許琬欣

摘 要：文中設(shè)計了一款集各項功能于一體的智能家居飲水機。該飲水機不僅具有定時燒水，定溫?zé)?，一次燒水，智能兒童鎖，遙控以及健康管家等功能，更提供了良好的硬件底層與軟件庫函數(shù)，可根據(jù)用戶的需求更換配置，方便維修，適應(yīng)了當(dāng)代社會家用電器的自動化、智能化、信息化發(fā)展潮流。

關(guān)鍵詞：智能；模塊化設(shè)計

1 作品簡介

本設(shè)計通過不同的固件將各智能家居的功能集成在一個平臺上，開發(fā)出一款智能家居飲水機。該飲水機可實現(xiàn)定時燒水，定溫?zé)淮螣?，智能兒童鎖，遙控以及健康管家等功能。同時本產(chǎn)品還能對人體身高進行檢測，若身高低于1.3 m的兒童誤使用熱水，則用戶可通過手機與平臺經(jīng)藍牙進行信息交互，對飲水機進行開機、關(guān)機與水溫設(shè)定。飲水機上的健康管家可以探測環(huán)境的溫濕度，提示用戶最佳的飲水間隔。健康管家通過傳感器對整個環(huán)境以及人體的各種數(shù)據(jù)進行探測，并對這些數(shù)據(jù)保存、綜合處理，再結(jié)合之前的數(shù)據(jù)，對用戶提出全方位的健康建議。開水出水口的溫度探測功能在于防止熱水燙口，便于人們將熱水兌到一個合適的溫度后飲用。本平臺提供了良好的硬件底層與軟件庫函數(shù)，模塊化設(shè)計，方便維修，并且可根據(jù)用戶的需求更換配置，實現(xiàn)量身定做的效果。實物電路連接圖如圖1所示。

2 工作原理

本產(chǎn)品由主板、CPU板、功能板、電機驅(qū)動、繼電器、屏幕以及移動終端App組成。

主板的作用在于為平臺模塊供電及提供電氣連接。平臺的輸入電壓為14 V，由市面上的變壓器即可得到。14 V電壓經(jīng)主板上的LM2596開關(guān)穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓到5 V后為TTL電平設(shè)備供電。5 V電壓經(jīng)7333線性芯片穩(wěn)壓到3.3 V，為CMOS電平設(shè)備供電。主板上有三個發(fā)光二極管，分別用來顯示輸入電壓，5 V電壓，3.3 V電壓是否正常。主板上的其他器件為插針插槽、開關(guān)、接線端子以及SD卡卡槽。

CPU板不僅可為單片機提供晶振電路，同時還起到了連接單片機與主板的作用。控制平臺可根據(jù)用戶需要安裝不同型號，不同價位的單片機，提高性價比。

功能板上安裝有傳感器，不同的家居安裝不同的功能板可實現(xiàn)不同的功能，現(xiàn)有的功能板上安裝的傳感器含有DH11，用于檢測環(huán)境溫濕度；紅外管，用于探測是否有物體靠近設(shè)備；藍牙HC-05，用于與移動終端通信，并預(yù)留接口，根據(jù)需要再安裝其他部件。

電機驅(qū)動可驅(qū)動電機，為設(shè)備提供動力。在智能飲水機上驅(qū)動機械手實現(xiàn)熱水龍頭的開合，實現(xiàn)智能兒童鎖的效果。電機驅(qū)動由IR2104S和MOS管組成，由主板供電，信號線與功能板相連。

繼電器通過弱電控制強電。由于繼電器驅(qū)動電流不大，所以電源線和信號線都與功能板相連。

屏幕可根據(jù)用戶的需求選配。如液晶屏TFT帶電阻觸摸屏ILI9341、12864等。平臺的標準配置是液晶屏TFT帶電阻觸摸屏ILI9341，彩色顯示與觸摸操作可實現(xiàn)良好的人機交互。

移動終端App通過藍牙與平臺產(chǎn)生信息交互，實現(xiàn)控制平臺的目的。如果家里的大部分家居都安裝了本平臺，便可實現(xiàn)一臺移動終端遙控大部分家居的生活。App基于安卓系統(tǒng)設(shè)計，采用eclipse編寫，包含開機、關(guān)機、設(shè)定溫度接收健康貼士等功能。本操作系統(tǒng)通過圖片顯示與中斷響應(yīng)判斷標志位的方式實現(xiàn)良好的人機交互。界面分為信息欄和觸控界面兩部分，信息欄用于顯示家居或者環(huán)境參數(shù)，觸控界面用于用戶對平臺的操作。

