智能水杯底座的设计研究

闫晓雪，侯晓霞

(德州学院 机电工程学院，山东 德州 253023)



智能水杯底座的设计研究

闫晓雪，侯晓霞

(德州学院 机电工程学院，山东 德州 253023)

水杯是必不可少的生活用品，人们可以根据需要进行选择，但是水杯不会自行调节温度，不能根据人的需要随时提供即喝的水。为了使饮水变的更加方便快捷，进行了智能水杯底座的设计，智能水杯底座具有水温调节和语音提醒功能，通用性强，提醒音乐和外观可针对不同人群进行分类设计和包装，且成本较低，利于面向大众推广，具有广阔的市场前景。

水杯底座；智能；水温检测；语音提醒

水杯是必不可少的生活用品，市场上有各种各样的水杯，人们可以根据需要进行选择。但是，水杯不会自行调节温度，不能根据人的需要随时提供即喝的水。随着现代社会生活节奏的加快，饮水时人们同样追求方便快捷，如何能够随时随地喝到温凉可口的水，一直困扰着人们，传统的水杯早已不能适应人们对生活品质的追求，于是诞生了智能水杯[1，2]，但现有的智能水杯并不能脱离传统水杯的桎梏，并且智能化程度不高，价格居高不下，难以进行市场推广。本文进行了智能水杯底座的设计研究，智能水杯底座打破了现有水杯的桎梏，通用性强，一座多用，使普通水杯变身智能水杯，方便了人们的生活，降低了生产和使用成本。智能水杯底座具有水温调节和语音提醒功能，提醒音乐和外观可针对不同人群进行分类设计和包装，且成本较低，利于面向大众推广，具有广阔的市场前景。

1　设计的创新点及解决的主要问题

智能水杯底座具有水温检测、语音提醒、水温调节、节能减排和一座多用五大创新点。

1) 水温检测。智能水杯底座能够实时地检测水的温度，并在显示器和流水灯上显示出来。通过水温检测，人们可以及时了解水的实时温度，防止由于水温过高或者过低而造成的操作失误。

2) 语音提醒。人们可以根据实际需要设定一个温度，当水温达到这个温度时，蜂鸣器就会播放设定的语音或者音乐，提醒人们喝水。有了语音提醒功能，人们就不用担心由于忙碌而忘记喝水或者由于长时间等待而造成的水温过低无法饮用的情况发生。

3) 水温调节。利用制冷片对水温进行控制，当水温过高时可以利用制冷片快速给水降温，当水温过低时，可以给水升温，使我们在最短的等待时间里喝到预定温度的水。

4) 节能减排。底座上的温差发电片利用水与外界环境的温差发电，将电储存在蓄电池中，作为系统的辅助电能。这不仅使智能水杯底座可以在没有电的地方使用，更符合节能减排，绿色能源的理念。

5) 一座通用。现有的智能水杯并不能脱离传统水杯的桎梏，并且智能化程度不高，价格居高不下，难以进行市场推广。智能水杯底座打破了现有水杯的桎梏，通用性强，一座多用，使普通水杯瞬间变身智能水杯，方便了人们的生活，降低了生产和使用成本，利于面向大众推广，具有广阔的市场前景。

2　设计的主要内容

2.1外观设计

智能水杯底座整体形状像文房四宝中的砚台，外方内圆。基座的长方体是木质的，长宽高分别为15 cm，15 cm，5 cm。基座中间有一圆柱形空腔，空腔上的杯托为一个直径可调的铁质圆环，用来放置各种不同的水杯，圆环内放有温度传感器、制冷片和温差发电片。基座的上方有总开关和音乐开关，基座外表面有显示器、制冷片开关、水温调节按键和充电插口，后面则有一排流水灯。智能水杯底座作为一种辅助装置，其外观可以针对不同的人群进行分类设计和包装，通过基座外部图案的变幻体现不同的风格，比如儿童的天真烂漫，年轻人的时尚浪漫，中年人的古朴大方或者老年人的古典实用等。

