一种标识使用者身份的智能水杯.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201510817750.2 (22)申请日 2015.11.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 105249762 A (43)申请公布日 2016.01.20 (73)专利权人 成都小爱未来智慧科技有限公司 地址 610000 四川省成都市高新区天府三 街69号1栋27层2719号 (72)发明人 王东旭 杨勇 (74)专利代理机构 北京天奇智新知识产权代理 有限公司 11340 代理人 杨春 (51)Int.Cl. A47G 19/22(2006.01)

2、审查员 陈婷 (54)发明名称 一种标识使用者身份的智能水杯 (57)摘要 本发明为了让使用者能够方便地分辨出自 己使用的水杯， 并在使用错误水杯的时候向使用 者提示相应信息， 以及在不同地理位置、 海拔等 因素的前提下的准确饮水量， 克服水杯倾斜以及 重力加速度对饮水量计算造成的误差， 并提高使 用者在设置习惯提醒时的用户体验， 提供了一种 标识使用者身份的智能水杯， 包括： 定位与计时 单元、 水量确定单元、 温度确定单元、 存储单元、 比较单元、 唇部交互单元、 把手交互单元、 水杯使 用习惯确定单元、 饮水量设置单元， 以及提醒单 元。 本发明能够根据对使用者饮水习惯的记录准 确和智能

3、地分辨某水杯是否属于当前的使用者， 必要时能够在当前使用者不知情的情况下将当 前水杯的信息发送给其原本的使用者。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 105249762 B 2017.06.16 CN 105249762 B 1.一种标识使用者身份的智能水杯， 其特征在于， 包括： 定位与计时单元， 用于确定水杯当前所处的地理信息， 并记录使用者的饮水时间和饮 水时刻； 水量确定单元， 用于确定使用者饮水量； 温度确定单元， 用于确定水杯中盛装的水的温度以及水杯外的环境温度； 唇部交互单元， 用于采集使用者的唇部动作； 把手交互单元， 用于采集使用者握持把手的面积； 水杯使用习惯确定单

4、元， 用于在所述唇部交互单元的控制下确定第二饮水习惯信息； 饮水量设置单元， 用于通过使用者的唇部动作设置适当的饮水量； 存储单元， 用于记录第一饮水习惯信息和第二饮水习惯信息； 比较单元， 用于对水杯使用习惯确定单元检测到的第二饮水习惯信息与所述存储单元 存储的第二饮水习惯信息做比较， 当比较结果满足预设条件时再将存储单元中记录的第一 饮水习惯信息与对定位与计时单元、 水量确定单元以及温度确定单元输出的信息进行比 较； 提醒单元， 用于根据所述比较单元输出的信息发出必要的提醒， 所述第一饮水习惯信 息包括饮水量、 饮水时间、 饮水时刻以及水温， 所述第二饮水习惯信息包括水杯角度、 唇部 交互

5、面积、 唇部交互形状以及把手交互面积。 2.根据权利要求1所述的智能水杯， 其特征在于， 所述定位与计时单元包括GPS模块和 计时器。 3.根据权利要求1所述的智能水杯， 其特征在于， 所述比较单元采用ARM处理器。 4.根据权利要求1所述的智能水杯， 其特征在于， 所述温度确定单元采用温度传感器。 5.根据权利要求4所述的智能水杯， 其特征在于， 所述温度传感器包括红外温度探测 器。 6.根据权利要求1所述的智能水杯， 其特征在于， 水杯当前所处的地理信息包括水杯所 处的海拔高度。 7.根据权利要求1所述的智能水杯， 其特征在于， 所述提醒单元包括喇叭、 发光二极管 以及无线通信模块。 权

6、利 要 求 书 1/1 页 2 CN 105249762 B 2 一种标识使用者身份的智能水杯 技术领域 0001 本发明涉及生活用具技术领域， 更具体地， 涉及一种能够记录使用者习惯的智能 水杯。 背景技术 0002 水在人体内占60-70， 一个人如果没有足量的水， 就会使自己生理的各方面受 到损伤， 这种损伤往往自己一时不易察觉， 等到发现， 已形成严重损伤， 并发生疾病。 事实 上， 人们经常处于脱水状态中， 只不过没有察觉到。 一个健康的人每天至少要喝7-8杯水(约 2.5升)， 运动量大或天气炎热时， 饮水量就要相应增多。 0003 现有技术中 ， 一些水杯提供了向使用者提示饮水的

