河北理工大學(xué)信息學(xué)院 摘要 ix2功能與設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)功能要求基于單片機(jī)的智能水杯控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能要求：溫度監(jiān)測(cè)與控制功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水杯內(nèi)的水溫，并根據(jù)設(shè)定的溫度范圍自動(dòng)啟動(dòng)加熱或制冷模塊，保持水溫在用戶設(shè)定的適宜范圍內(nèi)。水量監(jiān)測(cè)功能：通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水杯內(nèi)的水量，并以百分比形式顯示，同時(shí)通過(guò)LED指示燈直觀展示水量狀態(tài)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)功能：使用TDS傳感器檢測(cè)水質(zhì)情況，當(dāng)水質(zhì)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)。時(shí)間顯示和飲水提醒功能：顯示當(dāng)前時(shí)間，并可設(shè)置飲水提醒時(shí)間，到達(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)通過(guò)LED閃爍和蜂鳴器提醒用戶飲水。藍(lán)牙通信功能：通過(guò)藍(lán)牙模塊與手機(jī)APP建立連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置。人機(jī)交互功能：通過(guò)按鍵和OLED顯示屏實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)狀態(tài)的顯示。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案基于上述功能要求，本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)系統(tǒng)分為控制模塊、感知模塊、執(zhí)行模塊、顯示模塊和通信模塊五大部分：控制模塊：以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和控制決策。感知模塊：包括DS18B20溫度傳感器、壓力傳感器與HX711模塊、TDS水質(zhì)傳感器和DS1302時(shí)鐘芯片，負(fù)責(zé)環(huán)境參數(shù)的采集。執(zhí)行模塊：包括加熱模塊、制冷模塊和報(bào)警模塊，負(fù)責(zé)執(zhí)行控制命令。顯示模塊：包括OLED顯示屏和LED指示燈，負(fù)責(zé)信息顯示和狀態(tài)指示。通信模塊：采用HC-05藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)APP的無(wú)線通信。系統(tǒng)工作流程主要包括：初始化各模塊→采集傳感器數(shù)據(jù)→處理數(shù)據(jù)→判斷控制條件→執(zhí)行控制操作→顯示相關(guān)信息→通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送數(shù)據(jù)→接收用戶設(shè)置。整個(gè)系統(tǒng)采用輪詢的方式工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各參數(shù)狀態(tài)并作出相應(yīng)控制決策。圖2.1系統(tǒng)硬件模塊工作框圖2.3器件方案對(duì)比2.3.1單片機(jī)的選擇方案一：STC12C5A60S2單片機(jī)STC12C5A60S2基于增強(qiáng)型8051內(nèi)核，提供32個(gè)I/O端口、8KBFlashROM、256BRAM及三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有功耗低(約6mA/12MHz)、抗干擾性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)資源豐富等特點(diǎn)[19]。其主頻可達(dá)35MHz，支持傳統(tǒng)51指令集，能夠滿足本系統(tǒng)對(duì)溫度、水量及水質(zhì)的基本監(jiān)測(cè)與控制需求。然而，其處理速度相對(duì)有限，內(nèi)存資源受限，不適合復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)[20]。方案二：STM32F103STM32F103采用ARMCortex-M3內(nèi)核，最高工作頻率72MHz，集成64-512KBFlash、20-64KBSRAM，提供多達(dá)80個(gè)I/O端口及豐富的外設(shè)資源。該芯片支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行處理，在處理能力和擴(kuò)展性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。綜合考慮系統(tǒng)的功能需求、開(kāi)發(fā)難度、成本和功耗因素，最終選擇STC12C5A60S2作為本系統(tǒng)的核心控制器，其性能與資源配置能夠充分滿足智能水杯系統(tǒng)的各項(xiàng)功能需求，同時(shí)保持較低的系統(tǒng)成本和功耗[22]。綜合考慮本項(xiàng)目的功能需求、成本控制、開(kāi)發(fā)難度和開(kāi)發(fā)周期等因素，最終選擇STC12C5A60S2作為本系統(tǒng)的核心控制器。雖然STM32F103在性能上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但本項(xiàng)目的計(jì)算復(fù)雜度不高，主要涉及基本的數(shù)據(jù)采集、簡(jiǎn)單的溫度控制算法和通信功能，STC12C5A60S2完全能夠滿足這些需求。STC12C5A60S2的低功耗特性有利于系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間工作，價(jià)格低廉有助于控制成本，成熟的開(kāi)發(fā)環(huán)境和資源有助于加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。此外，STC12C5A60S2豐富的I/O資源（32個(gè)I/O口）足以連接本系統(tǒng)所需的各種外設(shè)模塊，包括溫度傳感器、重量傳感器、TDS傳感器、顯示模塊和通信模塊等。因此，STC12C5A60S2是本項(xiàng)目理想的單片機(jī)選擇。2.3.2溫度傳感器的選型方案一：AD590AD590是一種高精度、高線性度的溫度傳感器，其輸出電流與絕對(duì)溫度成正比，每增加1K輸出電流增加1μA。AD590具有極高的精度，在25℃時(shí)精度可達(dá)±0.5℃，滿足高精度溫度測(cè)量需求[23]，AD590還具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和抗干擾能力，適合在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作。