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智能家居——多功能饮水机的设计与实现

2016-5-22 10:42:59 15674 智能家居单片机 GSM模块

摘要

针对传统饮水机功能过于单一，使用不方便等问题，笔者研制了一款基于STC89C52单片机控制的智能家居多功能饮水机，该机能结合GSM模块和各种传感器，对传统饮水机的各个弊病加于改善处理，集短信控制、自动提醒送水、自动放满一杯水、节能设计和人性化设计于一体，实现家居智能化，具备技术创新，应用广泛，实用性强，经济成本低等优点。

方案设计

（一）方案论述

拟设计的物联网智能家居饮水机基于单片机控制，结合各种传感器，对传统饮水机的各个弊病加于改善处理，集短信控制、自动提醒送水、自动放满一杯水、节能和人性化设计于一体，可靠性、实用性、稳定性高，可实现家居智能化。如图1所示，该控制系统包括控制芯片，以及分别与该控制芯片连接的红外检测模块、红外对射模块、超声波传感器模块、继电器模块、GSM短信模块、热饮温度传感器、冷饮温度传感器、显示模块、AD转换模块、热释电模块、光敏模块和照明灯，其中按键模块依次通过电位器、AD转换模块与控制芯片相连，继电器模块通过电磁阀控制冷水输出通道、热水输出通道的开闭。

（二）方案设计框图

系统方案设计参见图1：

图1 系统设计框图

功能实现

智能家居多功能饮水机的研制目的在于克服现有技术的缺点与不足，该饮水机可以实现自动出水、节能、局部照明等功能，还能够自动发短信通知水站送水，实现家居智能化。

多功能饮水机通过以下的技术方案实现：包括接水槽、控制芯片，以及分别与控制芯片相连的红外检测模块、红外对射模块、超声波传感器模块、继电器模块，用于检测当前是否存在杯体的红外检测模块设置在接水槽的一侧，接水槽的两侧沿垂直方向设有若干对用于检测当前杯子高度的红外对射模块，在接水槽的顶部或底部还设有用于对当前杯内液位进行检测的超声波传感器模块，继电器模块与出水口处的电磁阀相连。对于该饮水机，用户只需要将杯子放置在接水槽处，就可实现自动放水，且可自动放满一杯水，使用更加便捷。

（一）自动控制注水量

多功能饮水机包括接水槽、红外检测模块、红外对射模块、超声波传感器模块、继电器模块，用于检测当前是否存在杯体的红外检测模块设置在接水槽的一侧，接水槽的两侧沿垂直方向设有若干对用于检测当前杯子高度的红外对射模块，在接水槽的顶部还设有用于对当前杯内液位进行检测的超声波传感器模块；控制芯片一旦检测到有杯体存在，就通过两侧红外对射模块检测杯体高度，再由顶部的超声波模块对杯内液位高度进行检测，当液位高度低于杯体高度时，通过继电器控制电磁阀出水，达到自动放满一杯水的功能。

（二） GSM模块控制

功能饮水机还包括用于根据短信进行远程控制和发送送水短信的GSM短信模块；用户可以通过短信对饮水机进行远程开关，并且在桶装水用完时，由GSM短信模块自动发送信号到外部送水站。在方便的同时也提高了送水的效率，实现家居智能化。

（三） 出水控制

多功能饮水机装设冷水输出通道、热水输出通道，将电磁阀设置在冷水输出通道、热水输出通道的出水口处，通过控制面板的按键进行温度的设置和出水选择，控制芯片通过继电器模块与电磁阀相连，进而可以选择出水类型（即出冷水还是热水），使用方便。

（四） 加热制冷控制

多功能饮水机还包括热饮温度传感器、冷饮温度传感器、显示模块、AD转换模块、电位器和按键模块。温度传感器用于检测冷热饮的温度；电位器与AD转换模块相连，用于设定热饮温度的设定；显示模块用于显示实时温度、饮水机工作状态。通过电位器和温度传感器，用户可以将温度设置在一个温度段内，对传统饮水机频繁加热的弊端进行改善，在避免出现“千沸水”的同时又减少了能源的浪费。

（五）节能控制

多功能饮水机还包括一用于对人体发出的红外信号进行检测的热释电模块，控制芯片通过对人体热释电的检测，当连续时间内都检测不到人体信号时，饮水机就会进入节能模式，关闭加热制冷设备，节能减耗。

（六） 自动照明

所述多功能饮水机包括一用于对饮水机周围环境的光线进行检测的光敏模块和照明灯，控制芯片通过光敏模块检测环境光线强度，当晚上或光线不足且检测到人体信号时，饮水机就会开启照明灯，方便夜间操作和防止因光线昏暗而导致烫伤事故。

产品实物图及成果

（一）实物图

图2 电路实物图

图3 产品实物图

（二）取得成果

该产品已成果申请专利一份、计算机软件著作权一份，发表学术论文一篇，获得广东攀登计划提供的 20000 元发展经费。

结语

针对饮水机行业的现状，研制一款既智能又节能的饮水机来取代传统饮水机是一件极具意义的工作，也是家居智能化的发展趋势。本文研制的智能家居多功能饮水机基于STC89C52单片机控制，采用短信实现远程控制、自动提醒送水、自动放满一杯水等节能和人性化设计于一体，实现家居智能化，具有技术创新性，应用广泛，实用性强，经济成本低等特点，具备市场推广价值。

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2016-5-22 10:42:59　　评论 淘帖0 举报

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58 个讨论

0 顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶顶

2016-5-22 15:06:46 评论举报 1^# 林树琪

0 有想法

2016-5-23 09:41:08 评论举报 2^# 房见一

0 有创意

2016-5-23 10:21:32 评论举报 3^# 曲终人散

0 对2000000有兴趣

2016-5-23 11:05:44 评论举报 4^# ayjie

0 赞

2016-5-23 12:22:45 评论举报 5^# 黄山烧饼

0 很不错的设计！支持！

2016-5-23 16:13:49 评论举报 6^# 陆春生

0 放满一杯水能否用重量传感器，然后再给这台饮水机配一个专用的杯子。

2016-5-23 16:17:49 评论举报 7^# 七年不道

0 除照明灯外，我小伙伴做的饮水机已经基本实现了这些功能，而且还加了一个2.4G控制的小车。智能家居，多少人为之奋斗。

2016-5-23 19:03:07 评论举报 8^# 1160114

0 感谢楼主分享

2016-5-23 20:43:02 评论举报 9^# h1654155601.8111

0 1160114 发表于 2016-5-23 19:03 除照明灯外，我小伙伴做的饮水机已经基本实现了这些功能，而且还加了一个2.4G控制的小车。智能家居，多少人为之奋斗。赞！智能家居行业很有前途，还有小车是用来干嘛的？

2016-5-23 21:08:28 评论举报 10^# 林树琪

0 好牛逼闪闪的样子

2016-5-23 21:40:15 评论举报 11^# iiiYoung

0 我感觉楼主要是能用gprs控制能好点吧！一条短信还得一毛钱呢

2016-5-23 22:09:54 评论举报 12^# brantsun

0 七年不道发表于 2016-05-23 16:17 放满一杯水能否用重量传感器，然后再给这台饮水机配一个专用的杯子。这个不现实，不可能每个人都用指定的杯子

2016-5-24 10:30:41 评论举报 13^# 记忆的永恒

0 记忆的永恒发表于 2016-05-24 10:30 这个不现实，不可能每个人都用指定的杯子我觉得放满一杯水可以用声音来判断

2016-5-25 15:50:21 评论举报 14^# 白桃昕