基于STM32的便携式水杯的设计

作者：欧晓晴杨民生彭伟李茂林

来源：《科学与财富》2018年第23期

摘要：设计并制作了一款基于STM32主控、DS18B20温度检测以及加热制冷模块的便携式水杯，可以由手机蓝牙实现无线远程水杯温度测控。该系统以STM32为核心，有加热和制冷两种模式可选。当系统通电，DS18B20开始检测此时杯中液体的温度，并将此时的温度显示在OLED屏上。无需选择模式，用户可随时发送需要的温度到水杯，此时主控制器会自动将输入温度与当前温度相比较，并通过换向电路对加热制冷模块进行控制，将水杯加热或制冷到所需的温度。实验结果表明，该系统能实现较快、较精确的加热与制冷，并能将杯中液体保温在设定温度±1.5℃的范围之内。

关键词：STM32；蓝牙控制；加热制冷；节能便携

0 引言

随着现代社会经济的高速发展，人们对生活质量的要求也越来越高，越来越多的人开始追求高科技、便利、健康的生活方式。节能和智能化成为了产品推向市场的一个不可或缺的关键词。智能化产品逐渐渗透进人们的生活，而如今的智能水杯也不仅仅只局限于简单的加热保温功能。经过一定的市场调查，我们发现大部分的智能水杯只有加热、保温、提醒的功能，在与手机通信、节能便携这方面还没有很明显的体现。也就是说现在的智能水杯还不具备普及大众，节能便携的特性。针对这样一个现状，本设计提出并实现了由手机蓝牙控制的便携式水杯。设计中利用简单便携的充电宝为水杯供电，同时也实现了手机蓝牙控制水杯温度的工作。相比传统的水杯，本设计智能化程度更高，更能广泛适应当下快节奏的社会生活。

1系统方案

该系统采用STM32作为主控制器。连接电源，DS18B20开始工作，主控制器将接收到的温度值在OLED屏上显示，默认此时需要的温度值为0.0°。用户通过手机APP向蓝牙模块发送数据，控制器收到数据，在OLED屏上显示出来，同时将设置温度与当前温度进行比较，输出相应电平控制换向电路启动加热或是制冷。当温度达到设定的值时（误差）系统将自动断电，同时点亮指示灯，提示用户加热或制冷完成。

2 系统硬件设计

2.1 总电路图

2.2 换向电路

该部分通过两个继电器模块控制。通过主控制两个I/O高低电平的输入控制两个继电器模块的工作。通过对继电器的控制达到对半导体加热制冷片两端电压的控制。该系统选用的半导体加热制冷额定电压为12V，额定工作时的电流为0.89A。体积小，功耗小，控制方便。其外部包裹一层陶瓷片，加热快，导热性能好。

2.3 电源模块

智能水杯采用便携式的USB标准接口供电，能量来源可采用广泛使用的充电宝、汽车车载电源等各种移动便携式电源。

首先，电源端子经过一个BOOST升压电路将电压升到12V完成对半导体加热制冷片的供电，另一端经过一个LD1117芯片将5V的电压降到3.3V完成对STM32的供电。

2.4 显示模块

采用0.96寸的OLED屏进行显示，达到体积小，功耗低的目的。本系统中采用3.3V供电，使用I2C通讯的方式来进行显示。该屏使用寿命长，并且仅需占用SCA与SDL的两个引脚就可对其进行控制，结构简单，功能可靠。

2.5蓝牙通讯模块

该部分采用HC-05蓝牙模块。该模块为主从机一体式，操控距离为≤10M。支持八位数据位、一位停止位、无奇偶校验的通信格式。波特率可以调节，此系统中采用9600的波特率。微处理器的RXD脚接蓝牙模块的TXD脚，TXD脚接蓝牙模块的RXD脚。

2.6 DS18B20温度测量模块

DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在使用中不需要任何外围元件，其测温范围可达到-55℃～+125℃，固有分辨率为0.5℃。

3软件设计

3.1主程序框图

系统得电，此时各个模块初始化完成。微处理器接收到DS18B20发送的数据，在OLED屏上显示。当微处理器接收到蓝牙模块的数据时，将当前温度与设置温度进行相应的加热或制冷处理、并通过OLED屏显示，并将温度始终维持在设置温度±1.5℃的范围内。

3.2蓝牙通讯子流程

蓝牙模块部分采用串口通信的方式对数据进行传输。手机将数据传送到蓝牙模块，蓝牙模块通过串口将数据传送给微处理的SBUF。当收到数据，微处理器开始进行数据的处理显示，与此同时清空其标志位以等待下一次数据的到来。

3.3 温度检测子流程

首先将DS18B20初始化，总线主机发出一个复位脉冲，接着从属器件送出存在脉冲，然后发送ROM功能指令，紧接着进行读写存储器的命令，最后进行数据的处理。DS18B20的高速暂存存储器由9个字节组成。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以两个字节的补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。微处理器通过单线接口读到该数据。

处理时将测到的数值乘以0.625，再将次数据分成小数部分和整数部分分别显示。

3.4 加热制冷控制子流程

通过单片机引脚给不同的高低电平控制继电器的开断，达到控制半导体加热制冷片工作方式的目的。首先，系统将此时的温度与设置温度相比较。在加热和制冷都无输出时，半导体加热制冷片两端都加有12V电压，加热制冷片不工作。当设定温度传送至控制器后，进入判断模式，如果设定温度超过当前温度n的值，PNP管Q1饱和导通，K1的常闭触点1、2断开，常开触点1、3闭合，继电器K1加电吸合，此时为加热模式。当小于n时，K2的常闭触点1、2断开，常开触点1、3闭合，继电器K2吸合，K1处于静态，此时为制冷模式。

4实验制作与测试

4.1实验制作

1 材料准备

准备的材料有：铝杯一个；散热铝片一个；散热风扇一个；泡沫胶；导热胶；螺丝若干；

2组装

首先将风扇与散热铝片用螺丝固定，再将半导体加热制冷片两面贴上一层薄薄的导热胶，然后将一面贴在散热铝片上另一面贴在铝杯底部，四周用泡沫胶贴好，最后将其他的装置固定在杯子周围即可。

本文发布于:2024-09-20 13:52:53，感谢您对本站的认可！

本文链接：https://www.17tex.com/xueshu/794039.html

上一篇：智能水杯使用操作方法

下一篇：机械式防倒智能水杯的制作方法