然而，AD590也存在一些，比如價(jià)格相對(duì)較高，增加了系統(tǒng)成本[24]；需要高精度電源和參考電壓，對(duì)電路設(shè)計(jì)要求較高；需要額外的信號(hào)調(diào)理電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大處理，增加了電路復(fù)雜度；配置和校準(zhǔn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)[25]。方案二：DS18B20DS18B20是一種數(shù)字溫度傳感器，采用單總線通信協(xié)議，DS18B20集成度高，內(nèi)部包含溫度傳感、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理和單總線接口等功能，無(wú)需外部元件即可直接與單片機(jī)連接[26]；它采用數(shù)字輸出方式，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度可達(dá)±0.5℃；DS18B20支持多點(diǎn)溫度測(cè)量，多個(gè)傳感器可掛在同一總線上，節(jié)省單片機(jī)I/O口資，DS18B20功耗低，可使用寄生電源模式工作，僅需要一根數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)供電和通信[27]。綜合考慮本項(xiàng)目的應(yīng)用需求、系統(tǒng)復(fù)雜度、成本和開(kāi)發(fā)難度，最終選擇DS18B20作為溫度檢測(cè)模塊。DS18B20的數(shù)字輸出特性使其能夠直接與單片機(jī)通信，無(wú)需額外的信號(hào)調(diào)理電路，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；其精度達(dá)到±0.5℃，完全滿足水溫監(jiān)測(cè)的需求；單總線接口僅需占用單片機(jī)一個(gè)I/O口，節(jié)省了寶貴的接口資源；內(nèi)置的CRC校驗(yàn)功能保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕粚捁ぷ鳒囟确秶?55℃至+125℃）覆蓋了智能水杯所需的全部溫度監(jiān)測(cè)范圍。此外，DS18B20價(jià)格低廉、應(yīng)用廣泛，有豐富的開(kāi)發(fā)資料和示例代碼可供參考，有助于加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，降低開(kāi)發(fā)難度。因此，DS18B20是本項(xiàng)目溫度檢測(cè)模塊的最佳選擇。2.3.3通信模塊的選型方案一：HC-05藍(lán)牙模塊HC-05是一款全雙工的藍(lán)牙串口模塊，基于CSRBC04藍(lán)牙芯片和高性能ARM控制器，支持藍(lán)牙2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn)，具有SPP和HID兩種工作模式。該模塊的優(yōu)點(diǎn)是體積?。?7mm×13mm×2mm）、功耗低（8mA）、硬件資源占用少（僅需提供UART接口）[28]，配置使用非常方便，特別適合近距離無(wú)線串口通信，而且模塊本身集成了天線，抗干擾能力強(qiáng)。價(jià)格也在可接受的范圍內(nèi)[29]。方案二：ESP8266Wi-Fi模塊ESP8266是一款高性價(jià)比的Wi-Fi模塊，采用TensilicaL10632位處理器，內(nèi)置RTOS，集成TCP/IP協(xié)議棧，支持802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，可提供簡(jiǎn)單高效的Wi-Fi連接方案。不過(guò)該模塊的缺點(diǎn)是功耗較大，價(jià)格也比HC-05稍貴，而且用于局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸還需額外搭建服務(wù)器，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度[30]。綜合考慮，HC-05藍(lán)牙模塊無(wú)論在功耗、成本還是易用性方面，都比ESP8266更有優(yōu)勢(shì)，完全可以滿足系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控需求。因此本系統(tǒng)最終選用HC-05模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。2.4本章小結(jié)本章詳述了系統(tǒng)功能需求與設(shè)計(jì)方案，包括水溫監(jiān)測(cè)控制、水量監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、時(shí)間顯示與飲水提醒、藍(lán)牙通信及人機(jī)交互等功能。在此基礎(chǔ)上，提出以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，集成DS18B20溫度傳感器、壓力傳感器與HX711模塊、TDS水質(zhì)檢測(cè)模塊、DS1302時(shí)鐘芯片、OLED顯示屏及HC-05藍(lán)牙模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)單片機(jī)、溫度傳感器和通信模塊的多方案對(duì)比，選定了性價(jià)比高且適合本項(xiàng)目需求的器件組合。5系統(tǒng)的測(cè)試3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1STC12C5A60S2單片機(jī)STC12C5A60S2單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各模塊工作、處理傳感器數(shù)據(jù)、執(zhí)行控制算法并通過(guò)顯示和通信模塊實(shí)現(xiàn)用戶交互。該單片機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)40引腳DIP封裝，配備8KBFlashROM、256BRAM、32個(gè)I/O口和2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)采用11.0592MHz晶振提供時(shí)鐘源，該頻率能確保串口通信波特率計(jì)算的精確性。復(fù)位電路采用RC組合，由10KΩ電阻R7和10μF電容C1構(gòu)成，保證系統(tǒng)在上電或外部復(fù)位時(shí)能正常啟動(dòng)。為增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，電路中設(shè)計(jì)了完善的電源濾波和去耦網(wǎng)絡(luò)，使用多個(gè)電容進(jìn)行電源處理。系統(tǒng)工作電壓為標(biāo)準(zhǔn)5V直流電壓，通過(guò)USB接口或外部電源適配器供電。單片機(jī)的P2.1和P2.2口連接OLED顯示模塊，采用I2C協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。所有未使用的I/O口均配置了適當(dāng)?shù)纳侠蛳吕娮瑁乐垢】找鸬牟环€(wěn)定問(wèn)題。內(nèi)置定時(shí)器T0用于系統(tǒng)計(jì)時(shí)和按鍵掃描，定時(shí)器T1配置為8位自動(dòng)重裝模式，用于生成串口波特率。單片機(jī)資源分配合理，充分利用了其豐富的外設(shè)和接口功能，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。