CN105011684A - 多功能智能水杯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能智能水杯，包括杯盖、杯身，所述杯盖通过可拆卸方式设于所述杯身顶端，且内部设有arduino单片机系统、时钟模块、语音播报模块以及超声波测距模块，其中所述时钟模块、语音播报模块以及超声波测距模块分别与所述arduino单片机系统电连接，所述arduino单片机系统设有用于设定的按钮，所述按钮位于所述杯盖的外侧；所述杯身设有测温模块，所述测温模块与所述arduino单片机系统电连接，在杯身内部还镶嵌有金属杯胆。本发明通过语音播报功能为基础，开发出来多功能的水杯，解决了盲人日常喝水不知道到什么时候倒满烫伤等问题，方便了盲人的日常生活。

Description

多功能智能水杯

技术领域

本发明涉及水杯，具体是一种多功能智能水杯。

背景技术

世界卫生组织设在日内瓦的防盲和防聋规划主任Thylefore博士指出：中国是全世界盲人最多的国家，约500万盲人，占全世界盲人口的18％。每年在中国约有45万人失明,如果允许目前的趋势继续保持不变,到2020年预期中国盲人将增加4倍.盲人喝水，出行，等日常生活有诸多不便，随着世界盲人数量的不断增加的，盲人的生活越来越得到人们与国家的重视，如何保障盲人的基本生活，一直以来，国家通过开办盲人学校，建立更多的盲人设施等等多种措施来让盲人的生活更加方便自在，但是这种传统的方式远远不能满足大部分的盲人，在相对落后的地方的盲人还在忍受着生活的各种不便，因此，只有通过科技才能解决大部分盲人日常生活的不便。

发明内容

本发明的目的是针对现在盲人的日常生活喝水的不便，提供一种解决盲人喝水的各种不便，具有报时报水位报温等等功能的多功能智能水杯，为了达到上述目的本发明采用如下技术方案：

一种多功能智能水杯，包括杯盖、杯身，所述杯盖通过可拆卸方式设于所述杯身顶端，且内部设有arduino单片机系统、时钟模块、语音播报模块以及超声波测距模块，其中所述时钟模块、语音播报模块以及超声波测距模块分别与所述arduino单片机系统电连接，所述时钟模块记录当前的时间日期，所述语音播报模块通过接收arduino单片机系统的信息并且读出信息，所述超声波测距模块检测所述杯身中的水位，所述arduino单片机系统设有用于设定的按钮，所述按钮位于所述杯盖的外侧；

所述杯身设有测温模块，所述测温模块与所述arduino单片机系统电连接方便测量到水温的真实数据并发送给所述arduino单片机系统，在杯身内部还镶嵌有金属杯胆。

优选的，还包括杯座，所述杯座位于所述杯身下方并与所述杯身呈嵌套式连接，其内部设有加热冷却机以及散热模块，所述加热冷却机与所述arduino单片机系统电连接。

优选的，所述杯身底部设有凸出于所述杯身的接线口，所述杯座顶部设有内凹于所述杯座的插线口，所述插线口与所述接线口形状匹配。

优选的，所述杯身外壁设有与人体手形匹配的手指模印。

优选的，所述超声波测距模块采用HC-SR04超声波测距模块。

优选的，所述测温模块包括DS18B20温度传感器。

优选的，所述时钟模块包括DS1302时钟芯片。

优选的，所述语音播报模块包括OTP语音芯片。

优选的，所述加热冷却机包括TEC1-12706芯片。

优选的，所述TEC1-12706芯片通过BTS7960芯片驱动。

本发明提供的多功能智能水杯具有如下特点：

1.智能整点报时功能，以及通过长按按钮实时播报当前的日期，星期，时间功能。盲人可以很方便的知道当前的时间，它还具有晚上防打扰功能，盲人可以高效的掌握时间，有效的解决了盲人因不知道时间的困扰。

2.智能控温功能

以及智能播报水到达设定温度大概需要几分钟功能。盲人可以根据自身对水温的要求，盲人可以自由设定水的温度，指定水的温度后，盲人只需要将水杯放到制冷加热底座上，水杯就会智能的采取制冷，还是加热，如果盲人接热水时，智能水杯能加速冷却水的温度，让盲人可以享受喝水的快感。此外，在这段时间内，盲人可以做其他事情，到达设定温度时，智能水杯会自动播报水已经到达指定温度。

