连接，设置所述的Y通道的公共端 YCOM与所述的Y通道端口的某个端口连接。所述的模拟多路开关5可选择德州仪器的芯片 CD4052B，作为实施的器件。
所图6所示，当所述的单片机4通过Pl端口设置INH=1时，所述的X通道和Y通道都 关闭；当所述的单片机4通过Pl端n设置INH=0时，所述的P2端口、 P3端口设置所述的 模拟多路开关5的A端口和B端口，选择所述的X通道端口 X0， XI， X2, X3以及Y通道 端口 Y0, Yl ， Y2, Y3分别与所述的X通道的公共端XCOM和Y通道的公共端YCOM连 接。
所述的模拟多路开关5的X通道端口，与所述的红外发射阵列6连接，所述的模拟多路 开关5的Y通道端口，与所述的红外接收阵列连接。
所述的红外发射阵列6，用于发射红外信号。所述的红外发射电路6，采用如图4所示的 电路，设置四组并列的三极管和红外发射管，所述的三极管的集电极与所述的红外发射管的 阴极相连，所述的红外发射管的阳极相互连接，并连接电阻R2，所述的电阻R2另一端连接 所述的电源VCC,所述的三极管的发射极接地，基极连接所述的模拟多路开关5的X通道端 口。因为红外发射管不同时工作，因此共用所述的电阻R2，这样可以减少器件数量，并且三 极管的基极电阻也放置在所述的模拟多路开关5的X通道的公共端XCOM共同使用，也减 少了器件的数量。三极管可以选择9013作为实施的器件。所述的红外接收阵列7，用于接收红外信号。所述的红外接收阵列7，采用如图4所示的 电路，设置四个并列的红外接收管，阴极连接所述的电源VCC，阳极连接所述的模拟多路开 关5的Y通道端口 。所述的红外接收阵列7并非完整电路，缺少的接地电阻设置在所述的模 拟多路丌关5的Y通道公共端YCOM，这样可减少/器件的数量。
所述的红外信号处理电路8，用于对红外信号进行放大滤波。所述的红外信号处理电路8， 采用如图5所述的电路，包括电阻R3和电阻R4连接所述的模拟多路开关5的Y通道公共端 YCOM，所述的电阻R3另一端接地，所述的电阻R4另一端连接运算放大器9的同相输入端， 所述的运算放大器9的反相输入端连接输出端；所述的运算放大器9的输出口连接运算放大 器10的同相输入端，所述的运算放大器10的反相输入端连接电阻R5、电阻R6和电容Cl ， 所述的电阻R5另一端接地，所述的电阻R6和电容Cl的另一端连接所述的运算放大器10的 输出端，所述的运算放大器10的输出端连接电阻R7，所述的电阻R7另一端连接所述的单片 机1的AD端口。
所述的轻触开关Sl，设置在所述的电子识别装置1的前端，用于控制与所述的浓縮饮料 胶囊的距离。所述的轻触开关Sl —端接地，另一端连接所述的单片机4的P4端口和电阻R8， 所述的电阻R8另一端连接所述的电源VCC。
还包括，印刷在所述的浓縮饮料胶囊底部的点阵码，用于标识不同类型的饮料，所述的 点阵码，设置成黑色和白色，在圆周方向上设置四个，黑色码最多三个，最少一个，白色码 最多三个，最少一个。
所述的数据采集与处理算法，包括以下几个步骤
(1) 、所述的丝杆电机3驱动所述的丝杆2前进，靠近所述的浓縮饮料胶囊的底部，直到 所述的单片机4检测到所述的轻触开关Sl闭合；
(2) 、所述的丝杆电机3驱动所述的丝杆2后退一定距离；
(3) 、所述的单片机4设置所述的X通道的公共端XCOM与所述的X通道端口的第一端 口 X0连接，同时所示的Y通道的公共端YCOM与所述的Y通道端口的第一端口 Y0连接， 使所述的三极管Q1导通，所述的红外发射管D1工作，所述的红外接收管D5接收信号，信 号经过所述的模拟多路开关5，送到所述的红外信号处理电路8进行放大滤波，由所述的单 片机4进行AD采样，采集信号为V0;同样，所述的单片机4设置所述的三极管Q2导通， 所述的红外发射管D2工作，所述的红外接收管D6接收信号，采集信号为V1;同样，所述 的单片机4设置所述的三极管Q3导通，所述的红外发射管D3工作，所述的红外接收管D7 接收信号，采集信号为V2;同样，所述的单片机4设置所述的三极管Q4导通，所述的红外 发射管D4工作，所述的红外接收管D8接收信号，采集信号为V3;(4) 、所述的单片机进行数据处理，取最小值MIN为VO， VI， V2， V3中的最小值，取 最大值MAX为VO， VI， V2， V3中的最大值，然后取平均值AVG = (MAX+MIN) / 2;
