中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院 楊繼寶 何昊男 韓 明 丁志康

基于51單片機(jī)的智能加濕水杯

中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院 楊繼寶 何昊男 韓 明 丁志康

針對(duì)目前市面上的加濕器大多體積較大，不利于隨身攜帶的不足，考慮將加濕器與水杯進(jìn)行功能融合，研制開(kāi)發(fā)一種具備智能加濕、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、智能分析等功能的便攜智能水杯。通過(guò)該水杯加濕器來(lái)改善室內(nèi)的空氣濕度，提升空氣質(zhì)量。通過(guò)調(diào)查研究、理論驗(yàn)證、設(shè)計(jì)研究和模型開(kāi)發(fā)，以MCS-51單片機(jī)為主芯片，讓水杯擁有加濕、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水體溫度、空氣濕度等數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制加濕器開(kāi)關(guān)、自動(dòng)加濕等功能。總之，這些設(shè)計(jì)使得加濕器水杯更加自動(dòng)化、智能化，符合當(dāng)今科技發(fā)展趨勢(shì)。

超聲波加濕；MCS-51單片機(jī)；遠(yuǎn)程控制；自動(dòng)化

1 緒論

1.1 研究背景及調(diào)查研究

隨著經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量和健康的要求愈來(lái)愈高?？諝饧訚衿骶褪沁@樣慢慢走進(jìn)全球的很多家庭當(dāng)中，成為干燥地區(qū)家庭中不可缺少的一種小型家電產(chǎn)品。空氣加濕器在我國(guó)仍屬于新興產(chǎn)物。

中國(guó)產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的2016年版中國(guó)加濕器行業(yè)深度調(diào)研及市場(chǎng)前景分析報(bào)告[1]認(rèn)為,加大對(duì)空氣加濕器的開(kāi)發(fā)力度,將有利于國(guó)內(nèi)空氣加濕器行業(yè)的發(fā)展,有利于國(guó)民生活品質(zhì)的提高和國(guó)民健康水平的提升。

通過(guò)對(duì)市面上多功能水杯和智能水杯的研究調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市面上的智能水杯有溫度提醒的功能：當(dāng)溫度下降到人們?cè)O(shè)定的溫度時(shí)，會(huì)以一定的表達(dá)方式向使用者傳遞這一信息，提醒人們水的溫度已經(jīng)適合飲用。但這個(gè)功能有著明顯的局限性：當(dāng)人們工作時(shí)、開(kāi)會(huì)時(shí)，很有可能不能及時(shí)收到或者不便收到這一信息，從而導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)喝水的時(shí)間。

1.2 研究目的與意義

根據(jù)測(cè)定，人感覺(jué)最舒服的環(huán)境溫度在25℃左右，相對(duì)濕度在45%-70%RH這個(gè)區(qū)間，合適的相對(duì)濕度會(huì)使人感覺(jué)非常舒服，維護(hù)人體健康，提高工作效率。另外，合適的溫濕度環(huán)境也有利于保護(hù)房間裝修，延長(zhǎng)家裝的實(shí)用壽命。

但是目前市面上的加濕器大多體積較大，不利于便攜，于是想到將加濕器與日常都要用到的水杯整合在一起，做一個(gè)便攜水杯加濕器。這樣既能滿足人體的水分需求又能兼顧到體表的保濕，具有高度的可行性。

另外針對(duì)人們無(wú)法準(zhǔn)確獲知或得到杯子中的水是否已經(jīng)到了適合人飲用的溫度的問(wèn)題，本方案計(jì)劃設(shè)計(jì)一種可以根據(jù)水體和環(huán)境溫度計(jì)算出達(dá)到合適人們飲用溫度時(shí)所需要的時(shí)間的智能水杯，讓人們預(yù)知這些信息，提前作好安排，可以彌補(bǔ)市面上溫度自動(dòng)提醒智能水杯提醒不到位的缺點(diǎn)，特別適合工作較忙的人群。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)

在對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將電子元件與水體隔開(kāi)，減少電路進(jìn)水的可能性，并且采用了吸水棉吸水的方式給加濕器供水。產(chǎn)品設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 外觀

2.2 功能模塊

2.2.1 功能

本產(chǎn)品主要實(shí)現(xiàn)的功能有：（1）加濕功能；（2）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水體溫度、空氣濕度；（3）遠(yuǎn)程控制加濕器開(kāi)關(guān)；（4）自動(dòng)加濕與缺水?dāng)嚯?；?）智能分析最佳飲水時(shí)間。

2.2.1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水體溫度、空氣濕度

以單片機(jī)模塊為處理芯片，通過(guò)濕度傳感器模塊和溫度傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)模塊，經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)WiFi模塊傳遞給連上WiFi的手機(jī)終端，在手機(jī)串口助手APP上顯示出水體的溫度和空氣的濕度這些數(shù)據(jù)。

2.2.1.2 遠(yuǎn)程控制加濕器開(kāi)關(guān)

連上WiFi模塊的手機(jī)終端，通過(guò)手機(jī)串口助手APP，傳遞打開(kāi)或者關(guān)閉加濕器的指令給WiFi模塊，然后再將此指令傳遞給單片機(jī)模塊進(jìn)行處理，然后控制加濕器打開(kāi)或者關(guān)閉。

2.2.1.3 自動(dòng)加濕與缺水?dāng)嚯?/p>

在單片機(jī)模塊中編入預(yù)先編好的程序，濕度傳感器模塊將采集到的濕度信息實(shí)時(shí)傳回至單片機(jī)模塊作為程序參數(shù)進(jìn)行處理，當(dāng)濕度值低于某一設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)模塊控制加濕器打開(kāi)。利用探針感應(yīng)水位，當(dāng)水位低于一定程度后，自動(dòng)關(guān)閉加濕器，防止加濕器干燒。

2.2.1.4 智能分析最佳飲水時(shí)間

倒上一杯水之后，水杯中的溫度傳感器與水位傳感器將數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi模塊傳遞給手機(jī)APP，APP獲取數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)程序計(jì)算，將最佳喝水時(shí)間通過(guò)一定的表達(dá)方式傳遞給使用者。

2.2.2 模塊

產(chǎn)品的總工作原理圖如圖2所示。

圖2 總工作原理

根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)出了集合單片機(jī)、加濕裝置、溫度傳感器、濕度傳感器、顯示裝置、WiFi接收處理裝置于一體的電路。

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)將人們?nèi)粘Ｓ玫乃c加濕器融合在一起，增加了人們生活的便利，減少過(guò)多攜帶帶來(lái)的麻煩，本設(shè)計(jì)通過(guò)手機(jī)連接WiFi可以直接操控產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的遠(yuǎn)程操作功能，使之更加智能化，本設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水體溫度以及空氣濕度，當(dāng)水體溫度達(dá)到適合飲用的程度時(shí)會(huì)提醒人們，當(dāng)空氣濕度下降到30%時(shí)，會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟加濕器。這些設(shè)計(jì)都使該作品更加的智能，符合當(dāng)今科技朝著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

[1]徐愛(ài)鈞.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010,7.

[2]宋文緒,楊帆.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京高等教育出版社,2009,11.