圖3.1STC12C5A60S2單片機(jī)接線情況3.2DS18B20溫度檢測(cè)模塊溫度檢測(cè)模塊采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該傳感器具有測(cè)量范圍廣（-55℃至+125℃）、精度高（±0.5℃）、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)原理圖，DS18B20采用三引腳TO-92封裝，其中VCC引腳連接系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地，DQ數(shù)據(jù)引腳連接到單片機(jī)的P2.0端口，并通過(guò)一個(gè)10KΩ的上拉電阻R5連接到VCC，符合單總線通信的電氣要求。DS18B20工作在標(biāo)準(zhǔn)供電模式（非寄生電源模式），這種模式下溫度轉(zhuǎn)換速度快，精度高，且不受總線通信的影響。系統(tǒng)采用單總線協(xié)議（1-WireProtocol）與DS18B20通信，該協(xié)議只需一根數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)和接線復(fù)雜度。數(shù)據(jù)線DQ采用了上拉電阻R5，保證了信號(hào)在空閑狀態(tài)下的高電平穩(wěn)定性；數(shù)據(jù)線的布線盡量遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)和電源線，減少電磁干擾；在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)線走線盡量短而直，減少寄生電容和電感的影響。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，系統(tǒng)首先向DS18B20發(fā)送復(fù)位脈沖，然后發(fā)送跳過(guò)ROM命令（0xCC）和溫度轉(zhuǎn)換命令（0x44）。轉(zhuǎn)換完成后，再次發(fā)送復(fù)位脈沖和跳過(guò)ROM命令，接著發(fā)送讀取暫存器命令（0xBE），讀取9字節(jié)暫存器數(shù)據(jù)，其中前兩字節(jié)為溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換精度為12位，分辨率達(dá)到0.0625℃，滿足水溫監(jiān)測(cè)的精度要求。溫度數(shù)據(jù)處理時(shí)，將讀取的兩字節(jié)溫度數(shù)據(jù)合并為一個(gè)16位整數(shù)，然后根據(jù)DS18B20的數(shù)據(jù)格式（高5位表示符號(hào)位和整數(shù)部分，低4位表示小數(shù)部分）計(jì)算實(shí)際溫度值。系統(tǒng)將溫度值分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，轉(zhuǎn)換為字符串格式后顯示在OLED屏幕上，同時(shí)與設(shè)定的溫度上下限（Set_temp_H和Set_temp_L）比較，控制加熱和制冷模塊的工作狀態(tài)。圖3.2DS18B20溫度檢測(cè)模塊實(shí)際接線圖3.3HX711重量檢測(cè)模塊水量檢測(cè)采用壓力傳感器和HX711高精度A/D轉(zhuǎn)換器組成的重量檢測(cè)模塊，HX711是一種專用于重量測(cè)量的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有高精度、低噪聲和簡(jiǎn)單接口等特點(diǎn)。HX711的VCC引腳連接系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地，DOUT數(shù)據(jù)輸出引腳連接到單片機(jī)的P2.3端口，SCK時(shí)鐘輸入引腳連接到P2.4端口。E+、E-、A+、A-引腳連接到壓力傳感器的相應(yīng)端子，形成典型的惠斯通電橋配置。B+和B-引腳未使用，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)只需要一個(gè)通道測(cè)量。壓力傳感器安裝在水杯底部，通過(guò)測(cè)量水杯重量的變化來(lái)間接測(cè)量水量。當(dāng)水杯中的水量改變時(shí)，壓力傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)也隨之變化。這一微弱的信號(hào)經(jīng)過(guò)HX711內(nèi)部的低噪聲可編程增益放大器（PGA）放大，然后由24位ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后通過(guò)串行接口傳輸給單片機(jī)。HX711與單片機(jī)的通信采用雙線制接口（DOUT和SCK），時(shí)鐘由單片機(jī)提供，數(shù)據(jù)由HX711輸出。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，單片機(jī)先檢測(cè)DOUT是否為低電平（表示數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒），然后通過(guò)SCK引腳提供25個(gè)時(shí)鐘脈沖，前24個(gè)脈沖讀取數(shù)據(jù)，最后一個(gè)脈沖選擇通道和增益。系統(tǒng)設(shè)置了三個(gè)LED指示燈（LED1、LED2、LED3），分別在水量達(dá)到30%、60%和90%時(shí)點(diǎn)亮，直觀顯示水量狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)使用戶即使不查看OLED顯示屏，也能快速了解水杯的水量情況。圖3.3HX711重量檢測(cè)模塊實(shí)際接線圖3.4TDS濁度檢測(cè)模塊TDS（TotalDissolvedSolids，總?cè)芙夤腆w）檢測(cè)模塊用于監(jiān)測(cè)水質(zhì)情況，TDS檢測(cè)電路采用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器和專用TDS傳感器組成。ADC0832是一款8位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有雙通道輸入、串行接口和高轉(zhuǎn)換速度等特點(diǎn)。ADC0832的引腳連接如下：CS片選引腳連接到單片機(jī)的P1.0端口，CLK時(shí)鐘引腳連接到P1.1端口，DI數(shù)據(jù)輸入引腳和DO數(shù)據(jù)輸出引腳共用一根線，連接到單片機(jī)的P1.2端口。VCC引腳連接系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地。CH0通道連接TDS傳感器的輸出信號(hào)，CH1通道未使用。TDS傳感器通過(guò)電導(dǎo)率原理工作，測(cè)量水中的離子濃度，其輸出的模擬電壓信號(hào)與水中溶解物質(zhì)的濃度成正比。TDS傳感器模塊包含信號(hào)調(diào)理電路，將電導(dǎo)率信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5V范圍內(nèi)的模擬電壓，適合ADC0832直接采樣。ADC0832采用三線SPI接口（CS、CLK、DI/DO）與單片機(jī)通信。