CN207488740U - 一种基于stm32控制的智能酒瓶 - Google Patents

Abstract

一种基于STM32控制的智能酒瓶，包括主控、电源、传感器模块、饮酒与倒酒判断电路、蜂鸣器驱动电路、LCD接口电路、按键驱动电路、制冷加热模块。可实现用户通过移动设备APP控制酒瓶中酒温，并反馈的每日饮酒量及酒精浓度等信息，为用户提供合适的饮酒方案，同时可监督用户适量饮酒，超出正常范围将发声报警。智能酒瓶配置有LCD显示屏，可实时显示当前酒温、酒瓶中当前酒量、当日累计饮水量、当前时间、酒瓶中酒精浓度等信息。本实用新型采用硬件与移动设备APP结合的模式，利用BLE数据传输技术，实现智能酒瓶与移动设备上APP数据传递。并利用半导体制冷片体积小、高效率、无污染的特点，提供智能便捷的控温服务。

Description

一种基于STM32控制的智能酒瓶

技术领域

本实用新型属于智能技术领域，涉及一种智能酒瓶。

背景技术

现代生活，酒文化盛行，特别对于爱酒人士，有着“夏天喝冰镇酒，冬天喝温酒”的需求。随着生活智能化的深入，人们的生活也越来越便捷，本实用新型顺应潮流结合正在掀起移动互联网革命的手机app，实现智能终端设备app智能调节酒的温度，而且app结合智能酒瓶反馈的每日饮酒酒量以及酒精浓度等信息为用户提供合适的饮酒方案，同时可以监督用户适量饮酒，超出正常范围智能酒瓶蜂鸣器将发声报警。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于STM32控制的智能酒瓶，实现用户在终端设备上智能控制酒的温度，使其享受到饮酒的最大乐趣。智能酒瓶可以监控用户饮酒情况，智能数据分析，与智能终端设备app通信，向用户提出警示，在app上给出合理的饮酒方案。

本实用新型所述的一种基于STM32控制的智能酒瓶，其特征在于包括主控STM32单片机、电源、传感器模块、饮酒与倒酒判断电路、蜂鸣器驱动电路、LCD接口电路、按键驱动电路、制冷加热模块。其中，主控STM32单片机与传感器模块之间通过单片机24位A/D转换口相互连接，传感器模块将所测酒瓶内酒量、酒温、酒精浓度的电信号传送到单片机24位A/D转换器，经处理后，主控STM32单片机驱动LCD显示传感器模块所测数据；饮酒与倒酒判断电路与单片机外部中断相连，饮酒与倒酒判断电路的倾角开关以及3D陀螺仪电路能够智能区分用户饮酒动作和倒酒动作；按键驱动电路与单片机内置的键中断扫描模块相连接，用户通过按键设定当前时间日期，主控STM32单片机驱动LCD显示用户设定的时间和日期；单片机与智能终端设备APP通过BLE方式通信，APP通过智能终端设备发送指令给主控STM32单片机，主控STM32单片机接受指令，并通过制冷加热模块控制酒温，以及控制蜂鸣器驱动电路工作，主控STM32单片机将当日饮酒量以及酒精浓度信息通过BLE通信方式发送给智能终端设备。

所述主控STM32单片机是高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核STM32，STM32单片机的数据处理模块需处理来自传感器、用户按键输入以及终端设备app的信息。

所述电源采用两级DC/DC调整电路调整后给系统供电，初级电压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，次级电压调整电路将超级电容放电电压调整为3.0v，给系统供电。

