[3]研究發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)保溫杯大多仍處于簡(jiǎn)單的人工調(diào)控階段，對(duì)保溫效果和能耗管理不夠精細(xì)。鑒于此，他們?cè)O(shè)計(jì)了一款基于STM32F103ZET6單片機(jī)為核心的智能保溫杯監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入保溫杯設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫杯實(shí)時(shí)溫度、濕度以及其他環(huán)境指標(biāo)的精確監(jiān)測(cè)，以及對(duì)保溫效果和故障狀態(tài)的智能控制。系統(tǒng)采用RS485總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器和環(huán)境質(zhì)量傳感器數(shù)據(jù)的高效采集，通過(guò)固態(tài)繼電器精準(zhǔn)控制保溫杯的加熱和保溫過(guò)程，利用電流檢測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并優(yōu)化電源使用狀態(tài)，并利用4G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與遠(yuǎn)程控制。這套智能保溫杯系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取并分析環(huán)境數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶需求和環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整保溫效果，同時(shí)支持遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)控和故障預(yù)警功能，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和控制方面表現(xiàn)穩(wěn)定準(zhǔn)確，成功實(shí)現(xiàn)了保溫杯的智能化控制。1.2.3研究現(xiàn)狀小結(jié)總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外在基于STM32的智能保溫杯研究上各有側(cè)重。國(guó)內(nèi)研究更注重實(shí)用性、功能性和普及性，而國(guó)外則更加前沿和創(chuàng)新。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，智能保溫杯的研究將更加多元化和個(gè)性化。同時(shí)，跨學(xué)科的合作和研究的深入將為智能保溫杯的發(fā)展帶來(lái)更多可能性。1.3研究目標(biāo)STM32智能保溫杯研發(fā)的核心關(guān)注點(diǎn)包括：1.適宜溫度傳感器甄選，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)液體溫度監(jiān)測(cè)。2.加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保杯內(nèi)液體恒溫。3.通過(guò)STM32微控制器對(duì)傳感與加熱部件實(shí)施精準(zhǔn)調(diào)控。設(shè)計(jì)保溫杯的操作界面，與用戶進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)定和顯示功能。利用STM32的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)保溫杯溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，提供溫度曲線、使用記錄等功能。1.4論文結(jié)構(gòu)安排本文共分為六章：第一章以介紹畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容為主，需要以主觀和客觀的角度進(jìn)行分析，并對(duì)論文的主體內(nèi)容進(jìn)行大致描述。第二章主要過(guò)對(duì)比各個(gè)平臺(tái)，協(xié)議，方式的關(guān)鍵和參數(shù)，并進(jìn)行可行性分析。第三章是對(duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，以整體功能框架圖，硬件框架圖，軟件功能框架圖作為主要介紹，并清晰劃分功能模塊。第四章是對(duì)具體如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，介紹單片機(jī)與各模塊的連接，并采用流程圖和文字加以描述，第五章的內(nèi)容根據(jù)各個(gè)方向來(lái)測(cè)試功能，測(cè)試方案需要具有科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

第二章方案比選與可行性分析2.1方案所用技術(shù)介紹及對(duì)比在本章節(jié)中，我們將詳細(xì)介紹并對(duì)比感知層、通信層和應(yīng)用層的技術(shù)方案，以便為智能保溫杯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)選擇最合適的方案。2.1.1感知層可用方案介紹對(duì)比不同的感知層方案，主要從精度、穩(wěn)定性、功耗和成本等方面進(jìn)行綜合評(píng)估。例如:DS18B20是一款高性能的數(shù)字溫度傳感器，具備測(cè)量精確、響應(yīng)迅速及低功耗等特性。在智能保溫杯應(yīng)用中，DS18B20能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并精準(zhǔn)捕捉杯內(nèi)水溫變化，將獲取的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至內(nèi)置的微控制器進(jìn)行處理與控制，確保保溫杯能根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的精確調(diào)節(jié)和恒溫保持，為用戶提供舒適的飲水體驗(yàn)。如圖2-1所示。圖2-1DS18B20溫度傳感器水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心構(gòu)造包含兩要素：液位監(jiān)測(cè)專用芯片與探測(cè)元件。其核心使命在于將液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。該系統(tǒng)運(yùn)用熱阻探測(cè)技術(shù)精準(zhǔn)測(cè)定非易燃液體液面狀態(tài)，其輸出值與液位深度呈直接比例關(guān)系，支持單次或連續(xù)液位讀取。尤為關(guān)鍵的是，涉及熱阻探測(cè)元件調(diào)控、短路與斷路狀況監(jiān)控的全套電路已悉數(shù)集成于液位監(jiān)測(cè)專用芯片內(nèi)。此外，該芯片還兼容接納其他形式傳感器信號(hào)或線性輸入數(shù)據(jù)。芯片特點(diǎn)如圖2-2所示。圖2-2水位傳感器信息圖紅外感應(yīng)模塊是通過(guò)紅外傳感器在有效范圍內(nèi)檢測(cè)是否喝水，然后將信息傳給單片機(jī)。紅外感應(yīng)模塊電路圖如2-3所示。圖2-3紅外感應(yīng)模塊在智能保溫杯的感知層設(shè)計(jì)中，主要采用了先進(jìn)的傳感器技術(shù)和嵌入式技術(shù)。對(duì)于溫度控制，采用DS18B20溫度傳感器以精確檢測(cè)并調(diào)控水溫和環(huán)境濕度；同時(shí)，針對(duì)液體容量監(jiān)測(cè)，選擇了適用的水位傳感技術(shù)，例如電容式或超聲波水位傳感器，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反映出杯內(nèi)水量狀態(tài)。此外，還引入了紅外傳感器技術(shù)，用于非接觸式感應(yīng)用戶靠近，觸發(fā)飲水提醒功能，提升用戶體驗(yàn)。而在嵌入式硬件平臺(tái)上，考慮到系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集與處理的實(shí)時(shí)性和低功耗要求，選用了性能穩(wěn)定、高效節(jié)能的STM32微控制器作為核心處理單元，確保整個(gè)智能保溫杯系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和智能化管理。2.1.2通信層可用方案介紹通信層在智能硬件系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵的橋梁角色，確保了感知層與應(yīng)用層之間數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性和可靠性。針對(duì)智能保溫杯系統(tǒng)的特殊需求，我們采納了基于HC-05藍(lán)牙模塊的無(wú)線通信解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)其智能化設(shè)計(jì)。HC-05藍(lán)牙模塊遵循經(jīng)典藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)，是一款結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低且具備穩(wěn)定短距離無(wú)線傳輸能力的串口通信模塊。在智能保溫杯中，感知層主要由精密的溫度傳感器和先進(jìn)的嵌入式控制芯片構(gòu)成，它們通過(guò)UART接口與HC-05藍(lán)牙模塊無(wú)縫對(duì)接。這樣，保溫杯能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并記錄內(nèi)部液體的溫度變化，并通過(guò)HC-05模塊將這些實(shí)時(shí)溫控?cái)?shù)據(jù)高效發(fā)送至用戶手中的智能手機(jī)或其他兼容藍(lán)牙功能的移動(dòng)設(shè)備上。用戶可以借助配套的應(yīng)用程序直觀查看水溫狀態(tài)，進(jìn)行精準(zhǔn)的溫度設(shè)定和管理。盡管HC-05藍(lán)牙模塊不具備直接支持MQTT等現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)云端服務(wù)器交互的能力，但在個(gè)人日常使用場(chǎng)景下，它能夠在有效范圍內(nèi)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，特別適用于如智能保溫杯這類(lèi)小巧便攜、局域性的智能產(chǎn)品。得益于其簡(jiǎn)易的配對(duì)機(jī)制、良好的硬件適應(yīng)性和約10米左右的穩(wěn)定傳輸范圍，HC-05藍(lán)牙模塊完全能滿足智能保溫杯在近距離無(wú)線通信方面的要求。若要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署以及遠(yuǎn)程云平臺(tái)的數(shù)據(jù)同步和分析功能，可以考慮整合更高級(jí)別的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將多個(gè)智能保溫杯采集到的數(shù)據(jù)匯總并通過(guò)Wi-Fi或有線網(wǎng)絡(luò)上傳至云端服務(wù)器。這將進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)據(jù)分析、個(gè)性化設(shè)置以及遠(yuǎn)程調(diào)控等功能的拓展和優(yōu)化，從而提升智能保溫杯的整體性能和用戶體驗(yàn)。如圖2-4所示為與WiFi模塊的對(duì)比圖表。圖5-9系統(tǒng)與APP一體圖所選模塊優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)Wifi模塊1.高數(shù)據(jù)傳輸速率:

