一、項目背景

隨著智能化的迅速發展，人們對于生活中的各類設備也越來越有智能化的需求，其中智能飲水機是一種比較常見的設備。智能飲水機不僅可以提供飲用水，還可以通過智能化的技術滿足人們對于水質、水溫、出水量等方面的需求。因此，當前設計了一種基于STM32的智能飲水機系統，以滿足人們對智能化飲水機的需求。

智能飲水機系統其主要功能包括：

【1】控制加熱芯片：通過繼電器模塊控制加熱芯片，在水燒開后自動斷電。

【2】液位感應：使用液位傳感器感應水箱水位，當水位過低時通過語音模塊進行播報提示。

【3】移動端控制：Android手機端可以顯示當前雙水箱內的水溫，設置出水溫度及出水量，并且還可以控制出水操作。

【4】主控芯片：采用STM32F103RCT6主控芯片，這款芯片有著強勁的處理能力和豐富的外設資源，可以滿足飲水機系統的控制需求。

【5】WIFI通信：選擇ESP8266與手機端通信，可以實現遠程控制。

【6】水溫測量：采用DS18B20實現水溫測量，能夠準確地測量水溫。

【7】出水開關控制：采用SG90電機實現出水開關控制，可以精準地控制出水量。

【8】本地有2個指示燈，綠色和紅色燈。可以表示加熱狀態。

二、系統硬件設計

【1】系統核心芯片選擇

STM32F103RCT6作為本系統的主控芯片，其具有較高的計算速度和穩定性，在眾多STM32系列中也是使用比較廣泛的型號之一。

【2】溫度測量模塊

溫度測量采用DS18B20數字溫度傳感器，通過單總線協議與主控芯片進行通信，實現對水溫的精準測量。

【3】液位檢測模塊

液位檢測采用液位傳感器，通過測量水箱內水位來判斷是否需要進行添加水操作。

【4】控制加熱芯片模塊

繼電器模塊負責控制加熱芯片，當水燒開后自動斷電，以確保水的安全。

【5】出水操作模塊

出水操作通過SG90電機實現，其可以控制水龍頭的開關，實現出水的自動控制。

【6】WIFI通信模塊ESP8266作為WIFI模塊，與手機端進行通信，實現了智能飲水機系統的遠程操控和監測。

三、系統軟件設計

【1】溫度測量與顯示模塊

STM32芯片通過單總線協議與DS18B20傳感器進行通信，獲取當前水溫數據，并將其通過LCD1602液晶顯示屏展示在飲水機面板上。

【2】液位檢測模塊

液位傳感器負責檢測水箱內水位情況，并將水位數據傳遞給主控芯片。當水位過低時，系統會通過語音提示模塊向用戶發出添加水的提醒。

【3】控制加熱芯片模塊

主控芯片通過繼電器模塊控制加熱芯片的開關，在水燒開后自動斷電，以保證水的安全性。

【4】出水操作模塊

出水操作通過SG90電機控制，實現了對飲水機出水的自動控制。同時，在Android手機端，用戶可以設置出水溫度和出水量，使得出水操作更加便捷。

【5】WIFI通信模塊

系統通過ESP8266與Android手機端進行通信，實現了智能飲水機系統的遠程操控和監測功能。用戶可以通過手機端查看當前雙水箱內的水溫并進行相應的操作。

ESP8266配置成AP+TCP服務器模式，開啟WIFI熱點等待手機連接，手機連接之后使用TCP客戶端模式連接飲水機完成數據通信。

四、核心代碼

4.1 SG90控制代碼

SG90電機是一種小型舵機，用于模型航空、船模、車模和機器人等小型機械裝置中，可以控制舵、飛控等運動部件的轉動角度。其最大扭矩為1.6kg/cm（4.8V時），轉速為0.12秒/60度（4.8V時），工作電壓為4.8V~6V。SG90電機采用三線接口，其中紅色接VCC（正極）、棕色接GND（負極）、橙色接PWM信號線，可以通過控制器的PWM信號控制電機的角度。

