石雅竹 李國(guó)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(bǔ)充水量預(yù)警裝置、加熱、制冷、水質(zhì)水溫檢測(cè)、手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制等幾大功能特點(diǎn)，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(wèn)題。該產(chǎn)品適用于辦公室、居家、車載等場(chǎng)合。該產(chǎn)品為應(yīng)用前景廣闊且符合現(xiàn)代消費(fèi)理念，是集多種功能于一體的智能化水杯。

關(guān)鍵詞：恒溫；遠(yuǎn)程控制；多種功能；經(jīng)濟(jì)實(shí)用

1、引言

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，消費(fèi)者不管是在生活還是工作上對(duì)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(kāi)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(shuō)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(bǔ)充水量預(yù)警裝置、加熱、制冷、水質(zhì)水溫檢測(cè)、手機(jī)APP遠(yuǎn)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(duì)目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)于深度智能化水杯這一技術(shù)的空白，此智能化水杯將實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫、加熱、制冷、檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制等功能的研發(fā)，其中主要研究?jī)?nèi)容有對(duì)HMI技術(shù)與藍(lán)牙模塊的綜合應(yīng)用、恒溫的調(diào)節(jié)與控制、APP開(kāi)發(fā)與網(wǎng)絡(luò)控制、設(shè)計(jì)管理及水溫的監(jiān)測(cè)與提醒。該作品具有溫度可視化和現(xiàn)代化恒溫控制、人機(jī)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(jì)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(jì)方案，可獨(dú)立工作或多模塊組合協(xié)同工作。每個(gè)模塊均可以設(shè)定優(yōu)先級(jí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)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(dá)設(shè)定時(shí)間后，MCU會(huì)控制I/O口得電和斷電，利用感應(yīng)器監(jiān)測(cè)水溫的變化，通過(guò)PID控制MCU傳導(dǎo)到制冷或加熱系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)水溫，實(shí)現(xiàn)恒溫調(diào)節(jié)；并在設(shè)定的溫度達(dá)到時(shí)，程序模塊斷電并通過(guò)藍(lán)牙系統(tǒng)反映到手機(jī)APP上提醒主人飲水，并且在水杯墊的下方時(shí)刻顯示著水溫、健康指數(shù)；由 MS-E4A控制藍(lán)牙系統(tǒng)，可以通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)組態(tài)監(jiān)控。

4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件部分：該裝置在保證傳統(tǒng)外形不變的情況下對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guò)最小系統(tǒng)對(duì)各部分硬件功能實(shí)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(wú)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(jì)效果

通過(guò)對(duì)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(chǎng)上傳統(tǒng)水杯相比具有諸多的優(yōu)勢(shì)，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(jì)出三種溫度模式可供選擇使其實(shí)用性大幅增強(qiáng)，對(duì)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(bǔ)充水量預(yù)警系統(tǒng)。借鑒目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的飲水提醒功能的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了智能化提升通過(guò)手機(jī)APP向用戶傳遞攝入水量信息。

（3）水質(zhì)水溫顯示。通過(guò)OLED顯示能夠更加直觀的將所檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，避免用戶使用時(shí)出現(xiàn)燙傷及水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等危險(xiǎn)。

（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(lái)產(chǎn)生局域網(wǎng)絡(luò)。手機(jī)、電腦通過(guò)連接局域網(wǎng)絡(luò)可與358度智能一體化水杯進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳輸，實(shí)時(shí)記錄存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

（5）在使用體驗(yàn)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(jìn)行相應(yīng)功能的操作，操作功能簡(jiǎn)單便捷。內(nèi)部采用降壓5V對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行供電，對(duì)機(jī)體起到有效的保護(hù)使其能夠循環(huán)使用。

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基金項(xiàng)目：天津市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《358度智能一體化水杯》，項(xiàng)目編號(hào)：201810066069。