[实用新型]一种智能水杯的测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及智能水杯，尤其涉及智能水杯中的测量系统。

背景技术

在近些年的智能家居发展中，智能水杯是市场关注的热点之一。智能水杯的应用多种多样，通常是基于饮水量评估人的饮水习惯以评估其对健康的影响，这就要求水杯能够准确的测量饮水量。

传统的水杯，只能通过刻度线提供粗略的容量标示功能，因此无法将此种技术方案应用于智能水杯环境。针对该问题，本领域成熟的解决方案是使用电阻式压力重量传感器来实现，电阻应变式称重传感器基于金属丝在受拉或受压后会发生弹性变形，其电阻值也随之产生相应的变化这一物理特性实现。当电阻应变片的金属丝承受外力作用发生弹性变形时，它的长度L、截面积S以及电阻率ρ均会发生相应变化。此时其电阻相对变化为在钢制圆柱体上，成对地在纵向和横向上贴有R1，R2，R3，R4共4个电阻应变片，它们组成一个全桥式测量电路。由于电阻应变片组成的挢式电路是平衡的，电阻应变片的电阻变化会引起电桥的不平衡，从而输出电信号，该信号与物体的重量(mg)成正比，基于该物理原理计算水的重量。该方案在测量时需将水杯放置于一个稳定的平台，否则压力臂不会产生相应变形，因此该方法在具体应用中受到很大限制，对于常见的悬空接水等操作过程此种方案无法提供测量。

近年来也出现过另一种形式的智能水杯液位测量技术方案，通过在水杯的杯盖内侧加设超声波传感器，利用超声波反射时差测量液面高度。但这种方式依旧不能解决悬空接水等操作下的页面测量问题，并且该方案的超声波反射是在空气与水的连接处产生反射，由于空气与水对超声波的折射和反射参数不同，分界面处的回波反射存在一定的测量误差。

发明内容

针对现有技术的需要，本申请人经过大量研究发明了一种智能水杯的测量系统，通过将超声波元件安装在智能水杯的底部有效避免了噪音干扰和多次反射现象，提高了水杯中液面测量的准确性。

具体地说，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种智能水杯的测量系统，是安装于智能水杯底部的超声波测量元件，该超声波测量元件包括超声波传感器模组和与超声波传感器模组连接的微处理器模组；超声波传感器模组的发送器向水面方向发射超声波脉冲，超声波传感器模组的接收器接收由水面反射的反射回波，微处理器模组根据发生超声波脉冲和接收反射回波的时间差和超声波在水中的速度计算液面深度。

通过上述结构，超声波测量元件位于杯体的底部，在接水等操作时依旧可以进行准确的测量；同时，由于超声波测量元件位于底部，其发出的超声波脉冲在遇到水面分界面时直接反射，避免了多次反射和噪声的影响。反射回波被同一超声波传感器模组的接收器接收转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与超声波测量元件到被测介质表面的距离成正比。此距离值L与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：

L＝C×T/2，其中L为测量的距离长度；C为超声波在液体中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为从发射到接收的时间)。

为了提高测量元件的集成度，缩小测量元件的体积和厚度，所述超声波传感器模组为TDC1000，微处理器模组采用TDC7200作为时间数字转换器，采用MCU作为控制器，TDC1000、TDC7200、MCU相互通讯连接。

上述电路元件均可从德州仪器(Ti)够得，便于生产和应用。

附图说明

图1为本发明的智能水杯测量系统结构示意图；

图2为本发明的智能水杯测量系统电路示意图。

具体实施方式

参考图1，本实用新型的测量系统，安装于智能水杯1底部的超声波测量元件2，该超声波测量元件在测量中能够通过其中的超声波传感器向液面方向发出脉冲超声波，超声波经分界面反射后被同一传感器接收，转换成电信号，微处理器通过超声波的发射和接收之间的时间来计算液面距离。

参考图2，显示了本实用新型的测量系统的一种典型的电路实现，采用了TDC1000作为超声波传感器模组，采用了TDC7200作为时间数字转换器，采用了MSP430作为处理器。