【Intel Edison试用体验】智能电热水壶（结项）

`1.项目名称：智能电热水壶

2.作品功能
与传统的电热水壶相比，智能电热水壶可以实现以下功能：

远程控制烧水，在任意时间任何地方都可以控制家里的热水壶烧水；
预约提醒，定时烧水，定时提醒，让喝水不再被遗忘；
精准控温，让泡茶、冲咖啡等不再需要测温；
水量检测，水量不够时自动加水。

3.项目idea来源
最初想到做这个智能电热水壶是因为之前在“IT168 资讯”上看到了一篇关于智能硬件的介绍，其中提到了智能电热水壶，当时的报道中提到的智能电热水壶已经被产品化，很多不错的功能已经集成在其中了，比如，远程控制烧水，可以让上班一族在快到家时开始远程控制烧水，到家就可以喝到凉到何时温度的开水；也可以热水器提醒主人喝水等等。可是它没有水量检测的功能，由于本人一天会喝掉好几壶水，觉得每次烧水都是自己去接了凉水再去烧好烦，就想着它要是有个自动补充水的功能就好了。于是就提出了是不是可以增加一个水量检测的功能，当检测到水被倒光了的时候，就开始像现在的洗衣机那样自动打开阀门开始接水。

不久后正好碰到我们的电子发烧友可以申请Edison板子了，还带有Grove -Starter Kit Plus套件，有重力传感器，等等的，天意啊。
报道中提到的热水壶产品图如图1
4.项目设计背景
传统的电热水壶需要主人自己手动加水然后上电等待水烧开，烧开之后还不能马上饮用，需要等水凉了之后才可以，让口渴的主人很难忍受；而且茶或咖啡对水温都有一个最优要求值，对于咖啡爱好者或者是茶控来说，拿着温度计在一旁测量是件很烦人的事。智能电热水壶可以帮助我们从这些困境中解脱出来，它可以在你还没有回家时就开始自己加水烧水，等你回到家之后水已经烧开并且凉到可以饮用了；它也可以精准控温，把水烧到你想要的温度；还可以在你忘记喝水的时候提醒你喝水；……

智能电热水壶系统包括两部分，一个是热水壶终端，一个是云端控制部分。该系统成功实现了远程烧水、精准控温、净化水、定时预约烧水、提醒用户喝水等功能，极大的方便了用户。

与传统的电热水壶相比，智能电热水壶可以远程控制烧水，在任意时间任何地方都可以控制家里的热水壶烧水；预约提醒，定时烧水，定时提醒，让喝水不再被遗忘；精准控温，让泡茶、冲咖啡等不再需要测温；水量检测，水量不够时自动加水。实现了热水壶的智能化。5.项目构想
5.1 硬件系统框架
该智能电热水壶系统的工作原理图如图3所示，内置的压力传感器采集热水壶中水的多少，水量数据通过I2C或SPI传递给MCU，MCU分析处理水量数据，认为水量不足时驱动直流马达控制的加水动力装置，为热水壶加入适量的水；当手机App通过云或无线连接模块下达烧水指令后，MCU通过无线传输模块接收到这一指令后，检测水量充足后打开电热丝开始烧水，温度传感器在烧水过程中采集水温，水温数据通过I2C或SPI总线传递给MCU，MCU接收到水温数据后分析处理认为该温度合适后，关闭电热丝停止烧水，并通过无线连接模块将水已经烧好的状态数据传递到用户的手机上，或是通过云端再传递到用户的手机上；另外，MCU会对水量的减少和增加的时刻进行记录分析，上一次用户接水之后的一段时间之后会向用户的手机通过无线连接模块或云端发送提醒喝水的消息；水烧好、提醒饮水等消息也可以通过电热水壶自带的语音播报功能向用户播放；而且电热水壶具备语音识别功能，当用户说话告诉电热水壶烧水后，电热水壶的MCU采集这一语音数据，分析处理后驱动电热丝开始烧水。
5.2 软件系统
软件系统工作流程如图4，其中微沸的作用是净化水质，有资料表明，水烧开后微沸3-5分钟能将水里的氯含量降至安全饮用标准，实现净化水质。
提醒用户饮用之后，通过水量检测来确定用户是否饮用，若水量有减少则说明用户已经接水饮用了。人每天要喝一定量的水，用户接水之后智能电热水壶可以根据水量的减少来确定特定的计时时长，当时间到了之后用户就该再次饮水了，这时水壶会提醒用户烧水准备再次饮用。

6.硬件情况模拟
由于硬件的不足，缺少必要的装置，所以在硬件实现上对设计进行了一定程度的简化，温度传感器感应水的温度，当温度达到设定温度之后，继续烧水5秒让水微沸之后，本来要断电停止烧水，可惜由于没有相应的电热控制装置，故采用蜂鸣器加串口显示器来模拟这一动作，即在达到设定温度后，串口显示器显示出温度传感器传来的温度值，并且在5秒之后，使蜂鸣器响。由于蓝牙、WiFi、Zigbee等无线模块都不具备，所以暂时不开发热水壶的无线连接部分，但是开发板具备Wifi连接功能，可以开发控制器与移动设备的连接部分，通过该部分，可以实现远程控制热水壶的中央控制器，控制其温度设定部分，提醒主人喝水等模块。其中热水壶的定时提醒功能通过二极管来模拟，当满足定时提醒条件之后，点亮二极管。其中的定时提醒条件按实际需求是要在检测水量减少的量之后开始按设定的算法计时，减少量是一个人的量和是多个人的量以及和介于整数个人量之间的量的计时时间是不一样的，但是，由于硬件的缺少，故按设定时间开始点亮二极管，当计时时间为3个小时时就点亮二极管，模拟定时提醒功能。最终的硬件实物图如图5：硬件实物连接图所示。
其中1：二极管，2：蜂鸣器，3：串口显示器，4：温度传感器，5：Edison模块，6：Grove Kits底座，7：电源连接器接口。
Edison模块外部连接各其他模块接口如图6，Edison与Arduino连接关系如图7，Edison模块与Arduino连接关系彩图如图8。

7.软件调试
由于软件部分即通过I2C连接各传感器模块与Edison模块，关键在于I2C的配置上，根据Edison模块上各GPIO标号对应的位置，IO18和IO19对应为27和28，为了实现GPIO/I2C的选择，GPIO204必须置为1，而且GPIO28的pin选择器要置为模式1，来保证IO18实现I2C的选择，同样的应用也要对GPIO205进行。GPIO14 和GPIO165也要选择连接I2C，配置为在这些管脚上使用I2C功能时输入高阻态，以阻止他们在I2C总线上驱动信号。GPIO236要设置为0，使得输出到GPIO 14失效；同理 GPIO 237也要设置为0。针对用到的管脚都做类似这样的设置。
输入相应的命令可以检查这些配置是否正确，如图9所示。
以温度传感模块为例，其实验代码如图10所示；实验结果如图11所示。

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