基于STM32的智能飲水機的設計

王心淇+寧棋+凌崇森+汪瑾

【摘 要】針對傳統(tǒng)飲水機功能過于單一的弊端，本項目對飲水機的多功能化進行了研究，并設計出一款智能飲水機。該飲水機系統(tǒng)主要利用了電加熱、STM32系統(tǒng)控制及無線通信原理，實現(xiàn)了定時開啟、關(guān)閉飲水機，自動出杯，自動接水、加水等功能，同時還能夠進行溫度過高及水位過低報警，并且能對是否接滿水進行自動判斷。此款智能飲水機的設計及研制，為廣大用戶提供了極大的便利，具有一定的應用推廣價值。

【關(guān)鍵詞】飲水機；STM32；智能；遠程數(shù)據(jù)傳輸

0 引言

本系統(tǒng)是基于STM32芯片設計的一款飲水機，該智能飲水機主要通過手機的wifi或藍牙功能實現(xiàn)對飲水機的溫度、出水量等進行不同模式的智能控制。例如，定時開啟、關(guān)閉飲水機，實現(xiàn)防溢出、溫度過高及水位過低報警，同時還能夠定時提醒用戶更換濾芯，以保證水質(zhì)的干凈和安全；與此同時該飲水機更具人性化的是它可以記錄您一天的飲水量是否已經(jīng)達到八杯水的量，可以幫助您更好的進行身體保健，大大節(jié)省了用戶的時間，方便了用戶的生活。

實現(xiàn)生活的智能化，是現(xiàn)在社會的一個趨勢，智能化的社會將會使我們的生活更加方便，更加的人性化。同時智能化也可以讓我們的資源得到有效的利用，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。智能飲水機的研制很好地實現(xiàn)了以上的功能，控制出水量和防溢出節(jié)約了水資源，而定時控制則可以節(jié)約電能，手機控制飲水機讓用戶不需要親自跑到飲水機旁去調(diào)溫度，也不需要自己把握飲水機的出水量，用戶只要在自己的座位用手機就可以輕松實現(xiàn)全部功能，大大的方便了人們的生活，同時也節(jié)約了用戶的時間。這是生活智能化最好的一個體現(xiàn)。

1 系統(tǒng)方案總體介紹

本系統(tǒng)以STM32，GSM模塊和各類傳感器為核心外加多種接口電路組成，其包括：系統(tǒng)核心STM32F103ZET6芯片，測量水位的超聲波傳感器，控制飲水機開關(guān)的繼電器模塊，進行溫度檢測的溫度傳感器模塊，及其他各類傳感器，如WIFI模塊，藍牙模塊，紅外傳感器等等，總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 機械結(jié)構(gòu)

智能飲水機系統(tǒng)參考了傳統(tǒng)飲水機的設計，在搭建硬件的過程中，遵循從核心到擴展的原則，首先設計飲水機的整體框架。系統(tǒng)采取兩個水箱的方法，一個用于加熱水，另外一個用于降低水溫，這樣可以避免水資源的浪費，節(jié)約了水資源；然后我們把各類傳感器安裝在合適的位置，比如溫度傳感器安裝在飲水機的外部，紅外對管（用于自動放水）安裝在噴頭那里等等，安裝傳感器的原則是可以使傳感器準確的測量出周圍的數(shù)據(jù)，并且不影響飲水機其他功能的實現(xiàn)。

2.2 智能飲水機的無線通信

智能飲水機研制的關(guān)鍵在于實現(xiàn)手機對飲水機的遠程控制，這就需要一個無線通信系統(tǒng)，目的是讓手機準確的控制飲水機的各項功能，本項目飲水機通過使用藍牙模塊或wifi模塊（或者路由器）發(fā)送信號，讓手機進行接收，手機接收到這個信號之后，再由手機發(fā)送指令，讓飲水機接收到這個指令，然后快速準確地實現(xiàn)指令功能。

2.3 溫度采集部分

溫度傳感器采用具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高等特點的集成數(shù)字溫度傳感器DS18b20。該傳感器的測量范圍從-55℃～+125℃，增量值為0.5℃時，可在1s內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字，精度和速度也符合該系統(tǒng)的要求。

