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、人體補充水量預警裝置、加熱、制冷、水質水溫檢測、手機APP遠程控制等幾大功能特點，合理的解決了傳統(tǒng)水杯在日常使用當中水溫不可控、健康指數較低、功能單一等問題。該產品適用于辦公室、居家、車載等場合。該產品為應用前景廣闊且符合現代消費理念，是集多種功能于一體的智能化水杯。

關鍵詞：恒溫；遠程控制；多種功能；經濟實用

1、引言

隨著當代科學技術的發(fā)展，消費者不管是在生活還是工作上對產品質量和指標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合相關技術并追求創(chuàng)新。358度智能一體化水杯的研制可以說走在了這一技術的最前沿，它是是一款集恒溫、健康指數、人體補充水量預警裝置、加熱、制冷、水質水溫檢測、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

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

3、設計原理

358度智能一體化水杯是以STM32F103為主控器，采用模塊化設計方案，可獨立工作或多模塊組合協同工作。每個模塊均可以設定優(yōu)先級別，從而實現對時間、水溫的不同調節(jié)。在結構上，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，當系統(tǒng)到達設定時間后，MCU會控制I/O口得電和斷電，利用感應器監(jiān)測水溫的變化，通過PID控制MCU傳導到制冷或加熱系統(tǒng)來調節(jié)水溫，實現恒溫調節(jié)；并在設定的溫度達到時，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；由 MS-E4A控制藍牙系統(tǒng)，可以通過手機APP實現組態(tài)監(jiān)控。

4、系統(tǒng)設計

硬件部分：該裝置在保證傳統(tǒng)外形不變的情況下對內部結構進行了修改，并增加恒溫調節(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。內部安裝WIFI模塊所產生局域網絡為數據構成無線傳輸。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結構框圖

軟件部分：

圖2 系統(tǒng)程序流程圖

5、作品設計效果

通過對水杯的功能分析，制作出智能化飲水設備——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，具體表現在：

（1）三種溫度模式可供選擇。依據健康指數設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了產品的便捷性。

（2）安裝人體補充水量預警系統(tǒng)。借鑒目前市場上出現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）水質水溫顯示。通過OLED顯示能夠更加直觀的將所檢測的數據進行顯示，避免用戶使用時出現燙傷及水質不達標等危險。

（4）在數據交互功能上，358度智能一體化水杯采用最新的WIFI技術，其內部安裝WIFI模塊用來產生局域網絡。手機、電腦通過連接局域網絡可與358度智能一體化水杯進行數據的相互傳輸，實時記錄存儲數據。

（5）在使用體驗上，358度智能一體化水杯的外形結構采用圓柱體結構，杯身與杯座分離且互相搭配便可以進行相應功能的操作，操作功能簡單便捷。內部采用降壓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：

[1]譚浩強.C程序設計（第四版）[M].北京：清華大學出版社，2010.06.

[2]張友德.單片微型機原理、應用與實驗[M].上海：復旦大學出版社，2005.

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