許琬欣

摘 要：文中設(shè)計(jì)了一款集各項(xiàng)功能于一體的智能家居飲水機(jī)。該飲水機(jī)不僅具有定時(shí)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(kù)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(huì)家用電器的自動(dòng)化、智能化、信息化發(fā)展潮流。

關(guān)鍵詞：智能；模塊化設(shè)計(jì)

1 作品簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)通過不同的固件將各智能家居的功能集成在一個(gè)平臺(tái)上，開發(fā)出一款智能家居飲水機(jī)。該飲水機(jī)可實(shí)現(xiàn)定時(shí)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(shí)本產(chǎn)品還能對(duì)人體身高進(jìn)行檢測(cè)，若身高低于1.3 m的兒童誤使用熱水，則用戶可通過手機(jī)與平臺(tái)經(jīng)藍(lán)牙進(jìn)行信息交互，對(duì)飲水機(jī)進(jìn)行開機(jī)、關(guān)機(jī)與水溫設(shè)定。飲水機(jī)上的健康管家可以探測(cè)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(duì)整個(gè)環(huán)境以及人體的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)保存、綜合處理，再結(jié)合之前的數(shù)據(jù)，對(duì)用戶提出全方位的健康建議。開水出水口的溫度探測(cè)功能在于防止熱水燙口，便于人們將熱水兌到一個(gè)合適的溫度后飲用。本平臺(tái)提供了良好的硬件底層與軟件庫(kù)函數(shù)，模塊化設(shè)計(jì)，方便維修，并且可根據(jù)用戶的需求更換配置，實(shí)現(xiàn)量身定做的效果。實(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)、繼電器、屏幕以及移動(dòng)終端App組成。

主板的作用在于為平臺(tái)模塊供電及提供電氣連接。平臺(tái)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(gè)發(fā)光二極管，分別用來(lái)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(jī)提供晶振電路，同時(shí)還起到了連接單片機(jī)與主板的作用?？刂破脚_(tái)可根據(jù)用戶需要安裝不同型號(hào)，不同價(jià)位的單片機(jī)，提高性價(jià)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(shí)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(cè)環(huán)境溫濕度；紅外管，用于探測(cè)是否有物體靠近設(shè)備；藍(lán)牙HC-05，用于與移動(dòng)終端通信，并預(yù)留接口，根據(jù)需要再安裝其他部件。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為設(shè)備提供動(dòng)力。在智能飲水機(jī)上驅(qū)動(dòng)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)熱水龍頭的開合，實(shí)現(xiàn)智能兒童鎖的效果。電機(jī)驅(qū)動(dòng)由IR2104S和MOS管組成，由主板供電，信號(hào)線與功能板相連。

繼電器通過弱電控制強(qiáng)電。由于繼電器驅(qū)動(dòng)電流不大，所以電源線和信號(hào)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(tái)的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。

移動(dòng)終端App通過藍(lán)牙與平臺(tái)產(chǎn)生信息交互，實(shí)現(xiàn)控制平臺(tái)的目的。如果家里的大部分家居都安裝了本平臺(tái)，便可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)移動(dòng)終端遙控大部分家居的生活。App基于安卓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用eclipse編寫，包含開機(jī)、關(guān)機(jī)、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(biāo)志位的方式實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)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(duì)平臺(tái)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(hào)的交互。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

本設(shè)計(jì)中的一大創(chuàng)新點(diǎn)在于擁有可設(shè)定水溫的功能。在日常生活中，我們常常會(huì)在使用保溫杯時(shí)被開水燙到口舌，因?yàn)槟帽乇瓡r(shí)手感覺不到水的溫度，而通過對(duì)水溫的設(shè)定顯示，我們可以知道飲水機(jī)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(jìn)一步針對(duì)不同人群的需求，在開水出水口加上了溫度探測(cè)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(dòng)識(shí)別出身高低于1.3 m的兒童，此時(shí)機(jī)器手會(huì)使水閥處于關(guān)閉狀態(tài)，熱水將無(wú)法流出，防止兒童誤操作被熱水燙傷，解決了飲水機(jī)的兒童安全隱患問題。

飲水機(jī)系統(tǒng)中的健康貼士設(shè)計(jì)也是我們對(duì)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?cè)O(shè)計(jì)的基于安卓系統(tǒng)的手機(jī)App對(duì)平臺(tái)檢測(cè)到的環(huán)境溫度、濕度進(jìn)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(gè)平臺(tái)以及不同的固件來(lái)實(shí)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(jìn)行私人定制，并且可以升級(jí)，以滿足各層次用戶在不同時(shí)間的需求。

4 市場(chǎng)前景

本平臺(tái)如果應(yīng)用于市場(chǎng)可以對(duì)智能家居的控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一。由于平臺(tái)已經(jīng)提供了良好的硬件底層與軟件庫(kù)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(dá)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(jì)，當(dāng)平臺(tái)產(chǎn)生故障時(shí)方便維修。

對(duì)于用戶來(lái)說，此平臺(tái)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(duì)家居有更高的智能需求時(shí)，可以更換功能板并使用新系統(tǒng)，無(wú)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(shí)代，大數(shù)據(jù)健康管家可以及時(shí)提醒用戶進(jìn)行一些必要的活動(dòng)，如飲水、運(yùn)動(dòng)等，以保證用戶健康的生活。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說，企業(yè)可以根據(jù)用戶需要及時(shí)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(jì)主要介紹了一套飲水機(jī)系統(tǒng)，在當(dāng)代社會(huì)，飲水機(jī)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(duì)飲水機(jī)自身優(yōu)勢(shì)的挖掘和一些嶄新功能的開發(fā)，能夠使飲水機(jī)發(fā)揮出獨(dú)一無(wú)二的長(zhǎng)處。

通過對(duì)飲水機(jī)設(shè)置水溫、設(shè)計(jì)健康貼士、添加兒童安全保護(hù)裝置等措施，可以擺脫電熱水壺?zé)_水再倒入暖壺儲(chǔ)存的繁瑣過程，避免電熱水壺帶來(lái)的兒童飲水隱患，隨時(shí)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(huì)家用電器的自動(dòng)化、智能化、信息化發(fā)展潮流。