7、功能 ， 例如申请号为 CN201310531353的中国发明专利申请公开了一种智能水杯， 包括水杯外壳和与水杯外壳固 定连接的内胆， 水杯外壳的底部支撑板相对于水杯外壳上下移动， 在内胆的底部下表面和 底部支撑板的上表面之间设有压力传感器， 压力传感器将获得的重量信息传输给信号处理 模块进行处理， 信号处理模块将处理后的重量信息输送给设置在智能水杯上的显示装置 和/或发送模块， 发送模块将获得的信息发送给后台处理系统。 本发明的优点是， 当拿起智 能水杯时， 压力传感器对内胆进行称重； 当将智能水杯放置在桌面上时， 并对内胆进行称 重。 压力传感器将获得的重量信息经过信号处理模块处理后， 发

8、送给显示屏和后台处理系 统， 后台处理系统给用户提出一个合理的饮水时间， 并每天按时提醒用户饮水。 0004 然而， 由于其简单地采用压力传感器测量水杯的重量变化， 造成在水杯倾斜时无 法有效地获得使用者的准确饮水量。 此外， 相同水杯放置在一起时， 无法方便地使使用者选 出属于自己的那个。 发明内容 0005 本发明为了让使用者能够方便地分辨出自己使用的水杯， 并在使用错误水杯的时 候向使用者提示相应信息， 以及在不同地理位置、 海拔等因素的前提下的准确饮水量， 克服 水杯倾斜以及重力加速度对饮水量计算造成的误差， 并提高使用者在设置习惯提醒时的用 户体验， 提供了一种标识使用者身份的智能水

9、杯， 包括： 0006 定位与计时单元， 用于确定水杯当前所处的地理信息， 并记录使用者的饮水时间 和饮水时刻； 0007 水量确定单元， 用于确定使用者饮水量； 0008 温度确定单元， 用于确定水杯中盛装的水的温度以及水杯外的环境温度； 0009 唇部交互单元， 用于采集使用者的唇部动作； 0010 把手交互单元， 用于采集使用者握持把手的面积； 0011 水杯使用习惯确定单元， 用于在所述唇部交互单元的控制下确定第二饮水习惯信 息； 0012 饮水量设置单元， 用于通过使用者的唇部动作设置适当的饮水量； 说 明 书 1/6 页 3 CN 105249762 B 3 0013 存储单元，

10、用于记录第一饮水习惯信息和第二饮水习惯信息； 0014 比较单元， 用于对水杯使用习惯确定单元检测到的第二饮水习惯信息与所述存储 单元存储的第二饮水习惯信息做比较， 当比较结果满足预设条件时再将存储单元中记录的 第一饮水习惯与对定位与计时单元、 水量确定单元以及温度确定单元输出的信息进行比 较； 0015 提醒单元， 用于根据所述比较单元输出的信息发出必要的提醒。 0016 进一步地， 所述第一饮水习惯信息包括饮水量、 饮水时间、 饮水时刻以及水温。 0017 进一步地， 所述第二饮水习惯信息包括水杯角度、 唇部交互面积、 唇部交互形状、 把手交互面积以及把手交互面积。 0018 进一步地，

11、所述定位与计时单元包括GPS模块和计时器。 0019 进一步地， 所述比较单元采用ARM处理器。 0020 进一步地， 所述温度确定单元采用温度传感器。 0021 进一步地， 所述温度传感器包括红外温度探测器。 0022 进一步地， 水杯当前所处的地理信息包括水杯所处的海拔高度。 0023 进一步地， 所述提醒单元包括喇叭、 发光二极管以及无线通信模块。 0024 本发明的有益效果包括： 0025 (1)能够根据对使用者饮水习惯的记录准确和智能地分辨某水杯是否属于当前的 使用者， 必要时能够在当前使用者不知情的情况下将当前水杯的信息发送给其原本的使用 者， 以便于在非故意或故意的错拿、 错放等

