智能水杯

韩卫雪　李明康　魏东超

摘 要：智能水杯是一款基于AT89C52单片机的设计，具有保温、加热、制冷、语音播报等功能。通过热敏电阻控制电路实现加热功能，通过半导体材料的Peltier效应达到制冷目的，从而将水温控制在适宜饮用的范围内；通过ISD1420语音芯片实现语音提醒功能，该功能仅可通过手动按下提醒键来实现，否则芯片不工作；通过单片机编程实现语音提醒功能，当按下开关键，水杯开始工作，待水温达到设定温度时，单片机发出指令实现语音播报。打开水杯杯盖相当于切断总电源，所有系统将停止工作；盖上杯盖，手动按下开关键，水杯开始工作。

关键词：水杯；智能；单片机；语音播报

中图分类号：TM925.5 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0045-02

随着生活水平的提高，人们越来越注重保健，养生成为一大热点话题，而每天补充水分、保持水分以维持人体正常的生理功能是一项最基本的保健养生常识。然而，在竞争激烈的今天，很多人忙于工作，面对杯中的开水常常束手无策，或是继续忙碌将其搁置一旁，或是选择喝下温度不适宜的水，这无疑对自己身体是不负责任的！普通的水杯不能及时提醒人们喝水，也不能调节水温让人们随时有水喝，更不能保证水的温度是适宜饮用的。本文描述的这款智能水杯，专门针对以上情况对普通水杯加以改进，增加了多项功能，使之成为养生的一大帮手，方便人们的生活和工作。

1 产品总体设计

本产品的硬件设计由电源模块、温度采集模块、加热模块、制冷模块、语音模块和LED显示模块构成。电源模块分为三个小部分：第一部分作为总电源，给单片机供电，使整个系统得以正常运行；另外两个部分分别供电给加热模块和制冷模块，受继电器控制。其余各模块均受单片机控制。电源模块给单片机供电，单片机读取程序并发出指令给温度采集模块，温度传感器将温度反馈给单片机，单片机将采集的数据与设定值相比较，判断并发出指令以控制继电器的闭合或断开，从而给加热模块或制冷模块供电。在数据采集的过程中，单片机会定时发送信息给LED显示模块，即时显示当时的水温。语音模块是受按键开关控制的一个独立模块，只有在打开按键开关后，单片机才会在水温达到设定范围时对语音芯片发送指令，播放语音提醒。各个模块在单片机的核心控制下构成了一个完整的硬件系统，实现产品的各项功能。

1.1 温度采集装置

该部分电路的核心器件为温度传感器AD590，其作用是将温度信号转换成电信号，具有很好的线性输出特性，温度每上升1 ℃，其电流增加1 μA。通过对水温的采集，传感器将采集结果由I/O口传送到单片机，单片机根据程序指令控制继电器，从而控制水杯的加热或制冷。当温度达到一个特定值时，传感器再次发送信息给单片机，随即单片机发送指令使继电器断开，停止加热或制冷。

1.2 加热装置

本电路采用555时基集成电路和热敏电阻温度控制电路实现加热功能。当温度较低时，负温度系数的热敏电阻R阻值较大，555时基集成电路（IC）的2脚电位低于Ec电压的1/3（约4 V），IC的3脚输出高电平，触发双向晶闸管V导通，接通电加热器RL进行加热，从而开始计时循环。当置于测温点的热敏电阻R温度高于设定值而计时循环还未完成时，加热器RL在定时周期结束后就被切断。当热敏电阻R温度降低至设定值以下时，会再次触发双向晶闸管V导通，接通电加热器RL进行加热，这样便可达到自动控制温度的目的。温控电路如图1所示。

1.3 制冷装置

本装置采用的是半导体制冷原理，即一种产生负热阻的制冷技术。该技术应用范围广泛。当一块“N”型半导体材料和一块“P”型半导体材料联结成电偶对时，在电路中通入直流电后产生能量的转移，制冷片分为热端和冷端，此装置主要应用冷端的制冷功能。选择该技术是因为以半导体制冷片作为特种冷源不需要任何制冷剂，集制冷时间短、可连续工作、无运动部件、环保无污染等多项优点于一身。此外，为了更好地实现制冷效果，热端应用散热包，冷端也要考虑加强冷量的快速传递而使用助片。

1.4 语音播报模块

该模块实现语音提醒功能，通过采用ISD1420语音芯片实现提示音的录放。首先，将“充足的水分让您充满活力，快来补充水分吧”录制到芯片中；然后，人为按下提醒键，水开始加热或制冷，当达到适宜饮用的水温时，单片机发出指令给语音芯片，使其循环播报3～5次。ISD1420芯片使用方便的单片录放系统，外部元件最少，具有自动节电模式等特点，适合本产品。

