基于物聯網的智能飲水機的設計

吳戈

摘 要：隨著人們生活水平的提高，飲水機逐漸走進了千家萬戶，為人們生活提供了極大便利。然而，普通飲水機只有加熱和制冷功能，同時還存在許多缺陷，如耗電量多、千滾水、干燒等問題，不僅存在安全隱患，還嚴重危害了人體健康。基于此，文中設計了一款基于物聯網的智能飲水機，此飲水機利用傳感器技術，通過單片機控制隔熱擋板，研發App，實現遠程智能控制，方便用戶使用。該飲水機不僅省電，還杜絕了潛在的安全隱患，實現了飲水機的安全智能一體化控制。

關鍵詞：飲水機；智能化；傳感器；App

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-00-02

0 引 言

目前市場上的普通飲水機在使用過程中，其智能性和安全保障等方面都存在明顯缺陷。經調查表明，目前我國飲水機保有量約1億臺，年增30多萬臺，而普通飲水機每年的耗電量在200多度以上，那么全國每年將在這方面損失260多億度電[1]。

為了進一步了解當前飲水機的智能功能，特對市面上飲水機的主要品牌如美的、安吉爾、沁園、浪木等進行調研[2]。發現目前市場上的飲水機一般具備防干燒，兒童鎖功能，少部分飲水機具備智能感應功能，但將這些功能集于一身的飲水機卻還未發現。市場上四個主要品牌的功能對比見表1所列。

目前，普通飲水機存在重大安全隱患，如干燒、陰陽水混合等。為解決目前普通飲水機存在的問題，本文設計出了基于物聯網的智能飲水機，旨在通過信息化手段，利用物聯網、傳感器技術進行智能算法分析，通過單片機對保溫桶隔熱板進行開關智能化控制，使加熱桶與外界環境隔熱。此智能飲水機不僅降低了耗電量，避免了飲水機干燒存在的安全隱患，還可以有效解決飲用水反復加熱、陰陽水混合等問題，對人體的健康和財產安全具有深遠影響。

隨著物聯網技術的不斷發展，已廣泛應用到各個領域。水，是生命之源。所以，飲用水對人體健康起到了關鍵作用。日常飲水機中的水反復加熱會產生大量亞硝酸鹽，大大增加了患癌癥的幾率。本文利用物聯網和傳感器技術實現了對飲水機的智能控制。解決了飲水機中的飲用水反復加熱、陰陽水混合、耗電量大等問題。

1 基于物聯網的智能飲水機設計方案

飲水機的智能化設計基于物聯網設計理念，將水位傳感器、水溫傳感器與單片機完美結合，該飲水機可以實現智能控制和人為控制，主要實現對水溫的設置、水位檢測、顯示等功能，當水位達到某特定值時，水位傳感器感應探頭便將感知到的信息反饋給單片機，單片機通過控制電磁閥實現對保溫桶飲用水進入的智能化控制。飲水機結構框圖如圖1所示。

1.1 基于物聯網的智能飲水機的總體設計方案

該智能飲水機的設計主要實現對飲水機保溫桶中飲用水的智能化控制，通過水位傳感器進行檢測，達到特定水位時響應，并將采集到的信息數據反饋給單片機，通過單片機中的繼電器發送信息對保溫桶中的隔熱擋板進行智能化控制，以實現對飲用水進入保溫桶的智能化控制。涉及的硬件有單片機開發板、水位傳感器、性能良好的隔熱擋板等，可利用水位傳感器實現對隔熱擋板的閉合控制。智能飲水機工作流程圖如圖2所示。

（1）利用水位傳感器進行判斷（設上水位感應探頭為P1，下水位感應探頭為P2），將采集到的水位信息反饋給單片機。

（2）單片機將接收到的水位數據進行分析判斷，若水位低于P1且低于P2，則通過繼電器將隔熱擋板打開，飲水機中的水流入加熱桶中，當水位達到P1時，擋板關閉。

目前，市面上的飲水機功能單一，絕大多數只有加熱或制冷功能，無法對飲水機的水溫實現精確控制。但在日常生活中，我們對不同用途的飲用水溫度需求是不同的。如沖咖啡的最佳溫度為65 ℃，泡茶溫度為80 ℃等[2]。為解決這些問題，使用戶能夠隨時隨地、隨心所欲地實現對飲水機開關、溫度的智能化控制，本文采用App對飲水機實現遠程控制，用戶無論在室內或室外，通過App可以實現對飲水機的遠程操作，并通過移動終端向溫度傳感器發送數據信息，傳感器再將信息發送給數碼管，實現對飲水機水溫的智能化控制，從而使用戶可以根據個人對飲用水溫度的需求進行智能設定。

1.2 智能飲水機主要設備

該智能飲水機軟硬件相結合，通過水位傳感器感知，將信息反饋給單片機，單片機通過繼電器控制擋板的開關控制水流入加熱桶。

該智能飲水機的設計不僅成本低，還體現出了節能環保的設計理念。整個系統主要由隔熱擋板、水位傳感器、單片機、電磁閥等組成。飲水機結構示意圖如圖3所示。

為減少飲水機加熱的次數，就需要隔熱擋板具有良好的隔熱性能，因此，本設計選用真空隔熱板（VIP板）作為隔熱擋板，它是真空保溫材料中的一種，由填充芯材與真空保護表層復合而成，可有效避免空氣對流引起的熱傳遞，因此導熱系數大幅度降低，小于0.035 W/（m2·k），且不含任何OD材料，具有環保和高效節能的特性，是目前世界上最先進的高效保溫材料[3]。

為了精確感知水位，及時將水位信息反饋給單片機，本設計選用DF-96A水位傳感器。該傳感器采用集成電路，并結合加熱桶上、下水的水位分級提升進行設計，具有上下水位聯合控制及缺水保護等功能，其負載電流為5 A。

為保證單片機能及時控制繼電器，以控制隔熱擋板的開關，本設計采用STC89C52單片機。STC89C52單片機不僅功耗低，具有高性能CMOS 8位微控制器，還具有8 K可編程Flash存儲器。

1.3 關鍵技術的實現

本設計除了擁有良好的硬件系統外，還與軟件相結合，實現軟硬件之間的互補，以更好地實現智能化控制。本設計將所有控制程序寫入STC89C52單片機。

（1）用一個函數來接收水位傳感器反饋的值。

（2）將所得值傳給另一個處理函數，由函數分析返回的值是否符合函數要求，若符合，則進行下一步分析，若不符合，則丟掉。

（3）返回值符合要求后，將返回值與標準值對比，判斷加熱桶中是否需要水。由于繼電器與水位傳感器相連，當水位傳感器返回值符合標準后，單片機便控制繼電器打開隔熱擋板，水流入加熱桶內，否則隔熱擋板關閉。

2 結 語

隨著人們生活水平的提高，飲水機已成為家庭生活中不可缺少的一部分。但普通飲水機在水質保鮮、耗電量、智能控制等方面存在明顯不足，對人類健康有潛在危害。本文提出的基于物聯網的智能飲水機，通過傳感器進行智能控制，不僅飲水機的耗電量明顯降低，還可保證人們喝上安全放心的飲用水，為創建新型環保城鎮，實施可持續發展，共建和諧社會起到了推動作用。

參考文獻

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