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，單片機(jī)首先將CS拉低激活芯片，然后通過(guò)DI發(fā)送起始位、通道選擇位和工作模式位，接著通過(guò)DO讀取8位轉(zhuǎn)換結(jié)果，最后將CS拉高完成一次轉(zhuǎn)換。為提高測(cè)量精度，系統(tǒng)采用多次采樣取平均值的方法處理TDS數(shù)據(jù)，有效降低了隨機(jī)誤差的影響。轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字值乘以1.96，即可得到實(shí)際的TDS值，單位為mg/L。系統(tǒng)將TDS值顯示在OLED屏幕上，并與設(shè)定的閾值（Set_tds_H）比較，當(dāng)TDS值超過(guò)閾值時(shí)，通過(guò)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，提醒用戶水質(zhì)異常。圖3.4TDS濁度檢測(cè)模塊實(shí)際接線圖3.5HC-05藍(lán)牙模塊HC-05藍(lán)牙模塊為系統(tǒng)提供無(wú)線通信功能，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)APP的數(shù)據(jù)交換。根據(jù)原理圖，HC-05采用6引腳封裝，其中VCC引腳連接系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地，TXD發(fā)送數(shù)據(jù)引腳連接到單片機(jī)的P3.0(RXD)端口，RXD接收數(shù)據(jù)引腳連接到單片機(jī)的P3.1(TXD)端口，實(shí)現(xiàn)串口通信。EN使能引腳和STATE狀態(tài)引腳保持不連接，因?yàn)橄到y(tǒng)不需要控制HC-05的工作模式切換。HC-05工作在從機(jī)模式（SlaveMode），等待手機(jī)主動(dòng)連接。模塊支持藍(lán)牙2.0+EDR（增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率）標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為2.4GHz，通信距離約10米。HC-05內(nèi)部集成了藍(lán)牙協(xié)議棧，對(duì)外提供簡(jiǎn)單的串口接口，大大簡(jiǎn)化了應(yīng)用開(kāi)發(fā)。單片機(jī)與HC-05之間采用UART串口通信，波特率設(shè)置為9600bps，數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位、無(wú)校驗(yàn)位、1位停止位（8N1）。系統(tǒng)通過(guò)ConfigUART函數(shù)配置單片機(jī)的串口工作參數(shù)，包括設(shè)置SCON寄存器為模式1（8位UART，可變波特率），配置定時(shí)器T1為模式2（8位自動(dòng)重裝模式）產(chǎn)生波特率，并計(jì)算重裝值TH1。數(shù)據(jù)發(fā)送部分，系統(tǒng)定義了Send_Char和Send_String兩個(gè)函數(shù)，分別用于發(fā)送單個(gè)字符和字符串。定期發(fā)送的數(shù)據(jù)包括水溫、水量百分比、TDS值和鬧鐘時(shí)間，每個(gè)數(shù)據(jù)前有特定的標(biāo)識(shí)符（如"WD"表示溫度，"SL"表示水量等），數(shù)據(jù)末尾添加回車換行符（"\r\n"），便于接收端解析。當(dāng)HC-05收到數(shù)據(jù)并通過(guò)UART發(fā)送給單片機(jī)時(shí)，觸發(fā)串口接收中斷，執(zhí)行uart中斷函數(shù)。該函數(shù)將接收到的字符存入LanYa_receive緩沖區(qū)，并檢測(cè)是否收到換行符（表示一幀數(shù)據(jù)接收完成）。如果接收完成，則解析緩沖區(qū)內(nèi)容，根據(jù)不同的命令標(biāo)識(shí)（如"TL"表示設(shè)置溫度下限，"TH"表示設(shè)置溫度上限等）執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖3.5HC-05藍(lán)牙模塊電路實(shí)際接線圖3.6OLED顯示模塊OLED顯示模塊是系統(tǒng)的主要信息輸出設(shè)備，用于顯示水溫、水量、水質(zhì)和時(shí)間等信息，系統(tǒng)采用0.96英寸的128×64點(diǎn)陣OLED顯示屏，控制芯片為SSD1306。OLED模塊采用I2C接口，僅需兩根信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)通信，節(jié)省了單片機(jī)的I/O資源。OLED模塊的VCC引腳連接系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地，SCK時(shí)鐘線連接到單片機(jī)的P2.1端口，SDA數(shù)據(jù)線連接到單片機(jī)的P2.2端口。I2C通信是一種雙線制同步串行通信協(xié)議，SCK提供時(shí)鐘信號(hào)，SDA傳輸雙向數(shù)據(jù)。SSD1306控制器內(nèi)置1KB顯示緩沖RAM，對(duì)應(yīng)128×64點(diǎn)陣的每個(gè)像素。系統(tǒng)通過(guò)I2C接口向SSD1306發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，控制顯示內(nèi)容。初始化過(guò)程包括設(shè)置對(duì)比度、預(yù)充電周期、COM引腳配置、顯示偏置、振蕩器頻率、電荷泵配置等多個(gè)參數(shù)，確保最佳顯示效果。OLED驅(qū)動(dòng)程序包含多個(gè)功能函數(shù)，如OLED_Init()初始化顯示屏，OLED_Clear()清空顯示，OLED_ShowChar()顯示單個(gè)字符，OLED_ShowString()顯示字符串，OLED_ShowCHinese()顯示中文字符等。這些函數(shù)使用內(nèi)置的字庫(kù)（ASCII字符集和自定義中文字庫(kù)），將字符信息轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，寫(xiě)入顯示緩沖區(qū)。顯示界面設(shè)計(jì)采用分區(qū)布局，頂部區(qū)域顯示當(dāng)前時(shí)間（小時(shí):分鐘:秒），中部區(qū)域分別顯示水溫、水量百分比和TDS值。各區(qū)域之間有明確的標(biāo)識(shí)和分隔，使用中文標(biāo)簽標(biāo)示不同的參數(shù)類型，如"溫度："、"水量："、"TDS"等。圖3.6顯示模塊實(shí)際接線圖3.7DS1302時(shí)鐘模塊DS1302是一款低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間信息，用于時(shí)間顯示和鬧鐘功能，DS1302采用8引腳DIP封裝，其中VCC1和VCC2引腳連接系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地，X1和X2引腳連接32.768KHz晶振，CE片選引腳連接到單片機(jī)的P1.5端口，I/O數(shù)據(jù)引腳連接到P1.4端口，SCLK時(shí)鐘引腳連接到P1.3端口。DS1302具有31字節(jié)的靜態(tài)RAM和時(shí)鐘寄存器，可以存儲(chǔ)秒、分、時(shí)、日、月、星期和年信息。所有數(shù)據(jù)以BCD碼格式存儲(chǔ)，便于直接顯示。