一種基于移動終端的智能水杯墊設計及應用

陳理++徐晉++馮子芥++艾敬濤

摘 要： 設計一種基于移動終端的智能水杯墊，以IAP15F2K61S2單片機作為核心處理器，采用稱重傳感器進行喝水量的監測，并進行統計；運用溫濕度傳感器模塊室內環境；處理器通過通信模塊與移動終端無線連接，并同步顯示采集信息，實現智能提醒功能。該設計結構簡單、成本低廉、通用性好，任意水杯都可以在智能水杯墊上使用。

關鍵詞： 智能杯墊； 移動終端； 稱重傳感器； 信息顯示

中圖分類號： TN915.5?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）18?0083?02

Design and application of a smart cup pad based on mobile terminal

CHEN Li， XU Jin， FENG Zijie， AI Jingtao

（Jinjiang College， Sichuan University， Meishan 620860， China）

Abstract： A kind of smart cup pad based on mobile terminal was designed. The MCU IAP15F2K61S2 is adopted as the core processor. A weighing sensor is used to monitor the water drunk quantity and make statistics. A temperature?humidity sensor module and carbon monoxide detection module are adopted to detect the indoor environment. The wireless connection of the processor with the mobile terminal is realized through the information module. The connected information is displayed simultaneously to achieve smart reminding function. This design has the advantages of simple structure， low cost and good universality. Moreover， arbitrary cups can be put on the smart cup pad.

Keywords： smart cup pad； mobile terminal； weighting sensor； information display

隨著科技的進步，家居產品也朝著智能化方向發展，出現了各種各樣的智能家居產品，這些產品與人們的日常生活密切相關。水對人來說必不可少，人們每天都需要喝一定量的水。如何更健康的喝水越來越受到人們的關注，而喝水溫度以及種類的選擇會使人們的身體狀況得到改善。因此，本文設計出了智能水杯墊，讓人們在最合適的時候喝水，用健康科學的方法喝水。

目前市面上的智能飲水設備主要是智能水杯，但是智能水杯存在成本高、受杯體材質影響大等不足。本設計的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于移動終端的智能水杯墊，結構簡單、成本低廉。

1 系統總體設計方案和原理

1.1 系統總體設計方案

本智能水杯墊以單片機為控制核心，采用稱重傳感器測得水和水杯的重量，通過重量差間接地測量出飲水量，并進行統計。運用溫濕度傳感器模塊室內環境，并對使用者提供合理的喝水提醒和建議。這些信息都通過WiFi模塊傳給智能終端（手機、平板等），在終端的APP上顯示，該杯墊同時還具有一定保溫功能，系統總體框圖如圖1所示。

1.2 水量測量與計算原理

本設計的一個關鍵點是要精確測得水杯中的水量，實時地了解使用者的喝水量。既要得到精確的容量，又要能適應不同的器皿。因此本設計利用稱重傳感器，間接測量容積，測得水的質量后，經過計算得到需計量的水量。

假設測得水杯的質量為M，在裝有水后的質量為M0（單位：g），在第一次喝水后的質量為M1（單位：g），第二次喝水后的質量為M2（單位：g），第n次喝水后的質量為Mn（單位：g）。由于水的密度是1 g/mL，所以第1次飲水量為M0-M1；第二次為M1-M2；…；第n次飲水量Mn-1-Mn；所以總的飲水量為M0-Mn。

2 系統硬件設計

本設計的硬件部分由單片機單元、稱重傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、高精度A/D轉換器、WiFi模塊、加熱模塊組成。

2.1 單片機單元

本設計以IAP15F2K61S2單片機作為核心處理器。它的主要任務是接收來自稱重傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、高精度A/D轉換的數據并進行處理。同時通過通信模塊將數據發送給移動終端以及接收來自移動終端的數據。

2.2 稱重和A/D轉換模塊

本設計采用的是電阻應變式壓力傳感器來檢測金屬的微小形變，當有重物擠壓時，金屬會發生微小的形變，再經過電橋平衡原理輸出形變后的電壓。但是這樣的電壓變化是非常微小的，通常都是mV級別的，因此要經過128倍的增益放大，再來經過A/D轉換，并且所需的精度要很高，才能減小誤差。因此在本設計中采用24位高精度A/D轉換芯片HX711。電路圖如圖2所示。

2.3 溫濕度檢測電路

溫濕度檢測是為了得到周圍環境的溫濕度情況，并以此來作為飲水量和水溫調節的依據。本系統選用DHT11數字型溫濕度傳感器，該傳感器可直接以數字方式傳輸所采集的當前環境溫濕度，DHT11采用的是單總線通信，因此只需將單片機的一個I/O端口與DHT11的通信接口連接就可以實現數據的采集和傳送，相對于其他電路來說比較簡單。

3 系統軟件設計

軟件設計主要包括兩部分：單片機的主程序，首先對整個程序進行初始化，然后去掉杯子的重量，接著讀取水溫、稱杯中水的重量以及讀取周邊環境的溫濕度值，最終將采集到的數據通過WiFi模塊發送給APP客戶端，用戶也可以通過按擊按鍵去皮重和清零飲水量。單片機程序流程圖如圖3所示；手機客戶端的程序編寫，主要功能是實時地顯示當前飲水量、總飲水量、平均飲水量等數據，界面如圖4所示。

4 結 語

本文提出了一種基于移動終端的智能水杯墊設計，其優點在于兼顧了實用性和創新性。本設計結構簡單、成本低廉、通用性好，任意水杯都可以在智能水杯墊上使用，具有良好的應用前景。

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