基于互聯網的智能水杯的設計

◎趙云峰 趙云基 王繼博

基于互聯網的智能水杯的設計

◎趙云峰1趙云基2王繼博3

當前已經進入了互聯網信息時代，當前自動化與機械設備的設計也要糅合網絡信息技術，利用機械設備運作中產生的信息加以分析，服務于使用者。本次研究產品選擇智能水杯產品，可以利用搖晃發電，加熱水杯容器的飲用水，為人體提供適宜溫度的水。本次研究對象具備健身功能，可以在搖晃發電的過程中，記錄下搖晃水杯所產生運動量，也能夠將飲水次數記錄下來，綜合所得信息給予使用者健康飲水和運動量的分析，然后利用互聯網分析技術給予使用者飲水和運動指導。

人在感到口渴時便會需要飲用水，口渴狀態也表明人體的失水已經高達2%，代表著人體已經嚴重缺水，這種狀態也是不良的亞健康狀態，若是長期不注意喝水甚至會令喝水欲望減退，人體會變得愈發缺水，長期忙碌缺乏運動加之缺水狀態易導致人體出現健康問題。人體在飲用水相關問題上也對溫度有需求，為人體在需要補充水份時提供適溫飲用水利于人體健康，普通的水杯最多能夠做到較良好的保溫效果，但仍舊具有時效性，難以為人體提供全時的適溫飲用水。伴隨著當前生活水平的不斷提高，越來越多的人更注重健康的保持。能夠記錄下飲水頻率和運動信息的產品，可以幫助人們掌握自身的機能狀態，然后結合網絡信息分析處理技術給出科學指導，引導人們健康飲水、健康運動。

產品總體設計

本次的產品設計整體智能部件由杯蓋、杯體、底座共同構成，杯體又由外殼與內膽共同構成，在杯蓋之上設置有相應的顯示屏，布有控制按鍵和單片機控制電路、傳感器等裝置。杯蓋也是整體設計的指令與感溫裝置，杯蓋是設備的主要控制構造，也是用戶界面之一。而智能水杯杯體的外殼與內膽則是保溫、加熱的容器設備，外殼上設置有相應的散熱孔，內膽上設置有半導體冷熱片，可以用于散熱，排放出多余的熱量，在調控轉變半導體冷熱片后可以產生加熱或制冷的效果。產品硬件基于電源模塊、溫度采集模塊、加熱模塊、LED顯示模塊、語音模塊構成。其中電源模塊的構成可以細分為三個部分，第一部分為主要的總電源，用于對智能水杯的單片機供電，并維持水杯整體的電量供給。其中另外兩個電源部分則是分別用以水杯的加熱與屏顯。智能水杯的多個模塊分別受到單片機的統一控制，單片機利用電源供給電能運行，并讀取程序然后向溫度采集部件發出指令，溫度傳感器將采集的溫度信息加以處理回傳，然后返回單片機內進行處理，與內部預先儲存的數據信息進行比對，然后加以判斷并反饋需求溫度信息，確定斷開或閉合繼電器，為加熱模塊供應電量。然而在采集相應的數據過程中，單片機會定時傳遞相應的信息到LED顯示模塊區域，標識出適時水溫。其中的按鍵開關控制語音模塊，可以在打開開關后激活語音控制，為使用者提供語音提醒功能。經過多個模塊的配合作用，實現智能水杯的全部功能，為使用者提供全方位的健康保護。本產品還具備網絡連接功能，可以聯通網絡，將用戶數據上傳至網絡加以數據分析，提供健康飲水指導。

溫度采集設計。智能水杯的溫度采集裝置的核心電路原件是AD590溫度傳感器，這一傳感器可以將溫度信息轉化為電子信號并傳導至單片機中，具有較好的信息傳遞功能。單片機在接收到電信號后可以發出控制水溫的指令，進行飲用水的加熱處理，溫度達成需求標準時會再次產生信號，隨即單

片機接收指令并控制繼電器斷開電量供應停止加熱。

加熱裝置。智能水杯的加熱裝置選用555時基集成電路并搭配熱敏電阻控制加熱，一但杯內水溫較低，智能水杯測溫點設置的熱敏電阻在感應到溫度時，系統內的負溫度系數其熱敏電阻的相應R值會升高，集成電路的2腳電位低于Ec電壓的1/3，其中IC3腳傳輸出高電平，雙向晶閘管因此被觸發然后導通，電熱器開始加熱杯內的飲用水，形成計時循環。

語音模塊。語音模塊主要負責相應的語音提醒，提醒人按時或加熱至適度時飲水。這一模塊選用語音芯片ISD1420實現錄放提示音的功能，將相應的提示語音錄入到芯片之中，當人需要加熱水時，利用按鍵發出指令，然后開始加熱水，當達到適宜溫度時，傳導指令信號到語音芯片之中，命令語音芯片發出語音播報，提醒使用者及時飲用。

電源裝置。該產品的電源源于電池儲能與自發電裝置，可以利用USB接口輸入電量并存入設備的儲電零件中，或是基于使用者的搖晃，令高速旋轉轉子，將微小的動能轉化成為電能，基于技術手段加以放大，為加熱裝置提供電量供給。這樣不僅可以在無外接電源的條件下進行加熱，還為使用者提供人體所需的適溫飲用水，滿足人體的健康需求和節能環保理念。

網絡功能

本產品具備相應的網絡功能，可以與網絡智能設備相連接，然后將飲用水的信息傳達到智能移動設備上，使用者也可以利用智能設備調控加熱，將水溫加熱到人體所需的適當溫度，利于健康飲用。除了網絡操作與溫度信息傳遞外，還可以基于“互聯網+”技術將飲水信息傳遞到網絡上，利用數據庫加以分析，得出使用者的健康信息與飲水狀況。搖晃水杯產生電量的過程中也可以記錄下搖晃的頻率與幅度，然后轉化為相應的運動量數據，基于信息處理分析提供健康運動引導，實現智能互聯管控人類健康狀況的功能。

本文所研究的智能水杯是基于人體對飲用水的需求，可以在不需電源的條件下利用磁生電原理產生電能，將飲用水溫度加熱到適宜狀態。本產品不僅具備基本的飲用水加熱和自發電功能，還貼合當前人體的飲水需求，且具有健身功能，將節能理念與健康理念相結合，不僅是自加熱的智能水杯，同時也是鍛煉器械和人體健康運動管家。將“互聯網+”技術和機械自動化結合的產品具備更多功能，對未來生活的節能減排也具有積極作用。

1.3重慶交通大學；2.內蒙古工業大學）