WiFi模塊通常具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速

率,適合傳輸大量數(shù)據(jù)。2.廠泛支持:

WiFi是一種廣泛使用和支持的無(wú)線技術(shù)，與各種設(shè)備和系統(tǒng)兼容性

好。3.

易于開(kāi)發(fā):基于WiFi模塊的開(kāi)發(fā)通常較為簡(jiǎn)

單，有大量現(xiàn)成的庫(kù)和社區(qū)支持。4.直接互聯(lián)網(wǎng)

接入:

WiF模塊可以直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)需額外的網(wǎng)關(guān)或中繼設(shè)備。1.功耗較高:與Zigbee相比，WiFi模塊的功耗通常更高。2.傳輸距離限制:

WiFi信號(hào)的傳輸距離受限制，可能

需要額外的中繼設(shè)備來(lái)擴(kuò)展覆蓋范圍。3.安全性問(wèn)題:雖然WiFi提供了加密功能，但仍然存在被破解的風(fēng)

險(xiǎn)，特別是在公共或未加密的網(wǎng)絡(luò)中。4.成本考慮在大規(guī)模部署時(shí)，WiF模塊的成本和電力消耗可能會(huì)成為問(wèn)題。藍(lán)牙模塊低功耗:1.藍(lán)牙設(shè)備在待機(jī)模式下耗電量極低，適合長(zhǎng)期

運(yùn)行和電池供電的應(yīng)用。

廣泛支持:藍(lán)牙是一種廣泛使用的無(wú)線技術(shù)，與系統(tǒng)兼容性好。易于開(kāi)發(fā):基于藍(lán)牙模塊的開(kāi)發(fā)通常較為簡(jiǎn)單，

有大量現(xiàn)成的庫(kù)支持。4.直接互聯(lián)網(wǎng)接入:

藍(lán)牙模塊可以通過(guò)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)。1.數(shù)據(jù)傳輸速率低藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，不適

