一種基于Android的便攜式可加熱智能奶瓶的研究與設計

陳凱利 魏學 陳雨楊

摘要：針對傳統(tǒng)奶瓶無法精確監(jiān)控奶水溫度以及外出攜帶喂養(yǎng)的問題，設計了一種基于Android的便攜式可加熱智能奶瓶系統(tǒng)，它由單片機微處理器、溫度檢測模塊、加熱模塊、藍牙模塊、電源模塊、移動終端等組成。通過APP下達指令，由WiFi模塊通信將數(shù)據傳送給單片機，溫度傳感器DSl8820檢測奶瓶內奶水的溫度，系統(tǒng)控制加熱器對奶水加熱，最終將所有數(shù)據信息傳回移動終端進行記錄分析。

關鍵詞：奶瓶；單片機；Android；智能加熱；智能監(jiān)控

一.研究意義

隨著我國計劃生育政策的放開，嬰幼兒數(shù)量持續(xù)上漲，國民收入逐年提高，家庭在嬰幼兒產品方面的消費日益擴大。奶瓶是母嬰市場的剛需。目前嬰兒哺育的問題引起新爸新媽的高度重視。一方面，人們使用的傳統(tǒng)奶瓶已經不能很好地滿足現(xiàn)代人對于智能化生活的需求。另一方面，對于新爸新媽來說缺乏嬰兒哺育經驗，很難把控奶水的飲用量和溫度等問題。除此之外，生活水平日益提高，戶外出行休閑成了人們生活的一部分，親子問的戶外交流尤為重要，需要隨時攜帶熱水和奶瓶。在這種情況下，第一不方便攜帶，第二不好控制水溫，第三對嬰兒的哺育管理存在漏洞。因此，設計一款新穎、實用、操作簡單的便攜式可加熱智能奶瓶很有必要。本文論題結合現(xiàn)實生活的發(fā)展需求，故立題為此。

二.研究內容

通過對市場的調研、資料的收集等，我們可以看出現(xiàn)在母嬰市場奶瓶的不足之處主要有：第一，戶外使用的不便捷，室內使用的多次加熱不營養(yǎng)、不衛(wèi)生情況；第二，奶水溫度的控制不科學；第三，奶水喂養(yǎng)的記錄信息不完整、不清晰。

這些不足之處都可能給新爸新媽哺育嬰兒帶來一定的麻煩?；谶@些可能帶來的問題，我們從奶瓶使用的便捷化和智能化兩方面來研究，以便新爸新媽更好的管理嬰兒奶水的應用以及科學智能的監(jiān)控嬰兒的健康狀況，使之形成一套系統(tǒng)的全面的奶水哺育方法，從而讓新爸新媽更放心、更省心。

2.1便捷化

對于奶瓶便捷化研究，我們主要從便攜式可加熱功能著手。根據這樣的需求，本設計要求能夠充電蓄電和可控加熱。通過相關調研和資料查閱，可以得知嬰兒奶水的最適宜溫度為37。。我們可以通過使用APP設定所需溫度，然后通過藍牙傳輸數(shù)據，奶瓶將奶水加熱到設定溫度，便達到了研究要求。因此，我們需要研究設計的內容為：

第一，電源供電問題（電壓、功率、續(xù)航時間等）；

第二，加熱器加熱問題（加熱元器件、耗能等）；

第三，溫度控制。

2.2智能化

對于奶瓶智能化的研究，我們主要考慮：

第一，喂奶時間提醒；

第二，喂奶量；

第三，喂奶信息記錄。

因此，我們主要研究的是基于Android的APP的程序編寫。

三.總體設計

3.1整體框圖設計

本設計由六個模塊構成，以STM32F103為主控芯片，加熱模塊負責加熱，溫控模塊測量控制所需溫度，電源模塊提供電源，藍牙模塊使奶瓶與用戶APP通信、傳輸數(shù)據，移動客戶端（APP）可設定加熱溫度以及記錄相關數(shù)據。整體框設計如下：

當我們啟動奶瓶上的電源后，打開手機上的APP和藍牙功能，此時奶瓶上的藍牙與手機連接；然后使用APP設定奶水需要加熱的溫度，通過藍牙通信將此數(shù)據傳輸?shù)街骺匦酒希涍^相關處理，溫度傳感器檢測溫度未達到所要加熱的溫度，接著啟動PTC加熱器加熱，當溫度傳感器檢測到達到所需溫度時停止加熱；此次所有的數(shù)據信息都會記錄到APP上，并且可以在APP上設置喂奶時間提醒。

3.2硬件設計

在本設計中，STM32F103是整個系統(tǒng)的核心，其完成加熱控溫以及數(shù)據的采集、處理及發(fā)送。DS18820溫度傳感器通過單總線和單片機的i/o口相連，接口簡單，抗干擾能力強。STM32F103和藍牙無線收發(fā)模塊通過單片機的串口UART相連，將數(shù)據傳輸給移動用戶端。加熱模塊采用PTC加熱器，該產品由于采用u型波紋狀散熱片，提高了其散熱率，且綜合了膠粘和機械式的優(yōu)點，并充分考慮到PTC發(fā)熱件在工作時的各種熱、電現(xiàn)象，其結合力強，導熱、散熱性能優(yōu)良，效率高，安全可靠。電源模塊用于供電，采用HEl2P24LRN低紋波AC DC電源模塊。該模塊有交直流兩用、輸入電壓范圍寬、高可靠性、低功耗、安全隔離等優(yōu)點。

3.3軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計主要包括基于Android的APP程序設計和溫度采集程序設計。

當接收到APP的不同命令時，通過串口發(fā)送溫度數(shù)據到藍牙無線收發(fā)模塊，或者設置溫度的上下限參數(shù)。單片機STM32F103接收遠程服務器的命令是通過串口中斷來實現(xiàn)的。整個軟件開發(fā)在Keil uvision3集成開發(fā)環(huán)境下編寫，采用模塊化方法，C語言開發(fā)。

主程序流程圖如下：

四.總結

奶瓶經過幾十年的發(fā)展，種類繁多，但國內外用戶體驗研究大都集中在傳統(tǒng)設計上改進，從事智能方面研究較少。隨著嬰幼兒數(shù)量的增加，國民生活質量的提高，嬰幼兒產品的發(fā)展具有巨大潛力，且基于嬰幼兒產品的特殊性，在對其設計的過程中考慮家長和嬰幼兒的雙用戶體驗很有必要。針對此種情況，對于基于Android的便攜式可加熱智能奶瓶的研究與設計符合實際生活需求。