一種基于超聲波測距技術(shù)的飲水機智能訂水裝置的研發(fā)

任松源++李偉

【摘 要】目前國內(nèi)用戶使用的飲水機大多為傳統(tǒng)飲水機，使用的飲用水大多為桶裝水，這種飲水機只具備加熱降溫和放水的功能，飲水機不能智能識別桶裝水的水量變化，也不能向用戶提供智能訂水服務(wù)，需要人工訂水，十分麻煩，已經(jīng)跟不上我們現(xiàn)在對生活質(zhì)量的要求。本文針對傳統(tǒng)飲水機的這種缺陷，研發(fā)出一種飲水機上使用的智能訂水裝置，該裝置主體結(jié)構(gòu)包括單片機控制器、超聲波測距模塊、無線發(fā)送模塊和確認指示燈，核心技術(shù)為超聲波測距技術(shù)和單片機控制技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】超聲波測距;飲水機;智能;訂水

一、研究背景

隨著社會技術(shù)水平的不斷提高，人們對物質(zhì)生活的要求也在不斷提升，飲水機已經(jīng)成為很多家庭和工作單位必備的小電器。傳統(tǒng)的飲水機在使用時需要注意桶裝水中的水量，當水量不足時需要人工撥打送水電話請求送水工人進行送水，十分麻煩。有時由于工作太忙，甚至會忘記撥打電話訂水，等到發(fā)現(xiàn)時卻無水可以飲用，造成短時間內(nèi)缺水現(xiàn)象。這對身體健康不利，也降低了人們的生活水平，帶來不好的生活體驗。那么能否研發(fā)出一種可以智能識別桶中水量并可以智能訂水的裝置呢？本文從測距與訂水兩方面出發(fā)，提出了一種基于超聲波測距技術(shù)的飲水機智能訂水裝置，可以解決上述問題。

二、設(shè)計原理

（一）設(shè)計思路

該裝置利用超聲波測距模塊對桶裝水中水面到桶底距離進行測距，超聲波測距模塊與單片機控制器相連接，當單片機控制器接收到來著超聲波測距模塊反饋的桶內(nèi)液面高度值小于某一預(yù)值時，單片機控制器向無線發(fā)送模塊發(fā)出訂水指令。

（二）電器控制

該裝置主體結(jié)構(gòu)包括單片機控制器、超聲波測距模塊、無線發(fā)送模塊和確認指示燈（見圖1）。其中單片機控制器采用A89C52單片機控制器，AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS？8位單片機，片內(nèi)含8k？bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256？bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。

超聲波測距模塊采用HC-SR04超聲波模塊，其主要技術(shù)參數(shù)如下：使用電壓DC5V，靜態(tài)電流小于2mA，電平輸出高5V，電平輸入低5V，感應(yīng)角度小于等于15°，探測距離2cm-450cm，精度可達0.2cm。接線方式VCC，trig，echo，GND。本模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確，模塊精度高，盲區(qū)2m，能和國外de 的SRF05，SRF02等超聲波測距模塊相媲美，因此被廣泛應(yīng)用于機器人避障、物體測距、液位檢測、公共安防、停車場檢測等諸多領(lǐng)域。本裝置中超聲波測距模塊安裝于飲水機桶槽內(nèi)，測距方向垂直指向桶裝水液面。

HC-SR04超聲波測距模塊與A89C52單片機控制器相連接，模塊工作原理如下：（1）采用IO觸發(fā)測距，給大于10us的高電平信號;（2）模塊自動發(fā)送8個頻率為4KHz的方波，自動檢測是否有信號返回;（3）有信號返回，則通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。

測試距離=（高電平時間*聲速340m/s）/2

當單片機控制器接收到來著超聲波測距模塊反饋的桶內(nèi)液面高度值小于某一預(yù)值時，單片機控制器向無線發(fā)送模塊發(fā)出訂水指令。

無線發(fā)送模塊與送水服務(wù)端進行無線數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)無線通信傳遞飲水機的訂水信息。無線發(fā)送模塊與A89C52單片機控制器相連接，負責發(fā)送訂水指令和接收確認信息，確認指示燈顯示訂水消息是否送達。

三、創(chuàng)新特色

本次研發(fā)的基于超聲波測距技術(shù)的飲水機智能訂水裝置有以下幾個創(chuàng)新點：

（一）本裝置中超聲波傳感器測距技術(shù)是本次裝置的核心技術(shù)，它的使用使得本裝置具有靈敏度高、精度高、成本低的特優(yōu)點。

（二）本裝置能與現(xiàn)有傳統(tǒng)飲水機結(jié)合，不用大規(guī)模更換現(xiàn)有的飲水機，避免了浪費，經(jīng)濟合理。

（三）本裝置克服了傳統(tǒng)飲水機不可智能識別桶中水位訂水的的缺點，可免去用戶人工訂水的程序，節(jié)省時間，提高了生活質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。

四、應(yīng)用前景

飲水機已經(jīng)是機關(guān)、公司、旅店、家庭等各個地方配備的最基本電器，以全國傳統(tǒng)飲水機的使用用戶為1.5億、更換裝置成本為20元、節(jié)省人工訂水時間為3分鐘估算，則更換成本為：，而一次訂水可節(jié)省單人工作時間：，這還只是單詞訂水時間的浪費量，按全年計算這個時間量會更加恐怖，而且還可避免想喝水而桶中無水現(xiàn)象，提高人們的生活質(zhì)量，這個潛在價值更加不可估計。所以，該裝置的研發(fā)對于現(xiàn)在的社會有重要的價值和意義，蘊含廣闊地應(yīng)用前景！

參考文獻：

[1]程繼興主編.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：中國傳媒大學(xué)出版社，2014.05.

[2]郭志勇主編.單片機應(yīng)用技術(shù)項目教程[M].北京：中國水利水電出版社，2011.01.

[3]林莉，李喜孟主編.超聲波頻譜分析技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.