物联网新设计：手机控制健康智能饮水机解决方案

一、项目性能指标

1 具有常规饮水机的取水、加热、保温功能。可以方便取用冷水和热水。
 
2 改变烧水时的续水模式，在接开水时，热水胆中不会在有新水注入，直至全部热水放出后，再注入热水加热，从而防止部分水水被反复烧开形成“千滚水”。
 
3 改变加热保温模式

用户可以通过按键人工设置热水保温温度、时间等，并选择多种加热模式以满足客户对不同温度热水的需求。
 
4 绑定手机，智能遥控

饮水机的开关可以由与其绑定的手机远程控制，同时饮水机加热保温达到一定时间后，会向使用者发送短信通知，用户可以通过短信形式向饮水机发送控制命令，实现饮水机模式设定、温度设定以及打开关闭等操作。
 
二、项目设计中包含的创新思想

我们的项目立意基于对物联网技术探索。
 
物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络；在本项目中，饮水机通过GSM装置连入2G移动网络，实现电器设备运行状况时时通信，以及运行状态远程控制。
 
三、项目设计中低功耗与环保理念的体现

传统家用饮水机使用过程中主要有两个问题，一是会造成极大的能源浪费，饮水机是家庭的“耗电大户”，以制造1升热水为例，在不关机的状态下，功率为0.5千瓦的传统家用饮水机日均要耗电1.8度。因为其“烧烧停停”的工作原理，造成了90%以上的能源浪费，十分不环保；二是部分热水会被反复加热形成“千滚水”，令水中的矿物质、微量元素形成不可溶微粒，对我们的健康是极大的影响。
 
因此我们设计了饮水机智能控制系统并对饮水机结构进行了改造，改变常规加热和保温模式，避免了反复烧开导致的“千滚水”，保证了饮用水的健康安全问题，也减少不必要的电能浪费，降低饮水机的电能消耗，实现低能耗的环保理念。同时，我们的饮水机的保温温度是可以人工调节的，热水胆中的水可以保持在用户设定的保温温度上，不用长时间保持在较高温度，减少了不必要的能源浪费。
 
四、项目设计的实际应用价值

1 使用方便

利用现有手机实现状态信息传递和操作控制，无需购置其他控制终端，减少消费者的资金投入，用户友好。
 
2 健康电器

饮水机的温水反复加热,形成所谓的“千滚水”,令水中的微量元素、矿物质积累形成不可溶微粒，这对我们的健康有着极大的影响。本项目对饮水机的加热和保温方式进行了改进，并对饮水机热水胆结构进行了改造，防止“千滚水”的形成，符合现代人的健康生活理念。
 
3 智能电器的市场需求

在三网融合及物联网技术应用的推动下，家电也步入了智能化时代，可以远程监控的家电将是未来家庭的重要组成部分，也是信息系统的重要环节。但目前市场上的智能化家电多集中在空调、洗衣机等较为大型、大投入的设备上，小家电智能化具有很大的市场缺口，因此智能化的饮水机将是对智能化家电的很好的探索形式，具有极大的市场潜力。
 
 

五、项目中关于AVR MCU特性的使用情况

AVR微控制器具有AD转换快、中断响应快、功耗低等特点，这便于我们实现对温度的高精度监测，对控制命令的即时响应，节能等功能。
 
我们主要使用了AVR MCU的I/O端口，串口，按键，定时器，计时器，AD转换等部分。
 
系统软件架构：
 

 
系统硬件结构
 

 
六、项目设计中遇到的困难以及运用创新思维解决问题的方法

1.我们在设计之初想要找到合适的水位传感器，通过查阅资料，我们发现水位传感器比较大，很难应用于我们的系统，而且水位传感器可能会对水质进行影响。我们放弃了之前的想法，我们想到用压力传感器来解决这个问题。我们通过压力传感器的值来反馈热水胆中的水位。
 
2.我们的系统刚完成时候并没有加入加热档位的设置。后来，我们在讨论的时候，想到有些时候我们会需要特定温度的热水，例如泡茶需要80°左右的温度，于是我们有了设置加热档位的想法，即调整到某档位之后，热水会加热到特定温度，然后进入保温模式。
 
3.对于远程控制功能的实现，我们想到了用蓝牙、无线通信等多种方式，但是它们都有距离短、调试不方便等不足，我们最终采用了GSM模块，将饮水机控制系统和手机绑定，通过手机短信来控制，这样有效地增加了系统的实用性。
 
七、项目设计的最终效果

我们的作品实现了一下功能:

1.更好的人际界面

我们的作品可以显示饮水机热水胆的水温和用户设定的保温温度，保温温度可以手动调节。
 
2.多种加热保温模式

我们为饮水机设置了三种加热模式，三种加热模式对应了加热档A/B/C档，A档位常规加热，热水会被少开，然后进入保温模式；B档热水会被加热到80°，然后进入保温模式，这个温度使用于泡茶等；C档热水会被加热到50°，然后进入保温模式，这个温度适合直接引用。
 
3.全新的热水续水模式，杜绝“千滚水”

我们的饮水机在水桶和热水胆之间加入了电磁阀，电磁阀的开关由AVR控制的继电器控制。热水机热水胆下方装有压力传感器，通过压力传感器的数值来判定水位变化。在接开水时，热水胆中不会在有新水注入，直至全部热水放出后，再注入热水加热，从而防止水被反复烧开形成“千滚水”。
 
4.绑定手机，智能遥控

我们的饮水机通过GSM模块实现了手机与微控制器的通信。我们可以通过绑定的手机控制饮水机的开关和加热模式的选择；饮水机加热保温达到一定时间后，会向绑定的手机发送短信通知，询问饮水机是否需要继续工作，用户可以通过短信形式向饮水机发送控制命令，实现饮水机模式设定、温度设定以及通断电等操作。

推荐阅读：

可随时用手机远程监控的智能生活管理设计方案
多功能室内环境监测系统设计 
更实用的便携式电子医生系统解决方案 
一套高安全无线射频门禁系统解决方案 
实现主动安全：汽车离道报警系统设计方案