物联网基础上探究智能恒温水杯底座设计

　　下面文章主要针对目前市面上智能水杯和智能杯垫无法对水进行恒温的缺点，设计了一种基于物联网智能恒温水杯底座。该底座以Atmega2560单片机为控制核心，配合红外测温模块、无线加热模块、称重模块，网络模块等，可以实现对水杯内水温的采集、控制和远程监测，同时，底座还能够监测用户的饮水量信息，通过统计和处理，反馈用户饮水情况并提醒用户饮水。经实验验证，该底座运行稳定，解决了智能水杯恒温问题，满足用户需求，值得推广。

　　【关键词】物联网,智能水杯,恒温控制

　　目前市场上的一些水杯底座大多都是只具备了加热的功能，没有饮水量监测和提醒的功能，而具有饮水量监测和提醒功能的底座无法对水进行加热和恒温。传统加热底座一般不具备温度控制功能，而且加热方式一般采用底部加热方式，不仅浪费很多热量，而且热传导速度慢，不易用于温度控制。

　　针对上述问题，本文设计了一种基于物联网的智能恒温水杯底座，该底座使用单片机作为控制核心，既可以实现饮水量监测，又可以对水杯内的水进行恒温加热。底座采用半导体加热模块加热水杯，不仅加热速度快，而且易于控制温度。底座配有网络模块，用户可以使用手机、电脑等终端远程访问底座，获取饮水量统计信息，实时监测水温情况或控制水杯底座。

　　1硬件设计

　　1.1硬件系统设计

　　本文设计的水杯底座硬件系统主要由AVR主控芯片、无线通信模块、时钟芯片、LCD液晶显示屏、薄膜应变片称重模块、红外线测温模块、半导体加热模块构成。本系统的主控芯片使用的是ATmega2560，薄膜应变片称重模块得到用户水杯内水的等额水差在主控芯片内存储，无线通信模块使用的ESP8266，可以连接无线路由器，让电脑或手机等终端可以通过网络访问单片机的内部数据，用户可以获取饮水信息并对杯垫进行设置。红外测温模块把水杯内的水温实时传递给主控芯片，通过半导体加热模块给水杯加热以控制水温。用户水杯内的水温通过一块小型OLED液晶屏显示，底座内置一块时钟芯片，在没有网络的时候可以为系统提供准确的时间。

　　1.2主控芯片

　　本文设计的底座在主控芯片的选择上，对比了51单片机、AVR单片机和ARM嵌入式单片机等的优势与缺点，进行了详细的分析。相比与其他控制方案，ATmega2560具有以下优点：首先，借助Arduino平台的迅猛发展，AVR单片机的开发难度大大降低，本文设计的智能底座也考虑到了开发成本问题，能够在短时间内快速开发出实际产品，抢占市场先机;其次，ATmega2560作为AVR系列的高性能产品，其稳定性和性能在微型控制器中也是相当不错的，也常常应用在工业领域，因此ATmega2560完全能够胜任本设计的核心控制工作;最后，ATmega2560的价格适中，具有一定性价比。综合上述原因，最终选择了ATmega2560作为主控芯片。

　　1.3红外测温

　　为了方便、准确、快捷地获取水杯中的水温，以便控制加热装置对水杯加热，本设计使用了非接触式红外测温模块GY906，相比于其他测温模块，它具有很多优点。相比与常见的温度模块，如LM35、DS18B20、DHT11等，GY-906红外测温模块不需要直接接触发热模块，这样就没有热传导损失的问题，使温度数据的获取更加准确;其次，由于没有接触热源，传感器不会受温度影响，温度测量的上限和耐温程度没有限制，大大提高了底座的适用范围;再次，GY-906模块的大小非常小，能够很好地安装在底座下，大大提高了水杯底座的便利性和安全性;最后，GY-906反应灵敏且精准度高，成本适中，性价比极高。综上所述，选用GY-906模块作为温度测量模块。

　　1.4网络模块

　　底座内置ESP8266WIFI模块，该模块可以让底座连接无线路由器，从而连接互联网。底座连接网络后，用户可以使用电脑、手机等设备通过浏览器访问底座内部数据，底座会将饮水数据以图表的形式显示在网页中，并提供统计数据和健康建议等信息，用户也可以通过网络控制和设置底座的各项功能。只要底座连接了互联网，用户在任何地点、任何时间都可以远程访问底座，由于底座内置了网页服务器，因此，用户不需要安装任何软件或手机APP，只需要通过浏览器就可以查看和管理底座。

　　2软件功能设计

　　2.1软件系统框图

　　2.2软件系统功能

　　水杯底座是全自动工作的，它会根据目前室内的温度来选择人体最适合的饮水温度，然后根据红外传感器来判断底座上是否有水杯，并根据重力传感器反馈的数据来判断水杯中是否有一定量的水，若水杯中的水达到可以加热的量，则会自动进行加热程序。

　　主控芯片通过红外模块获取的温度进行判断，从而控制半导体加热模块加热水杯，同时根据加热情况实时修正加热强度。加热装置通过PWM方式控制半导体加热模块的得电时间，从而控制水杯的加热强度。用户每次拿起并放下水杯，系统将通过判断水杯减少的重量，得到用户的饮水体积，并将饮水数据储存到单片机内。若用户长时间没有喝水，或没有将水杯放回底座，或水杯水量较少时，底座都会通过蜂鸣器通知用户。最后在LCD液晶显示屏上显示出当前的温度、时间、饮水量等数据，通过无线通信模块将用户实时的健康数据上传，使用户可以通过移动设备查看。

　　3结语

　　本文设计贴近人们生活，可解决人们日常忙碌而饮水不足、饮水不健康的情况。本文设计与市场上普遍销售的水杯底座相比优势明显：①智能恒温水杯底座支持市面上大部分的水杯②智能恒温水杯底座具有饮水量测量功能，可智能的得出用户饮水是否健康③用户可以通过外部移动设备访问水杯底座④使用非接触式的温度测量模块。

　　参考文献：

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