CN109935302A - 一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，包含智能茶杯、安装有APP软件的移动显示终端及云数据平台，智能茶杯获取其水温、水量、位置信息并上传至云数据平台，移动显示终端上的APP软件接收云数据平台发送的数据并进行饮水量的计算与分析。本发明解决了用户每日或每月饮水量无法统计的问题，对水温和水量进行二维数据联合统计，为用户提供了健康饮水指南。

Description

一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统

技术领域

本发明涉及智能水杯领域，更具体地说，涉及一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统。

背景技术

水是生命之源，水占人体重的60％-70％，身体中的每个系统都依赖于水，人体每天都会通过呼吸、排汗、排尿和排便而失去水分，因此健康饮水，及时补充身体的水分，对人体健康至关重要。

根据医学研究，每个人平均每天的所需饮水量可以通过体重和年龄来计算，如果属于经常运动者，则需要额外增加饮水量。因此，一名身体健康的人每日的饮水量是基本稳定的，但是由于工作或其他干扰等原因，饮水的时机不能得到及时提醒，以致于不能有效补充人体系统内所需水分。

目前市场上的很多水杯，没有对水量和水温等问题深入研究，不能为消费者提供高重质量的智慧生活，饮水时机和饮水量只能凭个人主观判断，随意性较大。

现有技术公开了一种智能电热水杯，根据不用茶叶种类设定不同加热时间和水温，通过人工智能算法控制煮茶过程，目的是简化煮茶、泡茶流程，获得最佳口感。但以上发明均没有从饮水计量上进行智能计算和分析，无法判别健康饮水的效果。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

设计一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，包含智能茶杯、安装有APP软件的移动显示终端及云数据平台，所述智能茶杯获取其水温、水量、位置信息并上传至云数据平台，所述移动显示终端上的APP软件接收云数据平台发送的数据并进行饮水量的计算与分析。

在上述方案中，所述智能茶杯由杯盖和杯体组成，所述杯盖与杯体卡扣式连接，所述杯体由内胆、杯壳组成，所述内胆与杯壳之间设置有控制电路。

在上述方案中，所述控制电路包括压力传感器、温度传感器、电源模块、显示模块、通信模块和CPU模块，所述电源模块为显示模块、通信模块和CPU模块提供电源，所述压力传感器、温度传感器分别先检测智能茶杯的底部压力信号和水温信号再传输至CPU模块，所述CPU模块进行信号处理并将智能茶杯的水温、水量和电量信息发送给显示模块，还将智能茶杯1的水温、水量和电量信息发送给通信模块，所述通信模块实时通过移动网络将数据上传至云数据平台。

在上述方案中，所述温度传感器紧贴内胆外壁下方，所述压力传感器、电源模块安装在杯壳内部底端，所述显示模块、通信模块和CPU模块安装在杯壳内部侧壁上方。

在上述方案中，所述电源模块由锂电池、电源管理电路、微USB接口和电源开关组成，所述锂电池与电源开关相连，所述电源开关再与电源管理电路相连，所述电源管理电路为显示模块、通信模块和CPU模块并联供电，所述电源管理电路也与微USB接口相连；所述微USB接口为锂电池充电过程提供接口，安装在所述杯壳下方。

在上述方案中，所述通信模块与CPU模块相连，所述通信模块插有手机SIM卡，用于获取智能茶杯的位置信息和通过移动网络接入互联网来实现智能茶杯的水温、水量和位置信息传输。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明解决了用户每日或每月饮水量无法统计的问题，对水温和水量进行二维数据联合统计，为用户提供了健康饮水指南；通过对水温和水量的实时采集，手机APP软件及时分析得出健康饮水分析报告，给出饮水参考意见；通过云数据平台存储长期饮水的记录，对用户养成良好的饮水习惯有较大的督促作用；通过窄带物联网定位技术，用户可实时查看智能茶杯所在位置，可在智能茶杯被盗或其他非正常移动的第一时间内向用户的手机APP软件发出警报信息。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统的结构示意图；

图2是智能茶杯的结构示意图；

图3是控制电路的原理框图；

图4是CPU模块的工作流程示意图；

图5是饮水量的统计方法；

图6是电源模块的原理框图。

图中：智能茶杯1(其中：杯盖1.1，杯体1.2，内胆1.3，杯壳1.4)，移动显示终端2，云数据平台3，压力传感器4，温度传感器5，电源模块6，显示模块7，通信模块8，CPU模块9，微USB接口10。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，包含智能茶杯1、安装有APP软件的移动显示终端2及云数据平台3，智能茶杯1获取其水温、水量、位置信息并上传至云数据平台3，移动显示终端2上的APP软件接收云数据平台3发送的数据并进行饮水量的计算与分析。

