自适应保温壶的设计与实现

张诗琦+朱思颖+季晓蕾+左晔宜

摘 要：该文设计了一种可以智能保温、即热即饮的自适应保温壶。保温壶上层烧水并保温，下层智能控制出水并迅速降温，通过螺旋管道延长水流路径和冷却水实现迅速降温。使用msp430系列微处理器作为控制核心，检测水温、水质、水量并在LCD上显示，超出指标或达到设定温度时，可提醒用户并能自动断电，语音控制出水。

关键词：msp430微处理器 保温壶 即热即饮 快速降温 语音控制 智能提醒

中图分类号：TN76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0110-02

随着当前科技的飞速发展，物联网、智能家居的不断深入，越来越多的家用电器向着智能化发展，变得简单、易用、便利。而当前的饮水机和保温壶的智能化主要是在加热和保温这些方面，不具备快速降温的功能。该文设计的智能保温壶主要利用物理学相关知识原理，使热水通过浸在冷却水中的螺旋水管后有效降低温度，同时因为上下分层的设计，隔绝上下水温热量的传递，有效减少热水热量的散失，从而更好地保温。

1 系统总体设计

该文选用msp430f149单片机作为主控芯片，系统主要包括温度传感器、水质检测传感器、语音控制模塊、流量控制模块等组成。系统根据传感器采集回来的数据进行处理并显示和提醒，驱动加热模块工作，实现自动加热和保温，出水智能控制降温。同时系统还能语音控制，具有一定的交互和非接触操作。系统整体结构图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 自动保温降温模块

现在的保温壶都只能保温而不能即热即饮，该设计要求在能保温的前提下还能即热即饮。根据调研和分析把系统分成两个部分设计。上层实现对水的加热和保温，壶外使用保温材料做隔热层，同时当水温低于一定值时，自动打开加热装置加热。下层为了实现迅速降温，留出足够空间放置螺旋水管和冷却水，有效延长水流路径，加速降温，即热即饮。

2.2 水质监测模块

水质的监测指标有很多，目前市面上的水质监测传感器大都自成系统，相对独立且昂贵。而日常生活中用水主要是长期使用导致壶中形成水垢，影响健康。水垢的主要成分是碳酸钙（镁）。当水呈弱碱性时会加速水垢的形成，也表明水质偏硬不利于健康。所以该系统选择了相对便宜的pH计来检测水的pH值，当水的pH值过大，水质偏硬时，提醒用户注意饮水健康。

2.3 语音控制模块

使用一款语音识别专用芯片，由ICRoute公司设计生产的LD3320芯片。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。该芯片在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别、声控功能，且识别的关键词语列表可以任意动态编辑（见图2）。

3 系统软件设计

自适应保温壶系统的软件部分设计主要包括自动控温程序、语音控制程序、智能出水程序、水质检测及显示函数。系统打开后首先进行相关参数的初始化设置，然后判断是否有水，水质是否良好，无水、水质不好则进行报警，有水、水质好则进行自动控温，同时LCD实时显示各参数，需要出水时智能出水（见图3、图4）。

4 结语

该文介绍的自适应保温壶的设计，为大学生创新实践项目，经过精心设计制作后，各模块功能基本完善，能够在一定程度上实现保温、控温、水质监测以及快速降温，基本达到了预期目标。该设计区别于市场上的饮水器、储水器，更加人性化、智能化。具有很强的实用性，一定程度上促进了智能家居的进一步发展。该设计可扩展性比较强大，将来面向市场时也具有较大的潜力。

参考文献

[1] 孙巧荣，张勇敢，徐耀，等.即倒可饮型智能保温壶设计研究[J].江苏科技信息，2016（8）：78-80.

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