一种基于移动终端的智能水杯垫设计及应用
陈理++徐晋++冯子芥++艾敬涛
摘 要： 设计一种基于移动终端的智能水杯垫，以IAP15F2K61S2单片机作为核心处理器，采用称重传感器进行喝水量的监测，并进行统计；运用温湿度传感器模块室内环境；处理器通过通信模块与移动终端无线连接，并同步显示采集信息，实现智能提醒功能。该设计结构简单、成本低廉、通用性好，任意水杯都可以在智能水杯垫上使用。
关键词： 智能杯垫； 移动终端； 称重传感器； 信息显示
中图分类号： TN915.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）18?0083?02
Design and application of a smart cup pad based on mobile terminal
CHEN Li， XU Jin， FENG Zijie， AI Jingtao
（Jinjiang College， Sichuan University， Meishan 620860， China）
Abstract： A kind of smart cup pad based on mobile terminal was designed. The MCU IAP15F2K61S2 is adopted as the core processor. A weighing sensor is used to monitor the water drunk quantity and make statistics. A temperature?humidity sensor module and carbon monoxide detection module are adopted to detect the indoor environment. The wireless connection of the processor with the mobile terminal is realized through the information module. The connected information is displayed simultaneously to achieve smart reminding function. This design has the advantages of simple structure， low cost and good universality. Moreover， arbitrary cups can be put on the smart cup pad.
Keywords： smart cup pad； mobile terminal； weighting sensor； information display
随着科技的进步，家居产品也朝着智能化方向发展，出现了各种各样的智能家居产品，这些产品与人们的日常生活密切相关。水对人来说必不可少，人们每天都需要喝一定量的水。如何更健康的喝水越来越受到人们的关注，而喝水温度以及种类的选择会使人们的身体状况得到改善。因此，本文设计出了智能水杯垫，让人们在最合适的时候喝水，用健康科学的方法喝水。
目前市面上的智能饮水设备主要是智能水杯，但是智能水杯存在成本高、受杯体材质影响大等不足。本设计的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于移动终端的智能水杯垫，结构简单、成本低廉。
1 系统总体设计方案和原理
1.1 系统总体设计方案
本智能水杯垫以单片机为控制核心，采用称重传感器测得水和水杯的重量，通过重量差间接地测量出饮水量，并进行统计。运用温湿度传感器模块室内环境，并对使用者提供合理的喝水提醒和建议。这些信息都通过WiFi模块传给智能终端（手机、平板等），在终端的APP上显示，该杯垫同时还具有一定保温功能，系统总体框图如图1所示。
1.2 水量测量与计算原理
本设计的一个关键点是要精确测得水杯中的水量，实时地了解使用者的喝水量。既要得到精确的容量，又要能适应不同的器皿。因此本设计利用称重传感器，间接测量容积，测得水的质量后，经过计算得到需计量的水量。
假设测得水杯的质量为M，在装有水后的质量为M0（单位：g），在第一次喝水后的质量为M1（单位：g），第二次喝水后的质量为M2（单位：g），第n次喝水后的质量为Mn（单位：g）。由于水的密度是1 g/mL，所以第1次饮水量为M0-M1；第二次为M1-M2；…；第n次饮水量Mn-1-Mn；所以总的饮水量为M0-Mn。
2 系统硬件设计
本设计的硬件部分由单片机单元、称重传感器模块、温湿度传感器模块、高精度A/D转换器、WiFi模块、加热模块组成。
2.1 单片机单元
本设计以IAP15F2K61S2单片机作为核心处理器。它的主要任务是接收来自称重传感器模块、温湿度传感器模块、高精度A/D转换的数据并进行处理。同时通过通信模块将数据发送给移动终端以及接收来自移动终端的数据。
