智能平臺飲水機

許琬欣

摘 要：文中設計了一款集各項功能于一體的智能家居飲水機。該飲水機不僅具有定時燒水，定溫燒水，一次燒水，智能兒童鎖，遙控以及健康管家等功能，更提供了良好的硬件底層與軟件庫函數，可根據用戶的需求更換配置，方便維修，適應了當代社會家用電器的自動化、智能化、信息化發展潮流。

關鍵詞：智能；模塊化設計

1 作品簡介

本設計通過不同的固件將各智能家居的功能集成在一個平臺上，開發出一款智能家居飲水機。該飲水機可實現定時燒水，定溫燒水，一次燒水，智能兒童鎖，遙控以及健康管家等功能。同時本產品還能對人體身高進行檢測，若身高低于1.3 m的兒童誤使用熱水，則用戶可通過手機與平臺經藍牙進行信息交互，對飲水機進行開機、關機與水溫設定。飲水機上的健康管家可以探測環境的溫濕度，提示用戶最佳的飲水間隔。健康管家通過傳感器對整個環境以及人體的各種數據進行探測，并對這些數據保存、綜合處理，再結合之前的數據，對用戶提出全方位的健康建議。開水出水口的溫度探測功能在于防止熱水燙口，便于人們將熱水兌到一個合適的溫度后飲用。本平臺提供了良好的硬件底層與軟件庫函數，模塊化設計，方便維修，并且可根據用戶的需求更換配置，實現量身定做的效果。實物電路連接圖如圖1所示。

2 工作原理

本產品由主板、CPU板、功能板、電機驅動、繼電器、屏幕以及移動終端App組成。

主板的作用在于為平臺模塊供電及提供電氣連接。平臺的輸入電壓為14 V，由市面上的變壓器即可得到。14 V電壓經主板上的LM2596開關穩壓芯片穩壓到5 V后為TTL電平設備供電。5 V電壓經7333線性芯片穩壓到3.3 V，為CMOS電平設備供電。主板上有三個發光二極管，分別用來顯示輸入電壓，5 V電壓，3.3 V電壓是否正常。主板上的其他器件為插針插槽、開關、接線端子以及SD卡卡槽。

CPU板不僅可為單片機提供晶振電路，同時還起到了連接單片機與主板的作用。控制平臺可根據用戶需要安裝不同型號，不同價位的單片機，提高性價比。

功能板上安裝有傳感器，不同的家居安裝不同的功能板可實現不同的功能，現有的功能板上安裝的傳感器含有DH11，用于檢測環境溫濕度；紅外管，用于探測是否有物體靠近設備；藍牙HC-05，用于與移動終端通信，并預留接口，根據需要再安裝其他部件。

電機驅動可驅動電機，為設備提供動力。在智能飲水機上驅動機械手實現熱水龍頭的開合，實現智能兒童鎖的效果。電機驅動由IR2104S和MOS管組成，由主板供電，信號線與功能板相連。

繼電器通過弱電控制強電。由于繼電器驅動電流不大，所以電源線和信號線都與功能板相連。

屏幕可根據用戶的需求選配。如液晶屏TFT帶電阻觸摸屏ILI9341、12864等。平臺的標準配置是液晶屏TFT帶電阻觸摸屏ILI9341，彩色顯示與觸摸操作可實現良好的人機交互。

移動終端App通過藍牙與平臺產生信息交互，實現控制平臺的目的。如果家里的大部分家居都安裝了本平臺，便可實現一臺移動終端遙控大部分家居的生活。App基于安卓系統設計，采用eclipse編寫，包含開機、關機、設定溫度接收健康貼士等功能。本操作系統通過圖片顯示與中斷響應判斷標志位的方式實現良好的人機交互。界面分為信息欄和觸控界面兩部分，信息欄用于顯示家居或者環境參數，觸控界面用于用戶對平臺的操作。

主板原理如圖2所示，功能板原理圖如圖3所示，產品工作流程如圖4所示，其中單箭頭表示電能的傳播方向，雙箭頭表示信號的交互。

3 創新點

本設計中的一大創新點在于擁有可設定水溫的功能。在日常生活中，我們常常會在使用保溫杯時被開水燙到口舌，因為拿保溫杯時手感覺不到水的溫度，而通過對水溫的設定顯示，我們可以知道飲水機的出水溫度，防止不經意間的燙傷。在此基礎上我們更進一步針對不同人群的需求，在開水出水口加上了溫度探測功能，以尋求最舒適的飲水溫度。

該產品還具有兒童鎖功能，通過紅外管自動識別出身高低于1.3 m的兒童，此時機器手會使水閥處于關閉狀態，熱水將無法流出，防止兒童誤操作被熱水燙傷，解決了飲水機的兒童安全隱患問題。

飲水機系統中的健康貼士設計也是我們對當代火熱的大數據技術與家用電器領域的結合。我們設計的基于安卓系統的手機App對平臺檢測到的環境溫度、濕度進行處理，為用戶提供有關健康的建議，提示用戶最佳飲水間隔。

我們將所有智能家居的功能通過一個平臺以及不同的固件來實現；產品兼容性高，便于管理；我們所使用的拓展模塊為添加、編輯功能板提供了很大便利，可根據不同用戶的需要進行私人定制，并且可以升級，以滿足各層次用戶在不同時間的需求。

4 市場前景

本平臺如果應用于市場可以對智能家居的控制系統進行統一。由于平臺已經提供了良好的硬件底層與軟件庫函數，研發人員可以更加專注于操作系統等上層開發，節約人力物力，達到最大的開發效率。由于硬件底層相同，且采用功能分模塊化設計，當平臺產生故障時方便維修。

對于用戶來說，此平臺可根據用戶的需求配置不同的CPU、功能板和屏幕。可以使用不同的系統，量身定做。且伴隨著用戶生活水平的提高，對家居有更高的智能需求時，可以更換功能板并使用新系統，無需更換整體家居，節約資源。App上有大數據健康管家，在生活節奏十分快的時代，大數據健康管家可以及時提醒用戶進行一些必要的活動，如飲水、運動等，以保證用戶健康的生活。

對于企業來說，企業可以根據用戶需要及時更新功能板及操作系統，盈利方式可由賣設備轉變為賣服務，拓寬了盈利渠道。

本設計主要介紹了一套飲水機系統，在當代社會，飲水機作為家庭電氣設備的必要性正在逐漸減弱，它在家庭中的使用率并沒有想象中高，其地位正逐漸被電熱水壺等加熱設備所取代。但我們通過對飲水機自身優勢的挖掘和一些嶄新功能的開發，能夠使飲水機發揮出獨一無二的長處。

通過對飲水機設置水溫、設計健康貼士、添加兒童安全保護裝置等措施，可以擺脫電熱水壺燒開水再倒入暖壺儲存的繁瑣過程，避免電熱水壺帶來的兒童飲水隱患，隨時隨地便捷地獲得理想溫度的飲用水，免去多次燒水、開水過熱或過涼的困擾，適應當代社會家用電器的自動化、智能化、信息化發展潮流。