基于NoisⅡ的智能沐浴系统设计

延安大学西安创新学院 薛 治 李娣娜

1 智能沐浴系统在国内的现状

随着物联网技术的快速发展，智能家居在我国也得到了进一步普及。但是在我国，智能家居的应用并不普遍，远远没有达到智能家居的全面化。沐浴作为人们不可缺少的一部分，在生活中有极其重要的作用。在当前随着人们生活水平的提高，生活节奏越来越快的环境下，人们追求一种轻松、赋予体验的生活方式[1]。对于工作压力大、时间紧的人群而言，智能沐浴系统能更大的发挥它的优势。人们对沐浴系统更关注其便利性、体验性和自动化的特点。智能预约、节约时间、操作简单是沐浴系统的时代需求。因此设计了一款基于NoisⅡ智能沐浴系统其特点有定时预约，控制温度，水温自动调节，室温平衡，节水沐浴的智能沐浴系统。

2 系统组成及设计思路

基于NoisⅡ的智能木沐浴系统主要有以下几部分构成：FPGA核心板、电动阀门驱动模块、水温温度传感器模块、室温温度传感器模块、光电传感器模块、二氧化碳浓度传感器、液晶显示模块、WiFi模块和手机应用程序组成。系统整体如图1所示。

图1 系统整体框图

FPGA核心板为主控部分，负责所有的状态检测，数据处理、逻辑执行及控制[2]。通过手机APP远程设定好洗澡时、水温及沐浴方式，把数据传到云端然后再由云端传到WiFi接收模块，经FPGA处理，控制热水器提前开启加热，若用浴缸沐浴会在合适的时间自动把水调节到预定的温度放到浴缸中，达到一定水位后水位传感器把数据反馈给FPGA，关闭水阀。电动阀门驱动模块和水温温度传感器结合PID算法保持水温恒定。在花洒模式下洗澡时光电传感器模块用于检测人是否在花洒下，如果没有在就停止放水，达到节水沐浴的效果，及非接触用手势调节水温和水流大小[1]，如果下次没有设置温度则以调节后的温度作为默认温度。洗澡时空间封闭，二氧化碳浓度急剧升高，当达到一定浓度时自动打开增氧机，为浴室补充充足的氧气，避免在洗澡中出现缺氧昏迷。春夏秋冬洗澡需要室温不同，FPGA会自动控制换气扇及浴霸把室温调到最佳。通过液晶显示当前浴室温度、水温。

3 系统硬件设计

FPGA核心板：NoisⅡ是Altera公司提供基于FPGA的嵌入式SOPC系统硬件平台。利用SOPC Builder创建和配置NoisⅡ软核处理器及其外设，生成系统软核电路。利用NoisⅡ占用FPGA芯片资源少、成本低、移植性好[3]。

WiFi无线传输模块：需要云服务器进行数据通信，选择主芯片为HF-LPB1000的嵌入式超低功耗WiFi模组，WiFi模块由WiFi连到云端通过UART串口与FPGA通信达到远程控制的目的。

图2 软件设计流程图

温度传感器DS18B20，二氧化碳传感器MG811，非接触式水位传感器XCK-Y26，光电传感器E3F-DS30C4，它们都有低功耗，数据传输可靠，通信方式简单，成本低的特点。

4 系统软件设计

在家中，智能沐浴系统的硬件部分通过WiFi模块与云端通信，上传经过FPGA的数据及状态，云端与WiFi模块将手机App控制指令下发给FPGA执行。若硬件部分与手机接入同一局域网，则App可直接与硬件通信，无需经过云端。

系统的软件设计流程如图2所示。FPGA初始化串口，确保与WiFi模块正常通信，然后初始化WiFi模块，确保与云端正常通信。FPGA主控制器收到WiFi模块从手机端发来的控制命令，并作出响应。并把水温信息及其它传感器的状态发送到手机。

5 系统数据分析

为了检验智能沐浴系统是否稳定，做了以下实验，远程定时定温，系统自动控制及其信息反馈。系统整体性能测试如表1所示。

通过本次测试，本系统有误差，但是误差在可接受范围内，说明本系统性能稳定，可靠。

表1 性能测试数据表

6 系统应用价值

随着国家的大力倡导，科技的不断发展，智能家居系统的不断完善。本系统主要解决人们在沐浴时遇到的各种不便，旨在实现沐浴的自动化、人性化、安全化、环保化。比现在市面上的沐浴系统功能更全、自动化成度更高、操作更简单、性价比更高、更安全、更节能等特点。

[1]何淼,韩茂盛,叶勇明,云雅楠,高宇桢.智能浴室管理系统的开发与设计[J].价值工程,2017,36(09)：106-107.

[2]李宁,卞祥.基于机智云的智能宿舍系统设计[J].物联网技术,2016,6(02)：59-60+64.

[3]张敏,朱木,马文洁,陈安伟.基于NoisⅡ的程控数字信号源设计[J].现代电子技术,2012,35(06)：8-10.