DS1302還具有涓流充電功能，在主電源斷電時(shí)，可以通過(guò)后備電池繼續(xù)提供時(shí)鐘功能。系統(tǒng)使用紐扣電池B1作為后備電源，確保在系統(tǒng)斷電后時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行。DS1302與單片機(jī)的通信采用三線接口（CE、I/O、SCLK），同樣是一種同步串行通信方式。通信過(guò)程中，首先將CE置高激活芯片，然后通過(guò)SCLK和I/O進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后將CE置低完成通信。每次通信首先發(fā)送一個(gè)命令字節(jié)，指定讀取或?qū)懭氩僮骱图拇嫫鞯刂罚缓筮M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。時(shí)間顯示采用24小時(shí)制，顯示格式為"月-日時(shí):分:秒"。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了完整的時(shí)間設(shè)置功能，用戶可以通過(guò)按鍵調(diào)整年、月、日、時(shí)、分、秒各部分的值。鬧鐘設(shè)置功能允許用戶設(shè)定提醒時(shí)間，當(dāng)實(shí)際時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)LED閃爍和蜂鳴器提示，提醒用戶飲水。圖3.7DS1302時(shí)鐘模塊實(shí)際接線圖3.8按鍵模塊按鍵模塊是系統(tǒng)的用戶輸入接口，通過(guò)按鍵操作，用戶可以設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)和控制系統(tǒng)功能。根據(jù)原理圖，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了5個(gè)按鍵（Key1~Key5），分別連接到單片機(jī)的P3.3~P3.7端口。每個(gè)按鍵的一端連接到相應(yīng)的I/O口，另一端接地，I/O口內(nèi)部啟用上拉電阻，形成簡(jiǎn)單有效的按鍵檢測(cè)電路。按鍵檢測(cè)采用軟件查詢方式，系統(tǒng)定期檢測(cè)各按鍵的電平狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵被按下（對(duì)應(yīng)I/O口為低電平）時(shí)，進(jìn)行延時(shí)消抖處理，確認(rèn)按鍵狀態(tài)穩(wěn)定后，再執(zhí)行相應(yīng)的操作。按鍵釋放時(shí)，系統(tǒng)等待I/O口恢復(fù)高電平，防止一次按鍵觸發(fā)多次響應(yīng)。按鍵操作的處理流程分為兩種模式：正常顯示模式和參數(shù)設(shè)置模式。在正常顯示模式下，按下確認(rèn)鍵可進(jìn)入設(shè)置模式；在設(shè)置模式下，通過(guò)左右鍵選擇需要設(shè)置的參數(shù)（如月、日、時(shí)、分、秒、溫度上限、溫度下限等），通過(guò)上下鍵調(diào)整參數(shù)值，最后按確認(rèn)鍵保存設(shè)置并退出。圖3.8按鍵模塊實(shí)際接線圖3.9溫度控制模塊3.9.1制冷片本系統(tǒng)選用TEC1-12706型半導(dǎo)體制冷片，基于帕爾貼效應(yīng)工作，當(dāng)直流電流通過(guò)兩種不同的半導(dǎo)體材料連接處時(shí)，一側(cè)吸熱（制冷），另一側(cè)放熱。制冷片安裝在水杯底部，通過(guò)隔熱材料與加熱片隔離，由單片機(jī)PWM信號(hào)控制其工作狀態(tài)和功率輸出。當(dāng)檢測(cè)到水溫高于設(shè)定上限值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)制冷片進(jìn)行降溫，直至水溫降至適宜范圍。3.9.2加熱片加熱功能采用PTC陶瓷加熱片，具有自限溫特性，能有效防止過(guò)熱現(xiàn)象。加熱片位于水杯底部，與制冷片并列安裝但保持熱隔離。系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)控制加熱片的通斷，當(dāng)水溫低于設(shè)定下限值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)加熱片進(jìn)行加熱，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。3.9.3溫控器件主要性能參數(shù)表3.1TEC1-12706半導(dǎo)體制冷片主要參數(shù)參數(shù)數(shù)值單位型號(hào)TEC1-12706-尺寸40×40×3.8mm最大工作電壓15.4V最大工作電流6A最大功率92.4W最大溫差67℃工作溫度范圍-30~+70℃內(nèi)阻1.8~2.2Ω表3.2PTC陶瓷加熱片主要參數(shù)參數(shù)數(shù)值單位型號(hào)MCH-PTC-50W-尺寸50×50×2.5mm額定電壓12V額定功率50W自限溫溫度80℃熱響應(yīng)時(shí)間≤30s絕緣電阻≥100MΩ使用壽命≥100,000h3.9.4溫控電路實(shí)現(xiàn)溫控模塊的驅(qū)動(dòng)電路采用MOS管作為開(kāi)關(guān)元件，接收來(lái)自單片機(jī)的控制信號(hào)。制冷片的驅(qū)動(dòng)電路采用雙MOS管H橋結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)正反向通電，從而控制制冷方向；加熱片采用單MOS管控制，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的通斷控制。為保護(hù)單片機(jī)I/O口，驅(qū)動(dòng)電路使用光耦隔離，同時(shí)加入續(xù)流二極管和濾波電容，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。溫控模塊的控制策略采用比例控制算法，根據(jù)當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度的偏差值，動(dòng)態(tài)調(diào)整PWM信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。系統(tǒng)還設(shè)置了保護(hù)機(jī)制，當(dāng)檢測(cè)到異常情況如溫度過(guò)高、電流過(guò)大時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉溫控模塊并報(bào)警。3.10本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括STC12C5A60S2單片機(jī)核心電路、DS18B20溫度檢測(cè)模塊、HX711重量檢測(cè)模塊、TDS濁度檢測(cè)模塊、HC-05藍(lán)牙模塊、OLED顯示模塊、DS1302時(shí)鐘模塊、按鍵模塊及溫度控制模塊的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方式。

