智能平台饮水机

许琬欣

摘 要：文中设计了一款集各项功能于一体的智能家居饮水机。该饮水机不仅具有定时烧水，定温烧水，一次烧水，智能儿童锁，遥控以及健康管家等功能，更提供了良好的硬件底层与软件库函数，可根据用户的需求更换配置，方便维修，适应了当代社会家用电器的自动化、智能化、信息化发展潮流。

关键词：智能；模块化设计

1 作品简介

本设计通过不同的固件将各智能家居的功能集成在一个平台上，开发出一款智能家居饮水机。该饮水机可实现定时烧水，定温烧水，一次烧水，智能儿童锁，遥控以及健康管家等功能。同时本产品还能对人体身高进行检测，若身高低于1.3 m的儿童误使用热水，则用户可通过手机与平台经蓝牙进行信息交互，对饮水机进行开机、关机与水温设定。饮水机上的健康管家可以探测环境的温湿度，提示用户最佳的饮水间隔。健康管家通过传感器对整个环境以及人体的各种数据进行探测，并对这些数据保存、综合处理，再结合之前的数据，对用户提出全方位的健康建议。开水出水口的温度探测功能在于防止热水烫口，便于人们将热水兑到一个合适的温度后饮用。本平台提供了良好的硬件底层与软件库函数，模块化设计，方便维修，并且可根据用户的需求更换配置，实现量身定做的效果。实物电路连接图如图1所示。

2 工作原理

本产品由主板、CPU板、功能板、电机驱动、继电器、屏幕以及移动终端App组成。

主板的作用在于为平台模块供电及提供电气连接。平台的输入电压为14 V，由市面上的变压器即可得到。14 V电压经主板上的LM2596开关稳压芯片稳压到5 V后为TTL电平设备供电。5 V电压经7333线性芯片稳压到3.3 V，为CMOS电平设备供电。主板上有三个发光二极管，分别用来显示输入电压，5 V电压，3.3 V电压是否正常。主板上的其他器件为插针插槽、开关、接线端子以及SD卡卡槽。

CPU板不仅可为单片机提供晶振电路，同时还起到了连接单片机与主板的作用。控制平台可根据用户需要安装不同型号，不同价位的单片机，提高性价比。

功能板上安装有传感器，不同的家居安装不同的功能板可实现不同的功能，现有的功能板上安装的传感器含有DH11，用于检测环境温湿度；红外管，用于探测是否有物体靠近设备；蓝牙HC-05，用于与移动终端通信，并预留接口，根据需要再安装其他部件。

电机驱动可驱动电机，为设备提供动力。在智能饮水机上驱动机械手实现热水龙头的开合，实现智能儿童锁的效果。电机驱动由IR2104S和MOS管组成，由主板供电，信号线与功能板相连。

继电器通过弱电控制强电。由于继电器驱动电流不大，所以电源线和信号线都与功能板相连。

屏幕可根据用户的需求选配。如液晶屏TFT带电阻触摸屏ILI9341、12864等。平台的标准配置是液晶屏TFT带电阻触摸屏ILI9341，彩色显示与触摸操作可实现良好的人机交互。

移动终端App通过蓝牙与平台产生信息交互，实现控制平台的目的。如果家里的大部分家居都安装了本平台，便可实现一台移动终端遥控大部分家居的生活。App基于安卓系统设计，采用eclipse编写，包含开机、关机、设定温度接收健康贴士等功能。本操作系统通过图片显示与中断响应判断标志位的方式实现良好的人机交互。界面分为信息栏和触控界面两部分，信息栏用于显示家居或者环境参数，触控界面用于用户对平台的操作。

主板原理如图2所示，功能板原理图如图3所示，产品工作流程如图4所示，其中单箭头表示电能的传播方向，双箭头表示信号的交互。

3 创新点

本设计中的一大创新点在于拥有可设定水温的功能。在日常生活中，我们常常会在使用保温杯时被开水烫到口舌，因为拿保温杯时手感觉不到水的温度，而通过对水温的设定显示，我们可以知道饮水机的出水温度，防止不经意间的烫伤。在此基础上我们更进一步针对不同人群的需求，在开水出水口加上了温度探测功能，以寻求最舒适的饮水温度。

该产品还具有儿童锁功能，通过红外管自动识别出身高低于1.3 m的儿童，此时机器手会使水阀处于关闭状态，热水将无法流出，防止兒童误操作被热水烫伤，解决了饮水机的儿童安全隐患问题。

饮水机系统中的健康贴士设计也是我们对当代火热的大数据技术与家用电器领域的结合。我们设计的基于安卓系统的手机App对平台检测到的环境温度、湿度进行处理，为用户提供有关健康的建议，提示用户最佳饮水间隔。

我们将所有智能家居的功能通过一个平台以及不同的固件来实现；产品兼容性高，便于管理；我们所使用的拓展模块为添加、编辑功能板提供了很大便利，可根据不同用户的需要进行私人定制，并且可以升级，以满足各层次用户在不同时间的需求。

4 市场前景

本平台如果应用于市场可以对智能家居的控制系统进行统一。由于平台已经提供了良好的硬件底层与软件库函数，研发人员可以更加专注于操作系统等上层开发，节约人力物力，达到最大的开发效率。由于硬件底层相同，且采用功能分模块化设计，当平台产生故障时方便维修。

对于用户来说，此平台可根据用户的需求配置不同的CPU、功能板和屏幕。可以使用不同的系统，量身定做。且伴随着用户生活水平的提高，对家居有更高的智能需求时，可以更换功能板并使用新系统，无需更换整体家居，节约资源。App上有大数据健康管家，在生活节奏十分快的时代，大数据健康管家可以及时提醒用户进行一些必要的活动，如饮水、运动等，以保证用户健康的生活。

对于企业来说，企业可以根据用户需要及时更新功能板及操作系统，盈利方式可由卖设备转变为卖服务，拓宽了盈利渠道。

本设计主要介绍了一套饮水机系统，在当代社会，饮水机作为家庭电气设备的必要性正在逐渐减弱，它在家庭中的使用率并没有想象中高，其地位正逐渐被电热水壶等加热设备所取代。但我们通过对饮水机自身优势的挖掘和一些崭新功能的开发，能够使饮水机发挥出独一无二的长处。

通过对饮水机设置水温、设计健康贴士、添加儿童安全保护装置等措施，可以摆脱电热水壶烧开水再倒入暖壶储存的繁琐过程，避免电热水壶带来的儿童饮水隐患，随时随地便捷地获得理想温度的饮用水，免去多次烧水、开水过热或过凉的困扰，适应当代社会家用电器的自动化、智能化、信息化发展潮流。