基于STM32的智能饮水机的设计

王心淇+宁棋+凌崇森+汪瑾

【摘 要】针对传统饮水机功能过于单一的弊端，本项目对饮水机的多功能化进行了研究，并设计出一款智能饮水机。该饮水机系统主要利用了电加热、STM32系统控制及无线通信原理，实现了定时开启、关闭饮水机，自动出杯，自动接水、加水等功能，同时还能够进行温度过高及水位过低报警，并且能对是否接满水进行自动判断。此款智能饮水机的设计及研制，为广大用户提供了极大的便利，具有一定的应用推广价值。

【关键词】饮水机；STM32；智能；远程数据传输

0 引言

本系统是基于STM32芯片设计的一款饮水机，该智能饮水机主要通过手机的wifi或蓝牙功能实现对饮水机的温度、出水量等进行不同模式的智能控制。例如，定时开启、关闭饮水机，实现防溢出、温度过高及水位过低报警，同时还能够定时提醒用户更换滤芯，以保证水质的干净和安全；与此同时该饮水机更具人性化的是它可以记录您一天的饮水量是否已经达到八杯水的量，可以帮助您更好的进行身体保健，大大节省了用户的时间，方便了用户的生活。

实现生活的智能化，是现在社会的一个趋势，智能化的社会将会使我们的生活更加方便，更加的人性化。同时智能化也可以让我们的资源得到有效的利用，实现节能环保。智能饮水机的研制很好地实现了以上的功能，控制出水量和防溢出节约了水资源，而定时控制则可以节约电能，手机控制饮水机让用户不需要亲自跑到饮水机旁去调温度，也不需要自己把握饮水机的出水量，用户只要在自己的座位用手机就可以轻松实现全部功能，大大的方便了人们的生活，同时也节约了用户的时间。这是生活智能化最好的一个体现。

1 系统方案总体介绍

本系统以STM32，GSM模块和各类传感器为核心外加多种接口电路组成，其包括：系统核心STM32F103ZET6芯片，测量水位的超声波传感器，控制饮水机开关的继电器模块，进行温度检测的温度传感器模块，及其他各类传感器，如WIFI模块，蓝牙模块，红外传感器等等，总体框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 机械结构

智能饮水机系统参考了传统饮水机的设计，在搭建硬件的过程中，遵循从核心到扩展的原则，首先设计饮水机的整体框架。系统采取两个水箱的方法，一个用于加热水，另外一个用于降低水温，这样可以避免水资源的浪费，节约了水资源；然后我们把各类传感器安装在合适的位置，比如温度传感器安装在饮水机的外部，红外对管（用于自动放水）安装在喷头那里等等，安装传感器的原则是可以使传感器准确的测量出周围的数据，并且不影响饮水机其他功能的实现。

2.2 智能饮水机的无线通信

智能饮水机研制的关键在于实现手机对饮水机的远程控制，这就需要一个无线通信系统，目的是让手机准确的控制饮水机的各项功能，本项目饮水机通过使用蓝牙模块或wifi模块（或者路由器）发送信号，让手机进行接收，手机接收到这个信号之后，再由手机发送指令，让饮水机接收到这个指令，然后快速准确地实现指令功能。

2.3 温度采集部分

温度传感器采用具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高等特点的集成数字温度传感器DS18b20。该传感器的测量范围从-55℃～+125℃，增量值为0.5℃时，可在1s内把温度转换成数字，精度和速度也符合该系统的要求。

智能饮水机温度控制系统可以人为的设置不同的温度，以满足人们的不同的要求。温度的设定可以直接通过饮水机的按键进行控制，同时也可以通过手机对饮水机进行远程控制。若该系统长期处于高温状态，系统将会自动跳到低温状态，可节约能源，同时也保证了饮水机的安全。

2.4 出水、送水控制系统

出水控制系统采用双水箱的设计，把热水与冷水分开储存。热水存储水箱有电加热装置，当热水箱低于最低水位线时，系统将会发出警报，提醒用户进行加水。这样不仅可以避免水资源的浪费，而且防止了热水箱因没有加热而造成饮水机损坏。该饮水机不仅可以手动按键控制出水，还可以通过手机APP对饮水机出水量的控制，以满足不同用户、不同季节、不同气候的要求。在控制出水量方面，系统采用的思想是控制变量法，先确定水的流速，然后再控制出水的时间。水流出的时间主要是通过程序控制继电器来实现的，通过程序设计定时来控制继电器的开关，实现控制饮水机的出水时间，从而控制出水量。

送水控制系统主要是通过电机带动防滑塑料胶带传送。当杯子接到所设置的水量时，发出提示音，与此同时电机就会转动进行送水，否则电机处于关闭状态。

这样设计可大大减少不必要的麻烦，操作也更加方便快捷。

3 系统软件设计

为实现智能饮水机的多项功能，采用了模块化编程的程序设计，主要的程序模块有wifi或蓝牙模块，18B20采集温度程序模块，继电器控制程序模块，超声波传感器测量距离程序模块和加热程序模块等，程序流程图如图2所示：

4 系统创新

4.1 本系统采用意法半导体公司的STM32F103ZET6芯片进行开发，利用其内部丰富的中断、定时/计数器等资源以及其快速处理数据的能力进行了多功能饮水机项目的研制及开发。既保证了饮水机的反应速度、降低了功耗，又节约了饮水机的生产成本。

4.2 通过手机终端可以实现远程对饮水机进行的全面控制，控制方面涉及到了出水量、水温以及饮水机的关闭与开启。

4.3 对已放置过久的饮用水，或饮水机的水箱出现水位过低等情况，智能饮水机会自动对用户进行报警提醒。

4.4 有接水防溢出功能，当水快接满杯子时，会自动停止出水，与此同时发出接满水的报警提醒。

以上的创新功能不仅可以满足不同地域、不同用户的不同饮水习惯，而且更重要的是可以节约用水，防止干烧饮水机造成的危害。

5 结语

本系统基于STM32芯片，设计制作了一个方便人们生活，节约能源的智能饮水机。以数字温度传感器18B20作为温度采集设备，用wifi模块，蓝牙模块作为无线通讯设备。当我们需要饮水机内的水处于某个温度或让饮水机放出规定毫升的水时，用户可以通过手机上面的终端对饮水机进行控制；大大方便了人们的生活，提高了效率。当检测到温度高于警戒线时，饮水机将会发出报警信号，提醒主人注意，这大大提高了该饮水机的安全性能。

该饮水机实现了家居的智能化，具有技术创新高，应用广泛，实用性强，经济成本低等特点，具备很好的市场推广价值。

【参考文献】

[1]黄智伟，王兵.ARM微控制器应用设计与实践[M].北京航天航空大学出版社，2012，8.

[2]郭毅飞，董峰.基于AT89C51单片机的智能饮水机控制系统，2012，11.

[3]段清明，彭醒醒，杨开琦，林洁.基于单片机的可控温智能多功能安全饮水机设计[J].2014，9.

[4]黄军辉，林树琪.基于89C52单片机的智能家居多功能饮水机的设计与实现[J].2015，12.

[5]杨少春，万少华.传感器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，149-155.

[责任编辑：王伟平]