基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機(jī)的設(shè)計(jì)

吳戈

摘 要：隨著人們生活水平的提高，飲水機(jī)逐漸走進(jìn)了千家萬戶，為人們生活提供了極大便利。然而，普通飲水機(jī)只有加熱和制冷功能，同時還存在許多缺陷，如耗電量多、千滾水、干燒等問題，不僅存在安全隱患，還嚴(yán)重危害了人體健康?；诖?，文中設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機(jī)，此飲水機(jī)利用傳感器技術(shù)，通過單片機(jī)控制隔熱擋板，研發(fā)App，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制，方便用戶使用。該飲水機(jī)不僅省電，還杜絕了潛在的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了飲水機(jī)的安全智能一體化控制。

關(guān)鍵詞：飲水機(jī)；智能化；傳感器；App

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-00-02

0 引 言

目前市場上的普通飲水機(jī)在使用過程中，其智能性和安全保障等方面都存在明顯缺陷。經(jīng)調(diào)查表明，目前我國飲水機(jī)保有量約1億臺，年增30多萬臺，而普通飲水機(jī)每年的耗電量在200多度以上，那么全國每年將在這方面損失260多億度電[1]。

為了進(jìn)一步了解當(dāng)前飲水機(jī)的智能功能，特對市面上飲水機(jī)的主要品牌如美的、安吉爾、沁園、浪木等進(jìn)行調(diào)研[2]。發(fā)現(xiàn)目前市場上的飲水機(jī)一般具備防干燒，兒童鎖功能，少部分飲水機(jī)具備智能感應(yīng)功能，但將這些功能集于一身的飲水機(jī)卻還未發(fā)現(xiàn)。市場上四個主要品牌的功能對比見表1所列。

目前，普通飲水機(jī)存在重大安全隱患，如干燒、陰陽水混合等。為解決目前普通飲水機(jī)存在的問題，本文設(shè)計(jì)出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機(jī)，旨在通過信息化手段，利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)進(jìn)行智能算法分析，通過單片機(jī)對保溫桶隔熱板進(jìn)行開關(guān)智能化控制，使加熱桶與外界環(huán)境隔熱。此智能飲水機(jī)不僅降低了耗電量，避免了飲水機(jī)干燒存在的安全隱患，還可以有效解決飲用水反復(fù)加熱、陰陽水混合等問題，對人體的健康和財(cái)產(chǎn)安全具有深遠(yuǎn)影響。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，已廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。水，是生命之源。所以，飲用水對人體健康起到了關(guān)鍵作用。日常飲水機(jī)中的水反復(fù)加熱會產(chǎn)生大量亞硝酸鹽，大大增加了患癌癥的幾率。本文利用物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對飲水機(jī)的智能控制。解決了飲水機(jī)中的飲用水反復(fù)加熱、陰陽水混合、耗電量大等問題。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)方案

飲水機(jī)的智能化設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)理念，將水位傳感器、水溫傳感器與單片機(jī)完美結(jié)合，該飲水機(jī)可以實(shí)現(xiàn)智能控制和人為控制，主要實(shí)現(xiàn)對水溫的設(shè)置、水位檢測、顯示等功能，當(dāng)水位達(dá)到某特定值時，水位傳感器感應(yīng)探頭便將感知到的信息反饋給單片機(jī)，單片機(jī)通過控制電磁閥實(shí)現(xiàn)對保溫桶飲用水進(jìn)入的智能化控制。飲水機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案

該智能飲水機(jī)的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對飲水機(jī)保溫桶中飲用水的智能化控制，通過水位傳感器進(jìn)行檢測，達(dá)到特定水位時響應(yīng)，并將采集到的信息數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)，通過單片機(jī)中的繼電器發(fā)送信息對保溫桶中的隔熱擋板進(jìn)行智能化控制，以實(shí)現(xiàn)對飲用水進(jìn)入保溫桶的智能化控制。涉及的硬件有單片機(jī)開發(fā)板、水位傳感器、性能良好的隔熱擋板等，可利用水位傳感器實(shí)現(xiàn)對隔熱擋板的閉合控制。智能飲水機(jī)工作流程圖如圖2所示。

（1）利用水位傳感器進(jìn)行判斷（設(shè)上水位感應(yīng)探頭為P1，下水位感應(yīng)探頭為P2），將采集到的水位信息反饋給單片機(jī)。

（2）單片機(jī)將接收到的水位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，若水位低于P1且低于P2，則通過繼電器將隔熱擋板打開，飲水機(jī)中的水流入加熱桶中，當(dāng)水位達(dá)到P1時，擋板關(guān)閉。

