基于單片機的智能多功能水杯設計研究

趙洪檳 李奇峻 吳廣文

摘 要：你還在為工作忙碌而抱怨喝水的不便嗎？還在為開車的集中精神而不便喝水煩惱嗎？為了讓我們能在口渴的時候及時補充水源，本文將介紹智能水杯的發展背景及應用原理，為您推出一款智能水杯幫助您解決這一系列的問題。該水杯在智能化構造上，是采用360度可觸摸壓力傳感器、溫度傳感器、充電電池、防摔水杯、USB接口、單片機、水量和溫度LCD顯示模塊組合而成，是一個集合智能設備和水杯相結合的產物。它能夠在你不方便開瓶喝水的情況下幫助你在不影響工作或者開車的同時讓你能夠輕松的喝上熱水。

關鍵詞：智能水杯;傳感器;方便;單片機

引言

隨著經濟社會的深入發展，人們的生活水平越來越高，物質生活方面的重視也隨之上升。面對當今變化多端的環境，人們對健康的需求和要求也日益增加。而水作為生命之源，是每天必需補充的身體能量之一，其重要性廣受人們的關注。因此，對于飲水方面的講究及規范也注重得更多了。比如開車、工作、出遠門，很多人首選自帶水杯。所以，在一定程度上推動了水杯制造業的發展。在市場上，你可以看到各式各樣的水杯，它的設計也是五花八門。那么問題來了，你要怎樣選擇實用質量良好的水杯。關于水杯近年也是有許多消費者反應水杯的各種問題。例如，水杯的防摔效果較低且易碎，杯蓋難打開或者擰不緊，杯蓋的防漏水設計不到位、容易漏水，以及其設計使得開車或工作忙碌時不方便喝水等一些問題，引發很多消費者對于新型高品質水杯的需求。本項目產品在此趨勢下應運而生。在智能化的基礎上，為消費者提供一個方便、耐用、便攜的水杯。

1.智能水杯研究方案

本產品經過市場調查，以及信息收集，針對傳統水杯的各種問題，研制出一款融入智能化領域的水杯。

1.1材質方面

由于近年的水杯大都注重容量和外觀方面的設計，因此忽略其他地方的影響，就像有些水杯它的材料忽視了對污染方面的檢查，用久了會影響水的質量，有些水杯它采用的材料質量較低，大大減少水杯的壽命和質量。本產品采用最新的316不銹鋼材質，耐抗摔，其含碳量低，對于身體健康好，以及有益于延長水杯壽命。

1.2結構方面

結構上采用杯蓋和水杯一體化設計，杯蓋安裝了觸摸傳感器，可360度無死角感應，進而觸發活塞驅動部件，自動打開出水口，再也不需要用手開杯蓋喝水。另外，我們在杯子中部設置一個LCD顯示器，可以顯示杯內的水溫和水量，方便你了解杯內信息，讓你能夠喝上不冷不熱的水。該產品我們利用單片機作為產品的核心元件，用于控制水杯的元件運行及數據存儲，相比于傳統的水杯，多了一個智能的大腦。

1.3電池方面

我們使用鋰電池作為水杯的電源來源，電池容量用3000MAH，大容量的電池利于提高水杯器件的續航性，最長可用一個星期，無需頻繁充電，而且這類電池的壽命較長且耐用。

2.原理結構及硬件模塊

2.1，總電路原理

該產品的設計STC89C52單片機用為主模塊，將其作為控制器。溫度采集使溫度傳感器把模擬信號通過AD轉換電路[1]將數字信號交于單片機處理數據，從而傳數據至顯示屏顯示。而集成的壓力觸摸傳感器也是相同的原理，不同的是數字信號傳至驅動模塊運行，由驅動模塊做出反應推動活塞，杯中的水流出水，從而實現不開蓋也能喝水。藍牙模塊作為新元素，與手機上App相結合，為用戶提供每天飲水量以及一段時間的記錄表。USB接口作為電池充電端為單片機提供電源需求，要將其優化，將USB接口換為無線充電。使得整個電路設計具有合理，從而實現整體運作。

