智能温控水杯系统

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1、设计作品名称摘要 本项目主要完成对水壶改造，实现水壶壶盖室外饮水。并在此基础上设计了智 能水温检测，通过温度传感器对水杯温度进行实时监控。利用微处理器对水温数据进 行分段处理，实现不同人员对水温的不同需求。并通过按键实现不同需求（不同模式） 的选择，当水温达到对应需求时可进行短信提示饮水。除此之外，手机 App 也可查询 对应的数据。关键词：温度传感器；App；短信提示目录摘要 I第一章绪论 11.1 设计背景 11.2所涉技术发展现状 21.2.1国内外技术发展 21.2.2存在的技术问题 31.3创新点 41.3.1主要解决的问题 41.3.2设计内容简介 4第二章方案设计 62.1水杯外

2、形结构设计 62.2 智能水杯软件设计72.2.1方案叙述82.2.2模块介绍82.3 技术应用前景122.3.1消费者需亲122.3.2技术优势13参考文献 15致谢 16第一章 绪论1.1设计背景随着中国经济越来越发达，人们的生活的水平越来越高，对于生活的质量的要求 越来越高。现代人越来越注重健康的生活方式，健康是每个人的追求，在日常生活中， 我们总是在寻找各种各样的方式来保养，因为我们已经明白，保养和预防比治疗更重 要。而水的重要性就不言而喻了。众所周知的是水的分类，比如说矿泉水、纯净水、 苏打水等等。会喝水才健康水作为人类生存的三大要素之一，没有人能够离开它，而且随着人 们生活水平的提

3、高和人们健康意识的逐渐增强，人们越来越关心自己的饮水健康。但 水这个看似最熟悉、最常用的“生命素”，对于人类来说，其实也是最陌生的！因为， 由于不健康、不科学饮水所导致的健康危机正在成为人类最大的威胁之一。 会喝水才健康世界卫生组织 WHO 调查发现：人类疾病80%与水有关。现代营养学家认 为：饮水质量是我们生活质量的重要组成部分。你今天的饮水习惯也将决定着你 10 年后的健康状况。很少人知道水的温度也是影响我们健康的重要原因， 其一，饮水过热易得消化道癌经常饮用温度过高的水，会使口腔、食道或胃黏膜发生 炎症，长期发炎下去，可引起黏膜的质变，发生癌症。尤其是老人，比起壮年人他们 需要的温度更加

4、温和其二,会喝水才健康，白开水具有生物活性科学研究表明，白开水放凉到25C时， 具有特异的生物活性。观察证实，习惯喝白开水的人，体内脱氢醇的活大大提高，肌 肉中的乳酸积累减少，人也不易感到疲惫。这个温度的水，适合于大部分的人群饮用。 所以针对可能存在的健康隐患，我们团队利用所学的知识设计了智能温控水杯，其核 心就是使用温度传感器感知水杯中的水温的变化计算其变凉做需要的时间，绘制温度 变化曲线，并及时提醒用户水温已到达指定温度。1.2所涉技术发展现状国内外是目前市场上的智能水杯主要有两种不同类型的产品，一种是智能反馈提 醒型，另外一种是智能温控型。适时提醒用户喝水，或者是水温低了杯壁会自动加热，

5、温度高了会降温。1.2.1 国内外技术发展其主要的代表产品为Cup time智能水杯。Cup time智能水杯或许是目前为止炒作 得最为成功的一只智能水杯，Cup time智能水杯内置温度感应器，杯身上的LED指示 灯会根据液体温度呈现出不同的颜色，比如高于 75摄氏度的水温会显示为红色，提 醒使用者小心饮用。当然，Cup time智能水杯最为强大的功能是，它会记录你喝掉的 每一滴水，让你精确掌握每天的饮水量。同时，Cup time APP还会根据你的年龄、身 高、体重计算出针对于个人的每日饮水量，让你时刻知晓每日至少还需要喝下多少水 用以维持身体健康。通过与手机同步，你会在不经意间收到手机推