智能飲水機溫度控制系統(tǒng)可以人為的設置不同的溫度，以滿足人們的不同的要求。溫度的設定可以直接通過飲水機的按鍵進行控制，同時也可以通過手機對飲水機進行遠程控制。若該系統(tǒng)長期處于高溫狀態(tài)，系統(tǒng)將會自動跳到低溫狀態(tài)，可節(jié)約能源，同時也保證了飲水機的安全。

2.4 出水、送水控制系統(tǒng)

出水控制系統(tǒng)采用雙水箱的設計，把熱水與冷水分開儲存。熱水存儲水箱有電加熱裝置，當熱水箱低于最低水位線時，系統(tǒng)將會發(fā)出警報，提醒用戶進行加水。這樣不僅可以避免水資源的浪費，而且防止了熱水箱因沒有加熱而造成飲水機損壞。該飲水機不僅可以手動按鍵控制出水，還可以通過手機APP對飲水機出水量的控制，以滿足不同用戶、不同季節(jié)、不同氣候的要求。在控制出水量方面，系統(tǒng)采用的思想是控制變量法，先確定水的流速，然后再控制出水的時間。水流出的時間主要是通過程序控制繼電器來實現(xiàn)的，通過程序設計定時來控制繼電器的開關(guān)，實現(xiàn)控制飲水機的出水時間，從而控制出水量。

送水控制系統(tǒng)主要是通過電機帶動防滑塑料膠帶傳送。當杯子接到所設置的水量時，發(fā)出提示音，與此同時電機就會轉(zhuǎn)動進行送水，否則電機處于關(guān)閉狀態(tài)。

這樣設計可大大減少不必要的麻煩，操作也更加方便快捷。

3 系統(tǒng)軟件設計

為實現(xiàn)智能飲水機的多項功能，采用了模塊化編程的程序設計，主要的程序模塊有wifi或藍牙模塊，18B20采集溫度程序模塊，繼電器控制程序模塊，超聲波傳感器測量距離程序模塊和加熱程序模塊等，程序流程圖如圖2所示：

4 系統(tǒng)創(chuàng)新

4.1 本系統(tǒng)采用意法半導體公司的STM32F103ZET6芯片進行開發(fā)，利用其內(nèi)部豐富的中斷、定時/計數(shù)器等資源以及其快速處理數(shù)據(jù)的能力進行了多功能飲水機項目的研制及開發(fā)。既保證了飲水機的反應速度、降低了功耗，又節(jié)約了飲水機的生產(chǎn)成本。

4.2 通過手機終端可以實現(xiàn)遠程對飲水機進行的全面控制，控制方面涉及到了出水量、水溫以及飲水機的關(guān)閉與開啟。

4.3 對已放置過久的飲用水，或飲水機的水箱出現(xiàn)水位過低等情況，智能飲水機會自動對用戶進行報警提醒。

4.4 有接水防溢出功能，當水快接滿杯子時，會自動停止出水，與此同時發(fā)出接滿水的報警提醒。

以上的創(chuàng)新功能不僅可以滿足不同地域、不同用戶的不同飲水習慣，而且更重要的是可以節(jié)約用水，防止干燒飲水機造成的危害。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)基于STM32芯片，設計制作了一個方便人們生活，節(jié)約能源的智能飲水機。以數(shù)字溫度傳感器18B20作為溫度采集設備，用wifi模塊，藍牙模塊作為無線通訊設備。當我們需要飲水機內(nèi)的水處于某個溫度或讓飲水機放出規(guī)定毫升的水時，用戶可以通過手機上面的終端對飲水機進行控制；大大方便了人們的生活，提高了效率。當檢測到溫度高于警戒線時，飲水機將會發(fā)出報警信號，提醒主人注意，這大大提高了該飲水機的安全性能。

該飲水機實現(xiàn)了家居的智能化，具有技術(shù)創(chuàng)新高，應用廣泛，實用性強，經(jīng)濟成本低等特點，具備很好的市場推廣價值。

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[責任編輯：王偉平]