合傳輸大量數(shù)據(jù)。2.普及度較低與WiFi相比，藍(lán)牙

的普及度和公眾認(rèn)知度較低。

3.開(kāi)發(fā)復(fù)雜性:藍(lán)牙的開(kāi)發(fā)和部署可能需要更多的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。2.1.3應(yīng)用層可用方案介紹及對(duì)比應(yīng)用層在智能保溫杯解決方案中依然起著關(guān)鍵作用。選擇手機(jī)APP作為智能保溫杯應(yīng)用層的核心載體，意味著這款定制開(kāi)發(fā)的應(yīng)用能夠直接與保溫杯內(nèi)部的傳感器和無(wú)線通信模塊進(jìn)行交互，高效地處理從感知層收集的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如保溫杯內(nèi)部溫度、水位狀態(tài)以及電池電量等。通過(guò)與智能保溫杯硬件設(shè)備的無(wú)縫集成，例如，用戶可以遠(yuǎn)程設(shè)定理想的水溫保持范圍、自定義定時(shí)飲水提醒計(jì)劃，甚至激活不同的保溫模式以適應(yīng)不同場(chǎng)景需求。這樣一來(lái)，智能保溫杯不再僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的盛水容器，而是轉(zhuǎn)化為一款集智能化監(jiān)測(cè)、管理及個(gè)性服務(wù)于一體的現(xiàn)代生活小助手。上位機(jī)方案對(duì)比如表2-5所示。表2-5上位機(jī)方案對(duì)比表 所選方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)手機(jī)APP微信小程序1.功能豐富與定制化：手機(jī)APP可以實(shí)現(xiàn)高度定制化的功能，滿足物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的多樣化需求。它可以充分利用手機(jī)硬件資源，提供豐富的交互體驗(yàn)和用戶界面設(shè)計(jì)，為用戶帶來(lái)更加便捷和直觀的操作體驗(yàn)。2.獨(dú)立性與穩(wěn)定性：手機(jī)APP作為獨(dú)立的應(yīng)用程序，不依賴于其他平臺(tái)或應(yīng)用，具有更高的獨(dú)立性。3.實(shí)時(shí)性與響應(yīng)速度：手機(jī)APP可以直接與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)。1.便捷性：用戶無(wú)需下載安裝，通過(guò)微信掃一掃或搜索即可直接使用，符合“即用即走”的輕量化使用理念，降低了用戶使用門(mén)檻。2.平臺(tái)集成：可利用微信的社交屬性，如分享給好友、加入小程序廣場(chǎng)等，便于用戶推薦和傳播。同時(shí)，小程序可調(diào)用微信提供的多種系統(tǒng)功能（如GPS、支付等），實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。3.開(kāi)發(fā)與維護(hù)：基于HTML5開(kāi)發(fā)，技術(shù)難度相對(duì)較低，開(kāi)發(fā)周期較短，且只需要在一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行維護(hù)，降低了開(kāi)發(fā)成本。1.開(kāi)發(fā)成本高：手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)需要投入較多的人力、物力和時(shí)間成本。針對(duì)不同操作系統(tǒng)的兼容性開(kāi)發(fā)和測(cè)試也會(huì)增加開(kāi)發(fā)難度和成本。2.用戶獲取門(mén)檻高：用戶需要下載并安裝APP才能使用，相對(duì)于微信小程序來(lái)說(shuō)，用戶獲取門(mén)檻較高。這可能會(huì)影響應(yīng)用的推廣效果和用戶的使用意愿。3.更新迭代流程繁瑣：手機(jī)APP的更新需要通過(guò)應(yīng)用商店審核，流程相對(duì)繁瑣，可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用無(wú)法及時(shí)修復(fù)漏洞或添加新功能。1.功能受限：受微信平臺(tái)接口限制，小程序功能相對(duì)單一，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)APP中某些高級(jí)或定制化的功能，對(duì)于智能保溫杯的精細(xì)控制和個(gè)性化設(shè)置可能存在不足。2.依賴微信：用戶必須使用微信才能訪問(wèn)小程序，對(duì)于非微信用戶或不愿在微信環(huán)境下使用的用戶形成障礙。同時(shí)，微信的政策調(diào)整可能影響小程序的可用性和穩(wěn)定性。3.用戶粘性：小程序缺乏桌面圖標(biāo)等固定入口，用戶留存和復(fù)用率可能低于APP，品牌曝光度也可能相對(duì)較低。總結(jié)來(lái)說(shuō)，智能保溫杯的手機(jī)APP更適合需要全方位、深度控制功能以及追求獨(dú)立品牌形象和優(yōu)質(zhì)用戶體驗(yàn)的用戶群體，而微信小程序則適合強(qiáng)調(diào)便捷性、輕量化服務(wù)和希望通過(guò)微信生態(tài)快速推廣的場(chǎng)景。選擇哪種形式取決于品牌戰(zhàn)略、目標(biāo)用戶需求以及開(kāi)發(fā)預(yù)算等因素。2.1.4最終方案選擇綜合考慮成本、性能、功耗和用戶體驗(yàn)等因素，通常會(huì)選擇以下方案：繼電器加熱控制：采用成熟可靠的繼電器驅(qū)動(dòng)電路和精準(zhǔn)的溫度控制算法。水溫水位監(jiān)測(cè)：結(jié)合DS18B20等低成本且準(zhǔn)確的數(shù)字溫度傳感器以及適合體積和防水要求的水位傳感技術(shù)。紅外感應(yīng)：選擇低功耗、反應(yīng)靈敏的紅外傳感器組件。藍(lán)牙APP通信：使用HC-05藍(lán)牙模塊，搭配穩(wěn)定易用的藍(lán)牙模組和定制化的手機(jī)APP。蜂鳴器報(bào)警與定時(shí)喝水：選擇兼容性強(qiáng)、音質(zhì)良好的蜂鳴器，利用STM32內(nèi)置RTC進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)時(shí)和任務(wù)調(diào)度。這樣的方案可以確保產(chǎn)品具備良好性能的同時(shí)，滿足用戶對(duì)智能化、便捷化的需求，且在實(shí)際生產(chǎn)中具有較高的性價(jià)比。

