當前位置:首頁 > 物聯(lián)網(wǎng) > 《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》雜志
[導(dǎo)讀]摘 要:隨著人們生活水平的提高,飲水機逐漸走進了千家萬戶,為人們生活提供了極大便利。然而,普通飲水機只有加熱和制冷功能,同時還存在許多缺陷,如耗電量多、千滾水、干燒等問題,不僅存在安全隱患,還嚴重危害了人體健康。基于此,文中設(shè)計了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機,此飲水機利用傳感器技術(shù),通過單片機控制隔熱擋板,研發(fā)App,實現(xiàn)遠程智能控制,方便用戶使用。該飲水機不僅省電,還杜絕了潛在的安全隱患,實現(xiàn)了飲水機的安全智能一體化控制。

引 言

目前市場上的普通飲水機在使用過程中,其智能性和安全保障等方面都存在明顯缺陷。經(jīng)調(diào)查表明,目前我國飲水機保有量約 1 億臺,年增 30 多萬臺,而普通飲水機每年的耗電量在 200 多度以上,那么全國每年將在這方面損失 260 多億度電[1]。

為了進一步了解當前飲水機的智能功能,特對市面上飲水機的主要品牌如美的、安吉爾、沁園、浪木等進行調(diào)研 [2]。發(fā)現(xiàn)目前市場上的飲水機一般具備防干燒,兒童鎖功能,少部分飲水機具備智能感應(yīng)功能,但將這些功能集于一身的飲水機卻還未發(fā)現(xiàn)。市場上四個主要品牌的功能對比見表1 所列。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機的設(shè)計

目前,普通飲水機存在重大安全隱患,如干燒、陰陽水混合等。為解決目前普通飲水機存在的問題,本文設(shè)計出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機,旨在通過信息化手段,利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)進行智能算法分析,通過單片機對保溫桶隔熱板進行開關(guān)智能化控制,使加熱桶與外界環(huán)境隔熱。此智能飲水機不僅降低了耗電量,避免了飲水機干燒存在的安全隱患, 還可以有效解決飲用水反復(fù)加熱、陰陽水混合等問題,對人體的健康和財產(chǎn)安全具有深遠影響。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,已廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。水, 是生命之源。所以,飲用水對人體健康起到了關(guān)鍵作用。日常飲水機中的水反復(fù)加熱會產(chǎn)生大量亞硝酸鹽,大大增加了患癌癥的幾率。本文利用物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)實現(xiàn)了對飲水機的智能控制。解決了飲水機中的飲用水反復(fù)加熱、陰陽水混合、耗電量大等問題。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機設(shè)計方案

飲水機的智能化設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計理念,將水位傳感器、水溫傳感器與單片機完美結(jié)合,該飲水機可以實現(xiàn)智能控制和人為控制,主要實現(xiàn)對水溫的設(shè)置、水位檢測、顯示等功能,當水位達到某特定值時,水位傳感器感應(yīng)探頭便將感知到的信息反饋給單片機,單片機通過控制電磁閥實現(xiàn)對保溫桶飲用水進入的智能化控制。飲水機結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機的設(shè)計

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機的總體設(shè)計方案

該智能飲水機的設(shè)計主要實現(xiàn)對飲水機保溫桶中飲用水的智能化控制,通過水位傳感器進行檢測,達到特定水位時響應(yīng),并將采集到的信息數(shù)據(jù)反饋給單片機,通過單片機中的繼電器發(fā)送信息對保溫桶中的隔熱擋板進行智能化控制,以實現(xiàn)對飲用水進入保溫桶的智能化控制。涉及的硬件有單片機開發(fā)板、水位傳感器、性能良好的隔熱擋板等,可利用水位傳感器實現(xiàn)對隔熱擋板的閉合控制。智能飲水機工作流程圖如圖 2 所示。

(1) 利用水位傳感器進行判斷(設(shè)上水位感應(yīng)探頭為 P1, 下水位感應(yīng)探頭為P2),將采集到的水位信息反饋給單片機。

(2) 單片機將接收到的水位數(shù)據(jù)進行分析判斷,若水位低于P1且低于P2,則通過繼電器將隔熱擋板打開,飲水機中的水流入加熱桶中,當水位達到 P1時,擋板關(guān)閉。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機的設(shè)計