智能控温功能。盲人只需要将水杯放到加热，制冷底座上，它会自动采取制冷，加热，还是保温的模式，可以让水温更满足盲人的需求。

3.语音播报功能。

3.1它能够通过语音快速准确的播报水已经满，大大方便了盲人接水时不知道水量的问题，也防止了水满溢出烫手的问题。

3.2通过按钮播报实时的水温和水量功能。盲人只需要长按按钮，就可以很方便知道当前水的温度和水量，能有效的防止盲人用第二物体探测，造成二次污染水源的问题。

3.3智能播报水温已到达设定温度功能。当水温到达盲人设定温度时，它会智能通过语音提醒水已到达你设定的温度，能有效的解决盲人喝水的难题。

4.智能休眠模式，智能水杯能在低电量时智能进入休眠状态，并智能提醒盲人及时充电，也能在盲人长时间不用水杯时自动进入睡眠状态，能有效的节省了电量的消耗，当盲人需要用水杯时，只需要按一下按钮，智能水杯就能马上成为盲人的有力助手。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明实施例结构示意图；

图2是本发明实施例杯盖结构示意图；

图3是本发明实施例杯身结构示意图；

图4是本发明实施例杯座结构示意图；

图5是本发明实施例超声波测距模块电路原理图；

图6是本发明实施例测温模块电路原理图；

图7是本发明实施例时钟模块电路原理图；

图8是本发明实施例语音播报模块电路原理图；

图9是本发明实施例加热制冷芯片工作示意图；

图10是本发明实施例BTS7960芯片电路原理图；

图11是本发明实施例测压模块电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1～4所示，一种多功能智能水杯，包括杯盖1、杯身2，所述杯盖1通过可拆卸方式设于所述杯身2顶端并与杯身2紧密接触连接，且内部设有arduino单片机系统11、时钟模块、语音播报模块12以及超声波测距模块，其中所述时钟模块、语音播报模块12以及超声波测距模块分别与所述arduino单片机系统11电连接，所述时钟模块记录当前的时间日期，所述语音播报模块12通过接收arduino单片机系统11的信息并且读出信息，所述超声波测距模块检测所述杯身2中的水位，超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm，所述arduino单片机系统11主要是汇总及处理接收到的各种传感器的信息，是整个智能水杯的CPU，其设有用于设定的按钮13，所述按钮13设在按钮座15上，并伸出所述杯盖1的顶盖14外侧，主要是用来让用户设定制定温度以及选择需要了解的信息，比如通过长按按钮实时播报当前的日期，星期，时间功能等等；

所述杯身2设有内胆21、测温模块，所述测温模块与所述arduino单片机系统11电连接方便测量到水温的真实数据并发送给所述arduino单片机系统11，在杯身2内部还镶嵌有金属杯胆。

作为上述实施例方案的改进，还包括杯座3，所述杯座3位于所述杯身2下方并通过杯座顶盖33与所述杯身2呈嵌套式连接，其内部设有31以及散热模块32，所述加热冷却机31通过驱动单元32与所述arduino单片机系统11电连接。

作为上述实施例方案的改进，所述杯身2底部设有凸出于所述杯身2的接线口，所述杯座3顶部设有内凹于所述杯座3的插线口，所述插线口与所述接线口形状匹配，通过接线口与插线口的凹凸式设计，方便盲人准确的把杯身2与杯座3来连接上。

作为上述实施例方案的改进，所述杯身2外壁设有与人体手形匹配的手指模印，这样的设计充分利用了盲人的触觉，让盲人了解了杯子的整体方向，从而更加方便容易操作水杯。

作为上述实施例方案的改进，如图5所示，所述超声波测距模块采用HC-SR04超声波测距模块，语音播报杯内水的的液位及报水位溢出是本项目的一大主要功能。鉴于红外会直接穿过清水且受外界温度影响较大，无法准确测出水位。而超声波具有频率高、波长短、绕射现象小特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。同时工作可靠，安装方便，防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接等优点也使其被广泛应用在液位,监测,机器人防撞,各种超声波接近开关以及防盗报警等相关领域。故本项目采用的是HC-SR04超声波测距模块。该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm同时模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

工作时采用IO口TRIG触发测距，mega328的I/O口输出最少10us的高电平信呈。紧接着模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。最后测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。

作为上述实施例方案的改进，如图6所示，所述测温模块包括DS18B20温度传感器，DS18B20的电路很简单,由一片DS18B20和一只10k的上拉电阻构成。其内部结构主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的，即数据的输入、输出及同步均由同一根线完成。其温度测量范围为-55～+125℃。

其与单片机的通信过程：主机首先发出一个480-960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。

作为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480-960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15-60微秒后将总线电平拉低60-240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。

作为上述实施例方案的改进，如图7所示，所述时钟模块包括DS1302时钟芯片，一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