第三章需求分析和系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)3.1需求分析需求分析是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常關(guān)鍵的一步，它涉及到對(duì)用戶需求、系統(tǒng)功能需求以及非功能需求的深入理解和詳細(xì)定義。3.1.1用戶需求分析在STM32智能保溫杯的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，用戶需求分析可精煉為以下幾點(diǎn)：精確溫控：用戶期望水杯能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并精準(zhǔn)調(diào)控水溫至預(yù)設(shè)值，以滿足不同飲品的適宜飲用溫度。便捷操作與交互：用戶需要直觀、簡(jiǎn)潔的操作方式，如通過(guò)觸控按鍵或手機(jī)APP遠(yuǎn)程設(shè)定和監(jiān)控水溫，獲取飲水提醒等信息。智能提醒功能：根據(jù)個(gè)人飲水需求和健康指南，要求水杯具備定時(shí)提醒飲水及記錄飲水量的功能。安全與材質(zhì)保障：確保產(chǎn)品采用食品級(jí)材料制造，內(nèi)置過(guò)熱保護(hù)機(jī)制，以及堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保障使用過(guò)程中的安全性。數(shù)據(jù)追蹤與增值服務(wù)：水杯能夠記錄和分析用戶的飲水?dāng)?shù)據(jù)，提供科學(xué)飲水建議，甚至與其它健康管理平臺(tái)互聯(lián)互通，形成全方位的個(gè)人健康管理解決方案。3.1.2系統(tǒng)功能需求在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于STM32的智能溫控水杯系統(tǒng)時(shí)，其主要功能需求可以包括以下幾點(diǎn)：溫度檢測(cè)與控制：采用DS18B20溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫，并通過(guò)STM32微控制器進(jìn)行PID或其他算法精確調(diào)控加熱元件，以確保水溫穩(wěn)定在用戶預(yù)設(shè)的目標(biāo)值。智能提醒功能：當(dāng)水溫達(dá)到適宜飲用的溫度或根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間間隔和飲水量目標(biāo)，水杯可通過(guò)震動(dòng)、LED燈閃爍、手機(jī)APP推送等方式提醒用戶及時(shí)飲水。安全保護(hù)機(jī)制：具備過(guò)熱保護(hù)、低溫保護(hù)以及短路保護(hù)等功能，保證使用過(guò)程中的安全性。同時(shí)，所有與水接觸的部分均需采用食品級(jí)材質(zhì)，保障水質(zhì)安全。人機(jī)交互功能：提供簡(jiǎn)潔易用的觸控按鍵或顯示屏，方便用戶直接在水杯上進(jìn)行操作與信息查看。3.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)是根據(jù)需求分析結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、功能框架和詳細(xì)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖3-1所示：圖3-1整體工作圖3.2.1系統(tǒng)整體功能框架設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)基于STM32的智能溫控水杯系統(tǒng)時(shí)，其整體功能框架可以分為以下幾個(gè)層次：數(shù)據(jù)采集模塊溫度監(jiān)測(cè)子模塊：通過(guò)DS18B2溫度傳感器實(shí)時(shí)獲取并更新水杯內(nèi)部的水溫?cái)?shù)據(jù)。水位檢測(cè)子模塊（可選）：采用電容式、超聲波或光電式水位傳感器，監(jiān)控水杯內(nèi)的水位狀態(tài)。控制執(zhí)行模塊加熱控制子模塊：基于STM32微控制器通過(guò)PID算法或其他溫控策略控制加熱元件，確保水溫維持在用戶設(shè)定的目標(biāo)范圍內(nèi)。繼電器驅(qū)動(dòng)子模塊：負(fù)責(zé)根據(jù)微控制器指令切換加熱元件的工作狀態(tài)。用戶交互模塊顯示界面子模塊：利用LCD顯示當(dāng)前水溫、目標(biāo)水溫和水位信息，以及操作提示等。物理按鍵子模塊：為用戶提供直觀便捷的操作方式以設(shè)置和調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)。無(wú)線通信模塊藍(lán)牙通信子模塊：嵌入低功耗藍(lán)牙HC-05模塊，實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)APP的連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)同步和功能擴(kuò)展。安全保護(hù)及電源管理模塊過(guò)熱保護(hù)子模塊：當(dāng)水溫超過(guò)預(yù)設(shè)安全值時(shí)，自動(dòng)切斷加熱源以防止設(shè)備損壞或燙傷用戶。人體感應(yīng)及紅外報(bào)警子模塊：通過(guò)紅外傳感器檢測(cè)用戶靠近，觸發(fā)飲水提醒功能。手機(jī)APP接口開(kāi)發(fā)配套的手機(jī)應(yīng)用程序，提供設(shè)置目標(biāo)溫度、查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、接收提醒等功能，并能夠通過(guò)藍(lán)牙/Wi-Fi將設(shè)置信息發(fā)送至水杯端。通過(guò)上述各模塊的協(xié)同工作，STM32智能溫控水杯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控溫、智能化提醒、人性化交互及遠(yuǎn)程控制等多種先進(jìn)功能。