12、情况下尽早地让使用者找到属于其自身的智能 水杯； 0026 (2)提高了对智能水杯使用者饮水量的检测准确度， 克服了水杯被倾斜放置时对 饮水量产生的检测误差， 0027 (3)通过对用户唇部动作的高效、 准确捕捉， 提高了用户对于饮水量设置时的用户 体验。 附图说明 0028 图1示出了根据本发明的智能水杯的组成单元框图。 0029 图2示出了根据本发明的智能水杯的水量确定单元的组成结构图。 0030 图3示出了根据本发明的唇部交互单元的电路图。 具体实施方式 0031 如图1所示， 一种能够记录使用者习惯的智能水杯包括： 定位与计时单元、 水量确 定单元、 温度确定单元、 存储单元、 比较单

13、元、 唇部交互单元、 把手交互单元、 水杯使用习惯 确定单元、 饮水量设置单元， 以及提醒单元。 下面将具体介绍各个单元的结构和原理： 0032 定位与计时单元包括SiRFIII系列的GPS模块和基于美国DALLAS公司生产的 DS1302时钟芯片为基础的计时电路， 用于确定水杯当前所处的地理信息并记录使用者的饮 水时间和饮水时刻。 0033 当GPS模块检测到当前的经度、 纬度和海拔高度后， 这些信息将被与GPS模块获得 的当前时刻作为第一条件数据被传输到存储单元。 根据本发明的优选实施例， GPS模块检测 说 明 书 2/6 页 4 CN 105249762 B 4 的周期被设置成当所述唇

14、部交互单元采集到使用者的唇部动作时开始， 每隔60秒采集一 次。 0034 上述计时器被用于在所述唇部交互单元采集到使用者的唇部动作开始进行计时， 且使用者每次做出预定的唇部动作时， 都结束上一次计时并开始新的计时。 各个计时时段 的时间被传输到所述存储单元。 0035 水量确定单元用于确定使用者饮水量。 该水量确定单元的结构组成图如图2所示。 在该水量确定单元中， 与本发明的智能水杯的其他组件使用相同术语的部件可以是与所述 其他组件使用相同的零部件， 也可以是使用不同于所述其他组件的该(些)零部件的另外的 零部件。 0036 检测饮水量的智能水杯包括水杯杯体10， 还包括如下组成部件： 多个

15、压力传感器 1、 多个液位传感器5、 三维加速度传感器2、 水平传感器3、 多个红外传感单元， 以及饮水量计 算单元4。 下面对各个组成部件加以详细说明。 0037 多个压力传感器1， 其设置于水杯杯体10的底部和侧壁； 这些压力传感器1优选地 采用电阻应变片压力传感器1。 其设置在水杯杯体10的底部上且靠近底部边缘， 还设置在水 杯杯体10的侧壁且低于水杯杯体10顶部约1/3的侧壁高度的区域内。 这样， 压力传感器1在 水杯正常放置以及侧倾放置的情况下都能够测量到其中的水对于杯体10的压力。 0038 多个液位传感器5， 其设置于水杯杯体10的侧壁； 所述液位传感器5包括第一组液 位传感器5

16、和第二组液位传感器5， 其中第一组液位传感器5设置于水杯杯体10的侧壁中部， 所述第二组液位传感器5设置于水杯杯体10的侧壁且靠近水杯杯体10的底部。 根据本发明 的优选实施例， 上述第一组液位传感器5和上述第二组液位传感器5均沿着所述水杯杯体10 的纵向方向延伸设置， 且在侧壁上设置互成90度的两对， 每对的液位传感器5在侧壁上呈 180度对置。 这样的设置方式能够产生如下的有益效果： 当水杯被倾斜放置或者握持时， 总 有一对呈90度的液位传感器5中， 彼此呈180度设置的液位传感器5检测的液位值不同， 从而 从液位的角度判断出此时是否适合于采用压力传感器1直接测量水杯中水的质量。 0039