2.2 称重和A/D转换模块
本设计采用的是电阻应变式压力传感器来检测金属的微小形变，当有重物挤压时，金属会发生微小的形变，再经过电桥平衡原理输出形变后的电压。但是这样的电压变化是非常微小的，通常都是mV级别的，因此要经过128倍的增益放大，再来经过A/D转换，并且所需的精度要很高，才能减小误差。因此在本设计中采用24位高精度A/D转换芯片HX711。电路图如图2所示。
2.3 温湿度检测电路
温湿度检测是为了得到周围环境的温湿度情况，并以此来作为饮水量和水温调节的依据。本系统选用DHT11数字型温湿度传感器，该传感器可直接以数字方式传输所采集的当前环境温湿度，DHT11采用的是单总线通信，因此只需将单片机的一个I/O端口与DHT11的通信接口连接就可以实现数据的采集和传送，相对于其他电路来说比较简单。
3 系统软件设计
软件设计主要包括两部分：单片机的主程序，首先对整个程序进行初始化，然后去掉杯子的重量，接着读取水温、称杯中水的重量以及读取周边环境的温湿度值，最终将采集到的数据通过WiFi模块发送给APP客户端，用户也可以通过按击按键去皮重和清零饮水量。单片机程序流程图如图3所示；手机客户端的程序编写，主要功能是实时地显示当前饮水量、总饮水量、平均饮水量等数据，界面如图4所示。
4 结 语
本文提出了一种基于移动终端的智能水杯垫设计，其优点在于兼顾了实用性和创新性。本设计结构简单、成本低廉、通用性好，任意水杯都可以在智能水杯垫上使用，具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 罗少轩，乔爱民.基于飞思卡尔微处理器的数字传感器设计[J].工业控制计算機，2009，22（4）：89?90.
[2] 赵嘉庆，季福坤.基于STC12C5620AD单片机温湿度控制系统设计[J].国外电子测量技术，2014，33（12）：31?34.
[3] 陈龙，张志达.基于AVR多功能报警系统的温湿度模块的设计[J].自动化技术与应用，2011，30（9）：72?75.
[4] 王小娟.基于HX711数显称重仪的设计[J].武汉船舶职业技术学院学报，2015（1）：36?38.
[5] 靳岩，姚尚朗.Android开发入门与实战[M].2版.北京：人民邮电出版社，2013：6.
[6] 马卫.基于Android移动平台的研究[J].计算机仿真，2016，33（1）：218?222.
摘 要： 设计一种基于移动终端的智能水杯垫，以IAP15F2K61S2单片机作为核心处理器，采用称重传感器进行喝水量的监测，并进行统计；运用温湿度传感器模块室内环境；处理器通过通信模块与移动终端无线连接，并同步显示采集信息，实现智能提醒功能。该设计结构简单、成本低廉、通用性好，任意水杯都可以在智能水杯垫上使用。
关键词： 智能杯垫； 移动终端； 称重传感器； 信息显示
中图分类号： TN915.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）18?0083?02
Design and application of a smart cup pad based on mobile terminal
CHEN Li， XU Jin， FENG Zijie， AI Jingtao
（Jinjiang College， Sichuan University， Meishan 620860， China）
Abstract： A kind of smart cup pad based on mobile terminal was designed. The MCU IAP15F2K61S2 is adopted as the core processor. A weighing sensor is used to monitor the water drunk quantity and make statistics. A temperature?humidity sensor module and carbon monoxide detection module are adopted to detect the indoor environment. The wireless connection of the processor with the mobile terminal is realized through the information module. The connected information is displayed simultaneously to achieve smart reminding function. This design has the advantages of simple structure， low cost and good universality. Moreover， arbitrary cups can be put on the smart cup pad.
