單片機STM32F103設計的居家智能水龍頭

海口經濟學院 楊亞洲 張 河 郭慶峰 陳 馗

基于社會智能化的發展，家具也越來越趨向于智能化。人們對于高品質的生活需求也在不斷加大。家中對于用水的要求也在不斷提高，傳統水龍頭在家中無處不在，隨之而來的弊端在不斷暴露。

傳統水龍頭擁有較多缺陷，單柄類90°開關的龍頭就存在出水量不能很好的控制，再忘記關水后造成對水資源的浪費了。長時間的使用造成水龍頭開關的鈍化等，造成無法繼續使用。針對上述問題智能水龍頭可借鑒一系列問題，可通過紅外傳感器的信息對使用者的水溫進行收集、及自動調節水管的高度來使使用者達到最舒適的享受。

1 基于居家智能水龍頭產品介紹

（1）設計的智能水龍頭具有紅外傳感器和智能傳感器等技術支持，在水龍頭的前端安裝有紅外傳感器，通過紅外線可以對使用者的身高進行測量，然后根據身高數據水龍頭將自動調節到舒適的高度，這樣不僅方便了人們的正常使用，也讓老人和小朋友的使用變得更加便捷舒適。

（2）智能水龍頭如果用于家用，可以通過智能傳感技術對每個人的用水習慣，用水溫度進行數據錄入，從而讓不同的人在使用的時候得到最舒適的體驗。在使用之前，紅外感應技術檢測到人員靠近時可以自動控制和調節水溫，根據人體溫度發出特定波長的紅外線，此外智能水龍頭還有特定的芯片STM32F103，用戶可以通過app連接或者直接通過觸控屏操作對用水的各項數據進行設定，并隨時可以進行調整，同時芯片STM32F103可以連接凈水器，從而達到調節使用及凈水一站式操作。

2 結構介紹

2.1 中央處理器

STM32F103作為MCU，是一款功能十分強大的芯片，包括以下資源：64kB SRAM、512kB FLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器、1個FSMC接口以及11個通用IO口。STM32F103的部分接口電路，包括溫濕度傳感器接口電路、紅外傳感器接口電路、藍牙模塊接口電路。

圖1 形態各異的產品圖

2.2 設備形態

智能水龍頭在外觀設計方面，風格不再是傳統的獸頭狀的“流水嘴”，而是以字母“U”為基礎，通過對塊面的彎折變化行成形態各異的產品如圖1所示，上方有一塊材質為OLED的觸控顯示屏，觸控技術的應用使得產品的形態和性能都帶來了很大改變的可能。增設一個防水微動開關。防水的目的是防止龍頭漏電。水龍頭正下方是出水口，前端則是紅外傳感器，傳感器外層還有一層防護層，即可以增強對傳感器的保護，還可以使整體更加美觀與簡潔。

2.3 設備材料

水龍頭的主要材質為高硼硅耐熱玻璃，這種材料耐高溫和低溫，有很好的耐用性。水龍頭的閥芯為陶瓷閥芯，噴嘴主要材料為環保無鉛硅黃銅，這種材料具有密閉性好，漏水率低，開閉快，使用壽命長的優點，與傳統材料的水龍頭節水能力相比，節水的效果提升了20%~30%，觸控部分使用OLED顯示屏，用OLED顯示屏顯示會更加清晰，功耗低，可以更直觀的顯示使用參數，出水溫度等數據。

2.4 紅外傳感器

紅外傳感方面應用了熱電堆傳感器對人體溫度進行測量，熱電堆傳感器屬于非接觸式溫度傳感器，可以在一定距離內檢測到紅外能量，通過不同溫度產生的紅外能不同，熱電堆上的熱電偶所吸收的能量也會不相同，以此來測量溫度。通過紅外的發射與接收電路，同時使用電機及驅動配合紅外測量身高。然后將水龍頭自動調節到一個舒適的高度。

2.5 藍牙模塊

通過藍牙模塊與手機進行連接，選用ZigBee技術。工作在2.4GHz頻段優點是覆蓋范圍廣、頻段開放的優點。ZigBee工作在20至250kbit/s，這種較低速率可以滿足物聯網中一些低速率數據傳輸的基本要求，對控制程序代碼只需32KB左右。低廉的成本并且穩定性強，極大地方便用戶通過手機來控制智能水龍頭。

2.6 電池選用

在電池方面方面鋰離子電池，結合電池容量、體積、重量等必要條件，分析放電功率、及電池內阻來保證該條件下的電池最為安全。電池在充電時可以保證溫度控制在25°左右。采用鋰離子電池體積小，容量高，支持5000次以上的放電，壽命更久。在水管內部含有微型發電機，利用水龍頭放水時的水流推動渦輪高速旋轉，從而帶動導體切割磁場產生電能，并將獲得的電能通過鋰電池儲存起來。

2.7 軟件設計

我們設有專門app來進行綁定，該設備可及時記錄每個人的對水溫的使用習慣，由此反饋到單片機STM32F103來進行算法分析的到合適的水溫。或使用者可隨時通過手機app來設定自己每次打開水管的初始溫度，及加熱的范圍。后臺數據存儲在app中，可隨時供使用者進行查看。

2.8 工作流程圖（圖2）

圖2 工作流程圖

結語：本文介紹了一種居家智能水龍頭的設計內容，該設備在現代家庭帶給人們的優勢。通過它的簡單性、便捷性、智能性來帶給人們生活用水的便利，紅外傳感功能能加快速了解使用者的身高，來進行水位的調整，而智能芯片能可以快速的記錄并調節水溫。相比于傳統水龍頭它將成為未來的一種使用趨勢。