目前，市面上的飲水機(jī)功能單一，絕大多數(shù)只有加熱或制冷功能，無法對飲水機(jī)的水溫實(shí)現(xiàn)精確控制。但在日常生活中，我們對不同用途的飲用水溫度需求是不同的。如沖咖啡的最佳溫度為65 ℃，泡茶溫度為80 ℃等[2]。為解決這些問題，使用戶能夠隨時隨地、隨心所欲地實(shí)現(xiàn)對飲水機(jī)開關(guān)、溫度的智能化控制，本文采用App對飲水機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，用戶無論在室內(nèi)或室外，通過App可以實(shí)現(xiàn)對飲水機(jī)的遠(yuǎn)程操作，并通過移動終端向溫度傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)信息，傳感器再將信息發(fā)送給數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)對飲水機(jī)水溫的智能化控制，從而使用戶可以根據(jù)個人對飲用水溫度的需求進(jìn)行智能設(shè)定。

1.2 智能飲水機(jī)主要設(shè)備

該智能飲水機(jī)軟硬件相結(jié)合，通過水位傳感器感知，將信息反饋給單片機(jī)，單片機(jī)通過繼電器控制擋板的開關(guān)控制水流入加熱桶。

該智能飲水機(jī)的設(shè)計(jì)不僅成本低，還體現(xiàn)出了節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。整個系統(tǒng)主要由隔熱擋板、水位傳感器、單片機(jī)、電磁閥等組成。飲水機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

為減少飲水機(jī)加熱的次數(shù)，就需要隔熱擋板具有良好的隔熱性能，因此，本設(shè)計(jì)選用真空隔熱板（VIP板）作為隔熱擋板，它是真空保溫材料中的一種，由填充芯材與真空保護(hù)表層復(fù)合而成，可有效避免空氣對流引起的熱傳遞，因此導(dǎo)熱系數(shù)大幅度降低，小于0.035 W/（m2·k），且不含任何OD材料，具有環(huán)保和高效節(jié)能的特性，是目前世界上最先進(jìn)的高效保溫材料[3]。

為了精確感知水位，及時將水位信息反饋給單片機(jī)，本設(shè)計(jì)選用DF-96A水位傳感器。該傳感器采用集成電路，并結(jié)合加熱桶上、下水的水位分級提升進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有上下水位聯(lián)合控制及缺水保護(hù)等功能，其負(fù)載電流為5 A。

為保證單片機(jī)能及時控制繼電器，以控制隔熱擋板的開關(guān)，本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)不僅功耗低，具有高性能CMOS 8位微控制器，還具有8 K可編程Flash存儲器。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)除了擁有良好的硬件系統(tǒng)外，還與軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)軟硬件之間的互補(bǔ)，以更好地實(shí)現(xiàn)智能化控制。本設(shè)計(jì)將所有控制程序?qū)懭隨TC89C52單片機(jī)。

（1）用一個函數(shù)來接收水位傳感器反饋的值。

（2）將所得值傳給另一個處理函數(shù)，由函數(shù)分析返回的值是否符合函數(shù)要求，若符合，則進(jìn)行下一步分析，若不符合，則丟掉。

（3）返回值符合要求后，將返回值與標(biāo)準(zhǔn)值對比，判斷加熱桶中是否需要水。由于繼電器與水位傳感器相連，當(dāng)水位傳感器返回值符合標(biāo)準(zhǔn)后，單片機(jī)便控制繼電器打開隔熱擋板，水流入加熱桶內(nèi)，否則隔熱擋板關(guān)閉。

2 結(jié) 語

隨著人們生活水平的提高，飲水機(jī)已成為家庭生活中不可缺少的一部分。但普通飲水機(jī)在水質(zhì)保鮮、耗電量、智能控制等方面存在明顯不足，對人類健康有潛在危害。本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機(jī)，通過傳感器進(jìn)行智能控制，不僅飲水機(jī)的耗電量明顯降低，還可保證人們喝上安全放心的飲用水，為創(chuàng)建新型環(huán)保城鎮(zhèn)，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展，共建和諧社會起到了推動作用。

參考文獻(xiàn)

[1]汪樂意， 于云波.感應(yīng)式智能飲水機(jī)控制裝置的營銷推廣[J].價值工程，2014（11）：186-187.

[2]趙龍，郝潤科，王磊，等.基于單片機(jī)的數(shù)字式智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（17）：112-115.

[3][美]菲利普·科特勒.市場營銷學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[4]王心淇，寧棋，凌崇森，等.基于STM32的智能飲水機(jī)的設(shè)計(jì)[J].科技視界，2016（17）：44.

[5]韓媛媛，陳金輝.基于PIC16F505單片機(jī)的智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（17）：15.

[6]胡斌，胡跟龍，孔祥梅.基于超低功耗單片機(jī)的智能飲水機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝，2015（3）：69-71.

[7]尹勛，范佳文.智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2012（14）：11-12.

[8]彭永杰，龍樣，吳熹，等.數(shù)字式智能飲水機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2015（2）：41-43.