2 结束语

该智能水杯以单片机为核心，智能控制水的加热、制冷、语音播报和温度显示。总体来说，该产品设计新颖，贴近生活，实用性强，操作简便，优于普通水杯。在此设计基础之上，可增置时钟显示、水量显示、饮水量测记等功能，以吸引更多的使用者，目前仍在研究如何将其更好地融入设计当中。另外，水杯的外观设计也尤为重要，在实现其功能的同时，尽量维持普通水杯便于携带的特点，避免杯体过大，保证按键、显示屏分布合理等。已开发的某些功能并不符合市场需求，所以需要进一步的市场调研，根据社会需求设计出更加完美的产品。

参考文献

[1]张金.电子设计与制作100例[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]陈永甫.电子电路智能化设计实例与应用第一集[M].北京：电子工业出版社，2002.

[3]马斌.单片机原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[4]何希才.新型电子电路应用实例[M].北京：科学出版社，2005.

〔编辑：李珏〕

Abstract： Smart glass is a AT89C52 microcontroller-based design， with insulation， heating， cooling， voice broadcast and other functions. Achieved by heating thermistor control circuit functions to achieve the purpose of cooling by Peltier effect semiconductor materials， which will be controlled within the temperature range suitable for drinking； voice alerts via voice chip ISD1420， this function can only be reminded by manually pressing the button to achieve， otherwise the chip does not work； voice reminders via microcontroller programming， when you press the key， cups start work until the water temperature reaches the set temperature， issued a directive to achieve single-chip voice broadcast. Open the glass lid is equivalent to the total power cut， all systems will stop working； covered with lid， press the key to open the manual， cups start working.

Key words： glass； intelligent； SCM； voice broadcast

摘 要：智能水杯是一款基于AT89C52单片机的设计，具有保温、加热、制冷、语音播报等功能。通过热敏电阻控制电路实现加热功能，通过半导体材料的Peltier效应达到制冷目的，从而将水温控制在适宜饮用的范围内；通过ISD1420语音芯片实现语音提醒功能，该功能仅可通过手动按下提醒键来实现，否则芯片不工作；通过单片机编程实现语音提醒功能，当按下开关键，水杯开始工作，待水温达到设定温度时，单片机发出指令实现语音播报。打开水杯杯盖相当于切断总电源，所有系统将停止工作；盖上杯盖，手动按下开关键，水杯开始工作。

关键词：水杯；智能；单片机；语音播报

中图分类号：TM925.5 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0045-02

随着生活水平的提高，人们越来越注重保健，养生成为一大热点话题，而每天补充水分、保持水分以维持人体正常的生理功能是一项最基本的保健养生常识。然而，在竞争激烈的今天，很多人忙于工作，面对杯中的开水常常束手无策，或是继续忙碌将其搁置一旁，或是选择喝下温度不适宜的水，这无疑对自己身体是不负责任的！普通的水杯不能及时提醒人们喝水，也不能调节水温让人们随时有水喝，更不能保证水的温度是适宜饮用的。本文描述的这款智能水杯，专门针对以上情况对普通水杯加以改进，增加了多项功能，使之成为养生的一大帮手，方便人们的生活和工作。

1 产品总体设计

本产品的硬件设计由电源模块、温度采集模块、加热模块、制冷模块、语音模块和LED显示模块构成。电源模块分为三个小部分：第一部分作为总电源，给单片机供电，使整个系统得以正常运行；另外两个部分分别供电给加热模块和制冷模块，受继电器控制。其余各模块均受单片机控制。电源模块给单片机供电，单片机读取程序并发出指令给温度采集模块，温度传感器将温度反馈给单片机，单片机将采集的数据与设定值相比较，判断并发出指令以控制继电器的闭合或断开，从而给加热模块或制冷模块供电。在数据采集的过程中，单片机会定时发送信息给LED显示模块，即时显示当时的水温。语音模块是受按键开关控制的一个独立模块，只有在打开按键开关后，单片机才会在水温达到设定范围时对语音芯片发送指令，播放语音提醒。各个模块在单片机的核心控制下构成了一个完整的硬件系统，实现产品的各项功能。

1.1 温度采集装置

该部分电路的核心器件为温度传感器AD590，其作用是将温度信号转换成电信号，具有很好的线性输出特性，温度每上升1 ℃，其电流增加1 μA。通过对水温的采集，传感器将采集结果由I/O口传送到单片机，单片机根据程序指令控制继电器，从而控制水杯的加热或制冷。当温度达到一个特定值时，传感器再次发送信息给单片机，随即单片机发送指令使继电器断开，停止加热或制冷。

