自適應保溫壺的設計與實現

張詩琦+朱思穎+季曉蕾+左曄宜

摘 要：該文設計了一種可以智能保溫、即熱即飲的自適應保溫壺。保溫壺上層燒水并保溫，下層智能控制出水并迅速降溫，通過螺旋管道延長水流路徑和冷卻水實現迅速降溫。使用msp430系列微處理器作為控制核心，檢測水溫、水質、水量并在LCD上顯示，超出指標或達到設定溫度時，可提醒用戶并能自動斷電，語音控制出水。

關鍵詞：msp430微處理器 保溫壺 即熱即飲 快速降溫 語音控制 智能提醒

中圖分類號：TN76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0110-02

隨著當前科技的飛速發展，物聯網、智能家居的不斷深入，越來越多的家用電器向著智能化發展，變得簡單、易用、便利。而當前的飲水機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。該文設計的智能保溫壺主要利用物理學相關知識原理，使熱水通過浸在冷卻水中的螺旋水管后有效降低溫度，同時因為上下分層的設計，隔絕上下水溫熱量的傳遞，有效減少熱水熱量的散失，從而更好地保溫。

1 系統總體設計

該文選用msp430f149單片機作為主控芯片，系統主要包括溫度傳感器、水質檢測傳感器、語音控制模塊、流量控制模塊等組成。系統根據傳感器采集回來的數據進行處理并顯示和提醒，驅動加熱模塊工作，實現自動加熱和保溫，出水智能控制降溫。同時系統還能語音控制，具有一定的交互和非接觸操作。系統整體結構圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 自動保溫降溫模塊

現在的保溫壺都只能保溫而不能即熱即飲，該設計要求在能保溫的前提下還能即熱即飲。根據調研和分析把系統分成兩個部分設計。上層實現對水的加熱和保溫，壺外使用保溫材料做隔熱層，同時當水溫低于一定值時，自動打開加熱裝置加熱。下層為了實現迅速降溫，留出足夠空間放置螺旋水管和冷卻水，有效延長水流路徑，加速降溫，即熱即飲。

2.2 水質監測模塊

水質的監測指標有很多，目前市面上的水質監測傳感器大都自成系統，相對獨立且昂貴。而日常生活中用水主要是長期使用導致壺中形成水垢，影響健康。水垢的主要成分是碳酸鈣（鎂）。當水呈弱堿性時會加速水垢的形成，也表明水質偏硬不利于健康。所以該系統選擇了相對便宜的pH計來檢測水的pH值，當水的pH值過大，水質偏硬時，提醒用戶注意飲水健康。

2.3 語音控制模塊

使用一款語音識別專用芯片，由ICRoute公司設計生產的LD3320芯片。該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。該芯片在設計上注重節能與高效，不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現有的產品中即可以實現語音識別、聲控功能，且識別的關鍵詞語列表可以任意動態編輯（見圖2）。

3 系統軟件設計

自適應保溫壺系統的軟件部分設計主要包括自動控溫程序、語音控制程序、智能出水程序、水質檢測及顯示函數。系統打開后首先進行相關參數的初始化設置，然后判斷是否有水，水質是否良好，無水、水質不好則進行報警，有水、水質好則進行自動控溫，同時LCD實時顯示各參數，需要出水時智能出水（見圖3、圖4）。

4 結語

該文介紹的自適應保溫壺的設計，為大學生創新實踐項目，經過精心設計制作后，各模塊功能基本完善，能夠在一定程度上實現保溫、控溫、水質監測以及快速降溫，基本達到了預期目標。該設計區別于市場上的飲水器、儲水器，更加人性化、智能化。具有很強的實用性，一定程度上促進了智能家居的進一步發展。該設計可擴展性比較強大，將來面向市場時也具有較大的潛力。

參考文獻

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