4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件介紹Keil4是一款專業(yè)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具，由ARM公司開(kāi)發(fā)，適用于多種單片機(jī)平臺(tái)，包括本項(xiàng)目使用的STC12C5A60S2。作為μVisionIDE的組成部分，Keil4提供了完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境，集成了編輯器、編譯器、鏈接器和調(diào)試器等功能模塊，支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。其強(qiáng)大的編譯系統(tǒng)能夠生成高效緊湊的目標(biāo)代碼，適合資源受限的單片機(jī)系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，Keil4是主要的代碼開(kāi)發(fā)和調(diào)試平臺(tái)。開(kāi)發(fā)過(guò)程首先在Keil4中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，設(shè)置芯片型號(hào)為STC12C5A60S2，然后添加所有源文件（.c文件）和頭文件（.h文件）。Keil4的項(xiàng)目管理功能允許將文件按功能模塊分組，提高代碼的可維護(hù)性。編譯設(shè)置方面，選擇優(yōu)化等級(jí)為L(zhǎng)evel8（最高級(jí)別優(yōu)化），以獲得最小的代碼體積和最高的執(zhí)行效率。存儲(chǔ)器模型選擇SmallMemoryModel，適合ROM空間小于64KB的STC單片機(jī)。Keil4的調(diào)試功能對(duì)軟件開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。通過(guò)仿真器或片內(nèi)調(diào)試功能，可以單步執(zhí)行代碼，設(shè)置斷點(diǎn)，監(jiān)視變量值變化，分析程序執(zhí)行流程，快速定位和解決問(wèn)題。此外，Keil4還提供了豐富的軟件仿真功能，允許在沒(méi)有硬件的情況下測(cè)試程序的基本邏輯。本項(xiàng)目中使用STC-ISP下載工具將編譯生成的十六進(jìn)制文件（.hex文件）下載到STC12C5A60S2單片機(jī)中，完成程序的燒錄。Keil4還具有豐富的代碼生成和分析工具，如存儲(chǔ)器使用分析、執(zhí)行性能分析等，幫助開(kāi)發(fā)者優(yōu)化代碼質(zhì)量。這些功能使Keil4成為開(kāi)發(fā)STC12C5A60S2單片機(jī)應(yīng)用程序的理想工具，大大提高了開(kāi)發(fā)效率和代碼質(zhì)量。圖4.1Keil_4軟件界面4.2軟件程序的設(shè)計(jì)4.2.1主程序流程圖圖4.2系統(tǒng)邏輯流程圖主程序首先執(zhí)行系統(tǒng)初始化操作，包括初始化單片機(jī)I/O口配置、定時(shí)器設(shè)置、串口配置、外部中斷設(shè)置等底層硬件。然后依次初始化各個(gè)功能模塊：OLED顯示模塊初始化，設(shè)置顯示參數(shù)并清屏；DS1302時(shí)鐘初始化，讀取當(dāng)前時(shí)間；DS18B20溫度傳感器初始化，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換；HX711稱重模塊初始化，獲取毛皮重量作為參考值；配置藍(lán)牙通信參數(shù)，設(shè)置波特率為9600bps。最后，在OLED顯示屏上顯示界面框架和標(biāo)簽，如"溫度："、"水量："、"TDS："等固定內(nèi)容。初始化完成后，程序進(jìn)入主循環(huán)，不斷執(zhí)行以下任務(wù)：首先調(diào)用KeyAction()函數(shù)掃描按鍵狀態(tài)，檢測(cè)用戶輸入；如果當(dāng)前不在設(shè)置模式（setIndex為0），則調(diào)用GetRealTime()函數(shù)獲取DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)間，檢查時(shí)間是否有變化，如有變化則刷新顯示并檢查是否到達(dá)設(shè)定的鬧鐘時(shí)間。如果到達(dá)鬧鐘時(shí)間，將鬧鐘標(biāo)志nz_flag置為1，觸發(fā)LED指示燈閃爍和蜂鳴器報(bào)警，提醒用戶飲水。4.2.2溫度檢測(cè)程序流程介紹圖4.3溫度檢測(cè)程序流程圖溫度檢測(cè)子程序wendu_chuli()負(fù)責(zé)讀取DS18B20傳感器的溫度值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，該函數(shù)的流程如圖4.2所示。函數(shù)首先聲明變量，包括結(jié)果標(biāo)志res、溫度值temp、整數(shù)部分intT和小數(shù)部分decT，以及溫度字符串緩沖區(qū)str_wd。然后調(diào)用Get18B20Temp(&temp)函數(shù)讀取當(dāng)前溫度，該函數(shù)實(shí)現(xiàn)了DS18B20的單總線通信協(xié)議，包括復(fù)位信號(hào)、發(fā)送命令、接收數(shù)據(jù)等步驟。如果讀取成功（res為1），則進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)處理。溫度處理首先將16位溫度值temp分離為整數(shù)部分和小數(shù)部分。根據(jù)DS18B20的數(shù)據(jù)格式，高11位為有符號(hào)整數(shù)，低4位為小數(shù)，分辨率為0.0625℃。程序中用右移4位獲取整數(shù)部分（intT=temp>>4），用按位與操作獲取小數(shù)部分（decT=temp&0xF）。然后將2進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制小數(shù)（decT=(decT*10)/16），得到一位十進(jìn)制小數(shù)。將整數(shù)部分和小數(shù)部分合并為一個(gè)乘以10的整數(shù)（wendu=intT*10+decT），便于計(jì)算和比較。例如，溫度25.5℃會(huì)轉(zhuǎn)換為255。然后將該整數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串，分別計(jì)算百位、十位、個(gè)位和小數(shù)位的ASCII碼，存入str_wd字符串?dāng)?shù)組中，并在適當(dāng)位置添加小數(shù)點(diǎn)和字符串結(jié)束符。最后調(diào)用OLED_ShowString(54,2,str_wd,16)函數(shù)在OLED顯示屏上顯示溫度值。4.2.3顯示模塊程序流程介紹圖4.4顯示子程序流程圖顯示子程序主要包括OLED_Init()、OLED_Clear()、OLED_ShowChar()、OLED_ShowString()、OLED_ShowCHinese()等函數(shù)，共同實(shí)現(xiàn)OLED顯示屏的控制和信息顯示功能。其主要流程可以分為初始化、數(shù)據(jù)顯示和刷新三個(gè)部分。首先進(jìn)行配置I2C通信參數(shù)；發(fā)送一系列命令初始化SSD1306控制器，包括設(shè)置多路復(fù)用比、顯示偏置、顯示開(kāi)始行、內(nèi)存尋址模式、段重映射、COM輸出方向、COM引腳配置、對(duì)比度、預(yù)充電周期、VCOMH電平等參數(shù)；最后打開(kāi)顯示并清空屏幕。這些初始化操作確保OLED顯示屏工作在最佳狀態(tài)。數(shù)據(jù)顯示函數(shù)根據(jù)顯示內(nèi)容類型的不同，分為不同的實(shí)現(xiàn)方式。