1.2 加热装置

本电路采用555时基集成电路和热敏电阻温度控制电路实现加热功能。当温度较低时，负温度系数的热敏电阻R阻值较大，555时基集成电路（IC）的2脚电位低于Ec电压的1/3（约4 V），IC的3脚输出高电平，触发双向晶闸管V导通，接通电加热器RL进行加热，从而开始计时循环。当置于测温点的热敏电阻R温度高于设定值而计时循环还未完成时，加热器RL在定时周期结束后就被切断。当热敏电阻R温度降低至设定值以下时，会再次触发双向晶闸管V导通，接通电加热器RL进行加热，这样便可达到自动控制温度的目的。温控电路如图1所示。

1.3 制冷装置

本装置采用的是半导体制冷原理，即一种产生负热阻的制冷技术。该技术应用范围广泛。当一块“N”型半导体材料和一块“P”型半导体材料联结成电偶对时，在电路中通入直流电后产生能量的转移，制冷片分为热端和冷端，此装置主要应用冷端的制冷功能。选择该技术是因为以半导体制冷片作为特种冷源不需要任何制冷剂，集制冷时间短、可连续工作、无运动部件、环保无污染等多项优点于一身。此外，为了更好地实现制冷效果，热端应用散热包，冷端也要考虑加强冷量的快速传递而使用助片。

1.4 语音播报模块

该模块实现语音提醒功能，通过采用ISD1420语音芯片实现提示音的录放。首先，将“充足的水分让您充满活力，快来补充水分吧”录制到芯片中；然后，人为按下提醒键，水开始加热或制冷，当达到适宜饮用的水温时，单片机发出指令给语音芯片，使其循环播报3～5次。ISD1420芯片使用方便的单片录放系统，外部元件最少，具有自动节电模式等特点，适合本产品。

2 结束语

该智能水杯以单片机为核心，智能控制水的加热、制冷、语音播报和温度显示。总体来说，该产品设计新颖，贴近生活，实用性强，操作简便，优于普通水杯。在此设计基础之上，可增置时钟显示、水量显示、饮水量测记等功能，以吸引更多的使用者，目前仍在研究如何将其更好地融入设计当中。另外，水杯的外观设计也尤为重要，在实现其功能的同时，尽量维持普通水杯便于携带的特点，避免杯体过大，保证按键、显示屏分布合理等。已开发的某些功能并不符合市场需求，所以需要进一步的市场调研，根据社会需求设计出更加完美的产品。

参考文献

[1]张金.电子设计与制作100例[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]陈永甫.电子电路智能化设计实例与应用第一集[M].北京：电子工业出版社，2002.

[3]马斌.单片机原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[4]何希才.新型电子电路应用实例[M].北京：科学出版社，2005.

〔编辑：李珏〕

Abstract： Smart glass is a AT89C52 microcontroller-based design， with insulation， heating， cooling， voice broadcast and other functions. Achieved by heating thermistor control circuit functions to achieve the purpose of cooling by Peltier effect semiconductor materials， which will be controlled within the temperature range suitable for drinking； voice alerts via voice chip ISD1420， this function can only be reminded by manually pressing the button to achieve， otherwise the chip does not work； voice reminders via microcontroller programming， when you press the key， cups start work until the water temperature reaches the set temperature， issued a directive to achieve single-chip voice broadcast. Open the glass lid is equivalent to the total power cut， all systems will stop working； covered with lid， press the key to open the manual， cups start working.

Key words： glass； intelligent； SCM； voice broadcast

摘 要：智能水杯是一款基于AT89C52单片机的设计，具有保温、加热、制冷、语音播报等功能。通过热敏电阻控制电路实现加热功能，通过半导体材料的Peltier效应达到制冷目的，从而将水温控制在适宜饮用的范围内；通过ISD1420语音芯片实现语音提醒功能，该功能仅可通过手动按下提醒键来实现，否则芯片不工作；通过单片机编程实现语音提醒功能，当按下开关键，水杯开始工作，待水温达到设定温度时，单片机发出指令实现语音播报。打开水杯杯盖相当于切断总电源，所有系统将停止工作；盖上杯盖，手动按下开关键，水杯开始工作。

关键词：水杯；智能；单片机；语音播报

中图分类号：TM925.5 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0045-02

随着生活水平的提高，人们越来越注重保健，养生成为一大热点话题，而每天补充水分、保持水分以维持人体正常的生理功能是一项最基本的保健养生常识。然而，在竞争激烈的今天，很多人忙于工作，面对杯中的开水常常束手无策，或是继续忙碌将其搁置一旁，或是选择喝下温度不适宜的水，这无疑对自己身体是不负责任的！普通的水杯不能及时提醒人们喝水，也不能调节水温让人们随时有水喝，更不能保证水的温度是适宜饮用的。本文描述的这款智能水杯，专门针对以上情况对普通水杯加以改进，增加了多项功能，使之成为养生的一大帮手，方便人们的生活和工作。

