基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，该系统包括杯体、杯柄、至少一个超声波发生装置及控制单元。所述杯柄包括手持部分和与手持部分连接的可收放部分；所述超声波发生装置安装在可收放部分，能够伸入水杯中和清洗介质充分接触，采用多种扫描方式，通过传递介质传递超声波或通过机械振动带动水杯振动以剥离污渍，完成水杯的清洗，并在清洗结束后收回；所述控制单元包括超声波发生装置控制模块、闭环反馈控制模块、自学习控制模块，控制超声波发生装置产生超声波，以达到清洗目的，降低清洗耗时和/或能耗。同时，该系统通过分析用户的饮用习惯和清洗习惯，可以智能识别主人。

【技术实现步骤摘要】
基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统
本专利技术涉及一种利用超声波作用对水杯实现自动清洗功能的技术，尤其涉及一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统。
技术介绍
水杯是我们常用的生活用品，经常清洗水杯有利于身体健康，但快节奏的工作、学习与生活使得人们常常没有时间清洗水杯，或者难以洗干净水杯上残留的污渍，从而造成一定的健康隐患。超声波清洗技术是利用超声波在传递介质中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接地作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。通常把频率为2×104Hz～109Hz的声波称为超声波。人们习惯上常以工程应用为目的，而不是以听觉为目的，把某些可听声的应用亦列入超声技术的研究范围。因此，在实际应用中，有些超声技术使用的频率可能在16kHz以下，而超声波频率的上限是109Hz，整个频率范围相当宽，占据声学全部频率范围的1/2以上。目前，超声波清洗技术已广泛应用于工业制造、实验室、医疗卫生等领域，随着技术的进步，一些小型的超声波清洗仪也开始逐渐走进生活，如用于镜片、果蔬、首饰等的清洗，且与其他清洗方式相比，超声波更能有效地清除污垢。超声波清洗技术已经在人们的工作、生活中占据着越来越重要的地位。基于以上背景，本专利技术设计了一款利用超声波实现自动清洗的水杯，以节约人们清洗水杯的时间，同时更有效地清洗水杯，具有安全环保、使用方便、适用人群广泛等特点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，包括水杯杯体、杯柄、至少一个超声波发生装置及控制单元；杯柄包括手持部分和与手持部分连接的可收放部分，超声波发生装置安装在可收放部分，能够伸入水杯中和清洗介质充分接触，实现水杯的清洗，并在清洗完成后收回；所述控制单元控制超声波发生装置产生超声波。进一步地，所述杯柄手持部分具有一段空槽，杯柄可收放部分包括转动连接的杯柄大臂和杯柄小臂，杯柄大臂与杯柄手持部分转动连接，超声波发生装置安装在杯柄小臂上，杯柄大臂与杯柄小臂可旋转收回到杯柄上的空槽中。进一步地，所述超声波发生装置可以采用多种扫描模式，包括：旋转式、直线位移式、静止式，或者多种方式的任意组合；可以采用多种扫描频率，包括：高频、聚焦、多频、扫频、跳频；通过采用不同的扫描模式和扫描频率以得到不同程度的清洗效果；所述静止式扫描的超声波发生装置自身不发生任何形式的运动，多个超声波发生装置组成超声波阵列，并交替发射超声波，达到模拟超声波发射源运动的效果。进一步地，所述超声波发生装置可以通过气体或液体作为传播介质传递振动到水杯杯体，也可以不需要传递介质，直接与水杯紧密接触，由机械振动直接带动水杯振动以剥离污渍。进一步地，所述控制单元包括超声波发生装置控制模块，所述超声波发生装置控制模块包括低层控制端和功率部分，所述低层控制端包括单片机、震荡控制电路、相位检测电路；所述功率部分包括全桥逆变器、匹配电路；单片机输出1路模拟电压信号和1路模拟电流信号，这两路信号均连接震荡控制电路；震荡控制电路生成4路PWM信号，并根据模拟电压信号调整4路PWM信号的相移，根据模拟电流信号调整4路PWM信号的频率；震荡控制电路产生的4路PWM信号通过全桥逆变器，产生1路可以驱动超声波发生装置的PWM信号；匹配电路对PWM信号进行调谐匹配，使得输出功率最大；超声波发生装置接收到匹配电路发送的PWM信号，振动并产生相应频率的超声波；相位检测电路检测进入超声波发生装置的电流和电压的相位角，并把相位角情况反馈到单片机中，单片机对反馈信号进行处理并控制震荡控制电路变换输出PWM信号的相移、频率，使超声波发生装置一直工作在最佳状态。