17、 多个红外传感器6， 其设置于水杯杯体10的顶部和侧壁； 根据本发明的优选实施 例， 所述红外传感单元包括第一组红外传感单元和第二组红外传感单元， 其中第一组红外 传感单元与所述液位传感器5中的所述至少一些相邻地设置， 且所述第二组红外传感单元 与所述第一组传感器相对地设置。 并且， 所述第一组红外传感单元和第二组红外传感单元 均包括红外收发器。 第一组红外传感单元和第二组红外传感单元相互收发信号， 且其接收 到的信号被传送到所述饮水量计算单元4， 以判断红外信号是否正常地被接收和发送。 这些 红外传感单元之间的这种 “通讯” 由所述饮水量计算单元4控制， 且它们之间收发的数据由 所述饮水量计

18、算单元4产生。 0040 根据本发明的优选实施例， 所述饮水量计算单元4产生的数据仅为数据通讯有效 性验证的目的使用， 因此其一般表示一串二进制数字， 例如 “10100101” ， 且位数一般为8位， 即一个字节。 这样， 既能够起到通讯有效性验证的作用， 又能够节省通讯开销以及所需要的 电力。 0041 本发明在一些优选实施例中按照如下方式设置上述第一组红外传感单元和第二 组红外传感单元： 所述第一组红外传感单元设置于水杯杯体10的侧壁， 所述第二组红外传 感器6设置于水杯杯体10的顶部， 这样， 第一组红外传感单元与第二组红外传感单元相互进 说 明 书 3/6 页 5 CN 105249

19、762 B 5 行数据通讯， 能够确定第一组红外传感单元中的红外传感器6是否被遮挡， 并间接地判断与 其相邻的液位传感器5是否受到遮挡。 当所述饮水量计算单元4未在规定的时间内收到第二 组红外传感单元反馈的预设信息时， 则判断此时的液位传感器5受到阻挡， 例如茶叶等， 这 样， 在计算饮水量时将排除液位传感器5检测的信息。 0042 三维加速度传感器2， 其设置于水杯杯体10的底部； 其能够检测水杯是否处于海拔 高于或低于水平面， 以至于影响对压力传感器1检测到的水对杯底部的压力是准确的值的 判断。 当三维加速度传感器2检测到重力方向上的加速度非0时， 表示此时的压力传感器1检 测值需要基于此

20、Z轴的加速度进行校正。 同理， 当X轴和Y轴加速度传感器检测值非0时， 表示 此时压力传感器1检测到的值需要校正的角度。 该角度的计算可以根据受力三角形分析方 法获得。 0043 水平传感器3， 其设置于水杯杯体10的底部； 其检测此时的水杯是否处于水平状 态。 如果不是， 则不论上述三维加速度传感器2采集到的Z轴加速度是否为0， 均依靠三维加 速度传感器2的X轴和Y轴测得的值进行校正。 0044 饮水量计算单元4， 其设置于水杯杯体10的底部， 且根据所述压力传感器1、 液位传 感器5、 三维加速度传感器2、 水平传感器3、 红外传感器6的检测结果得到饮水量。 具体地， 首 先依据水平传感器

21、3判断此时的智能水杯是否处于水平位置， 然后根据三维加速度传感器2 检测的三维加速度获得压力传感器1检测值的校正角度(即通过受力三角形分析方法根据 该角度获得重力方向上的校正比例系数)； 其中， 当所述两对液位传感器5均未被遮挡且在 规定时间内反馈给第二组红外传感单元的值为预设值时， 根据两对液位传感器5检测到的 值再次计算水杯杯体10内液位的角度。 该角度用于对上述通过三维加速度传感器2检测到 的值进行校正， 以使得其值更准确。 当检测到两对(即四列)液位传感器5的高度均相同时， 则可以依据液位传感器5检测到的值对水杯内的液体变化量进行如下检测和计算： 靠近水 杯被顶部的第三组红外探测单元被

22、用于检测水面到水底之间的距离， 且在三维加速度传感 器2检测到三维加速度发生变化时， 再次探测水面到水底之间的距离， 这两个距离相减可以 得到液面变化的高度， 该高度值被用于提供给饮水量计算单元4换算为饮水量， 该饮水量被 用于作为压力传感器1检测到的饮水量的校正值。 0045 根据本发明的优选实施例， 所述饮水量计算单元4采用ARM芯片。 0046 根据本发明的其他实施例， 所述智能水杯还包括开关电路， 其被所述饮水量计算 单元4控制， 用于根据所述压力传感器1、 液位传感器5、 三维加速度传感器2、 水平传感器3、 红外传感器6的检测结果控制所述饮水量计算单元4的工作与否。 0047 根据