作为上述实施例方案的改进，如图8所示，所述语音播报模块12包括OTP语音芯片，OTP语音芯片(One Time Programable)也称一次性语音芯片是指一次性可编程语音芯片，主要是通过接收arduino单片机系统11的信息并且读出信息。此语音芯片内置电阻,无需外围元件,外围电路仅需两个104电容和一个扬声器。

各引脚的功能：BUSY:芯片工作时(播放声音)输出低电平，停止工作或者待机时保持高电平；DATA:接收控制脉冲的引脚，收到脉冲就播放第几个地址的内容；REST:任何时候，收到一个脉冲时，可以使芯片的播放指针归零，同时芯片停止，进入待机状态。

控制原理：采用模拟串行的控制方式。过程为单片机IO口先输出一个复位脉冲到REST引脚，紧接着单片机输出N个大于50us的脉冲到DATA脚。芯片播放第N个地址的语音内容。同时BUSY脚电平拉低。

作为上述实施例方案的改进，如图9所示，所述加热冷却机包括TEC1-12706芯片。半导体加热制冷芯片是根据热电效应技术的特点，采用特殊半导体材料热电堆来制冷，能够将电能直接转换为热能其工作原理为：接通直流电源后，电子由负极(-)出发，首先经过P型半导体，在此吸收热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模组，就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。本项目采用的制冷芯片是TEC1-12706,额定电压为：12v，额定电流为6A，最大温差可达60摄氏度，外型尺寸为4X 4X 0.4Cm，重约25克。

作为上述实施例方案的改进，如图10所示，所述TEC1-12706芯片通过BTS7960芯片驱动。上述加热制冷芯片的额定电流高达6A，显然最大电流只有2A的L298N无法满足，故本项目采用的是输出电流可达43A的BTS7960驱动，它由一个P沟道的高边MOSFET和一个N沟道的低边MOSFET结合一个集成的驱动IC形成了能经受大电流通过的H桥的半边。由于有了P沟道高边开关省去了电荷泵，因此减小了电磁干扰(EMI)。在BTS7960内部集成的驱动IC使得和微控制器的接口变得非常容易，并且具有逻辑电平输入、电流检测诊断、斜率校正、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。两块BTS7960能够进行连接构成H全桥。BTS7960通态电阻的典型值为16mΩ。

作为上述实施例方案的改进，如图11所示，还包括测压模块，锂电池测压模块的加入是为了让使用者能及时发现锂电池电量不足，能尽快充电以避免电流过放而造成的锂电池的毁灭性损坏。本项目所用的锂电池电压为7.4v，而单片机的引脚电压时为5v故必须经过分压才能检测，鉴于引脚的最大承受电流为40MA故用两个1k电阻分压后的电压，用模拟引脚读出其中一个电阻的模拟值。计算公式为：总电压＝A0检测值*5*2/1023。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多功能智能水杯，包括杯盖、杯身，其特征在于：

所述杯盖通过可拆卸方式设于所述杯身顶端，且内部设有arduino单片机系统、时钟模块、语音播报模块以及超声波测距模块，其中所述时钟模块、语音播报模块以及超声波测距模块分别与所述arduino单片机系统电连接，所述时钟模块记录当前的时间日期，所述语音播报模块通过接收arduino单片机系统的信息并且读出信息，所述超声波测距模块检测所述杯身中的水位，所述arduino单片机系统设有用于设定的按钮，所述按钮位于所述杯盖的外侧；

所述杯身设有测温模块，所述测温模块与所述arduino单片机系统电连接方便测量到水温的真实数据并发送给所述arduino单片机系统，在杯身内部还镶嵌有金属杯胆。

2.如权利要求1所述的多功能智能水杯，其特征在于：

还包括杯座，所述杯座位于所述杯身下方并与所述杯身呈嵌套式连接，其内部设有加热冷却机以及散热模块，所述加热冷却机与所述arduino单片机系统电连接。

3.如权利要求2所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述杯身底部设有凸出于所述杯身的接线口，所述杯座顶部设有内凹于所述杯座的插线口，所述插线口与所述接线口形状匹配。

4.如权利要求1所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述杯身外壁设有与人体手形匹配的手指模印。

5.如权利要求1所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述超声波测距模块采用HC-SR04超声波测距模块。

6.如权利要求1所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述测温模块包括DS18B20温度传感器。

7.如权利要求1所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述时钟模块包括DS1302时钟芯片。

8.如权利要求1所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述语音播报模块包括OTP语音芯片。

9.如权利要求2所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述加热冷却机包括TEC1-12706芯片。

10.如权利要求9所述的多功能智能水杯，其特征在于：

所述TEC1-12706芯片通过BTS7960芯片驱动。