进一步地，所述控制单元还包括闭环反馈控制模块，所述闭环反馈控制模块包括光线传感器、信号采集器和信号处理单元；通过光线传感器感知水杯在清洗过程中，某单色光线在清洗介质中的透过率，信号采集器采集不同清洗时刻下的光线透过率，信号处理单元根据光线透过率随清洗时间的变化情况，判断透过率变化值是否小于设定阈值，来判断水杯是否清洗干净；进一步地，所述控制单元还包括自学习控制模块，所述自学习控制模块以工作模式作为输入，通过对判据进行量化比较，得到最优输出结果；所述工作模式包括组合工作模式与单一工作模式，组合工作模式即两种及以上微单元组合在一起，而单一工作模式由一种微单元组成；每种微单元包括多种变量：微单元运行时间、扫描频率、扫描模式；两种工作模式的耗时Tout和能耗Eout计算公式如式(1)、式(2)所示，当m1、m2、m3……mn完全相同时，是单一工作模式，当m1、m2、m3……mn不完全相同时，是组合工作模式；Tout＝Tm1+Tm2+Tm3+……+Tmn(1)Eout＝Em1+Em2+Em3+……+Emn(2)其中m1、m2、m3……mn代表各个微单元；所述判据包括光线透过率、耗时Tout和能耗Eout；量化的过程分为水杯出厂前预设置和用户使用两个阶段；在水杯出厂前预设置阶段，对若干含有污垢的水杯进行多次清洗，每次均通过闭环反馈控制过程达到清洗目的，同时记录清洗参数，包括微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、耗时Tout和能耗Eout；将每次清洗后得到的耗时Tout和能耗Eout转换成无因次数OUTPUT，计算公式如式(3)所示：OUTPUT＝xTout+yEout(3)其中x、y代表权重系数；选出具有最小OUTPUT的数据，将其对应的工作模式作为清洗时的最优模式；在用户使用阶段，用户首次使用或者有特定洗涤需求时，系统对原最优模式进行交叉变异，所述交叉变异即任意选出一种或多种微单元与原最优模式进行组合，得出一种新的工作模式定义为扩展模式，作为自学习控制模块的输入进行清洗；将使用扩展模式清洗得到的输出数据OUTPUT-new与原最优模式清洗得到的输出数据OUTPUT-old进行对比，若OUTPUT-new＜OUTPUT-old，则用扩展模式替代原最优模式，作为新的最优模式；OUTPUT-new＞OUTPUT-old，则维持原最优模式不变。通过上述过程，系统进行了自学习，得到了OUTPUT更小的输出数据。进一步地，所述自学习控制模块包括云端、通信模块以及用户端；云端接收若干用户端反馈的清洗数据，将其存放于数据库中，对清洗数据进行统计分析得到最优模式，对最优模式进行交叉变异，获得扩展模式的控制信息，通过通信模块传递到用户端；用户端接收云端传递来的扩展模式的控制信息，将控制信息传输到单片机，开始该用户水杯的清洗；并接收单片机反馈的清洗时刻、微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、光线透过率、耗时和能耗数据，分析该用户的饮用习惯和清洗习惯，并将反馈数据通过通信模块传输到云端。进一步地，所述云端根据用户端反馈的微单元运行时间、扫描频率、扫描模式、耗时Tout和能耗Eout，将污垢按清洗难易程度由难到易进行I级、II级、III级、、、N级分级，将I级、II级、III级列为强力洗涤模式，将IV级、V级、VI级列为标准洗涤模式，将VII级至N级列为轻柔洗涤模式，在数据库里建好相应的文件夹，并根据清洗时刻计算得到的清洗时间间隔设置子文件夹，此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，包括水杯杯体、杯柄、至少一个超声波发生装置及控制单元；杯柄包括手持部分和与手持部分连接的可收放部分，超声波发生装置安装在可收放部分，能够伸入水杯中和清洗介质充分接触，实现水杯的清洗，并在清洗完成后收回；所述控制单元控制超声波发生装置产生超声波。