CN206075093U - 一种智能水杯控制系统电路 - Google Patents

Abstract

一种智能水杯控制系统电路，包括主控制器电路、电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路；主控制器电路分别连接电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路。本实用新型一种智能水杯控制系统电路，基于低功耗且内置驱动器的单片机而设计，可以计算人们的饮水量，通过饮水提醒能实时显示饮水量、饮水时间；并提醒人们合理的饮水。

Description

一种智能水杯控制系统电路

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统电路，具体是一种智能水杯控制系统电路。

背景技术

水是生命之源，每天2000mL以上的饮水才能保持身体水分平衡。然而，随着生活节奏的加快，许多人常常忘记饮水，等到想饮水的时候，身体内其实已经严重缺水。水杯是饮水常用的器具，而现有的水杯大都只有单纯的饮水功能，并没办法按时提醒人们饮水，使用者也不知道自己一天喝了多少水量，也不能知道自己的饮水量是否能达到自身健康要求。而目前现有技术中提出的智能水杯，主要是涉及到智能水杯结构上以及功能上的设计。

发明内容

本实用新型提供一种智能水杯控制系统电路，基于低功耗且内置驱动器的单片机而设计，可以计算人们的饮水量，通过饮水提醒能实时显示饮水量、饮水时间；并提醒人们合理的饮水。

本实用新型采取的技术方案为：

一种智能水杯控制系统电路，包括主控制器电路、电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路；主控制器电路分别连接电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路。

所述电源管理控制电路包括R7F0C002单片机， R7F0C002单片机连接LCD控制器/驱动器，输出信号；所述电源管理控制电路包括两级DC/DC调整电路、IR6402型MOS管，初级DC/DC调整电路用于将温差发电片SP1848-27145产生的不规则电压，调整为最大2.7V给超级电容充电；次级DC/DC调整电路用于将超级电容电压调整为3.0V，给系统供电；IR6402型MOS管连接R7F0C002单片机；所述水温与水量采集电路包括J4接口、10K热敏电阻组成的半桥测量电路、A/D转换芯片HX711；所述J4接口用于连接桥式称重传感器模块；所述半桥测量电路用于测量水的温度，其中半桥测量电路中的稳压电源选用A/D转换芯片HX711内部集成的稳压电源输出；A/D转换芯片HX711内部有两路可选增益的差分输入通道，其中：128倍增益的通道A采集水量的变化；32倍增益的通道B采集水温变化，并将数据传给主控制器电路。

所述饮水/倒水判断电路包括倾角开关U4、陀螺仪模块，倾角开关U4连接主控制器电路，主控制器电路连接陀螺仪模块。

所述蜂鸣器驱动电路包括按键驱动电路、蜂鸣器，按键驱动电路连接蜂鸣器，所述按键驱动电路包括3个独立按键：SW1、SW2、SW3，用于完成各个任务的切换；默认状态下，按键输入为高电平，当有按键按下时，按键输入为低电平。

所述R7F0C002单片机外接32.768KHz的晶振XT1；

R7F0C002单片机ANI1引脚为A/D通道，用于采集超级电容的放电电压；

R7F0C002单片机的ANI0引脚，用于采集基准电压模块电压；

R7F0C002单片机的P147引脚，用于输入24位AD模块时钟信号；

R7F0C002单片机的P146引脚，用于输入24位AD模块数据信号；

R7F0C002单片机的P141引脚，用于控制蜂鸣器输出；

R7F0C002单片机的P12引脚、P11引脚，分别为发送数据更改陀螺仪模块设置与接收陀螺仪模块输出数据。

所述按键驱动电路中并联了0.1uF的电容。

所述主控制器电路通过LCD接口电路连接LCD显示模块。

本实用新型一种智能水杯控制系统电路，控制系统的电路电源由水杯内水温与室温温差发电与备用电池共同供电。根据超级电容的电压来判断是否开启备用电池供电；根据压力传感器和温度传感器可以分别测得此时水杯中的水量与温度；当闭合温度使能开关，温度超过人体所能正常饮用水的温度时，此时通过蜂鸣器产生警示信号；当闭合倾角开关时，若发现水杯倾斜角度超过100°时，则判断为倒水动作。此时通过压力传感器测量变化的水量用以计算使用人的饮水量，通过饮水提醒使能和时间/饮水总量显示，可以实时显示饮水量并提醒用户合理的饮水。