2.2结构组成

智能水杯底座包括控制系统、检测装置、提醒装置、显示装置、控温装置、发电系统、充电系统和电源控制装置等。

1) 控制系统：用stc89c51单片机及其外围电路作为智能水杯底座的控制系统。

2) 检测系统：采用18b20温度传感器作为本系统的检测装置。

3) 提醒装置：用无源蜂鸣器播放音乐。

4) 显示装置：5110显示器和一排LED灯。

5) 控温装置：由制冷片和变流电路及其开关组成。

6) 电源控制装置：用一个六脚开关作为整个系统的电源控制装置。

7) 发电系统：温差发电片和蓄电池。

8) 充电系统：USB插口，5 V升9 V，3 V升9 V的直流变压器和蓄电池。

2.3工作流程

将水杯放置于智能水杯底座[3，4]中心的铁质圆环上，首先利用18b20温度传感器检测水温，温度传感器检测到水的温度后，将温度信号传给stc89c51单片机，单片机将温度信号转化为数字信号传送到显示屏，显示屏上显示即时水温，对应的LED灯发光。LED灯有四种颜色，不同颜色代表不同情况，使人们可以更直观地了解水温情况。当水温在70℃以上时，红灯亮，表示水温过高，不适宜饮用，当水温在40 ℃～70 ℃之间时绿灯亮，表示水温正好，适宜饮用。当水温在40 ℃以下时，黄灯亮，表示水温较低，谨慎饮用。当我们通过按键设定一个温度值后，单片机将检测到的温度和设定的温度值作比较，当水温达到设定温度时，蜂鸣器播放提醒音乐，彩灯亮，提醒人们喝水。

制冷片、温差发电片和充电系统独立于单片机的控制之外，制冷片通过开关来对水进行加热或降温。当打开开关，并且水和外界存在温差时，温差发电片发电，并通过升压模块给蓄电池充电。另外，也可以用手机充电器或电脑对底座充电，底座里面的升压系统将5 V的电压升到9 V，给蓄电池充电。

3　结束语

随着现代社会生活节奏的加快，饮水时人们同样追求方便快捷，如何能够随时随地喝到温凉可口的水，一直困扰着人们。现如今，水杯底座市场几乎一片空白，智能水杯的智能程度及安全性也不是很高，并且价格居高不下。智能水杯底座具有水温调节和语音提醒功能，通用性强，提醒音乐和外观可针对不同人群进行分类设计和包装，且成本较低，利于面向大众推广，具有广阔的市场前景。

[1]赵美玲.基于大学生需求的一项产品概念设计—智能人性化水杯[J].中国市场,2013(13):23-24.

[2]聂光辉.智能水杯开发与研制设想[J].发明与创新,2008(9):45-46.

[3]徐娜.创意杯具[J].知识就是力量,2011(6):55-56.

[4]姚刚，毛江，熊学琴.温度传感器在智能水杯设计中的应用[J].山西煤炭管理干部学院学报,2013,26(3):134-135.

The Design and Research on Intelligent Cup Base

Yan Xiaoxue, Hou Xiaoxia

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,DezhouUniversity,DezhouShandong253023,China)

Cup is a necessary article for daily use, which cannot automatically adjust temperature, and provide the drinking water according to the needs of people at any time. In order to make the drinking water becomes more convenient and quick, the paper makes the design of intelligent cup base. This intelligent cup base has the functions of water temperature regulation and voice reminding. The commonality is strong, the reminding music and surface can be designed and packed for different people with a lower cost, so it has a broad market prospect.

cup base; intelligent; water temperature detection; voice remind

2016-04-14

闫晓雪(1993- )，女，山东聊城人，本科在读，自动化专业。

1674- 4578(2016)04- 0084- 02

TM925.5

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