如图2所示，智能茶杯1由杯盖1.1和杯体1.2组成，杯盖1.1与杯体1.2卡扣式连接，便于拆卸清洗。杯盖1采用食品级塑胶制成，具有良好的保温效果，同时可以避免用户烫伤。

杯体1.2由内胆1.3、杯壳1.4组成，内胆1.3与杯壳1.4之间设置有控制电路，所述控制电路包括压力传感器4、温度传感器5、电源模块6、显示模块7、通信模块8和CPU模块9，压力传感器4、电源模块6安装在杯壳1.4内部底端，温度传感器5紧贴内胆1.3外壁下方，显示模块7、通信模块8和CPU模块9安装在杯壳1.4内部侧壁上方。如图3所示，电源模块6为显示模块7、通信模块8和CPU模块9提供电源，压力传感器4、温度传感器5将检测到的温度和压力信号传输至CPU模块9，CPU模块9进行信号处理，并将智能茶杯1的水温、水量和锂电池剩余电量等数据发送给显示模块7，CPU模块9同步将以上信息发送给通信模块8，通信模块8实时通过移动网络将数据上传至云数据平台3，云数据平台3实时保存用户饮水的数据。移动显示终端2上的APP软件接收到云数据平台3发送的数据，进行饮水量的计算、分析和显示，可以查看一天的饮水分析报告，以及电量及智能茶杯等辅助信息。另外，CPU模块9还可以根据压力传感器4监测的智能茶杯1的水量，进行使用者饮水量的计算。

压力传感器4由2个传感探测点构成，呈圆心对称安装，测量精度可以达到1毫升(在标准条件下)。压力传感器4输出的电压信号通过导线送给CPU模块9。

电源模块8由锂电池、电源管理电路、微USB接口10和电源开关组成，各部件的连接关系如图6所示，只与杯壳1.4内部底端接触，在内胆1.3装满水的状态下，与内胆1.3的间距约为3毫米，锂电池与电源开关相连，电源开关再与电源管理电路相连，工作时，由电源管理电路给显示模块7、通信模块8和CPU模块9同时供电，连接方式为并联，提供3.3V工作电源，同时电源管理电路也与微USB接口10相连。微USB接口10为电源模块8充电过程提供接口，安装在杯壳1.4下方，采用开孔、螺钉固定安装方式。

温度传感器5紧贴内胆1.3外壁下方，与杯壳1.4没有物理上的接触，温度传感器5采用热敏电阻，当温度发生改变时引起的电阻变化，测量热敏电阻两端的电压值，可知水的温度，其测量精度可达0.2摄氏度。

显示模块7与CPU模块9相连，通过总线传输数据，显示内容包括水温、一日内的饮水量和锂电池剩余电量，显示内容每10s刷新一次。

通信模块6采用型号为ZM7100M的芯片，与CPU模块9相连，通信模块8插有手机SIM卡，通过移动网络接入互联网。通信模块作8为智能茶杯1与移动显示终端2之间的数据传输模块，将智能茶杯1的信息通过移动网络实时传输至云数据平台3，移动显示终端2上的APP软件接收到云数据平台3发送的数据，进行饮水量的计算与分析。手机SIM卡不仅实现了智能茶杯1的信息上传，也实现了智能茶杯1的位置定位。采用了基于蜂窝的窄带物联网(NB-IoT)定位技术，在APP软件中以地图形式呈现，可以放大或缩小进行查看，为智能茶杯1提供了室内外全天候无缝覆盖的精确位置数据。NB-IoT定位技术采用指纹匹配定位算法，可实现定位误差小于30米的要求，确保位置变化50米以上为非正常茶杯移动状态。50米以上为非正常茶杯移动状态是针对办公人员、学校学生等固定场所使用的用户而言的，如果为出租车(公交、长途汽车等)司机，则为正常移动。手机APP软件中可将固定模式切换为移动模式。

CPU模块9工作流程如图4所示，接收温度传感器5和压力传感器4输出的电压信号，然后转换为数字信号，其中压力传感器4的信号通过公式换算得到智能茶杯1内水的重量，温度传感器5的信号通过公式换算得到智能茶杯1内水的温度，再将需要显示的信息发给显示模块7，同时温度值、水重量值、位置信息和电池电量等数据经过通信模块8由移动网络传输至云数据平台3，移动显示终端2上的手机APP软件接收到云数据平台3发送的数据，进行饮水量的计算与分析。另外，CPU模块9还可以根据压力传感器4监测的智能茶杯1的水量，进行使用者饮水量的计算。