附图说明

图1为本实用新型的系统控制框图。

图2为本实用新型的主控制器电路原理图；

图3为本实用新型的电源管理控制电路图。

图4为本实用新型的水温与水量采集电路图。

图5为本实用新型的饮水/倒水判断电路图。

图6为本实用新型的蜂鸣器驱动电路图。

具体实施方式

一种智能水杯控制系统电路，包括主控制器电路、电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路；主控制器电路分别连接电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路。所述主控制器电路通过LCD接口电路连接LCD显示模块。

该控制系统主要包含以下几个任务：时间显示任务、时间设置任务、水温获取任务、水量获取任务、24小时内饮水累计任务、提醒温度设置任务、提醒时间设置任务、温度/时间提醒任务，自供电与备用电池供电切换任务。

图2所示为主控制器电路原理图，本实用新型选用的为R7F0C002单片机，该单片机可以省期间，它具有集成LCD液晶驱动电路，省去外部LCD驱动电路；具有集成硬件RTC时钟，可以进行温度补偿，省去外部时钟电路；内存容量大，可满足各种功能要求；集成dataflash，可以省去外挂储存电路；宽电压工作，集成上下点检测电路，省去外部电源管理电路。主控制器电路外接32.768KHz的晶振，主控制器端口SEG0～SEG13、SEG17～SEG21、SEG23～SEG25与SEG31～SEG33连接LCD控制器/驱动器的信号输出。引脚ANI1为A/D通道，采集超级电容的放电电压；引脚ANI0采集基准电压模块电压；引脚P147输入24位AD模块时钟信号，引脚P146输入24位AD模块数据信号；引脚P141控制蜂鸣器输出。引脚P12、P11分别为发送数据更改陀螺仪模块MPU6050设置与接收陀螺仪模块MPU6050输出数据。

图3为电源管理控制电路图，该电路采用两级DC/DC调整电路调整后给系统供电，采用BLB8530-30升压芯片，初级电压DC/DC调整电路将温差发电片产生的不规则电压调整为最大2.7V给超级电容充电；次级DC/DC调整电路将超级电容电压调整为3.0V，给系统供电。通过控制P沟道IR6402型MOS管来决定是否启用备用电池供电。当单片机检测到超级电容放电电压过低时，控制导通IR6402型MOS管，切换至备用电池供电，这时温差片产生的能量只用于超级电容充电，当超级电容电压达到系统供电要求时，切换为自供电模式。电路选用的温差发电片为SP1848-27145，其电参数如下：在温差20℃时，开路电压0.97V，发电电流为225mA；温差40℃时，开路电压1.8V，发电电流为368mA；温差60℃时，开路电压2.4V，发电电流为469mA；温差80℃时，开路电压3.6V，发电电流为558mA。

图4为水温与水量采集电路图，电路是使用电阻应变片组成的桥式称重传感器测量水的重量，然后再转换成水的体积，如图中J4接口用于连接桥式称重传感器模块。使用10K热敏电阻组成半桥测量电路测量水的温度，其中测量电路中的稳压电源选用24位A/D转换芯片内部集成的稳压电源输出，提高测量的精确度。电路选用A/D转换芯片HX711实现水温及水量的采集。A/D转换芯片HX711为高精度24位A/D转换芯片，内部集成了稳压电源，片内时钟振荡器等外围电路。该芯片内部有两路可选增益的差分输入通道，其中通道A的可编程增益为128或64。电路选用128倍增益的通道A采集水量的变化，选择32倍增益的通道B采集水温变化，并将数据传给主控制器。

图5为饮水/倒水判断电路图，当水杯倾角大于10度时，倾角开关U4闭合，SUBINPT0产生低电平，倾角开关与主控制器外部中断相连，此时产生外部中断。同时监测陀螺仪倾角变化，当倾角大于100度时，判断为倒水动作。减少的水量不计入饮水累计变量中。否则为饮水动作，减少的水量计入每日饮水累计变量中。

图6为蜂鸣器驱动电路图，在水温温度提醒使能状态下，当设置的水温与当前水温匹配时，或设置的提醒时间与当前时间匹配时，蜂鸣器发出响声，本电路采用电流驱动蜂鸣器。本系统中有3个独立按键，主要完成各个任务的切换。默认状态下，按键输入为高电平，当有按键按下时，按键输入为低电平，在按键驱动电路中并联了0.1uF的电容，再结合软件去抖，以达到防抖效果，提高按键有效输入识别能力。