所述传感器模块包括桥式称重传感器采集酒量、具有正温度系数的PTC温度传感器测量酒温以及MQ-3酒精传感器灵敏检测酒精浓度。

所述饮酒与倒酒判断电路包括倾角开关电路和3D陀螺仪电路，通过角度传感器开关与主控STM32单片机外部连接情况同时陀螺仪倾角变化来精准判断饮酒与倒酒动作。

所述蜂鸣器驱动电路采用电流驱动蜂鸣器，当用户饮酒量超出智能酒瓶接收来自终端设备的酒量预设值或者酒精浓度传感器检测到酒精浓度超出正常范围，蜂鸣器发出声响。

所述LCD接口电路中，由于主控STM32单片机内置LCD控制器/驱动器，LCD管脚可以直接与主控STM32单片机的GPIO相连。且主控STM32单片机内置LCD控制器/驱动器与LCD面板工作方式相匹配，保证LCD面板显示的清晰度。

所述按键驱动电路包括三个独立按键，主要用于当前时间设置。

所述制冷加热模块主要由半导体制冷片、散热鳞片、涡轮风扇组成，同时结合智能终端设备app可实现智能控制酒瓶内液体酒温度功能。

本实用新型基于瑞萨低功耗且内置LCD驱动器的STM32单片机。智能酒瓶控制酒的温度功能由可靠性高简单的半导体制冷片实现，它是利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，通过直流电制冷的一种新型制冷方式。与传统方式相比，半导体制冷片结构简单，制冷加热速度快。半导体制冷片是电流换能型片件，可以实现高精度温度控制，结合温度传感器，很容易实现计算机控制、遥控。本实用新型采用移动终端APP与外部硬件相结合方式，APP连接外部硬件采用BLE即低功耗蓝牙连接方式。蓝牙低功耗技术是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术，通过许多智能手段，此种方式最大限度地降低自身的工作能耗。蓝牙低能耗技术是一种连接非常快的方式，可以实现设备在不需要使用蓝牙通信时处于“非连接”状态，进一步节省能源。蓝牙低功耗技术还有可变时间间隔特点，这个间隔根据具体应用可以设置为几毫秒到几秒不等。它的优点是不需要集成MFI芯片进行认证，功耗低，手机端开发也相对简单，集成iOS系统提供的CoreBluetooth.framework可以支持。BLE技术的工作模式非常适合用于从微型无线传感器（每半秒交换一次数据）或使用完全异步通信的遥控器等其它外设传送数据。这些设备发送的数据量非常少（通常几个字节），而且发送次数也很少（例如每秒几次到每分钟一次，甚至更少）。比如前两年非常火爆的各种智能硬件，像智能水杯，智能体重计，运动手环等，都是采用这种连接方式。

本实用新型具有的优点：

（1）本实用新型电源模块内置温差发电装置，无需外部电源或电池供电，即可工作；温差发电装置电量不足时，自动切换备用电池供电电路。本实用新型采用的主控STM32单片机具有低功耗的优点。

（2）本实用新型配置有LCD面板，可实时显示当前酒温、酒瓶中当前酒量、当日累计饮酒量、当前时间、酒瓶中酒精浓度等信息，并且由于此智能酒瓶可与移动终端APP通信，同样信息可以同步显示在用户的移动设备上，用户可以根据自己的具体情况选择其一了解显示信息。

（3）本实用新型采用新兴的热门材料半导体制冷材料，与传统的制冷技术相比，它有以下优点：1）结构简单，没有机械运动部件，无噪音、无磨损、无污染、寿命长、可靠性高；2）制冷加热速度快，控制灵活可靠；3）冷热转换有可逆性，只要改变电流方向，就可以在制冷加热模式之间切换；4）热电堆可以任意排布、大小形状可变。

（4）本实用新型采用现阶段较为流行普遍与移动设备APP相结合的方式，实现用户在APP上智能设置酒瓶中酒的温度以及对用户饮酒情况进行智能监督，进行智能警报，并针对实际情况给出合适的饮酒方案。外部移动终端设备上App与智能酒瓶连接方式采用BLE即低功耗蓝牙技术，BLE是最新的专注于低功耗（纽扣电池可持续待机半年以上）、快速连接（仅需1-3ms）、长距离通信（长达50m以上）的新一代短距离无线通信规范，特别注重和优化了小数据包的数据交换，可以说是为物联网不同厂商IOT（互操作测试）时代量身定制的通信手段。

