石雅竹 李國輝 劉慧 李娜

摘要：基于358度智能一體化水杯裝置的研發(fā)，將突出恒溫、健康指數(shù)、人體補充水量預(yù)警裝置、加熱、制冷、水質(zhì)水溫檢測、手機APP遠程控制等幾大功能特點，合理的解決了傳統(tǒng)水杯在日常使用當(dāng)中水溫不可控、健康指數(shù)較低、功能單一等問題。該產(chǎn)品適用于辦公室、居家、車載等場合。該產(chǎn)品為應(yīng)用前景廣闊且符合現(xiàn)代消費理念，是集多種功能于一體的智能化水杯。

關(guān)鍵詞：恒溫；遠程控制；多種功能；經(jīng)濟實用

1、引言

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，消費者不管是在生活還是工作上對產(chǎn)品質(zhì)量和指標(biāo)的要求都在不斷提高，人體攝入水溫以白開水35度、蜂蜜水55度、茶水83度為宜，為使水杯更加智能化、快捷化，安全化，人們不斷的在這一方面結(jié)合相關(guān)技術(shù)并追求創(chuàng)新。358度智能一體化水杯的研制可以說走在了這一技術(shù)的最前沿，它是是一款集恒溫、健康指數(shù)、人體補充水量預(yù)警裝置、加熱、制冷、水質(zhì)水溫檢測、手機APP遠程控制等幾大功能于一體的智能化水杯。

2、作品功能與特色

針對目前國內(nèi)外市場對于深度智能化水杯這一技術(shù)的空白，此智能化水杯將實現(xiàn)對恒溫、加熱、制冷、檢測、遠程控制等功能的研發(fā)，其中主要研究內(nèi)容有對HMI技術(shù)與藍牙模塊的綜合應(yīng)用、恒溫的調(diào)節(jié)與控制、APP開發(fā)與網(wǎng)絡(luò)控制、設(shè)計管理及水溫的監(jiān)測與提醒。該作品具有溫度可視化和現(xiàn)代化恒溫控制、人機交互技術(shù)探索應(yīng)用、 APP可視化組態(tài)顯示的鮮明特色。

3、設(shè)計原理

358度智能一體化水杯是以STM32F103為主控器，采用模塊化設(shè)計方案，可獨立工作或多模塊組合協(xié)同工作。每個模塊均可以設(shè)定優(yōu)先級別，從而實現(xiàn)對時間、水溫的不同調(diào)節(jié)。在結(jié)構(gòu)上，水杯本體裝有制熱制冷裝置，水杯墊裝有電源模塊、液晶顯示屏等；功能上，當(dāng)系統(tǒng)到達設(shè)定時間后，MCU會控制I/O口得電和斷電，利用感應(yīng)器監(jiān)測水溫的變化，通過PID控制MCU傳導(dǎo)到制冷或加熱系統(tǒng)來調(diào)節(jié)水溫，實現(xiàn)恒溫調(diào)節(jié)；并在設(shè)定的溫度達到時，程序模塊斷電并通過藍牙系統(tǒng)反映到手機APP上提醒主人飲水，并且在水杯墊的下方時刻顯示著水溫、健康指數(shù)；由 MS-E4A控制藍牙系統(tǒng)，可以通過手機APP實現(xiàn)組態(tài)監(jiān)控。

4、系統(tǒng)設(shè)計

硬件部分：該裝置在保證傳統(tǒng)外形不變的情況下對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了修改，并增加恒溫調(diào)節(jié)裝置，在外部顯示上采用OLED顯示，水杯分為杯身和杯座兩部分，通過最小系統(tǒng)對各部分硬件功能實現(xiàn)總控制減少了外部單立元器件的使用增加了杯身的容量。內(nèi)部安裝WIFI模塊所產(chǎn)生局域網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)構(gòu)成無線傳輸。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

軟件部分：

圖2 系統(tǒng)程序流程圖

5、作品設(shè)計效果

通過對水杯的功能分析，制作出智能化飲水設(shè)備——358度智能一體化水杯，改善以往普通水杯存在的局限性，使得水杯具有多樣化功能。

358度智能一體化水杯與目前市場上傳統(tǒng)水杯相比具有諸多的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在：

（1）三種溫度模式可供選擇。依據(jù)健康指數(shù)設(shè)計出三種溫度模式可供選擇使其實用性大幅增強，對于不同的需求，用戶可一步操作到位充分展現(xiàn)了產(chǎn)品的便捷性。

（2）安裝人體補充水量預(yù)警系統(tǒng)。借鑒目前市場上出現(xiàn)的飲水提醒功能的優(yōu)點，進行了智能化提升通過手機APP向用戶傳遞攝入水量信息。

（3）水質(zhì)水溫顯示。通過OLED顯示能夠更加直觀的將所檢測的數(shù)據(jù)進行顯示，避免用戶使用時出現(xiàn)燙傷及水質(zhì)不達標(biāo)等危險。

（4）在數(shù)據(jù)交互功能上，358度智能一體化水杯采用最新的WIFI技術(shù)，其內(nèi)部安裝WIFI模塊用來產(chǎn)生局域網(wǎng)絡(luò)。手機、電腦通過連接局域網(wǎng)絡(luò)可與358度智能一體化水杯進行數(shù)據(jù)的相互傳輸，實時記錄存儲數(shù)據(jù)。

（5）在使用體驗上，358度智能一體化水杯的外形結(jié)構(gòu)采用圓柱體結(jié)構(gòu)，杯身與杯座分離且互相搭配便可以進行相應(yīng)功能的操作，操作功能簡單便捷。內(nèi)部采用降壓5V對控制系統(tǒng)進行供電，對機體起到有效的保護使其能夠循環(huán)使用。

參考文獻：

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[2]張友德.單片微型機原理、應(yīng)用與實驗[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.

基金項目：天津市級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目《358度智能一體化水杯》，項目編號：201810066069。