本发明提供的一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，使用时，其中CPU模块的软件工作流程参见图4，其步骤为：

步骤1：打开杯盖，按下电源开关；

步骤2：CPU模块9软件初始化，查看工作模式和用户体重；

步骤3：倒入少于智能茶杯1最大容量的温水；

步骤4：CPU模块9读取温度传感器5和压力传感器4的电信号，以及电池电量信息；

步骤5：CPU模块9对以上测量数据进行换算，根据压力传感器4监测的智能茶杯1的水量，进行使用者饮水量计算；

步骤6：CPU模块9将水温、水量、电量的信息发送给显示模块7，对水温过高或过低以及电量过低点亮红灯以示提醒。

步骤7：CPU模块9同步将以上信息送给通信模块8，通信模块8实时通过移动网络将数据上传至云数据平台3，云数据平台3实时保存用户饮水的数据。

步骤8：移动显示终端2上的APP软件接收到云数据平台3发送的数据，进行使用者饮水量计算、分析和显示，可以查看一天的饮水分析报告，以及电量及智能茶杯等辅助信息。

如图5所示，APP软件或CPU模块9统计一天饮水量的方法如下所示：压力传感器4对连续2个时刻的重量进行测量，判别Tn+1时刻的重量Gn+1与Tn时刻的重量Gn的差值Gn+1-Gn，如果Gn+1-Gn大于0，判别用户向杯中加水，饮水量忽略不计，如果Gn+1-Gn小于等于0，这次的饮水量为△Gn+1＝Gn-Gn+1；如此循环下去，再判断Tn+2与Tn+1时刻的重量的差值，判别方法一样，本次的饮水量与上次的饮水量进行累加。饮水量的统计在CPU模块9和手机APP软件中均有实施，手机APP软件对原始数据再次进行统计是为了得到更准确的分析结果。

附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，其特征在于，包含智能茶杯(1)、安装有APP软件的移动显示终端(2)及云数据平台(3)，所述智能茶杯(1)获取其水温、水量、位置信息并上传至云数据平台(3)，所述移动显示终端(2)上的APP软件接收云数据平台(3)发送的数据并进行饮水量的计算与分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，其特征在于，所述智能茶杯(1)由杯盖(1.1)和杯体(1.2)组成，所述杯盖(1.1)与杯体(1.2)卡扣式连接，所述杯体(1.2)由内胆(1.3)、杯壳(1.4)组成，所述内胆(1.3)与杯壳(1.4)之间设置有控制电路。

3.根据权利要求2所述的一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，其特征在于，所述控制电路包括压力传感器(4)、温度传感器(5)、电源模块(6)、显示模块(7)、通信模块(8)和CPU模块(9)，所述电源模块(6)为显示模块(7)、通信模块(8)和CPU模块(9)提供电源，所述压力传感器(4)、温度传感器(5)分别先检测智能茶杯(1)的底部压力信号和水温信号再传输至CPU模块(9)，所述CPU模块(9)进行信号处理并将智能茶杯(1)的水温、水量和电量信息发送给显示模块(7)，还将智能茶杯1的水温、水量和电量信息发送给通信模块(8)；所述通信模块(8)获取智能茶杯(1)的位置信息，实时通过移动网络将智能茶杯(1)的水温、水量、位置及电池电量信息上传至云数据平台(3)。

4.根据权利要求3所述的一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，其特征在于，所述温度传感器(5)紧贴内胆(1.3)外壁下方，所述压力传感器(4)、电源模块(6)安装在杯壳(1.4)内部底端，所述显示模块(7)、通信模块(8)和CPU模块(9)安装在杯壳(1.4)内部侧壁上方。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，其特征在于，所述电源模块(6)由锂电池、电源管理电路、微USB接口(10)和电源开关组成，所述锂电池与电源开关相连，所述电源开关再与电源管理电路相连，所述电源管理电路为显示模块(7)、通信模块(8)和CPU模块(9)并联供电，所述电源管理电路也与微USB接口(10)相连；所述微USB接口(10)为锂电池充电过程提供接口，安装在所述杯壳(1.4)下方。

6.根据权利要求3或4所述的一种基于窄带物联网的智能健康饮水管理系统，其特征在于，所述通信模块(8)与CPU模块(9)相连，所述通信模块(8)插有手机SIM卡，用于获取智能茶杯(1)的位置信息和通过移动网络接入互联网来实现智能茶杯(1)的水温、水量和位置信息传输。