陶輝

摘? ?要：為改變傳統(tǒng)飲水機水溫不可人為設定、浪費電源、接水麻煩的問題。設計了一款基于AT89C51的智能飲水機，通過加入溫度傳感器和手機APP實現(xiàn)水溫可人為設定，遠程控制飲水機的開啟關閉，此外智能飲水機還加入了超聲波液位傳感器和紅外對射模塊，實現(xiàn)飲水機的自動放水。通過引入壓力傳感器檢測水箱中的水位，避免了飲水機缺水引起的干燒。主動式紅外傳感器用于實現(xiàn)飲水機的節(jié)能控制。本設計能夠較好的完成以上功能，為用戶提供便利，增強用戶體驗，具有一定的推廣應用價值。

關鍵詞：AT89C51? 飲水機? 智能家居? 遠程控制

中圖分類號：TM925? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0067-04

隨著科技的發(fā)展，各類傳感器的使用讓家居的智能化逐漸成為一種趨勢，但是就目前市場上面的飲水機不能很好的滿足人們的需求，如不能智能放水、水溫不可調節(jié)、浪費電能[1]、飲水機干燒等問題，本設計針對以上問題設計出一款智能飲水。

該智能飲水機采用AT89C51單片機設計，通過手機藍牙和單片機藍牙模塊的通信實現(xiàn)飲水機的遠程控制，藍牙部分主要是完成智能飲水機溫度設定、飲水機的遠程開啟關閉[2]，當飲水機缺水時發(fā)送缺水信息給手機APP;通過超聲波液位傳感器和紅外對射模塊實現(xiàn)自動放水功能，智能飲水機的自動放水可以防止水溢出，避免浪費水資源，讓人們在接水的時候更加的省心，不用時刻在擔心水的溢出;通過壓力傳感器模塊實現(xiàn)水箱中水位監(jiān)測，當水桶沒水時，通過單片機的藍牙模塊發(fā)送缺水消息給手機APP，手機APP發(fā)送短信給送水廠家送水[3]，讓飲水機能夠自動“補充”水[4]，智能飲水機和傳統(tǒng)飲水機相比，智能飲水機可以處理和飲水公司桶裝水更換的“溝通”，使人們的生活更加便捷化。

1? 系統(tǒng)總體方案設計

該設計主要包括兩個部分第一部分是AT89C51及其外圍電路，第二部分是軟件部分包括手機APP軟件部分和單片機軟件設計。手機APP的開發(fā)使用基于Java的安卓，開發(fā)工具使用AndroidStudio，AndroidStudio是目前使用最廣泛的安卓開發(fā)工具，安卓中有許多封裝好的接口，可以快速實現(xiàn)軟件的開發(fā)，縮短軟件的開發(fā)周期;單片機軟件設計使用C語言模塊化程序設計，采用Keil軟件實現(xiàn)開發(fā)，使用C語言開發(fā)簡單、效率高，另外Keil軟件可以編譯產生hex文件，可以通過程序下載軟件下載在AT89C51中; 飲水機采用雙水箱設計，可以方便的把熱水、冷水分開存放，熱水箱的底部放置壓力傳感器，當單片機通過壓力傳感器檢測到水位低于設定值并需要加熱時往熱水箱中加水，若持續(xù)檢測不到壓力值的變化說明此時飲水機無水，通過藍牙發(fā)送無水消息給手機APP，APP發(fā)送短信給送水廠家送水。

2? 系統(tǒng)硬件設計

為了實現(xiàn)系統(tǒng)功能，采用了以AT89C51為核心的控制器，用于檢測杯子高度和室內是否有人的紅外檢測模塊，測量水杯水位高度的超聲波液位傳感器，測量水桶水位的壓力測量模塊，用于遠程控制和通信的藍牙模塊，以及人機交互界面LCD1602和執(zhí)行部件共同組成智能飲水機的硬件系統(tǒng)，總體框圖見圖1。

2.1 水箱水位測量

水箱水位的測量通過壓力傳感器來實現(xiàn)，把壓力傳感器放在熱水箱的下面[5]。壓力傳感器的工作原理是把壓力信號轉化為電信號，屬于電量傳感器，此處的壓力傳感器采用電阻應變式，它是將彈性的應變，同步的轉化為電阻的變化，測量電路使用的是惠斯通電橋見圖2。

（1）

如果R1=R2=R3=R4或R1×R2=R3×R4則無論輸入多大電壓，OUT總為0，這種情況稱為靜態(tài)。如果電阻的這種靜態(tài)被破壞，就會產生相對應的變化電壓輸出。惠斯通電橋輸出的電壓信號OUT比較微弱，在接入A/D之前，需要經過放大器進行放大到A/D轉換器的輸入電壓范圍內，通過A/D轉換后送入單片機處理得到水位，當水位低于設定值時，通過單片機藍牙模塊發(fā)送消息給手機APP，手機APP獲取手機發(fā)送短信的權限，即可發(fā)送短信給飲水公司更換桶裝水。

2.2 自動放水

自動放水功能采用超聲波液位傳感器、紅外對射模塊、繼電器實現(xiàn)。超聲波液位傳感器用來測量被子中水的高度，超聲波液位傳感器碰到水的分界面會產生明顯的反射，從而形成反射回波。本設計采用的是UN85F30TR-1MD型超聲波液位傳感器，該模塊具有良好的耐濕性，通常用于水位、油位的測量，該傳感器輸出電壓范圍是0-5V模擬量輸出，經過A/D轉換后送入單片機，得到杯子中水的水位。