第四章系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1.1系統(tǒng)硬件整體框架設(shè)計(jì)在智能保溫杯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，集成的溫度傳感器、水位傳感器以及紅外傳感器分別承擔(dān)不同的監(jiān)測(cè)任務(wù)：溫度傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄保溫杯內(nèi)部液體的溫度，確保飲品始終保持在用戶預(yù)設(shè)的理想溫度范圍內(nèi)，同時(shí)也為保溫杯的溫控系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)支持。水位傳感器專用于檢測(cè)杯內(nèi)剩余水量，實(shí)時(shí)反饋水位信息給微控制器，使得用戶可以通過(guò)配套的應(yīng)用程序隨時(shí)了解杯內(nèi)水量，并在必要時(shí)收到提醒補(bǔ)充水分的通知。紅外傳感器：在智能保溫杯應(yīng)用場(chǎng)景中，紅外傳感器可能用于感應(yīng)用戶的接近或操作行為，如當(dāng)檢測(cè)到用戶手部靠近時(shí)自動(dòng)喚醒顯示屏顯示當(dāng)前水溫和水位狀態(tài)，或者通過(guò)感應(yīng)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)無(wú)觸碰式開(kāi)啟或關(guān)閉保溫杯蓋等功能。以上這些傳感器均通過(guò)微控制器的I/O接口與主處理器進(jìn)行連接和通信，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理和無(wú)線傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能保溫杯內(nèi)部環(huán)境參數(shù)（溫度、水位）以及外部互動(dòng)情況的有效監(jiān)控與智能化管理。1.傳感器選擇根據(jù)智能保溫杯系統(tǒng)的需求，選擇合適的傳感器對(duì)智能保溫杯內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)和控制。常見(jiàn)的傳感器包括DS18B20溫度傳感器，水位傳感器，紅外傳感器。這些傳感器具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)的要求。2.傳感器接口設(shè)計(jì)規(guī)劃傳感器與微控制器間的接口電路布局，旨在實(shí)現(xiàn)二者間的順暢聯(lián)接。此類(lèi)接口電路多由三部分構(gòu)成：電源供應(yīng)系統(tǒng)、信號(hào)處理通道以及交互端口。電源供應(yīng)系統(tǒng)確保傳感器獲得穩(wěn)定的運(yùn)行電壓；信號(hào)處理通道負(fù)責(zé)將傳感器輸出的初始模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)譯為微控制器可解析及操作的數(shù)字形式；交互端口則保障了微控制器與傳感器間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程暢通無(wú)阻。電源電路如圖4-1所示。圖4-1電源電路圖在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)智能保溫杯的系統(tǒng)硬件時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵組成部分：1.溫度傳感器模塊選用高精度、低功耗的數(shù)字溫度傳感器，例如DS18B20或TMP102等，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并精準(zhǔn)獲取杯內(nèi)液體的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20溫度傳感器供電方式有二：一是數(shù)據(jù)線供能，此時(shí)VDD接地，依靠?jī)?nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線吸能進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，但耗時(shí)較長(zhǎng)。為保證時(shí)鐘周期內(nèi)電流充足，常使用MOSFET管與單片機(jī)I/O口共同為DS18B20總線提供上拉。二是外接電源方式，即將VDD連至+5V，測(cè)溫時(shí)間明顯縮短。使用數(shù)據(jù)線寄生供電時(shí)，供電端需接地，且總線在閑置時(shí)應(yīng)維持高電平，以利傳感器充電。然而，當(dāng)測(cè)溫超過(guò)100°C時(shí)，DS18B20漏電流增大，導(dǎo)致從I/O線獲取的電流不足以支撐通訊需求，此時(shí)只能改用外接電源?？偨Y(jié)來(lái)看，數(shù)據(jù)線寄生供電雖能省去一根連線，但測(cè)溫耗時(shí)長(zhǎng)；而外接電源供電則在速度上占優(yōu)。圖4-2為S18B20水溫采集電路圖。圖4-2水溫采集電路圖2.水位檢測(cè)模塊通過(guò)水位傳感器來(lái)測(cè)量杯內(nèi)的水位高度，確保用戶能隨時(shí)了解水量信息，避免空燒或溢出等情況發(fā)生。如圖4-3所示為水位傳感器實(shí)物圖。圖4-3水位傳感器實(shí)物圖水位監(jiān)測(cè)電路只要用于顯示水位的范圍，以在飲用前告知人們水杯當(dāng)前水位多少。本研究中，我們運(yùn)用了三種不同色彩的LCD顯示器，分別作為水位狀態(tài)的警示標(biāo)識(shí)。其中，紅色LCD代表水位偏低，提示用戶適時(shí)補(bǔ)水；黃色LCD則表示水位處于普通水平；綠色LCD則象征水量充足。如圖4-4所示。圖4-4水位監(jiān)測(cè)電路圖3.藍(lán)牙通信模塊集成藍(lán)牙HC-05，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)APP或其他終端設(shè)備之間的無(wú)線連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制操作。藍(lán)牙模塊如圖4-5所示。圖4-5藍(lán)牙模塊實(shí)物圖4.液晶顯示模塊設(shè)計(jì)OLED顯示屏：搭載一塊LCD顯示屏，顯示實(shí)時(shí)溫度、水位以及其他相關(guān)設(shè)置信息，提供直觀便捷的可視化界面。LCD顯示屏如圖4-6所示。圖4-6LCD顯示屏實(shí)物圖液晶顯示器（LCD）因具有緊湊的體積、低能耗以及超薄特性，已成為單片機(jī)控制的智能儀器、儀表及低功耗電子產(chǎn)品中的主流選擇。單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制信號(hào)，可直接采用存儲(chǔ)器訪問(wèn)或I/O設(shè)備訪問(wèn)的形式，對(duì)液晶顯示模塊進(jìn)行精準(zhǔn)控制。本次設(shè)計(jì)選用了SMC1602A液晶屏，其顯示原理基于液晶的物理特性，通過(guò)施加電壓來(lái)控制顯示區(qū)域，通電后便能呈現(xiàn)出圖形與文字。在SMC1602A液晶模塊內(nèi)部，有一個(gè)字符存儲(chǔ)器（CGROM），它預(yù)存了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，涵蓋英文字母（大小寫(xiě)）、阿拉伯?dāng)?shù)字、日文假名以及常用符號(hào)等。每個(gè)字符都對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的代碼，并且字符與字母的代碼與ASCII碼兼容。例如，大寫(xiě)英文字母“A”的代碼是01000001B（即41H）。當(dāng)需要顯示“A”時(shí)，液晶模塊會(huì)調(diào)取地址41H中存儲(chǔ)的點(diǎn)陣字符圖形，從而呈現(xiàn)出字母“A”。有關(guān)字符的具體代碼，可參照1602的16進(jìn)制ASCII碼表進(jìn)行查閱。原理圖如圖4-7所示。圖4-71602接口電路圖5.加熱模塊和按鍵設(shè)置模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要依賴?yán)^電器對(duì)周遭設(shè)備進(jìn)行操控，通過(guò)在繼電器端口接入負(fù)載電路即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制。繼電器閉合后即可啟動(dòng)水溫加熱。因此，僅需繼電器便能完成此類(lèi)控制操作。繼電器本質(zhì)上是一種電子控制器件，其功能在于構(gòu)建控制系統(tǒng)與被控系統(tǒng)的互動(dòng)關(guān)系，在自動(dòng)化控制電路中常用作以微電流驅(qū)動(dòng)大電流設(shè)備運(yùn)作的“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”，承擔(dān)自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、線路轉(zhuǎn)換等功能。當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，繼電器將觸發(fā)其關(guān)聯(lián)的輸出電路通斷。