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，包括水杯杯体、杯柄、至少一个超声波发生装置及控制单元；杯柄包括手持部分和与手持部分连接的可收放部分，超声波发生装置安装在可收放部分，能够伸入水杯中和清洗介质充分接触，实现水杯的清洗，并在清洗完成后收回；所述控制单元控制超声波发生装置产生超声波。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述杯柄手持部分具有一段空槽，杯柄可收放部分包括转动连接的杯柄大臂和杯柄小臂，杯柄大臂与杯柄手持部分转动连接，超声波发生装置安装在杯柄小臂上，杯柄大臂与杯柄小臂可旋转收回到杯柄上的空槽中。3.根据权利要求1或2所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述超声波发生装置可以采用多种扫描模式，包括：旋转式、直线位移式、静止式，或者多种方式的任意组合；可以采用多种扫描频率，包括：高频、聚焦、多频、扫频、跳频；通过采用不同的扫描模式和扫描频率以得到不同程度的清洗效果；所述静止式扫描的超声波发生装置自身不发生任何形式的运动，多个超声波发生装置组成超声波阵列，并交替发射超声波，达到模拟超声波发射源运动的效果。4.根据权利要求1或2所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述超声波发生装置可以通过气体或液体作为传播介质传递振动到水杯杯体，也可以不需要传递介质，直接与水杯紧密接触，由机械振动直接带动水杯振动以剥离污渍。5.根据权利要求1或2所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述控制单元包括超声波发生装置控制模块，所述超声波发生装置控制模块包括低层控制端和功率部分，所述低层控制端包括单片机、震荡控制电路、相位检测电路；所述功率部分包括全桥逆变器、匹配电路；单片机输出1路模拟电压信号和1路模拟电流信号，这两路信号均连接震荡控制电路；震荡控制电路生成4路PWM信号，并根据模拟电压信号调整4路PWM信号的相移，根据模拟电流信号调整4路PWM信号的频率；震荡控制电路产生的4路PWM信号通过全桥逆变器，产生1路可以驱动超声波发生装置的PWM信号；匹配电路对PWM信号进行调谐匹配，使得输出功率最大；超声波发生装置接收到匹配电路发送的PWM信号，振动并产生相应频率的超声波；相位检测电路检测进入超声波发生装置的电流和电压的相位角，并把相位角情况反馈到单片机中，单片机对反馈信号进行处理并控制震荡控制电路变换输出PWM信号的相移、频率，使超声波发生装置一直工作在最佳状态。6.根据权利要求5所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述控制单元还包括闭环反馈控制模块，所述闭环反馈控制模块包括光线传感器、信号采集器和信号处理单元；通过光线传感器感知水杯在清洗过程中，某单色光线在清洗介质中的透过率，信号采集器采集不同清洗时刻下的光线透过率，信号处理单元根据光线透过率随清洗时间的变化情况，判断透过率变化值是否小于设定阈值，来判断水杯是否清洗干净。7.根据权利要求6所述的一种基于超声波作用的杯柄收放式水杯自动清洗系统，其特征在于，所述控制单元还包括自学习控制模块，所述自学习控制模块以工作模式作为输入，通过对判据进行量化比较，得到最优输出结果；所述工作模式包括组合工作模式与单一工作模式，组合工作模式即两种及以上微单元组合在一起，而单一工作模式由一种微单元组成；每种微单元包括多种变量：微单元运行时间、扫描频率、扫描模式；两种工作模式的耗时Tout和能耗Eout计算公式如式(1)、式(2)所示，当m1、m2、m3……mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晨光，黄珊珊，田丹，孟濬，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33