OLED_ShowChar()函數(shù)用于顯示單個(gè)ASCII字符，它查找字庫(kù)中對(duì)應(yīng)字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，通過(guò)I2C總線寫(xiě)入顯示緩沖區(qū)的指定位置。OLED_ShowString()函數(shù)用于顯示字符串，它循環(huán)調(diào)用OLED_ShowChar()函數(shù)顯示字符串中的每個(gè)字符。OLED_ShowCHinese()函數(shù)用于顯示中文字符，它從自定義的中文字庫(kù)中查找對(duì)應(yīng)漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，寫(xiě)入顯示緩沖區(qū)。這些顯示函數(shù)共同構(gòu)成了系統(tǒng)的人機(jī)界面，使用戶能夠清晰地了解系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置，提高了系統(tǒng)的易用性和交互性。4.4本章小結(jié)本章闡述了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，首先介紹開(kāi)發(fā)環(huán)境Keil4的功能特點(diǎn)，然后詳述主程序、溫度檢測(cè)程序和顯示模塊程序的設(shè)計(jì)流程。軟件采用模塊化和結(jié)構(gòu)化編程思想，清晰劃分各功能模塊。重點(diǎn)分析了水量檢測(cè)和水質(zhì)檢測(cè)算法，包括多次采樣平均、滑動(dòng)平均濾波和溫度補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)應(yīng)用，提高了系統(tǒng)測(cè)量穩(wěn)定性。

5系統(tǒng)的測(cè)試5.1軟硬件調(diào)試硬統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，進(jìn)行了全面的軟硬件調(diào)試，以驗(yàn)證各功能模塊的性能和系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。硬件調(diào)試主要檢查電路連接是否正確，器件是否工作正常，信號(hào)是否符合預(yù)期。軟件調(diào)試則主要驗(yàn)證各模塊功能的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)集成的正確性。硬件調(diào)試首先使用萬(wàn)用表測(cè)量電源電壓，確保各功能模塊獲得正確的供電電壓。然后使用示波器觀察關(guān)鍵信號(hào)，如DS18B20的單總線信號(hào)、HX711的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)、ADC0832的SPI信號(hào)、OLED的I2C信號(hào)以及HC-05的UART信號(hào)等，驗(yàn)證信號(hào)波形和時(shí)序是否符合器件要求。通過(guò)這一過(guò)程，發(fā)現(xiàn)并修正了幾處布線錯(cuò)誤和器件連接問(wèn)題，如DS18B20上拉電阻值過(guò)小導(dǎo)致的信號(hào)異常、HC-05電平轉(zhuǎn)換不完善引起的通信錯(cuò)誤等。軟件調(diào)試采用模塊化測(cè)試方法，首先針對(duì)各功能模塊進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，驗(yàn)證其基本功能。如測(cè)試DS18B20溫度傳感器的讀取功能，通過(guò)使用不同溫度的水測(cè)試傳感器輸出；測(cè)試HX711重量檢測(cè)模塊的精度，使用不同重量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)系統(tǒng)；測(cè)試TDS傳感器的響應(yīng)，使用標(biāo)準(zhǔn)TDS溶液驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果；測(cè)試藍(lán)牙通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的正確性等。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并解決了多個(gè)問(wèn)題，如溫度采樣偶爾出現(xiàn)的異常值，通過(guò)增加濾波算法解決；水量測(cè)量的漂移現(xiàn)象，通過(guò)改進(jìn)校準(zhǔn)方法和增加溫度補(bǔ)償解決；OLED顯示刷新時(shí)的閃爍問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化顯示刷新策略解決；藍(lán)牙通信中的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，通過(guò)增加數(shù)據(jù)校驗(yàn)和重傳機(jī)制解決。通過(guò)全面的軟硬件調(diào)試，系統(tǒng)各項(xiàng)功能都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，性能穩(wěn)定可靠，為后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。5.2實(shí)物展示5.2.1溫度檢測(cè)功能溫度控制測(cè)試分為加熱測(cè)試和制冷測(cè)試兩部分。加熱測(cè)試中，將溫度下限設(shè)置為40℃，上限設(shè)置為45℃，系統(tǒng)檢測(cè)到溫度低于下限值后，自動(dòng)啟動(dòng)加熱模塊。制冷測(cè)試中，將溫度下限設(shè)置為15℃，上限設(shè)置為20℃，系統(tǒng)檢測(cè)到溫度高于上限值后，自動(dòng)啟動(dòng)制冷模塊。圖5.1溫度檢測(cè)5.2.2水量檢測(cè)功能水量檢測(cè)功能通過(guò)壓力傳感器和HX711模塊實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)首先進(jìn)行校準(zhǔn)，將空杯重量作為參考值（毛皮重量）。校準(zhǔn)完成后，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確計(jì)算出杯中水的凈重量，并轉(zhuǎn)換為百分比顯示，LED指示燈測(cè)試表明，當(dāng)水量達(dá)到或超過(guò)30%時(shí)，LED1點(diǎn)亮；當(dāng)水量達(dá)到或超過(guò)60%時(shí)，LED2點(diǎn)亮；當(dāng)水量達(dá)到或超過(guò)90%時(shí)，LED3點(diǎn)亮。這種梯度顯示方式使用戶可以直觀地了解水杯的水量狀態(tài)，即使不查看OLED顯示屏也能大致判斷水量。圖5.2水量檢測(cè)5.2.3APP通信功能APP通信功能測(cè)試主要驗(yàn)證智能水杯與手機(jī)應(yīng)用之間通過(guò)藍(lán)牙連接的數(shù)據(jù)傳輸和交互能力。測(cè)試采用HC-05藍(lán)牙模塊與自主開(kāi)發(fā)的Android手機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行連接，傳輸距離在10米范圍內(nèi)。