自適應(yīng)保溫壺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張?jiān)婄?朱思穎+季曉蕾+左曄宜

摘 要：該文設(shè)計(jì)了一種可以智能保溫、即熱即飲的自適應(yīng)保溫壺。保溫壺上層燒水并保溫，下層智能控制出水并迅速降溫，通過(guò)螺旋管道延長(zhǎng)水流路徑和冷卻水實(shí)現(xiàn)迅速降溫。使用msp430系列微處理器作為控制核心，檢測(cè)水溫、水質(zhì)、水量并在LCD上顯示，超出指標(biāo)或達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，可提醒用戶并能自動(dòng)斷電，語(yǔ)音控制出水。

關(guān)鍵詞：msp430微處理器 保溫壺 即熱即飲 快速降溫 語(yǔ)音控制 智能提醒

中圖分類號(hào)：TN76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0110-02

隨著當(dāng)前科技的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、智能家居的不斷深入，越來(lái)越多的家用電器向著智能化發(fā)展，變得簡(jiǎn)單、易用、便利。而當(dāng)前的飲水機(jī)和保溫壺的智能化主要是在加熱和保溫這些方面，不具備快速降溫的功能。該文設(shè)計(jì)的智能保溫壺主要利用物理學(xué)相關(guān)知識(shí)原理，使熱水通過(guò)浸在冷卻水中的螺旋水管后有效降低溫度，同時(shí)因?yàn)樯舷路謱拥脑O(shè)計(jì)，隔絕上下水溫?zé)崃康膫鬟f，有效減少熱水熱量的散失，從而更好地保溫。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該文選用msp430f149單片機(jī)作為主控芯片，系統(tǒng)主要包括溫度傳感器、水質(zhì)檢測(cè)傳感器、語(yǔ)音控制模塊、流量控制模塊等組成。系統(tǒng)根據(jù)傳感器采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示和提醒，驅(qū)動(dòng)加熱模塊工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱和保溫，出水智能控制降溫。同時(shí)系統(tǒng)還能語(yǔ)音控制，具有一定的交互和非接觸操作。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)保溫降溫模塊

現(xiàn)在的保溫壺都只能保溫而不能即熱即飲，該設(shè)計(jì)要求在能保溫的前提下還能即熱即飲。根據(jù)調(diào)研和分析把系統(tǒng)分成兩個(gè)部分設(shè)計(jì)。上層實(shí)現(xiàn)對(duì)水的加熱和保溫，壺外使用保溫材料做隔熱層，同時(shí)當(dāng)水溫低于一定值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)加熱裝置加熱。下層為了實(shí)現(xiàn)迅速降溫，留出足夠空間放置螺旋水管和冷卻水，有效延長(zhǎng)水流路徑，加速降溫，即熱即飲。

2.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)模塊

水質(zhì)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)有很多，目前市面上的水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器大都自成系統(tǒng)，相對(duì)獨(dú)立且昂貴。而日常生活中用水主要是長(zhǎng)期使用導(dǎo)致壺中形成水垢，影響健康。水垢的主要成分是碳酸鈣（鎂）。當(dāng)水呈弱堿性時(shí)會(huì)加速水垢的形成，也表明水質(zhì)偏硬不利于健康。所以該系統(tǒng)選擇了相對(duì)便宜的pH計(jì)來(lái)檢測(cè)水的pH值，當(dāng)水的pH值過(guò)大，水質(zhì)偏硬時(shí)，提醒用戶注意飲水健康。

2.3 語(yǔ)音控制模塊

使用一款語(yǔ)音識(shí)別專用芯片，由ICRoute公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的LD3320芯片。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。該芯片在設(shè)計(jì)上注重節(jié)能與高效，不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控功能，且識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表可以任意動(dòng)態(tài)編輯（見(jiàn)圖2）。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自適應(yīng)保溫壺系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)主要包括自動(dòng)控溫程序、語(yǔ)音控制程序、智能出水程序、水質(zhì)檢測(cè)及顯示函數(shù)。系統(tǒng)打開(kāi)后首先進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的初始化設(shè)置，然后判斷是否有水，水質(zhì)是否良好，無(wú)水、水質(zhì)不好則進(jìn)行報(bào)警，有水、水質(zhì)好則進(jìn)行自動(dòng)控溫，同時(shí)LCD實(shí)時(shí)顯示各參數(shù)，需要出水時(shí)智能出水（見(jiàn)圖3、圖4）。

4 結(jié)語(yǔ)

該文介紹的自適應(yīng)保溫壺的設(shè)計(jì)，為大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)制作后，各模塊功能基本完善，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)保溫、控溫、水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及快速降溫，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。該設(shè)計(jì)區(qū)別于市場(chǎng)上的飲水器、儲(chǔ)水器，更加人性化、智能化。具有很強(qiáng)的實(shí)用性，一定程度上促進(jìn)了智能家居的進(jìn)一步發(fā)展。該設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性比較強(qiáng)大，將來(lái)面向市場(chǎng)時(shí)也具有較大的潛力。

參考文獻(xiàn)

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