基于互聯(lián)網(wǎng)的智能水杯的設(shè)計(jì)

◎趙云峰 趙云基 王繼博

基于互聯(lián)網(wǎng)的智能水杯的設(shè)計(jì)

◎趙云峰1趙云基2王繼博3

當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代，當(dāng)前自動(dòng)化與機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)也要糅合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，利用機(jī)械設(shè)備運(yùn)作中產(chǎn)生的信息加以分析，服務(wù)于使用者。本次研究產(chǎn)品選擇智能水杯產(chǎn)品，可以利用搖晃發(fā)電，加熱水杯容器的飲用水，為人體提供適宜溫度的水。本次研究對(duì)象具備健身功能，可以在搖晃發(fā)電的過(guò)程中，記錄下?lián)u晃水杯所產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)量，也能夠?qū)嬎螖?shù)記錄下來(lái)，綜合所得信息給予使用者健康飲水和運(yùn)動(dòng)量的分析，然后利用互聯(lián)網(wǎng)分析技術(shù)給予使用者飲水和運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)。

人在感到口渴時(shí)便會(huì)需要飲用水，口渴狀態(tài)也表明人體的失水已經(jīng)高達(dá)2%，代表著人體已經(jīng)嚴(yán)重缺水，這種狀態(tài)也是不良的亞健康狀態(tài)，若是長(zhǎng)期不注意喝水甚至?xí)詈人麥p退，人體會(huì)變得愈發(fā)缺水，長(zhǎng)期忙碌缺乏運(yùn)動(dòng)加之缺水狀態(tài)易導(dǎo)致人體出現(xiàn)健康問(wèn)題。人體在飲用水相關(guān)問(wèn)題上也對(duì)溫度有需求，為人體在需要補(bǔ)充水份時(shí)提供適溫飲用水利于人體健康，普通的水杯最多能夠做到較良好的保溫效果，但仍舊具有時(shí)效性，難以為人體提供全時(shí)的適溫飲用水。伴隨著當(dāng)前生活水平的不斷提高，越來(lái)越多的人更注重健康的保持。能夠記錄下飲水頻率和運(yùn)動(dòng)信息的產(chǎn)品，可以幫助人們掌握自身的機(jī)能狀態(tài)，然后結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息分析處理技術(shù)給出科學(xué)指導(dǎo)，引導(dǎo)人們健康飲水、健康運(yùn)動(dòng)。

產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)

本次的產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體智能部件由杯蓋、杯體、底座共同構(gòu)成，杯體又由外殼與內(nèi)膽共同構(gòu)成，在杯蓋之上設(shè)置有相應(yīng)的顯示屏，布有控制按鍵和單片機(jī)控制電路、傳感器等裝置。杯蓋也是整體設(shè)計(jì)的指令與感溫裝置，杯蓋是設(shè)備的主要控制構(gòu)造，也是用戶界面之一。而智能水杯杯體的外殼與內(nèi)膽則是保溫、加熱的容器設(shè)備，外殼上設(shè)置有相應(yīng)的散熱孔，內(nèi)膽上設(shè)置有半導(dǎo)體冷熱片，可以用于散熱，排放出多余的熱量，在調(diào)控轉(zhuǎn)變半導(dǎo)體冷熱片后可以產(chǎn)生加熱或制冷的效果。產(chǎn)品硬件基于電源模塊、溫度采集模塊、加熱模塊、LED顯示模塊、語(yǔ)音模塊構(gòu)成。其中電源模塊的構(gòu)成可以細(xì)分為三個(gè)部分，第一部分為主要的總電源，用于對(duì)智能水杯的單片機(jī)供電，并維持水杯整體的電量供給。其中另外兩個(gè)電源部分則是分別用以水杯的加熱與屏顯。智能水杯的多個(gè)模塊分別受到單片機(jī)的統(tǒng)一控制，單片機(jī)利用電源供給電能運(yùn)行，并讀取程序然后向溫度采集部件發(fā)出指令，溫度傳感器將采集的溫度信息加以處理回傳，然后返回單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，與內(nèi)部預(yù)先儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對(duì)，然后加以判斷并反饋需求溫度信息，確定斷開(kāi)或閉合繼電器，為加熱模塊供應(yīng)電量。然而在采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)過(guò)程中，單片機(jī)會(huì)定時(shí)傳遞相應(yīng)的信息到LED顯示模塊區(qū)域，標(biāo)識(shí)出適時(shí)水溫。其中的按鍵開(kāi)關(guān)控制語(yǔ)音模塊，可以在打開(kāi)開(kāi)關(guān)后激活語(yǔ)音控制，為使用者提供語(yǔ)音提醒功能。經(jīng)過(guò)多個(gè)模塊的配合作用，實(shí)現(xiàn)智能水杯的全部功能，為使用者提供全方位的健康保護(hù)。本產(chǎn)品還具備網(wǎng)絡(luò)連接功能，可以聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，將用戶數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)加以數(shù)據(jù)分析，提供健康飲水指導(dǎo)。