目前,市面上的飲水機功能單一,絕大多數(shù)只有加熱或制冷功能,無法對飲水機的水溫實現(xiàn)精確控制。但在日常生活中,我們對不同用途的飲用水溫度需求是不同的。如沖咖啡的最佳溫度為 65 ℃,泡茶溫度為 80 ℃等[2]。為解決這些問題, 使用戶能夠隨時隨地、隨心所欲地實現(xiàn)對飲水機開關(guān)、溫度的智能化控制,本文采用App 對飲水機實現(xiàn)遠程控制,用戶無論在室內(nèi)或室外,通過App 可以實現(xiàn)對飲水機的遠程操作, 并通過移動終端向溫度傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)信息,傳感器再將信息發(fā)送給數(shù)碼管,實現(xiàn)對飲水機水溫的智能化控制,從而使用戶可以根據(jù)個人對飲用水溫度的需求進行智能設(shè)定。

1.2 智能飲水機主要設(shè)備

該智能飲水機軟硬件相結(jié)合,通過水位傳感器感知,將信息反饋給單片機,單片機通過繼電器控制擋板的開關(guān)控制水流入加熱桶。

該智能飲水機的設(shè)計不僅成本低,還體現(xiàn)出了節(jié)能環(huán)保的設(shè)計理念。整個系統(tǒng)主要由隔熱擋板、水位傳感器、單片機、電磁閥等組成。飲水機結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3 所示。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機的設(shè)計


為減少飲水機加熱的次數(shù),就需要隔熱擋板具有良好的隔熱性能,因此,本設(shè)計選用真空隔熱板(VIP 板)作為隔熱擋板,它是真空保溫材料中的一種,由填充芯材與真空保護表層復(fù)合而成,可有效避免空氣對流引起的熱傳遞,因此導(dǎo)熱系數(shù)大幅度降低,小于 0.035 W/(m2·k),且不含任何 OD 材料,具有環(huán)保和高效節(jié)能的特性,是目前世界上最先進的高效保溫材料[3]。


為了精確感知水位,及時將水位信息反饋給單片機,本設(shè)計選用DF-96A 水位傳感器。該傳感器采用集成電路,并結(jié)合加熱桶上、下水的水位分級提升進行設(shè)計,具有上下水位聯(lián)合控制及缺水保護等功能,其負載電流為 5 A。

為保證單片機能及時控制繼電器,以控制隔熱擋板的開關(guān),本設(shè)計采用STC89C52 單片機。STC89C52 單片機不僅功耗低,具有高性能 CMOS 8 位微控制器,還具有 8 K 可編程Flash 存儲器。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

本設(shè)計除了擁有良好的硬件系統(tǒng)外,還與軟件相結(jié)合, 實現(xiàn)軟硬件之間的互補,以更好地實現(xiàn)智能化控制。本設(shè)計將所有控制程序?qū)懭隨TC89C52 單片機。

用一個函數(shù)來接收水位傳感器反饋的值。

將所得值傳給另一個處理函數(shù),由函數(shù)分析返回的值是否符合函數(shù)要求,若符合,則進行下一步分析,若不符合, 則丟掉。

返回值符合要求后,將返回值與標準值對比,判斷加熱桶中是否需要水。由于繼電器與水位傳感器相連,當水位傳感器返回值符合標準后,單片機便控制繼電器打開隔熱擋板, 水流入加熱桶內(nèi),否則隔熱擋板關(guān)閉。

2 結(jié) 語

隨著人們生活水平的提高,飲水機已成為家庭生活中不可缺少的一部分。但普通飲水機在水質(zhì)保鮮、耗電量、智能控制等方面存在明顯不足,對人類健康有潛在危害。本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能飲水機,通過傳感器進行智能控制,不僅飲水機的耗電量明顯降低,還可保證人們喝上安全放心的飲用水,為創(chuàng)建新型環(huán)保城鎮(zhèn),實施可持續(xù)發(fā)展,共建和諧社會起到了推動作用。


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