繼電器具有響應(yīng)快、運(yùn)行穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、體型小等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于電力防護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制、測(cè)量及通信等多個(gè)領(lǐng)域。如圖4-8所示為繼電器工作原理。圖4-9為繼電器接線電路圖。圖4-8繼電器工作原理圖4-9繼電器電路圖該系統(tǒng)集成了人機(jī)交互特性，使得用戶能夠隨時(shí)隨地發(fā)送各類(lèi)控制命令、輸入數(shù)據(jù)，并通過(guò)與LCD屏幕的連接實(shí)時(shí)展示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與成果。鍵盤(pán)依據(jù)其構(gòu)造特性可大致分為獨(dú)立按鍵式與矩陣按鍵式兩大類(lèi)，而每一類(lèi)又可根據(jù)其編碼方法細(xì)分為編碼式與非編碼式。鑒于本系統(tǒng)僅需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)模式切換、增減控制、燈光開(kāi)關(guān)等基礎(chǔ)功能，所需按鍵數(shù)量不多，故選擇采用獨(dú)立按鍵布局。獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)直接利用I/O端口線構(gòu)建單個(gè)按鍵電路，每個(gè)獨(dú)立按鍵各自占據(jù)一條I/O端口線，彼此間不存在相互影響。在本電路設(shè)計(jì)中，按鍵輸入部分采取低電平觸發(fā)原則，且已內(nèi)置上拉電阻以確保按鍵未被按下時(shí)I/O端口線保持恒定的高電平狀態(tài)，故無(wú)需另外增設(shè)上拉電阻。在實(shí)際操作過(guò)程中，按下按鍵會(huì)產(chǎn)生低電平信號(hào)傳送給單片機(jī)，釋放按鍵后則恢復(fù)為高電平，由此可準(zhǔn)確判斷按鍵是否被按下。只需編程實(shí)現(xiàn)按鍵掃描函數(shù)并將其嵌入系統(tǒng)程序中，即可達(dá)成所需功能。圖4-10展示了按鍵配置的具體電路圖。圖4-10按鍵設(shè)置電路圖按鍵模塊：配置一組輕觸按鍵，方便用戶直接在保溫杯上進(jìn)行基礎(chǔ)功能設(shè)定和模式切換。聲音反饋模塊：包含一個(gè)小型蜂鳴器，用以發(fā)出提示音，比如當(dāng)水溫達(dá)到預(yù)設(shè)值、電池電量低或是其他重要事件時(shí)提醒用戶。如圖4-11所示為蜂鳴器實(shí)物圖。圖4-11蜂鳴器實(shí)物圖通過(guò)上述各硬件模塊的集成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，智能保溫杯能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的精確感知與控制，同時(shí)具備良好的人機(jī)交互體驗(yàn)及遠(yuǎn)程智能化管理功能。圖4-12為硬件整體實(shí)物圖。圖4-12硬件整體實(shí)物圖4.1.2通信模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)通信模塊是智能保溫杯系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)，并接收來(lái)自云平臺(tái)的控制指令。本系統(tǒng)選用了HC-05藍(lán)牙模塊作為通信模塊的實(shí)施方案。ATK-HC05藍(lán)牙串口模塊兼具主從角色，具備高效性能，能夠輕松與諸如PDA、手機(jī)、電腦等具備藍(lán)牙功能的設(shè)備配對(duì)連接。該模塊支持的波特率范圍寬泛，介于4800至1382400之間，且與3.3V或5V的單片機(jī)系統(tǒng)完全兼容，展現(xiàn)出極高的便捷性和靈活性。HC-05藍(lán)牙模塊與開(kāi)發(fā)板的接線關(guān)系如圖4-13所示。圖4-13藍(lán)牙模塊電路圖4.2系統(tǒng)軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.2.1各個(gè)模塊工作流程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在基于STM32的智能溫控水杯系統(tǒng)中，其工作流程可以描述如下：系統(tǒng)初始化階段：STM32微控制器上電后進(jìn)行硬件初始化，同時(shí)，初始化溫度傳感器和無(wú)線通信模塊，確保能正常采集數(shù)據(jù)和建立連接。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)階段：溫度傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)水杯內(nèi)部水溫，并將數(shù)據(jù)傳輸給STM32微控制器。若存在水位檢測(cè)功能，則同時(shí)監(jiān)測(cè)水位變化并更新至微控制器。數(shù)據(jù)處理與控制階段：微控制器接收到溫度數(shù)據(jù)后，通過(guò)內(nèi)置PID算法或其他溫控策略計(jì)算出加熱或冷卻所需的功率輸出。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制繼電器，實(shí)現(xiàn)水溫的精準(zhǔn)控制。同時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)飲水提醒規(guī)則和水溫情況，判斷是否觸發(fā)蜂鳴器。無(wú)線通信與交互階段：用戶通過(guò)手機(jī)APP發(fā)送指令，如設(shè)定目標(biāo)水溫、查詢當(dāng)前水溫和水位、設(shè)置飲水提醒等信息。STM32接收到來(lái)自手機(jī)APP的指令后，解析并執(zhí)行相應(yīng)的操作，同時(shí)將最新的水杯狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋到APP上。安全保護(hù)階段：當(dāng)檢測(cè)到水溫超過(guò)安全閾值時(shí)，立即停止加熱，并通過(guò)蜂鳴器和LED發(fā)出警告。如果水位過(guò)低，也可以觸發(fā)提醒，避免設(shè)備空燒。系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖4-14所示圖4-14系統(tǒng)工作流程圖DS18B20溫度傳感器工作流程圖如圖4-15所示圖4-15溫度傳感器工作流程圖啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電源后，溫度傳感器DS18B20開(kāi)始運(yùn)作。首先執(zhí)行初始化函數(shù)WENDU(inttemperature)，程序遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的時(shí)序圖編寫(xiě)相關(guān)子函數(shù)模塊：1.DS18B20復(fù)位函數(shù)：resetDS18B20(void)2.寫(xiě)一位的函數(shù)：WriteBit(unsignedcharwb)3.讀一位的函數(shù)：unsignedcharReadBit(void)4.讀一個(gè)字節(jié)的函數(shù)：unsignedcharreadByteDS18B20(void)，該函數(shù)循環(huán)調(diào)用讀一位函數(shù)8次。5.寫(xiě)一個(gè)字節(jié)的函數(shù)：voidwriteByteDS18B20(unsignedcharData)，通過(guò)循環(huán)調(diào)用寫(xiě)一位函數(shù)8次實(shí)現(xiàn)字節(jié)寫(xiě)入。水位監(jiān)測(cè)流程圖如圖4-16所示圖4-16水位監(jiān)測(cè)工作流程圖水位模塊數(shù)據(jù)采集經(jīng)由單片機(jī)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)采集到當(dāng)前水位數(shù)據(jù)后，將模擬信號(hào)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理。初始化階段，由于32路AD具備兩個(gè)通道，須做出選擇，本次設(shè)計(jì)選定通道0讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以一字節(jié)（8位）形式讀取，逐位解析，將讀取信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)而換算成對(duì)應(yīng)電壓值。首先初始化單片機(jī)AD引腳，啟動(dòng)AD數(shù)據(jù)讀取ad_value_temp=Read_AD(0)；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，從最高位開(kāi)始依次輸出（D7~D0）for(i=0;i<8;i++){dat<<=1；//左移運(yùn)算符，例如c<<=2就是c=c<<2把c左移2位得度到的值給c。