基于互联网的智能水杯的设计

◎赵云峰 赵云基 王继博

基于互联网的智能水杯的设计

◎赵云峰1赵云基2王继博3

当前已经进入了互联网信息时代，当前自动化与机械设备的设计也要糅合网络信息技术，利用机械设备运作中产生的信息加以分析，服务于使用者。本次研究产品选择智能水杯产品，可以利用摇晃发电，加热水杯容器的饮用水，为人体提供适宜温度的水。本次研究对象具备健身功能，可以在摇晃发电的过程中，记录下摇晃水杯所产生运动量，也能够将饮水次数记录下来，综合所得信息给予使用者健康饮水和运动量的分析，然后利用互联网分析技术给予使用者饮水和运动指导。

人在感到口渴时便会需要饮用水，口渴状态也表明人体的失水已经高达2%，代表着人体已经严重缺水，这种状态也是不良的亚健康状态，若是长期不注意喝水甚至会令喝水欲望减退，人体会变得愈发缺水，长期忙碌缺乏运动加之缺水状态易导致人体出现健康问题。人体在饮用水相关问题上也对温度有需求，为人体在需要补充水份时提供适温饮用水利于人体健康，普通的水杯最多能够做到较良好的保温效果，但仍旧具有时效性，难以为人体提供全时的适温饮用水。伴随着当前生活水平的不断提高，越来越多的人更注重健康的保持。能够记录下饮水频率和运动信息的产品，可以帮助人们掌握自身的机能状态，然后结合网络信息分析处理技术给出科学指导，引导人们健康饮水、健康运动。

产品总体设计

本次的产品设计整体智能部件由杯盖、杯体、底座共同构成，杯体又由外壳与内胆共同构成，在杯盖之上设置有相应的显示屏，布有控制按键和单片机控制电路、传感器等装置。杯盖也是整体设计的指令与感温装置，杯盖是设备的主要控制构造，也是用户界面之一。而智能水杯杯体的外壳与内胆则是保温、加热的容器设备，外壳上设置有相应的散热孔，内胆上设置有半导体冷热片，可以用于散热，排放出多余的热量，在调控转变半导体冷热片后可以产生加热或制冷的效果。产品硬件基于电源模块、温度采集模块、加热模块、LED显示模块、语音模块构成。其中电源模块的构成可以细分为三个部分，第一部分为主要的总电源，用于对智能水杯的单片机供电，并维持水杯整体的电量供给。其中另外两个电源部分则是分别用以水杯的加热与屏显。智能水杯的多个模块分别受到单片机的统一控制，单片机利用电源供给电能运行，并读取程序然后向温度采集部件发出指令，温度传感器将采集的温度信息加以处理回传，然后返回单片机内进行处理，与内部预先储存的数据信息进行比对，然后加以判断并反馈需求温度信息，确定断开或闭合继电器，为加热模块供应电量。然而在采集相应的数据过程中，单片机会定时传递相应的信息到LED显示模块区域，标识出适时水温。其中的按键开关控制语音模块，可以在打开开关后激活语音控制，为使用者提供语音提醒功能。经过多个模块的配合作用，实现智能水杯的全部功能，为使用者提供全方位的健康保护。本产品还具备网络连接功能，可以联通网络，将用户数据上传至网络加以数据分析，提供健康饮水指导。

温度采集设计。智能水杯的温度采集装置的核心电路原件是AD590温度传感器，这一传感器可以将温度信息转化为电子信号并传导至单片机中，具有较好的信息传递功能。单片机在接收到电信号后可以发出控制水温的指令，进行饮用水的加热处理，温度达成需求标准时会再次产生信号，随即单

片机接收指令并控制继电器断开电量供应停止加热。

加热装置。智能水杯的加热装置选用555时基集成电路并搭配热敏电阻控制加热，一但杯内水温较低，智能水杯测温点设置的热敏电阻在感应到温度时，系统内的负温度系数其热敏电阻的相应R值会升高，集成电路的2脚电位低于Ec电压的1/3，其中IC3脚传输出高电平，双向晶闸管因此被触发然后导通，电热器开始加热杯内的饮用水，形成计时循环。

语音模块。语音模块主要负责相应的语音提醒，提醒人按时或加热至适度时饮水。这一模块选用语音芯片ISD1420实现录放提示音的功能，将相应的提示语音录入到芯片之中，当人需要加热水时，利用按键发出指令，然后开始加热水，当达到适宜温度时，传导指令信号到语音芯片之中，命令语音芯片发出语音播报，提醒使用者及时饮用。

电源装置。该产品的电源源于电池储能与自发电装置，可以利用USB接口输入电量并存入设备的储电零件中，或是基于使用者的摇晃，令高速旋转转子，将微小的动能转化成为电能，基于技术手段加以放大，为加热装置提供电量供给。这样不仅可以在无外接电源的条件下进行加热，还为使用者提供人体所需的适温饮用水，满足人体的健康需求和节能环保理念。

网络功能

本产品具备相应的网络功能，可以与网络智能设备相连接，然后将饮用水的信息传达到智能移动设备上，使用者也可以利用智能设备调控加热，将水温加热到人体所需的适当温度，利于健康饮用。除了网络操作与温度信息传递外，还可以基于“互联网+”技术将饮水信息传递到网络上，利用数据库加以分析，得出使用者的健康信息与饮水状况。摇晃水杯产生电量的过程中也可以记录下摇晃的频率与幅度，然后转化为相应的运动量数据，基于信息处理分析提供健康运动引导，实现智能互联管控人类健康状况的功能。

本文所研究的智能水杯是基于人体对饮用水的需求，可以在不需电源的条件下利用磁生电原理产生电能，将饮用水温度加热到适宜状态。本产品不仅具备基本的饮用水加热和自发电功能，还贴合当前人体的饮水需求，且具有健身功能，将节能理念与健康理念相结合，不仅是自加热的智能水杯，同时也是锻炼器械和人体健康运动管家。将“互联网+”技术和机械自动化结合的产品具备更多功能，对未来生活的节能减排也具有积极作用。

1.3重庆交通大学；2.内蒙古工业大学）