6、送来的提醒你喝水 的信息。同时，Cup time智能水杯也会通过自身来达到提醒的目的。每隔一段时间， 智能水杯就会发出清脆的“滴滴”声，而这就是Cup time智能水杯提醒你喝水的小动 作。安美驰这款车载智能加热水杯在京东商城的售价为 298 元，目前在京东商城的好 评是 100%，对于开车一族而言，是个非常棒的选择。你可以直接在汽车上就烧开水 喝。它的杯体上设有一块显示屏来显示温度，并有开关键、设定键和温度调节键。杯 体采用工程级ABS塑料，内胆采用雷军“一块钢板的艺术之旅”的304不锈钢材质。Brugo 智能控温水杯，解决日常饮茶或者饮水中过烫、过凉和易漏三大问题 2、 极速降温。控温杯采

7、用双内胆设计，内层为长效保温区，外层为智能控温区，使用时 将杯体倾斜，内胆中的高温饮品将会自动倾注25ml至外层，并在5-8S内迅速降至人 体味蕾品尝的最佳温度65-76摄氏度。长效保温。内层中的滚烫的饮品可以长效保持 高温。完美密封。能够适应各种环境，即使是遇到颠簸等情况，也不会出现撒漏的情 况。完美密封、自然饮用、急速温控三种模式自求切换1.2.2 存在的技术问题虽然其在一定的程度上解决的用户的需求，但是其仍有一些缺点,比如目前的智 能水杯，多为检测水量。即使有温度调节的智能水杯，都是采用横温处理，使杯中水 的温度达到某一固定值。这样水杯只能适合某一类人使用。有的水杯的限制温度可以 通过手

8、机 App 进行控制。但这样我们自己设定值时。第一操作复杂，不方便人们使用，第二，让人们自己设定使得主观性会主导温度 的设定值。不同的人们会根据自己的理解，进行设定温度限值。1.3 创新点1.3.1 主要解决的问题1、使得智能水杯变得智能，能够解决大部分人的喝水温度不同设定问题。2、提供水温变化实时监控。3、提供健康知识实时传递。1.3.2 设计内容简介本项目设计的智能水杯是将普通暖水壶壶盖进行特殊设计成水杯，并通过在水杯 内底部与内壁装备温度传感器，温度传感器采集来的数据经过微控制器进行处理，微 控制器采用贴片式51单片机。微控制器将数据处理后通过蓝牙传到手机App 上，当 温度达到对应模式

9、的预设值时，水杯会通过语音模块和短信模块进行报警提示饮水。 本设计设定四个模式选择，通过四个按键实现对四种模式的选择。模式一设定为小孩 （3 岁以下）：设定之后表明使用者为小孩子，那么当水杯杯中温度到达小孩适宜的 温度时会自动通过语音模块和短信模块告知人们可以饮水。模式二设定为老人（ 70 岁以上）：设定之后表明使用者为老人，那么当水杯杯中温度到达老人适宜的温度时 会通过语音模块和短信模块告知人们可以饮水。模式三设定为特殊人群，（具有特殊 病症的用户，例如：需要喝药、喝奶）：其使用温度可以手动控制，智能水杯已经设 定好的温度范围内选择合适自己的温度，那么当水杯杯中温度到达用户适宜的温度时 会通

10、过语音模块和短信模块告知人们可以饮水。模式四为普通大众按键：适宜绝大多 数人群的饮用温度。那么当水杯杯中温度到达用户适宜的温度时会通过语音模块和短 信模块告知人们可以饮水。手机端使用 APP 会接收到智能水杯的提醒消息，并且可以在上面看到关于健康生 活饮用水知识。可以实时监测水杯中的温度变化，不用再担心被热水烫嘴的情况了。第二章 方案设计2.1 水杯外形结构设计 水杯外形设计采用壶盖改装，实现一物多用，在普通的水壶壶盖上设计把手，以 实现饮水不烫伤的功能，被设计已经审批获得专利，其专利结构图和专利证如下图 2-1、2-2 所示。因其美观性能比较差，我们又在其基础上设计了可隐藏的壶盖把手。 当人