dat=dat<<1,把dat左移1位得度到的值給dat；dat|=ADDO;//C語(yǔ)言中的|=意思為：按位或后賦值.C語(yǔ)言中的^=意思為：按位異或后賦值.C語(yǔ)言中的&=意思為：按位與后賦值，ndat=0；//記錄D0下面開(kāi)始繼續(xù)讀取反序的數(shù)據(jù)（從D1到D7）ADCLK=1；//拉高時(shí)鐘端_nop_();_nop_()；ADCLK=0；//拉低時(shí)鐘端形成一次時(shí)鐘脈沖if(ADDO==1ndat|=0x80;}ADCS=1;//拉高CS端，結(jié)束轉(zhuǎn)換ADCLK=0；//拉低CLK端ADDI=1；//拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)。LCD1602工作流程圖如圖4-17所示圖4-17LCD1602工作流程圖LCD1602液晶屏通電后，首先進(jìn)行初始化，隨后與單片機(jī)展開(kāi)雙向通信，初始化顯示內(nèi)容為空字符串“”，并定義液晶延遲函數(shù)LCDdelay(uintz)、寫(xiě)入命令函數(shù)write_com(ucharcom)、寫(xiě)入數(shù)據(jù)函數(shù)write_data(uchardate)。初始化子程序Init1602()執(zhí)行如下：調(diào)用write_com(0x38)讀取字節(jié)，通過(guò)for循環(huán)將Init1數(shù)組中前14個(gè)元素依次寫(xiě)入。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制顯示屏亮度與顯示內(nèi)容，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后，將測(cè)得的溫度與水位值呈現(xiàn)在液晶屏上。在設(shè)定溫度與水位報(bào)警閾值時(shí)，根據(jù)按鍵操作實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)值。單片機(jī)通過(guò)操控寫(xiě)入引腳，向顯示屏發(fā)送顯示內(nèi)容指令，顯示屏接收到指令后，將內(nèi)容顯示出來(lái)。按鍵子程序設(shè)計(jì)工作流程圖如圖4-18所示：圖4-18按鍵子程序設(shè)計(jì)工作流程圖按鍵電路擁有四個(gè)引腳，其中兩兩成對(duì)。連接電路時(shí)僅需接駁兩個(gè)引腳即可，連接方式如圖4-18所示。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)IO口引腳會(huì)感應(yīng)到低電平。IO口電平狀態(tài)的變動(dòng)將觸發(fā)相應(yīng)的功能操作。通過(guò)判斷按鍵狀態(tài)，如if(K1==0)，進(jìn)入去抖動(dòng)處理while(K1==0)去抖，然后進(jìn)行模式切換mode++。若mode==3，則執(zhí)行數(shù)字減法操作mode=0，切換模式；否則，若K2==0，先執(zhí)行delay_key()延時(shí)，隨后檢測(cè)while(K2==0)是否持續(xù)按下，若處于加模式mode==1，則遞增Max++，當(dāng)Max>3時(shí)重置Max=1。四個(gè)按鍵分別對(duì)應(yīng)加、減、確定及手動(dòng)放水功能，且在不同頁(yè)面承載不同職責(zé)。通過(guò)編寫(xiě)四個(gè)函數(shù)分別執(zhí)行各項(xiàng)操作，注意添加延時(shí)以避免誤判。按鍵亦可用于設(shè)定各類(lèi)報(bào)警參數(shù)范圍。蜂鳴器子程序工作流程圖如圖4-19所示：圖4-19蜂鳴器工作流程圖主函數(shù)執(zhí)行后，一直檢測(cè)當(dāng)前參數(shù)是否在設(shè)置范圍內(nèi)如果不在范圍內(nèi)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提醒，報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警電路，蜂鳴器與家用電氣上的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比較大，電路上的TTL點(diǎn)評(píng)基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以，即此一個(gè)管腳很難驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音,所以增加了一個(gè)三極管來(lái)增加通過(guò)蜂鳴器的電流。蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到三極管上，為了防止三極管直接被導(dǎo)通我們加一個(gè)1K的限流電阻，通過(guò)單片機(jī)iO口來(lái)輸出高點(diǎn)電平，當(dāng)管腳為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng)管腳為低電平時(shí)，三極管截至，蜂鳴器不發(fā)出聲音。4.2.2上位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件平臺(tái)在智能保溫杯解決方案中同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它負(fù)責(zé)接收并處理由物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)傳輸?shù)谋乇\(yùn)行數(shù)據(jù)，并以直觀形式呈現(xiàn)給用戶。通過(guò)編寫(xiě)針對(duì)智能保溫杯的上位機(jī)軟件程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)云端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、解析和可視化展示等功能。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，開(kāi)發(fā)人員還需編寫(xiě)相應(yīng)的控制代碼，使用戶能通過(guò)上位機(jī)軟件便捷地調(diào)整和控制保溫杯的各項(xiàng)設(shè)置。在智能保溫杯上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首要任務(wù)是確定與保溫杯系統(tǒng)的通信方式?？蛇x用有線通信接口（如USB或藍(lán)牙低功耗）或者無(wú)線通信技術(shù)（如Wi-Fi、藍(lán)牙等），根據(jù)實(shí)際需求選擇最適合的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與集成。其次，重點(diǎn)在于構(gòu)建符合用戶使用習(xí)慣且操作簡(jiǎn)便的圖形用戶界面（GUI）。基于用戶的期望和應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)師需精心設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)潔清晰、易于理解的操作界面，該界面應(yīng)包含各類(lèi)圖表、儀表盤(pán)等元素來(lái)實(shí)時(shí)顯示保溫杯內(nèi)的溫度、水位以及電池電量等信息。同時(shí)，要提供諸如滑塊調(diào)節(jié)、按鈕切換等形式的操作控件，使得用戶能夠方便地設(shè)定理想水溫范圍、查看歷史飲水記錄以及激活自定義保溫模式等各項(xiàng)功能。如圖4-20為藍(lán)牙AAP主界面。圖4-20手機(jī)app主界面手機(jī)端操作時(shí)，點(diǎn)擊“搜索周?chē)O(shè)備”，系統(tǒng)即刻搜索藍(lán)牙設(shè)備，定位名為“HC-05”的默認(rèn)設(shè)備。通過(guò)雙擊或右鍵選“添加藍(lán)牙設(shè)備”，此時(shí)輸入默認(rèn)配對(duì)密碼“1234”。確認(rèn)后點(diǎn)“下一步”，若密碼校驗(yàn)正確，單片機(jī)與手機(jī)藍(lán)牙連接即告建立。隨后在手機(jī)端設(shè)定波特率為9600。下圖4-21HC-05藍(lán)牙通信模塊配對(duì)流程圖：圖4-21藍(lán)牙配對(duì)流程圖本次設(shè)計(jì)中，采用HC-05藍(lán)牙模塊作為單片機(jī)與手機(jī)之間的通信媒介。首先，為藍(lán)牙透?jìng)髂K接通電源，此時(shí)LED燈將閃爍。單片機(jī)端的藍(lán)牙模塊同步啟動(dòng)運(yùn)行，其數(shù)據(jù)傳輸主要通過(guò)串口進(jìn)行。操作步驟如下：1.初始化藍(lán)牙串口：調(diào)用函數(shù)voiduart_init(unsignedintbaud);2.設(shè)置波特率為9600：baud=9600;3.開(kāi)啟全局中斷：EA=1;4.啟動(dòng)串口發(fā)送指定字符串：調(diào)用函數(shù)voiduart_send(unsignedchar*bufs,unsignedcharlen)，其中bufs指向待發(fā)送的字符串，len表示字符串長(zhǎng)度；等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢：循環(huán)執(zhí)行while(len--)直至發(fā)送結(jié)束。圖4-22展示了藍(lán)牙工作流程圖。圖4-22藍(lán)牙工作流程圖

