任松源++李偉

【摘 要】目前國(guó)內(nèi)用戶使用的飲水機(jī)大多為傳統(tǒng)飲水機(jī)，使用的飲用水大多為桶裝水，這種飲水機(jī)只具備加熱降溫和放水的功能，飲水機(jī)不能智能識(shí)別桶裝水的水量變化，也不能向用戶提供智能訂水服務(wù)，需要人工訂水，十分麻煩，已經(jīng)跟不上我們現(xiàn)在對(duì)生活質(zhì)量的要求。本文針對(duì)傳統(tǒng)飲水機(jī)的這種缺陷，研發(fā)出一種飲水機(jī)上使用的智能訂水裝置，該裝置主體結(jié)構(gòu)包括單片機(jī)控制器、超聲波測(cè)距模塊、無線發(fā)送模塊和確認(rèn)指示燈，核心技術(shù)為超聲波測(cè)距技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】超聲波測(cè)距;飲水機(jī);智能;訂水

一、研究背景

隨著社會(huì)技術(shù)水平的不斷提高，人們對(duì)物質(zhì)生活的要求也在不斷提升，飲水機(jī)已經(jīng)成為很多家庭和工作單位必備的小電器。傳統(tǒng)的飲水機(jī)在使用時(shí)需要注意桶裝水中的水量，當(dāng)水量不足時(shí)需要人工撥打送水電話請(qǐng)求送水工人進(jìn)行送水，十分麻煩。有時(shí)由于工作太忙，甚至?xí)洆艽螂娫捰喫?，等到發(fā)現(xiàn)時(shí)卻無水可以飲用，造成短時(shí)間內(nèi)缺水現(xiàn)象。這對(duì)身體健康不利，也降低了人們的生活水平，帶來不好的生活體驗(yàn)。那么能否研發(fā)出一種可以智能識(shí)別桶中水量并可以智能訂水的裝置呢？本文從測(cè)距與訂水兩方面出發(fā)，提出了一種基于超聲波測(cè)距技術(shù)的飲水機(jī)智能訂水裝置，可以解決上述問題。

二、設(shè)計(jì)原理

（一）設(shè)計(jì)思路

該裝置利用超聲波測(cè)距模塊對(duì)桶裝水中水面到桶底距離進(jìn)行測(cè)距，超聲波測(cè)距模塊與單片機(jī)控制器相連接，當(dāng)單片機(jī)控制器接收到來著超聲波測(cè)距模塊反饋的桶內(nèi)液面高度值小于某一預(yù)值時(shí)，單片機(jī)控制器向無線發(fā)送模塊發(fā)出訂水指令。

（二）電器控制

該裝置主體結(jié)構(gòu)包括單片機(jī)控制器、超聲波測(cè)距模塊、無線發(fā)送模塊和確認(rèn)指示燈（見圖1）。其中單片機(jī)控制器采用A89C52單片機(jī)控制器，AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS？8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k？bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256？bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。

超聲波測(cè)距模塊采用HC-SR04超聲波模塊，其主要技術(shù)參數(shù)如下：使用電壓DC5V，靜態(tài)電流小于2mA，電平輸出高5V，電平輸入低5V，感應(yīng)角度小于等于15°，探測(cè)距離2cm-450cm，精度可達(dá)0.2cm。接線方式VCC，trig，echo，GND。本模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確，模塊精度高，盲區(qū)2m，能和國(guó)外de 的SRF05，SRF02等超聲波測(cè)距模塊相媲美，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、物體測(cè)距、液位檢測(cè)、公共安防、停車場(chǎng)檢測(cè)等諸多領(lǐng)域。本裝置中超聲波測(cè)距模塊安裝于飲水機(jī)桶槽內(nèi)，測(cè)距方向垂直指向桶裝水液面。

HC-SR04超聲波測(cè)距模塊與A89C52單片機(jī)控制器相連接，模塊工作原理如下：（1）采用IO觸發(fā)測(cè)距，給大于10us的高電平信號(hào);（2）模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)頻率為4KHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回;（3）有信號(hào)返回，則通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。

測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速340m/s）/2

當(dāng)單片機(jī)控制器接收到來著超聲波測(cè)距模塊反饋的桶內(nèi)液面高度值小于某一預(yù)值時(shí)，單片機(jī)控制器向無線發(fā)送模塊發(fā)出訂水指令。

無線發(fā)送模塊與送水服務(wù)端進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)無線通信傳遞飲水機(jī)的訂水信息。無線發(fā)送模塊與A89C52單片機(jī)控制器相連接，負(fù)責(zé)發(fā)送訂水指令和接收確認(rèn)信息，確認(rèn)指示燈顯示訂水消息是否送達(dá)。

三、創(chuàng)新特色

本次研發(fā)的基于超聲波測(cè)距技術(shù)的飲水機(jī)智能訂水裝置有以下幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：

（一）本裝置中超聲波傳感器測(cè)距技術(shù)是本次裝置的核心技術(shù)，它的使用使得本裝置具有靈敏度高、精度高、成本低的特優(yōu)點(diǎn)。

（二）本裝置能與現(xiàn)有傳統(tǒng)飲水機(jī)結(jié)合，不用大規(guī)模更換現(xiàn)有的飲水機(jī)，避免了浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)合理。

（三）本裝置克服了傳統(tǒng)飲水機(jī)不可智能識(shí)別桶中水位訂水的的缺點(diǎn)，可免去用戶人工訂水的程序，節(jié)省時(shí)間，提高了生活質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。

四、應(yīng)用前景

飲水機(jī)已經(jīng)是機(jī)關(guān)、公司、旅店、家庭等各個(gè)地方配備的最基本電器，以全國(guó)傳統(tǒng)飲水機(jī)的使用用戶為1.5億、更換裝置成本為20元、節(jié)省人工訂水時(shí)間為3分鐘估算，則更換成本為：，而一次訂水可節(jié)省單人工作時(shí)間：，這還只是單詞訂水時(shí)間的浪費(fèi)量，按全年計(jì)算這個(gè)時(shí)間量會(huì)更加恐怖，而且還可避免想喝水而桶中無水現(xiàn)象，提高人們的生活質(zhì)量，這個(gè)潛在價(jià)值更加不可估計(jì)。所以，該裝置的研發(fā)對(duì)于現(xiàn)在的社會(huì)有重要的價(jià)值和意義，蘊(yùn)含廣闊地應(yīng)用前景！

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