23、本发明的优选实施例， 所述智能水杯还包括太阳能电池， 其设置于水杯杯体 10的外壁。 0048 温度确定单元采用温度传感器， 用于确定水杯中盛装的水的温度以及水杯外的环 境温度。 根据本发明的优选实施例， 所述温度传感器包括红外温度探测器。 上述温度确定单 元不仅采集智能水杯内的水温， 而且还采集智能水杯所处环境中的环境温度。 这样能够有 助于建立使用者所处环境温度与饮水量和饮水温度等因素之间的关联， 有助于分析使用者 的饮水习惯， 并有助于科学、 合理地指导使用者饮水。 0049 存储单元用于记录第一饮水习惯信息， 其采用单个Flash芯片构成或者多个Flash 芯片组成的存储阵列构成。 根

24、据本发明的优选实施例， 所述第一饮水习惯信息包括饮水量、 说 明 书 4/6 页 6 CN 105249762 B 6 饮水时间、 饮水时刻以及水温。 0050 存储单元的容量为8G Byte。 被传输到该存储单元的数据被根据所述唇部交互单 元采集到的使用者唇部动作发生的时刻为索引并以此索引建立主键， 将地理信息、 时刻信 息、 温度信息、 饮水量信息等信息设置于不同的列中并以数据表的方式存储于该存储单元 的至少一部分中。 0051 唇部交互单元用于采集使用者的唇部动作， 其采用唇部感应单元采集使用者的唇 部是否贴合到所述智能水杯。 现有技术中， 虽然已有实现类似功能的感应单元， 但感应的精

25、确度不足， 而使用者利用水杯喝水时， 其唇部对水杯杯口的压力并不大， 因此极大限制了感 应动作的捕捉准确性。 本发明为了克服这一现有技术的缺陷， 提供了如下的电路： 其具有在 几十到一百微秒区间内的响应速度。 该唇部交互单元包括多个如图3所示的感应单元组成 的阵列， 每个感应单元包括： 公共电极1、 压力传感器模块2、 发光二极管3、 输出端4、 双向数 据总线B、 重置控制端R、 晶闸管T1-T4、 三极管T、 电容F1。 其中， 晶闸管T1的漏极连接发光二 极管3， 源极连接双向数据总线B， 栅极连接时钟端； 晶闸管T2的栅极连接重置控制端R， 源极 连接压力传感器模块2的控制端(使能端)

26、， 漏极连接时钟端； 晶闸管T3的栅极连接双向数据 总线B， 源极连接三极管T的发射极及晶闸管T4的漏极； 晶闸管T4的栅极连接晶闸管T2的漏 极， 漏极连接压力传感器模块的控制端， 源极连接晶闸管T3的源极； 三极管T的集电极连接 电容F1， 三极管T的基极连接压力传感器模块2的输出端； 晶闸管T3的漏极与三极管T的发射 极经过与门连接输出端4。 其中， 三极管为N型。 0052 把手交互单元用于采集使用者握持把手的面积。 该把手交互单元同样具有多个如 图3所示的感应单元组成的阵列， 具体组成如上所述。 0053 本发明的上述唇部交互单元和把手交互单元均优选地设置于柔性电路板中， 以贴 合本

27、发明的智能水杯的杯口区域和把手区域， 从而准确地获得使用者接触水杯杯口和把手 时的接触位置以及在杯口和把手上各自的接触面积以及接触形状(这里的形状例如通过感 应到使用者唇部和/或手部的动作， 例如压力， 的感应单元在其组成的阵列中的位置所对应 的矩阵表示)。 0054 水杯使用习惯确定单元用于在所述唇部交互单元的控制下确定第二饮水习惯信 息。 根据本发明的优选实施例， 所述第二饮水习惯信息包括水杯角度、 唇部交互面积、 唇部 交互形状、 把手交互面积以及把手交互面积。 0055 所述的水杯角度通过该水杯使用习惯单元中的陀螺仪获得， 所述唇部交互面积和 唇部交互形状通过所述唇部交互单元检测获得。

