智能杯座的應用研究

孫鵬程 胡大春

【摘要】 本文從對人類健康生活的憂慮出發，介紹了一種有助于人們管理健康生活的杯座。使用者可以通過手機藍牙隨時監控自己每日的飲水狀況并由此來對飲水量進行調整。冬天的時候它還可以給水加熱。這樣就可以有效的對使用者的飲水情況進行改善，間接保證了人們的健康。

【關鍵詞】 杯座 飲水量 調控 藍牙

一、引言

隨著現代科學與技術朝著智能化的趨勢發展，智能家居的概念便被提出并漸漸走進人們視線中來。相信未來智能家居、智能穿戴設備會越來越普遍化，此模擬智能杯座需要一個中央控制器（樹莓派），溫度傳感器，壓力傳感器，藍牙模塊等設備。本文介紹了這樣一種可以記錄你喝水量并帶有加熱水功能的杯座，我們暫且稱它為聰明的杯座。

二、總體設計

2.1系統組成部分

根據智能杯座創意需求，以樹莓派為中央控制器進行主要信息處理，系統有溫度檢測模塊、壓力檢測模塊、加熱模塊、藍牙模塊構成。

2.2工作原理

檢測模塊的壓力傳感器定時探測杯子減少的重力并將信息傳送給樹莓派B+，樹莓派將信息整合后生成圖像傳送給手機便于使用者直觀地看自己的飲水狀況。

當用戶手機進入藍牙范圍內時進行連接。

三、硬件設計與軟件設計

3.1硬件設計

1、樹莓派處理器選型和簡介 。樹莓派是軟件方面作為當今世界，最受歡迎的mini PC，樹莓派愛好者為其定制了相應的LINUX系統，并開發了大量應用。硬件方面，樹莓派的參數如下：Broadcom BCM2835 700MHz ARM1176JZFS 配備 FPU 處理器，4核 GPU 處理器 ；GPU 支持 Open GL ES 2.0， OpenVG 硬件加速，1080p30 H.264 高清解碼 ；GPU 帶寬 1Gpixel/s， 1.5Gtexel/s or 24GFLOPs DMA 紋理解析 ；帶Micro SD 卡插槽（支持通過它啟動 Linux 操作系如 Fedora）；尺寸：85 x 56 x 17 mm ；3.5 mm 音頻輸出接口 ；microUSB 接口供電；10/100 自適應網卡；USB 2.0 接口 x 4 ；Micro SD 卡插槽；512 MB 內存 ；攝像頭接口 ；40PIN接口 ；HDMI 接口 ；LCD接口 。

2、藍牙模塊。用Android或者IOS手機結合樹莓派開發智能杯座，它可以通過藍牙4.0與你的手機通信。通過低功耗的藍牙4.0鏈接成星型的低功耗網絡，達成快速的實時通訊。許多的軟件工程師或者硬件工程師都希望有這樣一個平臺來實現以上功能。BLE-LINK是基于藍牙4.0的通訊模塊，它采用XBEE造型設計，體積尺寸緊湊，兼容XBEE的擴展底座，適用于各種3.3V的單片機系統。它也可以實現兩個藍牙模塊之間點對點無線透明傳輸，主從機設置，無線燒錄程序，甚至與PC建立HID連接。同時我們為開發者提供了極大的自由度和支持準備。用戶不僅可以通過AT指令調試BLUNO，而且可以通過USB更新BLE的芯片程序。BLELINK藍牙4.0通訊模塊可以使用XBEE底座插接到Arduino控制器上，從而實現藍牙無線控制。利用藍牙無線燒錄時，可采用XBee USB Adapter 適配器 （帶FTDI燒寫功能）從而與電腦連接。

3.2軟件設計

軟件程序使用樹莓派集成開發環境技術平臺的相關技術進行開發，為校園燈控管理人員提供簡易的圖形化界面，通過與硬件系統的交互，實現校園燈控的可視化操作，檢測程序是使用人體紅外檢測數據，保存數據進行二次檢測，同時進行電流檢測，將結果結合來判斷教室是否亮著無人燈。軟件系統的實現主要包括監控和操作。Python是一種面向對象具備動態數據類型的解釋性語言，你所編碼的腳本 或程序可以直接運行，而不需要類似其他語言把它們先編譯成機器碼。這樣使用起來非常便捷。Raspberry Pi上也提供了與Python綁定在一塊的集成開發環境 IDLE。Python類似于C/C++或者其他的計算機語言，基本上半天就能上手編寫程序，在開始編寫智能杯座控制程序前需要對我們的樹莓派計算機的相關Python的庫文件進行安裝設置，首先是GPIO，打開LX終端（LXTerminal），更新apt-get軟件安裝包列表（注意必須要在網絡連接正常情況下），然后執行安裝命令來安裝raspberry-gpio-python包，在安裝完成Python的GPIO庫后，接下來是安裝Python的UART庫，和上述之前步驟相似，更新apt-get軟件安裝包列表，后安裝Python的串口通信模塊。

四、創新及應用

1、創新點。可定時探測杯重并生成圖像，便于使用者了解自己的飲水情況。2、實用性。本文設計的智能杯座最大的優點就是實用性高，可以作為智能家居的組成部分。關注人們的身體健康，會成人們使用智能杯座的主要因素。

五、結論

簡單的通過手機藍牙隨時了解自己每日的飲水量情況，并由此來調整。溫度降低的時候可以適度的加熱。這樣就可以有效的提高人們的生活質量，還保證了人們的健康。

參 考 文 獻

[1]高守瑋， 王健， 黃全振，等.基于電力線載波通信的智能家居系統嵌入式網關設計[J]. 電氣應用， 2010， （15）：46-49

[2]李文勝. 基于樹莓派的嵌入式Linux開發教學探索[J]. 電子技術與軟件工程， 2014， （9）：219-220