附图说明

图1为智能酒瓶设计框图。

图2为制冷加热模块原理图。

图3为智能酒瓶工作示意图。

图4为智能酒瓶主视立体图。

图5为智能酒瓶瓶体内胆立体图。

图6为智能酒瓶外壳立体图。

具体实施方式

为了详细地说明本实用新型的技术方案，下面将结合附图，对本实用新型实施的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1。

参照附图1、2。一种智能酒瓶设备，至少包含以下内容。

本实用新型的原理为：通过STM32单片机进行控制，将传感器模块所采集到的酒温、当前酒量、当前酒瓶里酒精浓度的值通过瓶体上LCD进行实时显示；若用户在移动设备APP上设置所需的酒温，STM32单片机将其与PTC温度传感器所测酒温进行比较，控制半导体制冷加热模块进行制冷加热工作；若用户在移动设备APP上设置当日饮酒量上限或饮酒酒精浓度上限，STM32单片机将其与桥式称重传感器和MQ-3酒精浓度传感器对所测值进行处理，超过预设上限后，启动蜂鸣器发出预警信号。

本实用新型的电源可自供电或备用电池供电，自供电方式采用塞贝克温差发电片与超级电容组成。此方式利用塞贝克效应，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存储在超级电容中，当超级电容中存储的电量满足系统供电时，启用自供电方式供电。当存储的电量不足时，自动切换为备用电池供电保证系统的正常工作。

本实用新型的传感器模块包含PTC温度传感器、桥式称重传感器、MQ-3酒精浓度传感器三种传感器。PTC温度传感器是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数特性，实验表明，在工作温度范围内，PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示：

式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值，Bp为该种材料的材料常数。PTC温度传感器可以灵敏的测量当前酒温。桥式称重传感器是由电阻应变片组成的，工作方式是先测量酒的重量，然后转换成酒的体积。MQ-3酒精浓度传感器对酒精蒸汽的响应速度快、灵敏度高，而且跟其他类似功能传感器进行比较，MQ-3酒精浓度传感器驱动电路简单，稳定性高。MQ-3酒精浓度传感器可以达到酒精浓度测量范围为0.104-0.172mg/L，酒精浓度测量精度在0.1%。再将此三种传感器连接A/D转换器，将测量值转换成数字信号即单片机可以进行处理的数据格式传送给单片机，用于实现用户对酒温的控制。

本实用新型的饮酒与倒酒判断电路包括倾角开关电路和3D陀螺仪电路，角度传感器开关与MCU外部中断连接，当酒瓶倾角大于10度时，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，判断为倒酒动作，减少的酒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酒累计变量中。

本实用新型的蜂鸣器驱动电路采用电流驱动蜂鸣器，当用户饮酒量超出智能酒瓶接收来自终端设备的酒量预设值或者酒精浓度传感器检测到酒精浓度超出正常范围，蜂鸣器发出声响警报。

本实用新型的LCD接口电路中，由于STM32单片机内置LCD控制器/驱动器，LCD管脚可以直接与STM32单片机的GPIO相连。且STM32单片机内置LCD控制器/驱动器与LCD面板工作方式相匹配，保证LCD面板显示的清晰度。LCD面板实时显示当前酒温、酒瓶中当前酒量、当日累计饮水量、当前时间、酒瓶中酒精浓度等信息。

本实用新型的按键驱动电路包括三个独立按键，主要完成时间预设及任务间转换，默认状态下，按键输入为高电平，当有按键按下时，按键输入变为低电平。为了防抖，在按键驱动电路中并联了0.1μF的电容，同时使用软件编程去抖，从而最大程度提高按键有效输入识别能力。