溫度采集設(shè)計(jì)。智能水杯的溫度采集裝置的核心電路原件是AD590溫度傳感器，這一傳感器可以將溫度信息轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)并傳導(dǎo)至單片機(jī)中，具有較好的信息傳遞功能。單片機(jī)在接收到電信號(hào)后可以發(fā)出控制水溫的指令，進(jìn)行飲用水的加熱處理，溫度達(dá)成需求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)會(huì)再次產(chǎn)生信號(hào)，隨即單

片機(jī)接收指令并控制繼電器斷開(kāi)電量供應(yīng)停止加熱。

加熱裝置。智能水杯的加熱裝置選用555時(shí)基集成電路并搭配熱敏電阻控制加熱，一但杯內(nèi)水溫較低，智能水杯測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置的熱敏電阻在感應(yīng)到溫度時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)溫度系數(shù)其熱敏電阻的相應(yīng)R值會(huì)升高，集成電路的2腳電位低于Ec電壓的1/3，其中IC3腳傳輸出高電平，雙向晶閘管因此被觸發(fā)然后導(dǎo)通，電熱器開(kāi)始加熱杯內(nèi)的飲用水，形成計(jì)時(shí)循環(huán)。

語(yǔ)音模塊。語(yǔ)音模塊主要負(fù)責(zé)相應(yīng)的語(yǔ)音提醒，提醒人按時(shí)或加熱至適度時(shí)飲水。這一模塊選用語(yǔ)音芯片ISD1420實(shí)現(xiàn)錄放提示音的功能，將相應(yīng)的提示語(yǔ)音錄入到芯片之中，當(dāng)人需要加熱水時(shí)，利用按鍵發(fā)出指令，然后開(kāi)始加熱水，當(dāng)達(dá)到適宜溫度時(shí)，傳導(dǎo)指令信號(hào)到語(yǔ)音芯片之中，命令語(yǔ)音芯片發(fā)出語(yǔ)音播報(bào)，提醒使用者及時(shí)飲用。

電源裝置。該產(chǎn)品的電源源于電池儲(chǔ)能與自發(fā)電裝置，可以利用USB接口輸入電量并存入設(shè)備的儲(chǔ)電零件中，或是基于使用者的搖晃，令高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，將微小的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為電能，基于技術(shù)手段加以放大，為加熱裝置提供電量供給。這樣不僅可以在無(wú)外接電源的條件下進(jìn)行加熱，還為使用者提供人體所需的適溫飲用水，滿足人體的健康需求和節(jié)能環(huán)保理念。

網(wǎng)絡(luò)功能

本產(chǎn)品具備相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能，可以與網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備相連接，然后將飲用水的信息傳達(dá)到智能移動(dòng)設(shè)備上，使用者也可以利用智能設(shè)備調(diào)控加熱，將水溫加熱到人體所需的適當(dāng)溫度，利于健康飲用。除了網(wǎng)絡(luò)操作與溫度信息傳遞外，還可以基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)將飲水信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)上，利用數(shù)據(jù)庫(kù)加以分析，得出使用者的健康信息與飲水狀況。搖晃水杯產(chǎn)生電量的過(guò)程中也可以記錄下?lián)u晃的頻率與幅度，然后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量數(shù)據(jù)，基于信息處理分析提供健康運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)管控人類健康狀況的功能。

本文所研究的智能水杯是基于人體對(duì)飲用水的需求，可以在不需電源的條件下利用磁生電原理產(chǎn)生電能，將飲用水溫度加熱到適宜狀態(tài)。本產(chǎn)品不僅具備基本的飲用水加熱和自發(fā)電功能，還貼合當(dāng)前人體的飲水需求，且具有健身功能，將節(jié)能理念與健康理念相結(jié)合，不僅是自加熱的智能水杯，同時(shí)也是鍛煉器械和人體健康運(yùn)動(dòng)管家。將“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和機(jī)械自動(dòng)化結(jié)合的產(chǎn)品具備更多功能，對(duì)未來(lái)生活的節(jié)能減排也具有積極作用。

1.3重慶交通大學(xué)；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)）