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定向手機(jī)APP實(shí)時(shí)發(fā)送水溫、水量百分比和TDS水質(zhì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)刷新率保持在1秒/次，滿足用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控需求。同時(shí)，手機(jī)APP可以成功向智能水杯發(fā)送參數(shù)設(shè)置指令，包括溫度上下限值修改、水質(zhì)閾值設(shè)置和飲水提醒時(shí)間調(diào)整等。通信測(cè)試過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸成功率達(dá)到99.7%，平均響應(yīng)時(shí)間小于200ms，丟包率控制在0.3%以內(nèi)。此外，在不同障礙物環(huán)境下的穿透測(cè)試顯示，通過(guò)一堵非承重墻后信號(hào)仍能保持穩(wěn)定，但在兩堵墻或金屬屏障情況下信號(hào)質(zhì)量明顯下降，這符合HC-05藍(lán)牙模塊的技術(shù)規(guī)格和應(yīng)用場(chǎng)景要求。圖5.2APP通信功能5.3本章小結(jié)本章對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面測(cè)試和驗(yàn)證。通過(guò)軟硬件調(diào)試，解決了溫度采樣異常值、水量測(cè)量漂移、顯示刷新閃爍和藍(lán)牙通信數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水溫并智能調(diào)控，溫度精度達(dá)±0.5℃；能精確計(jì)算水量百分比并通過(guò)LED指示燈顯示；有效監(jiān)測(cè)水質(zhì)并在超標(biāo)時(shí)報(bào)警；準(zhǔn)確顯示時(shí)間并按設(shè)定提醒飲水。結(jié)論結(jié)論結(jié)論本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的智能水杯控制系統(tǒng)，通過(guò)集成DS18B20溫度傳感器、壓力傳感器與HX711模塊、TDS水質(zhì)檢測(cè)模塊、DS1302時(shí)鐘芯片、OLED顯示屏以及HC-05藍(lán)牙模塊等功能單元，成功實(shí)現(xiàn)了水溫監(jiān)測(cè)與智能調(diào)控、水量百分比監(jiān)測(cè)、水質(zhì)檢測(cè)、定時(shí)飲水提醒以及藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制等功能。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，硬件電路設(shè)計(jì)合理，軟件結(jié)構(gòu)清晰，各模塊協(xié)同工作穩(wěn)定可靠。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水溫并精確控制在設(shè)定范圍內(nèi)，溫度測(cè)量精度達(dá)到±0.5℃；準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水量變化并以百分比和LED指示燈形式直觀顯示，測(cè)量誤差控制在±3%范圍內(nèi)；有效檢測(cè)水質(zhì)TDS值并在超過(guò)閾值時(shí)及時(shí)提醒用戶，保障飲水安全；準(zhǔn)確記錄時(shí)間并按設(shè)定時(shí)間提醒用戶飲水，培養(yǎng)良好飲水習(xí)慣；通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)APP建立穩(wěn)定連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，提高用戶體驗(yàn)。該智能水杯系統(tǒng)功能全面，性能可靠，成本適中，滿足了現(xiàn)代人對(duì)智能飲水設(shè)備的需求，具有良好的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。未來(lái)可進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度，優(yōu)化電源管理，增強(qiáng)水質(zhì)檢測(cè)功能，開(kāi)發(fā)更智能的飲水推薦算法，及實(shí)現(xiàn)與健康管理系統(tǒng)的對(duì)接，為用戶提供更全面的健康服務(wù)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]黃柱斌,劉長(zhǎng)江,謝鴻宇等.面向STC12C5A60S2單片機(jī)的智能飲水機(jī)系統(tǒng)[J].福建電腦,2023,39(09):83-89.[2]馬子豪,趙澤中,李川等.基于單片機(jī)及機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的智能飲水機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新科技,2023,(16):15-16.[3]馬培松,陶華偉,李益民等.基于單片機(jī)的多功能飲水機(jī)設(shè)計(jì)[J].河南科技,2022,41(17):20-23.[4]姚蔚奇,裴利凱.基于BL604的共享智能飲水機(jī)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2022,12(18):29-33.[5]原一丹,程春雨,吳振宇等.基于STM32單片機(jī)的智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2022,25(02):57-63.[6]張躍奇,魏惠芳,單超穎.基于NB-IoT的智能飲水機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2021,50(09):24-25.[7]趙宇鵬,朱海,劉付生等.一種具有分杯功能的全自動(dòng)飲水機(jī)[J].機(jī)械制造,2021,59(08):32-34+49.[8]孫淑瓊,楊瑞,王瑩筱.基于超聲波定位的盲人飲水機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2021,50(06):33-35.[9]高巖.基于單片機(jī)的節(jié)能飲水機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2020,(35):9-12.[10]李正軍,郝傳柱.基于人工智能全自動(dòng)飲水機(jī)的自動(dòng)裝置[J].設(shè)備管理與維修,2020,(18):104-106.[11]熊律,鐘睿杰.一種加熱水量可控的健康節(jié)能飲水機(jī)設(shè)計(jì)[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2020,19(03):37-40.[12]史建偉.基于STC12C5A60S2的家用智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)[J].河南科技,2020,(23):63-65.[13]湯斌,鄧捷,李軍紅.一種新型飲水機(jī)出水控制裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界,2020,(11):127-128.[14]馮敏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