王玥1，徐浩然2
1.2西南石油大学电气信息学院 四川成都 610000
摘要：随着国内经济的高速发展，饮水机行业趋于饱和，但目前桶装饮用水的销售、配送系统已经难以适应桶装饮用水需求量的快速发展，主要存在以下几个问题：订水方式单一、送水不够方便、水质出现污染；本文章设计了一种基于物联网技术的智能饮水机系统，可以实现缺水时、水质污染自动报警，通信设备接受报警信息，在移动端与水站联系并约定上门送水时间，方便快捷；同时可以自动监测水温，实时更新水温信息，移动端可操作定时加热，保障热水供应。
关键词：水温监测；水质监测；水位监测；物联网；饮水机
1.引言
本系统主要是利用物联网模组实现饮水机和平台的信息交互，着重需要研究的是利用物联网的水位监测、水温检测以及水质检测，可实现缺水时、水质污染自动报警，通信设备接受报警信息，在移动端与水站联系并约定上门送水时间，方便快捷；同时可以自动监测水温，实时更新水温信息，移动端可操作定时加热，保障热水供应。
2.系统总体设计
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本系统设计采用模块化设计，利用水温传感器、水位传感器、水质传感器分别对水温、水位、水质进行监测，将水温、水位、水质传感器的返回值返回至单片机，同时返回至LCD显示屏进行水温、水质的显示，单片机的信号传输至WiFi模块，wifi模块实现水站与通信设备的信息交互。
3.系统硬件设计
3.1硬件元件设计
3.1.1 STM32F103C8T6单片机
基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB，且它的主要优势在于，封装体积小，价格与其他芯片相比较低、相比8位单片机性能更优，可以满足本智能饮水机系统的需求。
3.1.2 基于ESP8266的WiFi模块
ESP8266是一款性价比较高的低功耗WiFi芯片，应用非常广泛，该模块具有UART异步通信串行接口，支持串口数据透明传输。通过串口WiFi模块，可使智能设备联网，实现无线远程控制。
3.1.3 Risym DS18B20数字温度传感器
采用导热性高的密封胶灌封，保证了温度传感器的高灵敏性，很小的温度延迟。该温度传感器支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内，精度为士0.5°C。本设计采用此传感器
3.1.4TDS水质传感器模块
该模块即插即用，使用简单方便。3. 3~5.5V的宽电压供电，0~2. 3V的模拟信号输出，TDS探头为防水探头，可长期浸入水中测量。本设计采用此传感器。
3.1.5液位继电器jyb-714
它适用于自动控水和排水控制，试用情景广泛，抗干扰能力强，且性能更加稳定，适用于交流50hz，额定控制电压380V及以下的液位自动控制电路中，本设计采用此传感器。
3.2硬件电路
云叫水系统硬件部分主要有核心处理器、液位、温度、水质检测模块、DC5V和AC220V供电模块、显示与输入模块、WiFi信号发送模块。该系统设计可以满足启动停止、参数设置、信息显示、手动叫水和缺水或水质较差时自动叫水等功能。
3.2.1核心处理器
核心处理器采用STM32F103C8T6，其有48个引脚，可以满足此系统的功能需要。
3.2.2液位检测
水位传感探头利用水的导电性，电子线路将电流放大，以推动继电器工作，当水桶水位低于水位下限时，探头露出水面，继电器线圈失电，常闭触点闭合，单片机得到一个高电平信号，是一个开关量。
3.2.3温度监测和水质检测
水质传感探针分别接在模拟TDS传感器模块的水质接口和拓展的温度接口上，可以从该模块上输出水质和温度的模拟信号，通过单片机的ADC引脚传送给单片机，是两个模拟量输入。
3.2.4显示与输入模块
显示与输入模块与单片机进行串口通信，可以实现液位，温度，水质等情况的显示，也可对手动叫水和自动叫水进行设置，这款串口屏采用电阻式触摸，支持串口下载和SD卡下载，带组态控件，支持PC端模拟调试，也支持模拟器和设备同步调试，操作简单方便。
3.2.5WiFi通信模块
也通过串口与单片机进行通信, 单片机传输水位，水质等信号给WIFI模块,WIFI模块再将信号发送到手机上。ESP8266模块支持STA/AP/STA+AP三种工作模式.STA模式：ESP8266模块通过路由器连接互联网，手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。AP?模式：ESP8266模块作为热点，实现手机或电脑直接与模块通信，实现局域网无线控制。STA+AP模式：两种模式的共存模式，即可以通过互联网控制可实现无缝切换，方便操作。
4.系统软件
本系统的软件设计主要分为三个部分：系统主控芯片STM32F103C8T6 的程序设计、用户端和售水平台app的界面组件和程序设计、串口屏界面组件和程序设计。
4.1 STM32F103C8T6 的程序总体流程
启动时进行初始化工作，包括串口屏初始化、定时器初始化、TDS传感器初始化、温度传感器的初始化等。
系统主控芯片STM32F103C8T6采集读取温度传感器信息、水质传感器信息、液位传感器信息。采集到的温度、液位、水质信息通过串口屏显示，通过WiFi模块上传数据至物联网服务器。处理从WIFI 模块（最初信息源来源手机app）、触摸屏、语音识别模块经串口通信发送过来的出水指令、WIFI热点信息.按通信协议对数据进行处理。发送叫水信息至用户端和商家平台端。
4.2用户端和售水平台app的界面组件和程序设计
本设计的用户端和售水平台app采用阿里云物联网服务器进行实现，用户端手机app界面由水温数据实时检测信息、水质数据实时检测信息。在注册帐号以及创建完成之后，进入控制台并选择Access Key管理，创建子账号，并将物联网平台的所有权限给予子账号，之后就用子账号进行各类操作，保存得到的三元组，查看自定义MQTT通信的代码，接收消息回调，当云端发送消息到设备时发生作用，可将接收的数据输出到控制台。
4.3串口屏界面组件和程序设计
串口屏的软件设计包括三个界面的设计和各个界面的后台程序的设计，三个界面分别为：主界面、WiFi设置界面、温度界面、水位界面、水质界面。
包括的组件为；文字说明部分、环境参数部分、用水累计标签、WiFi连接提示标签、启动按钮、WiFi设计按钮、定时器等构成。
用户可以在主界面点击WiFi设置按钮进入界面，设计虚拟键盘供用户在触摸屏上录入WiFi信息。
串口屏界面显示水温、水位、水质等信息。
5.总结
在使用本系统后:用户只需要关注APP“智能云叫水”并进行认证，填写、完善个人相关信息。
（1）App上设置预约时间，使用者可以通过app来监测送水情况，方便快捷。
（2）App上预约清洁服务，保证水质的优良状况，且含有本桶水使用时间的记录，长时间未饮用或者不换水将会主动予以提醒，有助于人体饮水健康。
（3）App上设置定时水温加热时间，保障热水供应。
水站可以登录搭建的平台进入信息系统，实现用户信息管理、员工信息管理以及订单信息管理。
6.参考文献
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[2] 朱恩泽,齐胜男,田方琦,陈志强.一种基于单片机的智能饮水机设计[J].中国科技信息,2020(02):45-46.
[3] 卞甘甜.校园直饮水机的人机学评析与改进设计[J].建材与装饰,2016(17):186.
本文在西南石油大学第十九期大学生课外开放实验重点项目KSZ19710的支持下发表。
作者简介:姓名：王玥（出生年月：1998.08-），女,汉，湖北洪湖，本科，单位：西南石油大学