实施步骤：

1、时间显示及设置功能：

由于LCD面板可以根据用户需求定制，因此显示时间可以根据项目要求而改变。本项目使用LCD面板只显示小时和分钟信息。

长按按键“SW1”，进入时间设置模式。在此模式下，设置项目以0.5Hz的频率闪动。项目设置顺序依次为：小时—分钟—退出。

在此模式下，按“SW2”按键一次，设置项前进一部。按“SW3”按键一次，设置项后退一步。再次按“SW1”按键，确认设置结果，并转入下一设置项目。

2、水温显示功能：

通过温度传感器测得水温，再通过24位的A/D转换模块将数字信号发送给单片机，实时显示水杯中水的温度。最小精度为0.1℃。

3、水量显示功能：

通过压力传感器测得水杯内水的高度，从而计算出当前水杯中水的体积。最小精度为1mL。

4、饮水总量累计功能：

实时显示24小时内累计的饮水总量，并在每天的00:00:00清空累计值。通过短按“SW1”按键，切换显示饮水总量累计值。杯中内置高精度陀螺仪模块MPU6050以及倾角开关U4，能够智能区分饮水动作以及倒水动作，使得饮水累计值更准确，更科学。

5、饮水提醒功能：

水温提醒功能：长按“SW2”进入水温提醒设置模式。在此模式下，通过按键“SW3”，设置提醒温度。当杯中水温达到设定温度且温度提醒功能使能时，蜂鸣器报警，提醒用户饮水。

时间提醒功能：短按“SW2”，可以依次循环设置4个饮水提醒时间。本项目中，设定的提醒时间依次为当前时间2小时，4小时，6个小时，8小时提醒。

6、电源管理功能：

本实用新型电路中的自供电模块采用赛贝克温差发电片SP1848-27145与超级电容组成。利用赛贝克效应，将热水和室温的温差直接转换成电能，然后通过升压电路将产生的微弱电能储存在超级电容中，当超级电容中存储的电量满足系统供电时，启用自供模块供电。当储存的电量不足时，自动切换为备用电池供电，保证系统能够正常供电。

Claims (4)

1.一种智能水杯控制系统电路，包括主控制器电路、电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路；主控制器电路分别连接电源管理控制电路、水温与水量采集电路、饮水/倒水判断电路、蜂鸣器驱动电路；其特征在于：所述电源管理控制电路包括单片机，单片机连接LCD控制器/驱动器；所述电源管理控制电路包括两级DC/DC调整电路、MOS管，初级DC/DC调整电路用于将温差发电片产生的不规则电压，调整为最大2.7V给超级电容充电；次级DC/DC调整电路用于将超级电容电压调整为3.0V，给系统供电；MOS管连接单片机；所述水温与水量采集电路包括J4接口、半桥测量电路、A/D转换芯片；所述J4接口用于连接桥式称重传感器模块；所述半桥测量电路用于测量水的温度，其中半桥测量电路中的稳压电源选用A/D转换芯片内部集成的稳压电源输出；A/D转换芯片内部有两路可选增益的差分输入通道，其中：128倍增益的通道A采集水量的变化；32倍增益的通道B采集水温变化，并将数据传给主控制器电路；所述饮水/倒水判断电路包括倾角开关U4、陀螺仪模块，倾角开关U4连接主控制器电路，主控制器电路连接陀螺仪模块；所述蜂鸣器驱动电路包括按键驱动电路、蜂鸣器，按键驱动电路连接蜂鸣器，所述按键驱动电路包括3个独立按键：SW1、SW2、SW3，用于完成各个任务的切换；默认状态下，按键输入为高电平，当有按键按下时，按键输入为低电平。

2.根据权利要求1所述一种智能水杯控制系统电路，所述单片机为R7F0C002单片机，R7F0C002单片机外接32.768KHz的晶振XT1；R7F0C002单片机ANI1引脚为A/D通道，用于采集超级电容的放电电压；R7F0C002单片机的ANI0引脚，用于采集基准电压模块电压；R7F0C002单片机的P147引脚，用于输入24位AD模块时钟信号；R7F0C002单片机的P146引脚，用于输入24位AD模块数据信号；R7F0C002单片机的P141引脚，用于控制蜂鸣器输出；R7F0C002单片机的P12引脚、P11引脚，分别为发送数据更改陀螺仪模块设置与接收陀螺仪模块输出数据。

3.根据权利要求1所述一种智能水杯控制系统电路，所述按键驱动电路中并联了0.1uF的电容。

4.根据权利要求1所述一种智能水杯控制系统电路，所述主控制器电路通过LCD接口电路连接LCD显示模块。