第五章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)測(cè)試5.1.1測(cè)試目的系統(tǒng)測(cè)試對(duì)于智能保溫杯項(xiàng)目來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，其目的在于驗(yàn)證和確認(rèn)該保溫杯的各項(xiàng)智能化功能是否能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地執(zhí)行，并檢查產(chǎn)品在實(shí)際使用中是否存在任何潛在的故障或設(shè)計(jì)缺陷。此外，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，我們還將評(píng)估智能保溫杯的整體性能表現(xiàn)，包括溫度控制精度、水位監(jiān)測(cè)靈敏度、無(wú)線通信穩(wěn)定性以及用戶界面友好性等方面，以確保其全面滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和用戶需求。5.1.2測(cè)試環(huán)境測(cè)試環(huán)境包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。硬件環(huán)境包括傳感器模塊、HC-05藍(lán)牙模塊、微控制器等硬件設(shè)備；軟件環(huán)境包括片上軟件系統(tǒng)和上位機(jī)軟件平臺(tái)。5.1.3測(cè)試方法與步驟（1）針對(duì)智能保溫杯中的各個(gè)傳感器模塊進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試，確保其能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地監(jiān)測(cè)并采集內(nèi)部溫度、水位等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)；（2）對(duì)無(wú)線通信模塊藍(lán)牙模塊進(jìn)行全面測(cè)試，驗(yàn)證其是否能夠穩(wěn)定且有效地與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)或其他移動(dòng)終端建立連接，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸；（3）對(duì)配套的上位機(jī)軟件平臺(tái)進(jìn)行細(xì)致測(cè)試，確認(rèn)其能否正確接收云端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并在用戶界面上清晰、及時(shí)地展示保溫杯的各項(xiàng)狀態(tài)信息和歷史記錄；（4）針對(duì)遠(yuǎn)程控制功能開(kāi)展專項(xiàng)測(cè)試，驗(yàn)證用戶通過(guò)上位機(jī)軟件或移動(dòng)應(yīng)用程序是否能成功遠(yuǎn)程操控保溫杯的各項(xiàng)設(shè)置，例如調(diào)整目標(biāo)溫度、查看實(shí)時(shí)水位以及獲取飲水提醒等功能。（5）最后，對(duì)整個(gè)智能保溫杯系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成測(cè)試，以檢驗(yàn)各組成部分間協(xié)同工作的有效性及穩(wěn)定性，確保在各種實(shí)際使用場(chǎng)景下，智能保溫杯都能按照預(yù)期設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行。5.2實(shí)際測(cè)試結(jié)果與分析5.2.1智能保溫杯功能完整度測(cè)試根據(jù)相應(yīng)功能制作了如表5-1的詳細(xì)功能測(cè)試方案表5-1系統(tǒng)功能測(cè)試表編號(hào)測(cè)試步驟預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果通過(guò)與否1檢測(cè)水位傳感器工作顯示屏顯示水位正常水位傳感器工作正常通過(guò)2檢測(cè)溫度傳感器工作顯示屏顯示水溫正常溫度傳感器工作正常通過(guò)3測(cè)試定時(shí)喝水提醒功能在設(shè)定時(shí)間點(diǎn)顯示屏提示喝水，提醒功能正常在設(shè)定時(shí)間點(diǎn)顯示屏提示喝水，提醒功能正常通過(guò)4測(cè)試溫度低于閾值時(shí)加熱功能顯示屏顯示加熱功能啟動(dòng)水溫開(kāi)始上升通過(guò)5紅外檢測(cè)是否拿起水杯喝水顯示屏顯示檢測(cè)到水杯被拿起，紅外檢測(cè)功能正常顯示屏顯示檢測(cè)到水杯被拿起，紅外檢測(cè)功能正常通過(guò)6測(cè)試水位低于閾值時(shí)的提醒功能在設(shè)定的水位低于閾值時(shí)顯示屏提示“請(qǐng)及時(shí)加水”，提醒功能正常在設(shè)定的水位低于閾值時(shí)顯示屏提示“請(qǐng)及時(shí)加水”，提醒功能正常通過(guò)7測(cè)試水溫超過(guò)閾值時(shí)的提醒功能設(shè)定的水溫超過(guò)閾值時(shí)顯示屏提示“水溫過(guò)高，請(qǐng)小心燙傷”，提醒功能正常設(shè)定的水溫超過(guò)閾值時(shí)顯示屏提示“水溫過(guò)高，請(qǐng)小心燙傷”，提醒功能正常通過(guò)8測(cè)試自動(dòng)保溫功能將水杯中的水溫保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)將水杯中的水溫保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)通過(guò)9測(cè)試自動(dòng)斷電功能當(dāng)水杯水位過(guò)低或溫度超過(guò)安全范圍時(shí)，自動(dòng)斷電保護(hù)當(dāng)水杯水位過(guò)低或溫度超過(guò)安全范圍時(shí)，自動(dòng)斷電保護(hù)通過(guò)在進(jìn)行智能保溫杯功能完整度測(cè)試時(shí)，我們需要確保以下主要功能得到充分驗(yàn)證：（1）水溫控制與保溫功能溫度設(shè)定與保持：測(cè)試不同目標(biāo)溫度下的恒溫效果，包括低溫（如40℃）、適中溫度（如55℃）和較高溫度（如80℃）。如圖5-2、5-3為水位與水溫變化對(duì)比實(shí)物圖：圖5-2水位水溫初始圖圖5-3水位水溫變化圖左圖顯示的水溫為23°，右圖顯示的為37°，表明水溫控制功能正常。液晶顯示能夠清晰的呈現(xiàn)水位，水溫等數(shù)據(jù)，表明顯示功能正常。自動(dòng)加熱：當(dāng)水溫低于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，保溫杯應(yīng)能自動(dòng)啟動(dòng)加熱功能。如圖5-45-5所示圖5-4繼電器加熱圖圖5-5加熱完成圖如上圖所示，系統(tǒng)自動(dòng)加熱功能完好，表明繼電器能正常工作，系統(tǒng)保溫功能正常。當(dāng)達(dá)到所需溫度時(shí)，繼電器工作燈不再亮起，表明自動(dòng)斷電功能正常，當(dāng)水溫低于31°時(shí)，繼電器開(kāi)始工作，加熱到37°，繼電器閉合停止工作。（2）水量檢測(cè)與提醒：水位監(jiān)測(cè)：測(cè)試不同水位下（例如空杯、半杯、滿杯）的準(zhǔn)確識(shí)別，以及是否能夠?qū)崟r(shí)更新顯示。（3）定時(shí)喝水提醒功能：自定義提醒時(shí)間：設(shè)置不同時(shí)間段的提醒，檢查保溫杯是否準(zhǔn)時(shí)觸發(fā)提醒，包括單次提醒和周期性提醒。提醒方式：測(cè)試聲音、震動(dòng)、APP推送等多種提醒方式的功能有效性。如圖5-65-7為喝水提醒實(shí)物測(cè)試圖圖5-6喝水提醒測(cè)試圖圖5-7喝水提醒報(bào)警圖當(dāng)預(yù)設(shè)喝水時(shí)間達(dá)到時(shí)，水機(jī)會(huì)有語(yǔ)音播報(bào)，并且蜂鳴器會(huì)報(bào)警，當(dāng)用手拿起水杯時(shí)，紅外感應(yīng)檢測(cè)到手觸碰水杯，蜂鳴器停止報(bào)警，語(yǔ)音播報(bào)也同時(shí)停止，測(cè)試表明喝水提醒功能正常。（4）APP連接與遠(yuǎn)程控制：藍(lán)牙連接：檢查保溫杯與手機(jī)APP之間的連接穩(wěn)定性及配對(duì)過(guò)程的易用性。遠(yuǎn)程調(diào)控：通過(guò)APP遠(yuǎn)程設(shè)定目標(biāo)溫度、查看當(dāng)前水溫和修改喝水提醒等操作。如圖5-8為app顯示界面圖，圖5-9系統(tǒng)與APP一體圖。圖5-8APP界面圖圖5-9系統(tǒng)與APP一體圖上圖清楚的顯示app的數(shù)據(jù)與單片機(jī)的一致，表明藍(lán)牙功能測(cè)試通過(guò)。

第六章總結(jié)和展望隨著科技的飛速發(fā)展和人們對(duì)生活品質(zhì)的不斷追求，智能家居產(chǎn)品逐漸成為了我們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分。智能溫控水杯，作為這一趨勢(shì)下的杰出代表，憑借其便捷性、舒適性和智能化特點(diǎn)，正逐漸改變著我們的飲水習(xí)慣。智能保溫杯采用了先進(jìn)的溫度控制算法和傳感器技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水溫，并通過(guò)智能控制系統(tǒng)保持水溫在用戶設(shè)定的范圍內(nèi)。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅解決了傳統(tǒng)