主動式的紅外對射模塊用于檢測杯子高度，發(fā)射器自動發(fā)出紅外線，當遮擋超過60ms時，檢測開始生效，發(fā)射器通常使用紅外發(fā)光二級管，接收器可使用光電二極管，紅外對射模塊的示意圖見圖3，此處紅外對射模塊安裝在飲水機接水槽的兩側，當模塊無遮擋時，接通管導通，模塊DO輸出低電平，遮擋時輸出D0輸出高電平，有杯子擋住時，根據紅外模塊的編號和高度對應得出杯子的高度。

通過紅外對射模塊測得的杯子高度和液位傳感測量的水位之差決定放水的多少。

繼電器是利用電磁效應工作的一種控制器件，在繼電器輸入端加入電壓，線圈中就有了電流，就會發(fā)生電磁效應，電磁力達到一定值時將會克服彈簧的拉力，從而使開關閉合，AT89C51的I/O（輸入/輸出）口的輸出電壓與TTL兼容，但不能夠直接帶動繼電器，需要在AT89C51和繼電器之間加入三極管放大電路，以便提高AT89C51的驅動能力。驅動電路如圖4所示。

由測量原件和執(zhí)行控制部件共同完成智能飲水機的放水工作。

2.3 節(jié)能控制

紅外線是指紅光之外的輻射，屬于不可見光，紅外傳感器就是基于紅外線研發(fā)的，此處用被動式紅外模塊監(jiān)測環(huán)境中是否有人，被動式的熱釋電紅外傳感器用來檢測環(huán)境中人發(fā)出的紅外線，當一個小時都探測不到有人時，智能飲水機將關閉加熱進入節(jié)能工作方式[6]，此時的單片機控制系統(tǒng)仍然還在工作，此處采用基于紅外線技術的HC-SR501自動控制模塊。

2.4 溫度設定

溫度傳感器模塊用于檢測熱水箱中水的溫度[7]，該模塊作為溫度負反饋系統(tǒng)的測量原件，水溫的設定通過手機APP設置，設置完成后通過藍牙發(fā)送給單片機。水溫控制框圖見圖5。

3? 軟件設計

3.1 單片機軟件設計

AT89C51軟件使用Keil工具開發(fā)，為實現(xiàn)本設計的功能，采用了C語言模塊化程序設計編程，主要的程序模塊設計包括繼電器控制程序、超聲波液位傳感器程序、紅外傳感器、DS18B20 采集溫度程序、壓力傳感器程序、藍牙程序，LCD1602顯示程序，程序流程如圖6所示。

3.2 APP軟件設計

APP軟件設計采用AndroidStudio軟件開發(fā)，作為飲水機控制系統(tǒng)的上位機，獲取飲水機的水溫、工作狀態(tài)，以及對飲水機的水溫進行設定，完成短信發(fā)送功能。APP界面如圖7所示。

手機通過廣播事件開始監(jiān)測是否有來自單片機的缺水消息，當收到缺水消息時，APP通過短信發(fā)出缺水消息給送水公司送水。程序流程如圖8所示。

4? 結語

本設計對傳統(tǒng)飲水機接水麻煩、干燒存在風險、浪費電的問題進行改進，智能飲水機基于AT89C51單片機控制，通過手機藍牙和單片機上的藍牙通信對飲水機進行遠程控制，采用杯體檢測傳感器實現(xiàn)自動放水的目的，溫度可自行設置，通過良好的控溫系統(tǒng)可以更好的滿足人們對水溫的不同要求，本設計實現(xiàn)了飲水機的節(jié)能、自動放滿水、遠程控制、飲水機自動發(fā)送缺水消息給桶裝水公司，不用人工和桶裝水公司聯(lián)系，方便了用戶使用飲水機，讓飲水機的使用更加安全可靠，飲水機變得更加“聰明”，本設計具有較強的實用性、可靠性、安全性，讓電能的使用更加有效率，具有很好的市場應用前景。

目前自動放水功能對于口徑較小的水杯存一定問題，但隨著技術的發(fā)展可以把測量水位高度的傳感器和放水開關集成在一起，來解決此問題。

參考文獻

[1] 陳健寧.健康節(jié)能型飲水機設計[J].科技創(chuàng)新導報，2016，13（4）：40-41+44.

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[3] 黃軍輝，林樹琪.基于89C52單片機的智能家居多功能飲水機的設計與實現(xiàn)[J].廣東輕工職業(yè)技術學院學報，2015，14（4）：7-11.

[4] 韓媛媛，陳金輝.基于PIC16F505單片機的智能飲水機設計[J].科技創(chuàng)新導報，2009（17）：15.

[5] 段清明，彭醒醒，楊開琦，林潔.基于單片機的可控溫智能多功能安全飲水機設計[J].吉林大學學報（信息科學版），2014，32（5）：516-520.

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[7] 趙龍，郝潤科，王磊，邱銀，胡騫.基于單片機的數(shù)字式智能飲水機設計[J].現(xiàn)代電子技術，2012，35（17）：112-115.