28、 所述把手交互面积以及把手交互面积通过 所述把手交互单元的检测获得。 通过试验， 申请人发现本发明的上述感应单元检测灵敏度 和精度较现有技术中的感应模块成品更高(约高出30)。 0056 本发明中， 比较单元采用ARM处理器， 用于对水杯使用习惯确定单元检测到的第二 饮水习惯信息与所述存储单元存储的第二饮水习惯信息做比较， 当比较结果满足预设条件 时再将存储单元中记录的第一饮水习惯与对定位与计时单元、 水量确定单元以及温度确定 单元输出的信息进行比较。 使用本发明的智能水杯之前， 要向存储单元保存饮水时采集到 的水杯角度、 唇部交互面积、 唇部交互形状、 把手交互面积以及把手交互面积作为经过认

29、证 的信息。 根据本发明的优选实施例， 前三次使用本发明的智能水杯时， 所述把手交互单元和 所述唇部交互单元以及水杯使用习惯确定单元记录的信息被按照类别进行均值处理， 处理 说 明 书 5/6 页 7 CN 105249762 B 7 结果作为上述水杯角度、 唇部交互面积、 唇部交互形状、 把手交互面积、 把手交互面积分别 对应的认证信息。 0057 存储单元中存储的是使用者在以往饮水时采集到的水杯角度、 唇部交互面积、 唇 部交互形状、 把手交互面积、 把手交互面积、 饮水量、 时刻、 饮水时长、 水温、 环境温度的信 息。 这样， 当使用者饮水时， 所述唇部交互单元接收到使用者当前唇部与杯

30、口之间的交互 后， 开始判断当前使用者使用水杯时水杯所处的空间角度、 唇部交互面积、 唇部交互形状、 把手交互面积以及把手交互面积与存储单元中已经存储的经过认证的饮水时水杯的空间 角度、 唇部交互面积、 唇部交互形状、 把手交互面积和把手交互面积一一对比的结果的偏差 是否均小于预设的阈值。 如果均小于或者各偏差的平均值小于预设的平均值阈值， 则认为 此时的使用者是该水杯的真正拥有者， 即上述认证信息对应的使用者。 然后， 在将存储单元 中记录的第一饮水习惯与对定位与计时单元、 水量确定单元以及温度确定单元输出的信息 进行比较。 该比较的过程例如为： 根据存储单元中的所述主键为条件， 将上述定位

31、与计时单 元、 水量确定单元以及温度确定单元输出的信息与存储单元存储的使用者饮水时采集到的 饮水量、 时刻、 饮水时长、 水温、 环境温度的信息进行比较。 当这些因素两两比较后得到的差 值的绝对值超过预设阈值时， 根据该差值， 通过提醒单元向使用者发出语音提示， 例如：“本 次饮水量过少” 或 “本次饮水量过多” 。 0058 饮水量设置单元用于通过使用者的唇部动作设置适当的饮水量。 其包括开关单元 和控制器， 该开关单元用于开启或关闭饮水量设置单元的工作， 控制器用于根据所述唇部 交互单元采集到的信息确定使用者的唇部动作是否结束、 记录本次唇部动作(即唇部开始 触碰水杯到离开水杯)所花费的时

32、长， 并将该时长作为适当饮水量存储在所述存储单元中。 0059 提醒单元用于根据所述比较单元输出的信息发出必要的提醒。 根据本发明的优选 实施例， 该提醒单元包括喇叭、 发光二极管以及无线通信模块。 其中， 无线通信模块通过3G、 4G、 WiFi、 蓝牙等通信方式中的一种或多种向外部的通信接收模块发送待显示的提醒信息， 所述外部通信接收模块在接收到该提醒信息后， 通过喇叭和/或显示屏向远程或附近的其 他人员(例如该水杯的真正使用者， 即上述上述被存储于存储单元中的认证信息对应的使 用者)提供提醒信息。 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上 述实施例的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、 组合、 简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 6/6 页 8 CN 105249762 B 8 图1 说 明 书 附 图 1/3 页 9 CN 105249762 B 9 图2 说 明 书 附 图 2/3 页 10 CN 105249762 B 10 图3 说 明 书 附 图 3/3 页 11 CN 105249762 B 11