單片機(jī)STM32F103設(shè)計(jì)的居家智能水龍頭

?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院 楊亞洲 張 河 郭慶峰 陳 馗

基于社會智能化的發(fā)展，家具也越來越趨向于智能化。人們對于高品質(zhì)的生活需求也在不斷加大。家中對于用水的要求也在不斷提高，傳統(tǒng)水龍頭在家中無處不在，隨之而來的弊端在不斷暴露。

傳統(tǒng)水龍頭擁有較多缺陷，單柄類90°開關(guān)的龍頭就存在出水量不能很好的控制，再忘記關(guān)水后造成對水資源的浪費(fèi)了。長時間的使用造成水龍頭開關(guān)的鈍化等，造成無法繼續(xù)使用。針對上述問題智能水龍頭可借鑒一系列問題，可通過紅外傳感器的信息對使用者的水溫進(jìn)行收集、及自動調(diào)節(jié)水管的高度來使使用者達(dá)到最舒適的享受。

1 基于居家智能水龍頭產(chǎn)品介紹

（1）設(shè)計(jì)的智能水龍頭具有紅外傳感器和智能傳感器等技術(shù)支持，在水龍頭的前端安裝有紅外傳感器，通過紅外線可以對使用者的身高進(jìn)行測量，然后根據(jù)身高數(shù)據(jù)水龍頭將自動調(diào)節(jié)到舒適的高度，這樣不僅方便了人們的正常使用，也讓老人和小朋友的使用變得更加便捷舒適。

（2）智能水龍頭如果用于家用，可以通過智能傳感技術(shù)對每個人的用水習(xí)慣，用水溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，從而讓不同的人在使用的時候得到最舒適的體驗(yàn)。在使用之前，紅外感應(yīng)技術(shù)檢測到人員靠近時可以自動控制和調(diào)節(jié)水溫，根據(jù)人體溫度發(fā)出特定波長的紅外線，此外智能水龍頭還有特定的芯片STM32F103，用戶可以通過app連接或者直接通過觸控屏操作對用水的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，并隨時可以進(jìn)行調(diào)整，同時芯片STM32F103可以連接凈水器，從而達(dá)到調(diào)節(jié)使用及凈水一站式操作。

2 結(jié)構(gòu)介紹

2.1 中央處理器

STM32F103作為MCU，是一款功能十分強(qiáng)大的芯片，包括以下資源：64kB SRAM、512kB FLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器、1個FSMC接口以及11個通用IO口。STM32F103的部分接口電路，包括溫濕度傳感器接口電路、紅外傳感器接口電路、藍(lán)牙模塊接口電路。

圖1 形態(tài)各異的產(chǎn)品圖

2.2 設(shè)備形態(tài)

智能水龍頭在外觀設(shè)計(jì)方面，風(fēng)格不再是傳統(tǒng)的獸頭狀的“流水嘴”，而是以字母“U”為基礎(chǔ)，通過對塊面的彎折變化行成形態(tài)各異的產(chǎn)品如圖1所示，上方有一塊材質(zhì)為OLED的觸控顯示屏，觸控技術(shù)的應(yīng)用使得產(chǎn)品的形態(tài)和性能都帶來了很大改變的可能。增設(shè)一個防水微動開關(guān)。防水的目的是防止龍頭漏電。水龍頭正下方是出水口，前端則是紅外傳感器，傳感器外層還有一層防護(hù)層，即可以增強(qiáng)對傳感器的保護(hù)，還可以使整體更加美觀與簡潔。

2.3 設(shè)備材料

水龍頭的主要材質(zhì)為高硼硅耐熱玻璃，這種材料耐高溫和低溫，有很好的耐用性。水龍頭的閥芯為陶瓷閥芯，噴嘴主要材料為環(huán)保無鉛硅黃銅，這種材料具有密閉性好，漏水率低，開閉快，使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)材料的水龍頭節(jié)水能力相比，節(jié)水的效果提升了20%~30%，觸控部分使用OLED顯示屏，用OLED顯示屏顯示會更加清晰，功耗低，可以更直觀的顯示使用參數(shù)，出水溫度等數(shù)據(jù)。

2.4 紅外傳感器

紅外傳感方面應(yīng)用了熱電堆傳感器對人體溫度進(jìn)行測量，熱電堆傳感器屬于非接觸式溫度傳感器，可以在一定距離內(nèi)檢測到紅外能量，通過不同溫度產(chǎn)生的紅外能不同，熱電堆上的熱電偶所吸收的能量也會不相同，以此來測量溫度。通過紅外的發(fā)射與接收電路，同時使用電機(jī)及驅(qū)動配合紅外測量身高。然后將水龍頭自動調(diào)節(jié)到一個舒適的高度。

2.5 藍(lán)牙模塊

通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)進(jìn)行連接，選用ZigBee技術(shù)。工作在2.4GHz頻段優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣、頻段開放的優(yōu)點(diǎn)。ZigBee工作在20至250kbit/s，這種較低速率可以滿足物聯(lián)網(wǎng)中一些低速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽螅瑢刂瞥绦虼a只需32KB左右。低廉的成本并且穩(wěn)定性強(qiáng)，極大地方便用戶通過手機(jī)來控制智能水龍頭。

2.6 電池選用

在電池方面方面鋰離子電池，結(jié)合電池容量、體積、重量等必要條件，分析放電功率、及電池內(nèi)阻來保證該條件下的電池最為安全。電池在充電時可以保證溫度控制在25°左右。采用鋰離子電池體積小，容量高，支持5000次以上的放電，壽命更久。在水管內(nèi)部含有微型發(fā)電機(jī)，利用水龍頭放水時的水流推動渦輪高速旋轉(zhuǎn)，從而帶動導(dǎo)體切割磁場產(chǎn)生電能，并將獲得的電能通過鋰電池儲存起來。

2.7 軟件設(shè)計(jì)

我們設(shè)有專門app來進(jìn)行綁定，該設(shè)備可及時記錄每個人的對水溫的使用習(xí)慣，由此反饋到單片機(jī)STM32F103來進(jìn)行算法分析的到合適的水溫?；蚴褂谜呖呻S時通過手機(jī)app來設(shè)定自己每次打開水管的初始溫度，及加熱的范圍。后臺數(shù)據(jù)存儲在app中，可隨時供使用者進(jìn)行查看。

2.8 工作流程圖（圖2）

圖2 工作流程圖

結(jié)語：本文介紹了一種居家智能水龍頭的設(shè)計(jì)內(nèi)容，該設(shè)備在現(xiàn)代家庭帶給人們的優(yōu)勢。通過它的簡單性、便捷性、智能性來帶給人們生活用水的便利，紅外傳感功能能加快速了解使用者的身高，來進(jìn)行水位的調(diào)整，而智能芯片能可以快速的記錄并調(diào)節(jié)水溫。相比于傳統(tǒng)水龍頭它將成為未來的一種使用趨勢。