一種基于Android的便攜式可加熱智能奶瓶的研究與設(shè)計(jì)

陳凱利 魏學(xué) 陳雨楊

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)奶瓶無法精確監(jiān)控奶水溫度以及外出攜帶喂養(yǎng)的問題，設(shè)計(jì)了一種基于Android的便攜式可加熱智能奶瓶系統(tǒng)，它由單片機(jī)微處理器、溫度檢測模塊、加熱模塊、藍(lán)牙模塊、電源模塊、移動(dòng)終端等組成。通過APP下達(dá)指令，由WiFi模塊通信將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，溫度傳感器DSl8820檢測奶瓶內(nèi)奶水的溫度，系統(tǒng)控制加熱器對(duì)奶水加熱，最終將所有數(shù)據(jù)信息傳回移動(dòng)終端進(jìn)行記錄分析。

關(guān)鍵詞：奶瓶；單片機(jī)；Android；智能加熱；智能監(jiān)控

一.研究意義

隨著我國計(jì)劃生育政策的放開，嬰幼兒數(shù)量持續(xù)上漲，國民收入逐年提高，家庭在嬰幼兒產(chǎn)品方面的消費(fèi)日益擴(kuò)大。奶瓶是母嬰市場的剛需。目前嬰兒哺育的問題引起新爸新媽的高度重視。一方面，人們使用的傳統(tǒng)奶瓶已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代人對(duì)于智能化生活的需求。另一方面，對(duì)于新爸新媽來說缺乏嬰兒哺育經(jīng)驗(yàn)，很難把控奶水的飲用量和溫度等問題。除此之外，生活水平日益提高，戶外出行休閑成了人們生活的一部分，親子問的戶外交流尤為重要，需要隨時(shí)攜帶熱水和奶瓶。在這種情況下，第一不方便攜帶，第二不好控制水溫，第三對(duì)嬰兒的哺育管理存在漏洞。因此，設(shè)計(jì)一款新穎、實(shí)用、操作簡單的便攜式可加熱智能奶瓶很有必要。本文論題結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活的發(fā)展需求，故立題為此。

二.研究內(nèi)容

通過對(duì)市場的調(diào)研、資料的收集等，我們可以看出現(xiàn)在母嬰市場奶瓶的不足之處主要有：第一，戶外使用的不便捷，室內(nèi)使用的多次加熱不營養(yǎng)、不衛(wèi)生情況；第二，奶水溫度的控制不科學(xué)；第三，奶水喂養(yǎng)的記錄信息不完整、不清晰。

這些不足之處都可能給新爸新媽哺育嬰兒帶來一定的麻煩。基于這些可能帶來的問題，我們從奶瓶使用的便捷化和智能化兩方面來研究，以便新爸新媽更好的管理嬰兒奶水的應(yīng)用以及科學(xué)智能的監(jiān)控嬰兒的健康狀況，使之形成一套系統(tǒng)的全面的奶水哺育方法，從而讓新爸新媽更放心、更省心。

2.1便捷化

對(duì)于奶瓶便捷化研究，我們主要從便攜式可加熱功能著手。根據(jù)這樣的需求，本設(shè)計(jì)要求能夠充電蓄電和可控加熱。通過相關(guān)調(diào)研和資料查閱，可以得知嬰兒奶水的最適宜溫度為37。。我們可以通過使用APP設(shè)定所需溫度，然后通過藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)，奶瓶將奶水加熱到設(shè)定溫度，便達(dá)到了研究要求。因此，我們需要研究設(shè)計(jì)的內(nèi)容為：

第一，電源供電問題（電壓、功率、續(xù)航時(shí)間等）；

第二，加熱器加熱問題（加熱元器件、耗能等）；

第三，溫度控制。

2.2智能化

對(duì)于奶瓶智能化的研究，我們主要考慮：

第一，喂奶時(shí)間提醒；

第二，喂奶量；

第三，喂奶信息記錄。

因此，我們主要研究的是基于Android的APP的程序編寫。

三.總體設(shè)計(jì)

3.1整體框圖設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由六個(gè)模塊構(gòu)成，以STM32F103為主控芯片，加熱模塊負(fù)責(zé)加熱，溫控模塊測量控制所需溫度，電源模塊提供電源，藍(lán)牙模塊使奶瓶與用戶APP通信、傳輸數(shù)據(jù)，移動(dòng)客戶端（APP）可設(shè)定加熱溫度以及記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。整體框設(shè)計(jì)如下：

當(dāng)我們啟動(dòng)奶瓶上的電源后，打開手機(jī)上的APP和藍(lán)牙功能，此時(shí)奶瓶上的藍(lán)牙與手機(jī)連接；然后使用APP設(shè)定奶水需要加熱的溫度，通過藍(lán)牙通信將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒希?jīng)過相關(guān)處理，溫度傳感器檢測溫度未達(dá)到所要加熱的溫度，接著啟動(dòng)PTC加熱器加熱，當(dāng)溫度傳感器檢測到達(dá)到所需溫度時(shí)停止加熱；此次所有的數(shù)據(jù)信息都會(huì)記錄到APP上，并且可以在APP上設(shè)置喂奶時(shí)間提醒。

3.2硬件設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，STM32F103是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其完成加熱控溫以及數(shù)據(jù)的采集、處理及發(fā)送。DS18820溫度傳感器通過單總線和單片機(jī)的i/o口相連，接口簡單，抗干擾能力強(qiáng)。STM32F103和藍(lán)牙無線收發(fā)模塊通過單片機(jī)的串口UART相連，將數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)用戶端。加熱模塊采用PTC加熱器，該產(chǎn)品由于采用u型波紋狀散熱片，提高了其散熱率，且綜合了膠粘和機(jī)械式的優(yōu)點(diǎn)，并充分考慮到PTC發(fā)熱件在工作時(shí)的各種熱、電現(xiàn)象，其結(jié)合力強(qiáng)，導(dǎo)熱、散熱性能優(yōu)良，效率高，安全可靠。電源模塊用于供電，采用HEl2P24LRN低紋波AC DC電源模塊。該模塊有交直流兩用、輸入電壓范圍寬、高可靠性、低功耗、安全隔離等優(yōu)點(diǎn)。

3.3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括基于Android的APP程序設(shè)計(jì)和溫度采集程序設(shè)計(jì)。

當(dāng)接收到APP的不同命令時(shí)，通過串口發(fā)送溫度數(shù)據(jù)到藍(lán)牙無線收發(fā)模塊，或者設(shè)置溫度的上下限參數(shù)。單片機(jī)STM32F103接收遠(yuǎn)程服務(wù)器的命令是通過串口中斷來實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)軟件開發(fā)在Keil uvision3集成開發(fā)環(huán)境下編寫，采用模塊化方法，C語言開發(fā)。

主程序流程圖如下：

四.總結(jié)

奶瓶經(jīng)過幾十年的發(fā)展，種類繁多，但國內(nèi)外用戶體驗(yàn)研究大都集中在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上改進(jìn)，從事智能方面研究較少。隨著嬰幼兒數(shù)量的增加，國民生活質(zhì)量的提高，嬰幼兒產(chǎn)品的發(fā)展具有巨大潛力，且基于嬰幼兒產(chǎn)品的特殊性，在對(duì)其設(shè)計(jì)的過程中考慮家長和嬰幼兒的雙用戶體驗(yàn)很有必要。針對(duì)此種情況，對(duì)于基于Android的便攜式可加熱智能奶瓶的研究與設(shè)計(jì)符合實(shí)際生活需求。