1 产品总体设计

本产品的硬件设计由电源模块、温度采集模块、加热模块、制冷模块、语音模块和LED显示模块构成。电源模块分为三个小部分：第一部分作为总电源，给单片机供电，使整个系统得以正常运行；另外两个部分分别供电给加热模块和制冷模块，受继电器控制。其余各模块均受单片机控制。电源模块给单片机供电，单片机读取程序并发出指令给温度采集模块，温度传感器将温度反馈给单片机，单片机将采集的数据与设定值相比较，判断并发出指令以控制继电器的闭合或断开，从而给加热模块或制冷模块供电。在数据采集的过程中，单片机会定时发送信息给LED显示模块，即时显示当时的水温。语音模块是受按键开关控制的一个独立模块，只有在打开按键开关后，单片机才会在水温达到设定范围时对语音芯片发送指令，播放语音提醒。各个模块在单片机的核心控制下构成了一个完整的硬件系统，实现产品的各项功能。

1.1 温度采集装置

该部分电路的核心器件为温度传感器AD590，其作用是将温度信号转换成电信号，具有很好的线性输出特性，温度每上升1 ℃，其电流增加1 μA。通过对水温的采集，传感器将采集结果由I/O口传送到单片机，单片机根据程序指令控制继电器，从而控制水杯的加热或制冷。当温度达到一个特定值时，传感器再次发送信息给单片机，随即单片机发送指令使继电器断开，停止加热或制冷。

1.2 加热装置

本电路采用555时基集成电路和热敏电阻温度控制电路实现加热功能。当温度较低时，负温度系数的热敏电阻R阻值较大，555时基集成电路（IC）的2脚电位低于Ec电压的1/3（约4 V），IC的3脚输出高电平，触发双向晶闸管V导通，接通电加热器RL进行加热，从而开始计时循环。当置于测温点的热敏电阻R温度高于设定值而计时循环还未完成时，加热器RL在定时周期结束后就被切断。当热敏电阻R温度降低至设定值以下时，会再次触发双向晶闸管V导通，接通电加热器RL进行加热，这样便可达到自动控制温度的目的。温控电路如图1所示。

1.3 制冷装置

本装置采用的是半导体制冷原理，即一种产生负热阻的制冷技术。该技术应用范围广泛。当一块“N”型半导体材料和一块“P”型半导体材料联结成电偶对时，在电路中通入直流电后产生能量的转移，制冷片分为热端和冷端，此装置主要应用冷端的制冷功能。选择该技术是因为以半导体制冷片作为特种冷源不需要任何制冷剂，集制冷时间短、可连续工作、无运动部件、环保无污染等多项优点于一身。此外，为了更好地实现制冷效果，热端应用散热包，冷端也要考虑加强冷量的快速传递而使用助片。

1.4 语音播报模块

该模块实现语音提醒功能，通过采用ISD1420语音芯片实现提示音的录放。首先，将“充足的水分让您充满活力，快来补充水分吧”录制到芯片中；然后，人为按下提醒键，水开始加热或制冷，当达到适宜饮用的水温时，单片机发出指令给语音芯片，使其循环播报3～5次。ISD1420芯片使用方便的单片录放系统，外部元件最少，具有自动节电模式等特点，适合本产品。

2 结束语

该智能水杯以单片机为核心，智能控制水的加热、制冷、语音播报和温度显示。总体来说，该产品设计新颖，贴近生活，实用性强，操作简便，优于普通水杯。在此设计基础之上，可增置时钟显示、水量显示、饮水量测记等功能，以吸引更多的使用者，目前仍在研究如何将其更好地融入设计当中。另外，水杯的外观设计也尤为重要，在实现其功能的同时，尽量维持普通水杯便于携带的特点，避免杯体过大，保证按键、显示屏分布合理等。已开发的某些功能并不符合市场需求，所以需要进一步的市场调研，根据社会需求设计出更加完美的产品。

参考文献

[1]张金.电子设计与制作100例[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]陈永甫.电子电路智能化设计实例与应用第一集[M].北京：电子工业出版社，2002.

[3]马斌.单片机原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[4]何希才.新型电子电路应用实例[M].北京：科学出版社，2005.

〔编辑：李珏〕

Abstract： Smart glass is a AT89C52 microcontroller-based design， with insulation， heating， cooling， voice broadcast and other functions. Achieved by heating thermistor control circuit functions to achieve the purpose of cooling by Peltier effect semiconductor materials， which will be controlled within the temperature range suitable for drinking； voice alerts via voice chip ISD1420， this function can only be reminded by manually pressing the button to achieve， otherwise the chip does not work； voice reminders via microcontroller programming， when you press the key， cups start work until the water temperature reaches the set temperature， issued a directive to achieve single-chip voice broadcast. Open the glass lid is equivalent to the total power cut， all systems will stop working； covered with lid， press the key to open the manual， cups start working.

Key words： glass； intelligent； SCM； voice broadcast