(5) 、进一步，求取所述的点阵码的码值dO， dl， d2， d3:如果VOAVG，则犯=1，否 则dO,如果V1〉AVG'则(11 = 1，否则dl二0;如果V2〉AVG，则d2二l，否则d2二0; 如果V3〉AVG，则d3二l，否则d3二0。
经过所述的数据采集与处理算法，所述的单片机4获取了浓缩饮料的种类，然后执行与 浓缩饮料种类对应的程序进行饮料制取。
权利要求
1、浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置，包含丝杆，丝杆电机和电子识别装置，所述的丝杆电机与所述的丝杆连接，可驱动所述的丝杆前行或者后退，所述的电子识别装置设置在所述的丝杆前端，非固定连接，可以跟随所述的丝杆前后运动而不旋转，其特征在于所述的电子识别装置，包括，-能执行数据采集与处理算法的单片机；-与所述的单片机连接的模拟多路开关，用于输出红外发射控制信号和输入红外接收信号；-与所述的模拟多路开关连接的红外发射阵列，用于发射红外信号；-与所述的模拟多路开关连接的红外接收阵列，用于接收红外信号；-与所述的模拟多路开关和单片机连接的红外信号处理电路，用于对红外信号进行放大滤波；-与所述的单片机连接的轻触开关S1，设置在所述的电子识别装置的前端，用于控制所述的电子识别装置与浓缩饮料胶囊的距离；还包括，设置在所述的单片机中的数据采集与处理算法。
2、 根据权利要求1所述的浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的模拟多路 开关，设置X通道，Y通道和电阻R1，所述的X通道，包括X通道的公共端和至少两个X 通道端U，所述的Y通道，包括Y通道的公共端和至少两个Y通道端口，所述的电阻Rl, 一端连接电源VCC， 一端连接所述的X通道的公共端，所述的Y通道的公共端连接所述的 红外信号处理电路。
3、 根据权利要求2所述的浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的模拟多路 开关的X通道端口，与所述的红外发射阵列连接。
4、 根据权利要求2所述的浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的模拟多路 开关的Y通道端口，与所述的红外接收阵列连接。
5、 根据权利要求l所述的浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的模拟多路 开关，由所述的单片机控制所述的X通道和Y通道的导通或者断开，以及设置所述的X通 道的公共端与所述的X通道端口的某个端口连接，设置所述的Y通道的公共端与所述的Y 通道端口的某个端口连接。
6、 根据权利要求l所述的浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的红外发射 阵列，设置电阻R2和至少两组并列的三极管和红外发射管，所述的三极管的集电极与所述 的红外发射管的阴极相连，所述的红外发射管的阳极相互连接，并连接所述的电阻R2，所述 电阻R2另一端连接所述的电源VCC，所述的三极管的发射极接地，所述的三极管的基极连接所述的模拟多路丌关的X通道端口 。
7、 根据权利要求l所述的浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的红外接收阵列，设置至少两个并列的红外接收管，所述的红外接收管的阴极连接所述的电源VCC，阳 极连接所述的模拟多路丌关的Y通道端口 。