2.2單片機

本設計是以STC98C52單片機[2]為主控器，具有高性能，低耗能，低成本，微小易安置等優點，能同時接收溫度傳感器、壓力傳感器的信號處理，并且還能儲存杯中水的溫度以及用量的數據，連接藍牙模塊可傳數據至手機App實時觀察。

2.3傳感器

使用DS18B20溫度傳感器[3]對水溫檢測，它具有體積小，精度高，抗干擾能力強的優點，能安置在杯體且能減少占用空間，測量溫度的范圍為-25攝氏度的穩定工作。還有壓力傳感器，安置在杯底處可以實時反應水杯的質量的增減情況，再通過單片機設定的時間，一天為一周期，周期內用水量為用戶飲水量。

2.4驅動模塊

為實現不開蓋也能喝水的理念，杯蓋設計上，就要有所改進，用戶如何嘴唇觸碰杯蓋壓力觸摸傳感器就能出水，只要在于杯口出水端作出反應，短時間推動活塞使水流出，應用上集成的觸摸傳感器用線圈繞活塞周圍均勻分布，當用戶嘴唇觸碰到集成的觸摸傳感器時，立刻作出反應推動杯蓋內置活塞，并對應360度杯口出水，從任何方向都能喝到水。傳感器工作需要電，而電池安置在杯體下方，要讓電流從杯體與杯蓋連接處經過，首要解決電流的輸送方式。用永磁體使杯蓋緊吸杯體，分別提供兩處電源接觸柱，達到電源穩定使用，有助于延長傳感器使用壽命。

3.軟件模塊設計

3.1.無線連接

本產品以單片機為核心作為水杯的處理芯片，內部設有藍牙模塊元件，其器件采用超級藍牙技術，它的連接范圍可達20米左右，使得手機可以通過無線藍牙連接到智能水杯，收取通過單片機進行處理的信息。再通過下載專門的App軟件即可實現信息同步，在手機上也可以查看水杯的LCD顯示器上的數據。

3.2.App應用

該App擁有語音提醒功能，當你每天喝水少于一定的量時，手機便會語音提醒你多喝喝水。另一方面，當水杯的水低于一定的值時，app便會語音提醒你水杯沒水了。

4.可行性分析

市場前景的預測判斷主要有以下幾個因素：（1）目前智能水杯這個產品在市場的狀況，包括，品牌、價位、質量和產品的附加值等等;（2）目前同類產品在市場競爭情況分析，主要評估目前的競爭水平和市場空間;（3）我們團隊產品的性價比、市場營銷方面、產品綜合的優勢和市場同類相對比;（4）綜合以上三點評估得出以下結論：一是我們團隊在市場的競爭空間;二是我們團隊的市場營銷方面。

5.產品的先進性

（1）本產品是一個集單片機，LCD顯示器，傳感器于一水杯的設備，需要擁有較高的聯接技術支持。

（2）該產品在飲水方面采用智能自動感應開瓶設備，相比于傳統的用手擰開杯蓋喝水更加方便。

（3）通過融入藍牙技術實現水杯與手機App互聯查看，可在手機下載App查看杯子的狀態信息，是一次實現硬件和軟件相結合的水杯。

6.未來擴展延伸

隨著社會的發展，國家的不斷強大，人們對生活條件也越來越高，對喝水的要求也越來越高，智能水杯將和更多的健康管理智能化相結合。通過智能水杯可以看水杯里水的多少和溫度，藍牙連接App，查找水杯的位置，不易丟失。功能的多樣化和智能化大大增加了消費者的使用頻率，從而得到大多數人的認可和認知，讓智能化走進人們的日常生活中[4]。

結束語

本文研究智能水杯符合人們的日常生活，基本上解決了日常忙碌而飲水不足的問題。這款智能水杯適應各個階層的人們，獨具特色、又不失潮流，功能多樣化，使用起來方便。

參考文獻：

[1]李名宇，李姿.<基于單片機的智能健康水杯設計>.沈陽工學院信息與控制學院

[2]彭家強、朱曉峰.<一種有溫控指示的智能水杯設計>.新余學院機電工程學院

[3]金慧，石莉莉，曹永利.<智能多功能水杯設計研究>.青島黃海學院

（本項目來源于：廣州南洋理工職業學院大學生創新創業訓練計劃，項目編號：NY-2018CQ2DC-07。? ? ?通訊作者：羅小軍）