以下是使用延時模擬PWM波形控制SG90電機旋轉并封裝成子函數的示例代碼：

cCopy Code#include "stm32f10x.h"
?
#define SG90_PIN GPIO_Pin_5
#define SG90_PORT GPIOB
?
void SG90_rotate(uint8_t angle);
?
int main(void)
{
   // 初始化GPIOB時鐘
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
  
   // 配置PB5為推挽輸出
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SG90_PIN;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(SG90_PORT, &GPIO_InitStructure);
  
   while (1)
   {
     SG90_rotate(0); // 轉到0度
     delay_ms(1000);
    
     SG90_rotate(90); // 轉到90度
     delay_ms(1000);
    
     SG90_rotate(180); // 轉到180度
     delay_ms(1000);
   }
}
?
void SG90_rotate(uint8_t angle)
{
   // 計算PWM波形高電平持續時間
   uint32_t high_time = 500 + angle * 11.11;
  
   // 發送PWM波形
   GPIO_SetBits(SG90_PORT, SG90_PIN);
   delay_us(high_time);
   GPIO_ResetBits(SG90_PORT, SG90_PIN);
   delay_us(20000 - high_time);
}

在上面的代碼中，將SG90電機控制引腳連接到了STM32F103的PB5口，并通過計算PWM波形高電平持續時間來控制電機旋轉角度。使用了SG90_rotate子函數來實現控制過程。當調用SG90_rotate函數并傳入目標旋轉角度時，函數會自動計算出對應的PWM波形高電平持續時間，并發送PWM波形來控制電機旋轉到指定角度。使用了delay_ms和delay_us這兩個函數來實現延時操作。

4.2 DS18B20溫度傳感器

DS18B20是一種數字溫度傳感器，它可以直接測量環境溫度并轉換為數字信號輸出。DS18B20溫度傳感器采用一線式總線接口（也叫單總線接口），具有精度高、抗干擾能力強、可靠性高和使用方便等優點。

DS18B20溫度傳感器的測量范圍為-55℃~+125℃，精度為±0.5℃。傳感器內置了溫度補償電路，可以自動補償溫度影響導致的測量誤差。

DS18B20溫度傳感器有多種封裝形式，包括TO-92封裝、SOIC封裝和TO-263封裝。其中TO-92封裝是最常見的，也最容易使用，它的引腳分別為GND（負極）、DQ（數據線）和VDD（正極）。傳感器可以通過單總線接口連接控制器，控制器通過發送指令讀取傳感器的數據。

以下是接口函數的代碼示例：

#include "stm32f103xb.h"
#include 
?
#define DS18B20_GPIO_Port GPIOB
#define DS18B20_GPIO_Pin  GPIO_PIN_6
?
void delay_us(uint16_t us)
{
   uint16_t i;
   for(i=0; i

調用方式：

DS18B20_Init(); // 初始化
float temperature = DS18B20_ReadTemperature(); // 讀取溫度值

五、總結

本項目是基于STM32的智能飲水機系統設計，實現了自動斷電、液位感應、語音提示、手機遠程控制等功能。其中，STM32主控芯片選擇STM32F103RCT6，WIFI選擇ESP8266與手機端通信，水溫測量采用DS18B20，出水開關控制采用SG90電機實現。

通過繼電器模塊控制加熱芯片，在水燒開后自動斷電，避免了過度燒水和安全隱患。同時，利用液位傳感器感應水箱水位，當水位過低時通過語音模塊進行播報提示，提醒用戶及時加水。

在Android手機端，用戶可以方便地查看當前雙水箱內的水溫，設置出水溫度及出水量，并控制出水操作。這極大地提高了用戶的使用體驗和方便性。

本項目具有實用性和創新性，不僅滿足了用戶對智能化、便捷化的需求，也展示了STM32等技術在智能家居領域的應用前景。



審核編輯：湯梓紅