11、们不使用是可将移动把手收回。当人们需要饮水时，通过按钮打开把手，具体结构设计如图 2-3 所示图 2-2 专利证书34L壶蓋身 铲中心转轴 旷可折畫手柄5-揑制并关 j卜彈籌装直 X图 2-3 水杯外形结构改进设计图2.2 智能水杯软件设计 针对以上设计的水杯，虽然美观和实用性都得以实现，但功能太少。结合市场和人们需求，特设计了此款智能水杯。将智能控制加设到以上的水杯。步机州、*GSlfRtfe微挽制扇电邂恢蝮诸音欖块图 2-4 智能水杯功能结构图2.2.1 方案叙述 首先通过微控制器的按键设置工作模式，在设置好模式后，温度传感器对水杯内 的温度进行实时监控，并将数据实时发送到手机App上。当

12、根据已经设好的工作模式,当温度达到该工作模式的温度限值则通过 GSM 模块和语音模块进行报警提示。2.2.2 模块介绍（1）温度传感器DHT11 数字温度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它 应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越 的长期稳定性。传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串 行接口，使系统集成变得简易快捷。连接电路见下图:图 2-5 温度传感器连接电路图温湿度传感器采集信号的流程如下图所示：图 2-6 温湿度传感器采集信号的流程图（2）GSM 模块GSM模块主要是通过与微控制器进行串口通信，微控制器使用AT

13、指令对GSM模块进行控制，进而实现短信的发送。其连接电路如下图所示：图2-7 GSM电路连接图(3) 语音模块模块具备 9 个直接触发端口，是 A1-A9 这 9 根排针，可直接接喇叭，也可用 耳机。具体结构如下图：图2-8 语音模块结构图本模块除了直接触发9首MP3的功能外还具备63首MP3的点播功能。但这功 能需要结合单片机才能完成操作。在给模块上电之前，先把A10接地，如上图所示可以直接用短路帽把A10和 GND 合上即可，这样在上电后就切换为编码模式。其中 A1-A5 为编码端口，为二进 制编码方式，A1为第一位。例如要点播第一首MP3，举例如序号A5A4A3A2A1 动作1 0000

14、1播放第一首MP32 0 0 0 13 0 0 0 14 0 0 1 05 0 0 1 00播放第二首MP31播放第三首MP30播放第四首MP31 播放第五首 MP3使 A10 接地.切换为编码模式 以上表格举例说明前五首歌曲的点播方式，在单 片机IO 口输出编码后，等待500ms或以上便马上恢复默认值（低电平）后就触发 成功进行播放歌曲。 其他歌曲的编码和上门表格类似，为二进制编码（4）电源模块由于微控制器属于低功耗处理器，供电时采用5V的小型锂电池，既节省空间又 能达到整个水杯对电源的需求。2.3 技术应用前景2.3.1 消费者需求在智能家居这个大环境下，智能水杯是必不可少的健康一环，特别

15、是在空气、环 境、水质不佳的这个时代，人们对于健康的投资是不计算成本的，在这种前提下来分 析，智能水杯的市场是很大的，甚至能够与空气净化器相提并论了。对于健康的投资 在每一个年代都是老生常谈的话题，从物质匮乏时期的“开小灶”到现在动辄成千上 万的安利产品，足够看得出人们对于自己的身体是有多么在乎。随着生活节奏的不断加快和社会压力的不断增大，现在的我们连一些基本的生活 需求都不能保障。相信很多人会像笔者那样早上偶尔会不吃早饭，只因为太累起不来， 还有很多生活陋习，例如干坐一下午连水都不喝一杯，每晚加班导致用餐习惯相当凌 乱，兴许现在我们仍然不能看出这些习惯在现阶段会有怎样的影响，但未来我们肯定 会受到任性带来的惩罚。因此，在有资本的情况下，为自己的健康进行投资，对于很 多消费者来说也是相当乐意的。2.3.2 技术优势（1）可旋转手柄水杯用户在其使用时，经常会因为水杯杯壁太烫，导致烫伤隐患大大增加。而增 加了手柄的水杯又不方便携带，所以基于这个基本情况，设计了可旋转式隐藏手柄水 杯。水杯外形设计采用壶盖改装，实现一物多用，在普通的水壶壶盖上设计把手，以 实现饮水不烫伤的功能，被设计已经审批获得