單片機(jī)結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)在家庭生活智能化中的應(yīng)用
——以多功能飲水機(jī)為例

羅謐 何元棚 董德偉 倪建峰

重慶化工職業(yè)學(xué)院 重慶 401228

1 項(xiàng)目理念

“智能化”是讓各類設(shè)備的功能設(shè)計(jì)得符合人們的愿望和想法，讓機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)人們給出的要求。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用為家居智能化提供了有效的途徑。運(yùn)用單片機(jī)結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行智能家居設(shè)計(jì)，不僅是可行的，也是可用的、有效的、有前景的。本著讓人們的生活更加便捷的思想，也希望技術(shù)能夠快速轉(zhuǎn)產(chǎn)，進(jìn)入人們生活創(chuàng)造價(jià)值，可以充分利用單片機(jī)結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行智能家居設(shè)計(jì)。

2 項(xiàng)目準(zhǔn)備

2.1 團(tuán)隊(duì)具備的知識(shí)水平

項(xiàng)目開展需要有強(qiáng)力的團(tuán)隊(duì)作為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)人員的選擇對(duì)于后續(xù)項(xiàng)目是否可以順利完成至關(guān)重要。設(shè)計(jì)制作團(tuán)隊(duì)之間必須有很好的默契，共同參與過其他培訓(xùn)或者學(xué)習(xí)過程，并具備一定的智能化設(shè)備知識(shí)基礎(chǔ)，如計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。

團(tuán)隊(duì)每個(gè)人都應(yīng)有鮮明的個(gè)人特點(diǎn)和，來自相關(guān)專業(yè)，如自動(dòng)化專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)等。團(tuán)隊(duì)成員應(yīng)具備極強(qiáng)的創(chuàng)新精神，對(duì)單片機(jī)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言理論知識(shí)扎實(shí)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富。團(tuán)員在專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐能力、工作態(tài)度方面各有所長(zhǎng)，組成能力全面的可以達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作要求的團(tuán)隊(duì)。

對(duì)團(tuán)員進(jìn)行定期培訓(xùn)，前期可以進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念、知識(shí)儲(chǔ)備、項(xiàng)目管理、實(shí)踐操作類培訓(xùn)，根據(jù)現(xiàn)有的單片機(jī)結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)的研究資料提升團(tuán)隊(duì)整體理論知識(shí)水平，通過開發(fā)過程不斷對(duì)團(tuán)隊(duì)不足的能力查缺補(bǔ)漏，努力完善，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的順利完成。

2.2 調(diào)研準(zhǔn)備

針對(duì)智能家居設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制作團(tuán)隊(duì)需要對(duì)使用人群展開調(diào)研活動(dòng)，通過調(diào)研確認(rèn)產(chǎn)品需求，選定項(xiàng)目，展開項(xiàng)目工作。團(tuán)隊(duì)對(duì)調(diào)查人群進(jìn)行鎖定，抽調(diào)，設(shè)計(jì)問卷，對(duì)抽調(diào)人員展開調(diào)研，對(duì)完成的問卷進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行前期規(guī)劃，設(shè)定研究方向和研究?jī)?nèi)容。

3 項(xiàng)目方案

3.1 技術(shù)路線

感應(yīng)接水：利用紅外傳感器感應(yīng)原理，當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到有水杯靠近時(shí)，會(huì)給單片機(jī)發(fā)一個(gè)反饋信號(hào)。單片機(jī)接收信號(hào)后，會(huì)通過控制步進(jìn)電機(jī)打開水閥，完成自動(dòng)感應(yīng)接水；當(dāng)檢測(cè)到水杯離開接水區(qū)域時(shí)，單片機(jī)則控制步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉出水口[1]。

手機(jī)操控：在飲水機(jī)上安裝藍(lán)牙通信模塊，并在手機(jī)上編寫連接藍(lán)牙的APP 程序，通過手機(jī)連接飲水機(jī)；需要喝熱水時(shí)，可以直接在手機(jī)上啟動(dòng)飲水機(jī)燒水功能。人們?cè)谝欢ň嚯x內(nèi)即可對(duì)飲水機(jī)進(jìn)行操作，不需要直接操作設(shè)備。當(dāng)不方便靠近操作時(shí)，就可以通過手機(jī)完成設(shè)備操控。