主板原理如圖2所示，功能板原理圖如圖3所示，產(chǎn)品工作流程如圖4所示，其中單箭頭表示電能的傳播方向，雙箭頭表示信號的交互。

3 創(chuàng)新點

本設(shè)計中的一大創(chuàng)新點在于擁有可設(shè)定水溫的功能。在日常生活中，我們常常會在使用保溫杯時被開水燙到口舌，因為拿保溫杯時手感覺不到水的溫度，而通過對水溫的設(shè)定顯示，我們可以知道飲水機的出水溫度，防止不經(jīng)意間的燙傷。在此基礎(chǔ)上我們更進一步針對不同人群的需求，在開水出水口加上了溫度探測功能，以尋求最舒適的飲水溫度。

該產(chǎn)品還具有兒童鎖功能，通過紅外管自動識別出身高低于1.3 m的兒童，此時機器手會使水閥處于關(guān)閉狀態(tài)，熱水將無法流出，防止兒童誤操作被熱水燙傷，解決了飲水機的兒童安全隱患問題。

飲水機系統(tǒng)中的健康貼士設(shè)計也是我們對當(dāng)代火熱的大數(shù)據(jù)技術(shù)與家用電器領(lǐng)域的結(jié)合。我們設(shè)計的基于安卓系統(tǒng)的手機App對平臺檢測到的環(huán)境溫度、濕度進行處理，為用戶提供有關(guān)健康的建議，提示用戶最佳飲水間隔。

我們將所有智能家居的功能通過一個平臺以及不同的固件來實現(xiàn)；產(chǎn)品兼容性高，便于管理；我們所使用的拓展模塊為添加、編輯功能板提供了很大便利，可根據(jù)不同用戶的需要進行私人定制，并且可以升級，以滿足各層次用戶在不同時間的需求。

4 市場前景

本平臺如果應(yīng)用于市場可以對智能家居的控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一。由于平臺已經(jīng)提供了良好的硬件底層與軟件庫函數(shù)，研發(fā)人員可以更加專注于操作系統(tǒng)等上層開發(fā)，節(jié)約人力物力，達到最大的開發(fā)效率。由于硬件底層相同，且采用功能分模塊化設(shè)計，當(dāng)平臺產(chǎn)生故障時方便維修。

對于用戶來說，此平臺可根據(jù)用戶的需求配置不同的CPU、功能板和屏幕?？梢允褂貌煌南到y(tǒng)，量身定做。且伴隨著用戶生活水平的提高，對家居有更高的智能需求時，可以更換功能板并使用新系統(tǒng)，無需更換整體家居，節(jié)約資源。App上有大數(shù)據(jù)健康管家，在生活節(jié)奏十分快的時代，大數(shù)據(jù)健康管家可以及時提醒用戶進行一些必要的活動，如飲水、運動等，以保證用戶健康的生活。

對于企業(yè)來說，企業(yè)可以根據(jù)用戶需要及時更新功能板及操作系統(tǒng)，盈利方式可由賣設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橘u服務(wù)，拓寬了盈利渠道。

本設(shè)計主要介紹了一套飲水機系統(tǒng)，在當(dāng)代社會，飲水機作為家庭電氣設(shè)備的必要性正在逐漸減弱，它在家庭中的使用率并沒有想象中高，其地位正逐漸被電熱水壺等加熱設(shè)備所取代。但我們通過對飲水機自身優(yōu)勢的挖掘和一些嶄新功能的開發(fā)，能夠使飲水機發(fā)揮出獨一無二的長處。

通過對飲水機設(shè)置水溫、設(shè)計健康貼士、添加兒童安全保護裝置等措施，可以擺脫電熱水壺?zé)_水再倒入暖壺儲存的繁瑣過程，避免電熱水壺帶來的兒童飲水隱患，隨時隨地便捷地獲得理想溫度的飲用水，免去多次燒水、開水過熱或過涼的困擾，適應(yīng)當(dāng)代社會家用電器的自動化、智能化、信息化發(fā)展潮流。