基于单片机的盲人专用水杯系统-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-161-LW
设计摘要：
本论文介绍了一种基于STM32单片机的盲人专业水杯系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，并通过内部处理控制输出部分。输入部分包括DS18B20温度检测模块、HX711称重模块、SU-03T声控模块、独立按键和供电电路。DS18B20温度检测模块用于获取当前水温度，HX711称重模块用于检测水的重量，SU-03T声控模块用于语音寻找水杯和语音播报当前水杯状态，独立按键用于切换模式和定时，供电电路为整个系统提供电源。输出部分包括OLED显示屏、加热继电器和制冷继电器。OLED显示屏用于显示盲人智能水杯的相关信息，包括温度、水位、倒计时和设置的倒计时时间。加热继电器在温度低于20度时闭合，起到加热水杯的作用；制冷继电器在温度大于40度时闭合，起到制冷的作用。该盲人专业水杯系统可以为盲人用户提供智能化的水杯使用体验，帮助他们更好地管理饮水和保持水温。
关键词：单片机；称重模块；温度检测；语音识别模块
字数：11000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
3.5 SU-03T语音识别模块
3.6 HX711称重模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键功能图
4.4 显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 设置阈值实物测试
5.3 继电器控制实物测试
5.4检测水位播报实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
中国是全世界盲人最多的国家之一，眼部疾病在中国也是一个主要的公共卫生问题。中国约有盲人600-700万，占世界盲人总数的18%，另有双眼低视力患者1200万。每年在中国约有45万人失明，对于这类特殊人群，我们更应该该考虑到人性化产品设计，贴心设计。日常生活中，盲人由于自身条件的限制，有诸多方面的不便，尤其在喝水时容易遇上因无法判断杯子中水是否满溢、杯中水量多少导致烫伤等问题。虽然近年来不断有适合盲人使用的杯子的设计出现，但是结构简单、绿色、环保、低成本的设计少之又少，在推广使用上遇上很大阻力。
本文就是针对在盲人无法准确获知或者得到提示保温杯里面的水是否已经达到用户饮用的合适温度和水量的问题下，通过对当前水杯中水温，水位进行语音播报，设计一个温度检测模块来提醒盲人保温杯中的水是否适宜饮用要求并通过语音播报，同时还能语音播报当前水温、水位、提醒喝药、找水杯功能，从而有效的解决了盲人在饮水时的不能准确判断水温，防止其不注意了解水温时会喝到凉水或者被过高温度的水烫伤嘴巴，或者由于在装水时导致热水溢出烫伤自己或者周围的人（水位大于100，会提醒水到了一半了，大于200，会提醒水满了）。该设计关于盲人专用水杯系统是在顺应社会的发展和市场的需求的现实意义前提之下，是具有具体的使用价值和研究意义，并造福盲人身体健康的一个优质产品。
1.2 国内外研究现状
2019年张锦发明公开了一种盲人使用的智能水杯,包括杯盖,杯身,电控箱,控制板,警报器,绳套,水位传感器,保温层,冷却板,温度传感器,加热板,搅拌棒,电机,PLC控制器和蓄电池,所述杯盖顶端安装有电控箱,所述电控箱一端安装有控制板,所述电控箱内部安装有PLC控制器,所述电控箱内部位于PLC控制器正下方安装有蓄电池,所述杯盖顶端位于电控箱一侧安装有警报器,所述杯盖一侧安装有绳套.本发明结构科学合理,使用安全方便,设置了水位传感器,能够有效的实时监测水杯内水的位置,进而能够提醒盲人注意水是否快溢出,设置了加热板,能够有效的为水杯中的水进行加热,设置了冷却板,能够对水杯中的水进行冷却处理[1] 。
2020年吴越，卢新辉，杨晨曦，吴林林，吴卓设计介绍了一种基于STC89C52单片机控制的智能水杯;利用无线充电底座为半导体制冷片提供能量进行调温;基于帕尔贴效应和PID控制设计控温系统;利用塞贝克效应实现电热能转换;通过蓝牙模块使用手机APP与水杯形成交互;于液晶屏显示水温电量;该水杯满足国家"节能减排"政策对节能要求;具有重要的时代意义;[2] .
为智能水系统提供了各种示例。在一示例中，通过水龙头供水的方法包括检测来自用户的语音请求;向连接到水龙头供水管路的电动阀门的控制电路提供语音请求的指示;并激活电动阀门以通过水龙头供水。在另一示例中，方法包括检测来自用户的水的请求;提供对连接到水龙头供水管路的电动阀门的控制电路的控制请求的指示;并激活电动阀门，通过水龙头提供指定量的水[9] .
2020年Vishwakarma A K , Bodkhe A A , More P 研究的温度监控系统包括外壳、外部温度传感器和内部温度传感器。外壳可以是防爆的，并且可以包括控制器和设置在外壳内的内部显示器。外部温度传感器可以配置为检测外部温度，内部温度传感器可以配置为检测外壳内部的温度。当外部温度传感器和/或内部温度传感器检测到温度达到或超过设定或指定的值或限值时，系统可以配置为执行操作或命令。在系统的实施例中，系统可以被配置成在外部温度传感器和/或内部温度传感器检测到温度达到或超过一定温度的情况下停止加油[10]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计是基于STM32单片机的盲人专业水杯系统。系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入数据并控制输出。输入部分包括温度检测模块、称重模块、声控模块、独立按键和供电电路。输出部分包括显示屏、加热继电器和制冷继电器。通过这个系统，盲人用户可以方便地获取水温、水位等信息，并实现智能化的水杯使用体验，提高饮水管理的便利性和舒适度。