語(yǔ)音報(bào)警提示：隨著飲水時(shí)間增加，飲水機(jī)里面的水減少，當(dāng)飲水機(jī)快沒水時(shí)，我們安裝的超聲波液位傳感器可以檢測(cè)到水位并給單片機(jī)發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào)；單片機(jī)通過語(yǔ)音模塊發(fā)出警告，便于我們及時(shí)換水，防止干燒，延長(zhǎng)飲水機(jī)使用時(shí)間[2]。

3.2 人員分工

團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)項(xiàng)目需要和個(gè)人能力進(jìn)行分工，在設(shè)計(jì)層面，由全組人員共同完成整體設(shè)計(jì)，包括理念，應(yīng)用技術(shù)，實(shí)踐途徑，實(shí)踐方法等。在執(zhí)行層面，一個(gè)人負(fù)責(zé)寫文檔，一個(gè)人負(fù)責(zé)硬件安裝，還有一個(gè)人負(fù)責(zé)軟件編程。最終檢測(cè)層面，由全組人員共同完成對(duì)設(shè)備各種智能化功能的檢驗(yàn)測(cè)試。

4 項(xiàng)目特色與創(chuàng)新點(diǎn)

單片機(jī)結(jié)合傳感器設(shè)計(jì)的家用多功能飲水機(jī)項(xiàng)目，增加了紅外傳感器、超聲波傳感器、溫度傳感器、語(yǔ)音模塊、藍(lán)牙通信等模塊。

4.1通過紅外線傳感器來控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)接水閥門的控制，當(dāng)杯子放在紅外線區(qū)域內(nèi)，會(huì)給單片機(jī)發(fā)一個(gè)反饋信號(hào)。單片機(jī)接收信號(hào)后，會(huì)通過控制步進(jìn)電機(jī)打開水閥，完成自動(dòng)感應(yīng)接水。當(dāng)杯子離開紅外感應(yīng)區(qū)域后，紅外傳感器會(huì)通過單片機(jī)給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就通過旋轉(zhuǎn)將閥門關(guān)閉[3]。

4.2 在飲水機(jī)上安裝藍(lán)牙通信模塊，并在手機(jī)上編寫連接藍(lán)牙的APP 程序，通過手機(jī)連接飲水機(jī)；需要喝熱水時(shí)，可以直接在手機(jī)上啟動(dòng)飲水機(jī)燒水功能。也可以通過藍(lán)牙模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，可以把水的溫度設(shè)置在40 度、60 度、80 度等不同的溫度。

4.3 語(yǔ)音提示：隨著人們飲水量的增加，飲水機(jī)里面的水量漸漸減少，當(dāng)飲水機(jī)快沒水時(shí)，我們安裝的語(yǔ)音模塊就會(huì)提示人們水快沒了。當(dāng)開水燒好時(shí)，語(yǔ)音模塊會(huì)提醒“開水以燒好”的語(yǔ)句。

4.4 傳感器模塊

通過傳感器模塊，人們可以清楚獲知飲水機(jī)工作情況，可以更好地控制設(shè)備。讓飲水機(jī)與人的感受和想法彼此聯(lián)結(jié)。

5 項(xiàng)目結(jié)論

運(yùn)用單片機(jī)結(jié)合傳感器進(jìn)行多功能飲水機(jī)設(shè)計(jì)制作是可行的。并且制作完成后的飲水機(jī)功能完整，完成順利、便捷、高效，整體能耗較低，可以進(jìn)入家居市場(chǎng)成為人們的生活伴侶。通過本次項(xiàng)目實(shí)踐，設(shè)計(jì)制作團(tuán)隊(duì)充分利用了當(dāng)前技術(shù)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮了單片機(jī)結(jié)合傳感器的功能。在后續(xù)的研究過程中，可以充分利用本次研究的成果，讓更多家居用品變得“聰明”，能夠聽懂人的指令，讓人們的生活在智能化家居的支持下更加輕松便捷，也讓單片機(jī)、傳感器、無(wú)線傳輸、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各類技術(shù)的交叉綜合使用更加廣泛，在人們的生產(chǎn)生活中起到更大的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)結(jié)合傳感器設(shè)計(jì)制作的多功能飲水機(jī)，將信息技術(shù)中的幾種技術(shù)結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)了該款智能家居產(chǎn)品。在正確的理念的引導(dǎo)下，將基本的模塊組合在一起，實(shí)現(xiàn)家居產(chǎn)品的智能化目標(biāo)，讓智能化家居的未來發(fā)展方向更加明確，高效便捷，讓普通人也能享受技術(shù)進(jìn)步帶來的生活便利。