Keywords： smart cup pad； mobile terminal； weighting sensor； information display
随着科技的进步，家居产品也朝着智能化方向发展，出现了各种各样的智能家居产品，这些产品与人们的日常生活密切相关。水对人来说必不可少，人们每天都需要喝一定量的水。如何更健康的喝水越来越受到人们的关注，而喝水温度以及种类的选择会使人们的身体状况得到改善。因此，本文设计出了智能水杯垫，让人们在最合适的时候喝水，用健康科学的方法喝水。
目前市面上的智能饮水设备主要是智能水杯，但是智能水杯存在成本高、受杯体材质影响大等不足。本设计的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于移动终端的智能水杯垫，结构简单、成本低廉。
1 系统总体设计方案和原理
1.1 系统总体设计方案
本智能水杯垫以单片机为控制核心，采用称重传感器测得水和水杯的重量，通过重量差间接地测量出饮水量，并进行统计。运用温湿度传感器模块室内环境，并对使用者提供合理的喝水提醒和建议。这些信息都通过WiFi模块传给智能终端（手机、平板等），在终端的APP上显示，该杯垫同时还具有一定保温功能，系统总体框图如图1所示。
1.2 水量测量与计算原理
本设计的一个关键点是要精确测得水杯中的水量，实时地了解使用者的喝水量。既要得到精确的容量，又要能适应不同的器皿。因此本设计利用称重传感器，间接测量容积，测得水的质量后，经过计算得到需计量的水量。
假设测得水杯的质量为M，在装有水后的质量为M0（单位：g），在第一次喝水后的质量为M1（单位：g），第二次喝水后的质量为M2（单位：g），第n次喝水后的质量为Mn（单位：g）。由于水的密度是1 g/mL，所以第1次饮水量为M0-M1；第二次为M1-M2；…；第n次饮水量Mn-1-Mn；所以总的饮水量为M0-Mn。
2 系统硬件设计
本设计的硬件部分由单片机单元、称重传感器模块、温湿度传感器模块、高精度A/D转换器、WiFi模块、加热模块组成。
2.1 单片机单元
本设计以IAP15F2K61S2单片机作为核心处理器。它的主要任务是接收来自称重传感器模块、温湿度传感器模块、高精度A/D转换的数据并进行处理。同时通过通信模块将数据发送给移动终端以及接收来自移动终端的数据。
2.2 称重和A/D转换模块
本设计采用的是电阻应变式压力传感器来检测金属的微小形变，当有重物挤压时，金属会发生微小的形变，再经过电桥平衡原理输出形变后的电压。但是这样的电压变化是非常微小的，通常都是mV级别的，因此要经过128倍的增益放大，再来经过A/D转换，并且所需的精度要很高，才能减小误差。因此在本设计中采用24位高精度A/D转换芯片HX711。电路图如图2所示。
2.3 温湿度检测电路
温湿度检测是为了得到周围环境的温湿度情况，并以此来作为饮水量和水温调节的依据。本系统选用DHT11数字型温湿度传感器，该传感器可直接以数字方式传输所采集的当前环境温湿度，DHT11采用的是单总线通信，因此只需将单片机的一个I/O端口与DHT11的通信接口连接就可以实现数据的采集和传送，相对于其他电路来说比较简单。
3 系统软件设计
软件设计主要包括两部分：单片机的主程序，首先对整个程序进行初始化，然后去掉杯子的重量，接着读取水温、称杯中水的重量以及读取周边环境的温湿度值，最终将采集到的数据通过WiFi模块发送给APP客户端，用户也可以通过按击按键去皮重和清零饮水量。单片机程序流程图如图3所示；手机客户端的程序编写，主要功能是实时地显示当前饮水量、总饮水量、平均饮水量等数据，界面如图4所示。
4 结 语
本文提出了一种基于移动终端的智能水杯垫设计，其优点在于兼顾了实用性和创新性。本设计结构简单、成本低廉、通用性好，任意水杯都可以在智能水杯垫上使用，具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 罗少轩，乔爱民.基于飞思卡尔微处理器的数字传感器设计[J].工业控制计算機，2009，22（4）：89?90.
[2] 赵嘉庆，季福坤.基于STC12C5620AD单片机温湿度控制系统设计[J].国外电子测量技术，2014，33（12）：31?34.
[3] 陈龙，张志达.基于AVR多功能报警系统的温湿度模块的设计[J].自动化技术与应用，2011，30（9）：72?75.
[4] 王小娟.基于HX711数显称重仪的设计[J].武汉船舶职业技术学院学报，2015（1）：36?38.
[5] 靳岩，姚尚朗.Android开发入门与实战[M].2版.北京：人民邮电出版社，2013：6.
[6] 马卫.基于Android移动平台的研究[J].计算机仿真，2016，33（1）：218?222.