8、 根据权利要求1所述的浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的红外信号处理电路包括，电阻R3和电阻R4连接所述的模拟多路开关的Y通道公共端，所述的电阻 R3另一端接地，所述的屯阻R4另一端连接运算放大器(9)的同相输入端，所述的运算放大器 (9)的反相输入端连接输出端；所述的运算放大器(9)的输出口连接运算放大器(10)的同相输入 端，所述的运算放大器(10)的反相输入端连接电阻R5、电阻R6和电容C1，所述的电阻R5 另一端接地，所述的电阻R6和电容C1的另一端连接所述的运算放大器(10)的输出端，所述 的连接运算放大器(10)的输出端连接电阻R7，所述的电阻R7另一端连接单片机1的AD端 卩。
9、 根据权利要求1所述的浓縮饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是还包括印刷在所述的浓縮饮料胶囊底部的点阵码，用于标识不同类型的饮料，所述的点阵码，设置成黑色和 白色，并且在圆周方向上设置至少两个，黑色码最少一个。
10、 根据权利要求1所述的浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置，其特征是所述的数据采 集与处理算法，包括以下几个步骤(1) 、所述的丝杆电机驱动所述的丝杆前进，靠近所述的浓縮饮料胶囊的底部，直到所述 的单片机检测到所述的轻触开关S1闭合；(2) 、所述的丝杆电机驱动所述的丝杆后退一定距离；(3) 、所述的单片机设置所述的X通道的公共端与所述的X通道端口的第一端口 X0连接，同时所示的Y通道的公共端与所述的Y通道端口的第一端口 Y0连接，使所述的三极管Ql 导通，所述的红外发射管D1工作，所述的红外接收管D5接收信号，信号经过所述的模拟多 路开关，送到所述的红外信号处理电路进行放大滤波，由所述的单片机进行AD采样，采集 信号为V0;同样，所述的单片机设置所述的三极管Q2导通，所述的红外发射管D2工作， 所述的红外接收管D6接收信号，采集信号为VI;同样，所述的单片机设置所述的三极管 Q3导通，所述的红外发射管D3工作，所述的红外接收管D7接收信号，采集信号为V2;同 样，所述的单片机设置所述的三极管Q4导通，所述的红外发射管D4工作，所述的红外接收 管D8接收信号，采集信号为V3;(4) 、所述的单片机进行数据处理，取最小值MIN为VO， VI， V2， V3中的最小值，取 最大值MAX为VO， VI， V2， V3中的最大值，然后取平均值AVG = (MAX+MIN) / 2;(5)、进一iP，求収所述的点阵码的码值dO， dl， d2， d3:如果VOAVG，则(10=1，否 则d0:0;如果V1〉AVG，则dl二l，否则dl二0;如果V2〉AVG，则d2二l，否贝U d2-0; 如果V3〉AVG，则d3二l，否则d3二0。
全文摘要
本发明公开了一种浓缩饮料胶囊的点阵码识别装置，具体的说是采用红外检测的方式进行浓缩饮料胶囊点阵码识别，从而判断饮料种类的机电装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包含丝杆，丝杆电机，电子识别装置。丝杆电机与丝杆连接，可驱动所述的丝杆前行或者后退；电子识别装置设置在丝杆前端，非固定连接，可以跟随所述的丝杆前后运动而不旋转，包括能执行数据采集与处理算法的单片机，模拟多路开关，红外发射阵列，红外接收阵列，红外信号处理电路，以及与所述的单片机连接的轻触开关。单片机执行数据采集与处理算法进行点阵码数据的采集和处理。实施本发明以后，采用检测红外反射能量强度的方法识别浓缩饮料胶囊的点阵码，通过精心的电路设计和算法设计，实现了电路器件数量最少，成本低，工作可靠的目标。
文档编号G06K7/10GK101630359SQ20091016459
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者瑜 刘, 方曙光, 亮 林, 陈文洲 申请人:瑜 刘