本实用新型的制冷加热模块主要由半导体制冷片、散热鳞片、涡轮风扇组成如图2所示，图2中的标号表示涡轮风扇转动使风道空气对流，图2中的标号表示内胆与外壁之间形成风道。本实用新型的制冷加热模块主要利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷目的。由于半导体制冷片的工作特性，在调换电极的情况下，原本制冷的冷热片开始产生热量达到加热目的。实际工作原理如下：（1）在制冷时，由PTC温度传感器检测酒温，并与用户在移动设备APP上温度预设值进行比较，若高于温度预设值，则由STM32单片机控制半导体冷热片进行制冷，半导体贴近瓶体一侧开始制冷，并带动涡轮风扇转动，使外壳和内胆之间的风道产生气流流通，半导体另一侧产生的热量在散热鳞片与空气的大面积接触下，带出瓶体，当通过传感器实时检测到的温度达到所设定温度值时，由STM32单片机控制电路断电，从而达到制冷的目的。（2）在加热时，由于半导体制冷片的工作特性，在调换电极的情况下，原本制冷的冷热片开始产生热量，通过移动设备APP设定酒温值，单片机控制启动加热开关，当通过PTC温度传感器检测到的实时水温值加热到预设值时，停止加热，达到预期水温值。

实施例2。

参照附图4、5、6。此为本实用新型的结构示意图。

本实用新型的一种基于STM32控制的智能酒瓶，由瓶体和瓶盖组成，瓶体集成了显示屏幕、控制按键、单片机控制电路、传感器等设备。瓶体分为外壳和内胆，外壳起支持和保护作用，外壳上设有一定数量的通风口。内胆的每一面均贴有两片半导体冷热片，冷热片上另一面贴有散热鳞片，由外壳和内胆组成风道向外排出多余热量。半导体冷热片在调换电极情况下，可用于加热，从而达到制冷和加热的双重目的。

参见图4，本实用新型外观主视图，图5为酒瓶内胆主体，内胆内壁贴有两块半导体冷热片，冷热片上另一面贴有散热鳞片，图6为酒瓶外壳，与图5酒瓶内胆组成风道向外排出多余热量。主控STM32单片机、电源、按键驱动电路、单片机控制电路、蜂鸣器驱动电路、饮酒与倒酒判断电路都集成在酒瓶外壳，PTC温度传感器、MQ-3酒精浓度传感器、桥式称重传感器在酒瓶内胆内壁。

Claims (4)

1.一种基于STM32控制的智能酒瓶，其特征是包括主控STM32单片机、电源、传感器模块、饮酒与倒酒判断电路、蜂鸣器驱动电路、LCD接口电路、按键驱动电路、制冷加热模块；其中，主控STM32单片机与传感器模块之间通过单片机24位A/D转换口相互连接；饮酒与倒酒判断电路与主控STM32单片机外部中断相连，饮酒与倒酒判断电路包括倾角开关以及3D陀螺仪电路；按键驱动电路与主控STM32单片机内置的键中断扫描模块相连接，主控STM32单片机驱动LCD显示用户设定的时间和日期；主控STM32单片机与智能终端设备APP通过BLE方式通信，APP通过智能终端设备发送指令给主控STM32单片机，主控STM32单片机接受指令，并通过制冷加热模块控制酒温，以及控制蜂鸣器驱动电路工作，主控STM32单片机将当日饮酒量以及酒精浓度信息通过BLE通信方式发送给智能终端设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32控制的智能酒瓶，其特征是所述主控STM32单片机为ARM Cortex-M3内核STM32。

3.根据权利要求1所述的一种基于STM32控制的智能酒瓶，其特征是所述传感器模块包括桥式称重传感器采集酒量、具有正温度系数的PTC温度传感器测量酒温以及MQ-3酒精传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于STM32控制的智能酒瓶，其特征是所述制冷加热模块包括半导体制冷片、散热鳞片、涡轮风扇。