一种基于超声波测距技术的饮水机智能订水装置的研发
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【摘 要】目前国内用户使用的饮水机大多为传统饮水机，使用的饮用水大多为桶装水，这种饮水机只具备加热降温和放水的功能，饮水机不能智能识别桶装水的水量变化，也不能向用户提供智能订水服务，需要人工订水，十分麻烦，已经跟不上我们现在对生活质量的要求。本文针对传统饮水机的这种缺陷，研发出一种饮水机上使用的智能订水装置，该装置主体结构包括单片机控制器、超声波测距模块、无线发送模块和确认指示灯，核心技术为超声波测距技术和单片机控制技术。
【关键词】超声波测距;饮水机;智能;订水
一、研究背景
随着社会技术水平的不断提高，人们对物质生活的要求也在不断提升，饮水机已经成为很多家庭和工作单位必备的小电器。传统的饮水机在使用时需要注意桶装水中的水量，当水量不足时需要人工拨打送水电话请求送水工人进行送水，十分麻烦。有时由于工作太忙，甚至会忘记拨打电话订水，等到发现时却无水可以饮用，造成短时间内缺水现象。这对身体健康不利，也降低了人们的生活水平，带来不好的生活体验。那么能否研发出一种可以智能识别桶中水量并可以智能订水的装置呢？本文从测距与订水两方面出发，提出了一种基于超声波测距技术的饮水机智能订水装置，可以解决上述问题。
二、设计原理
（一）设计思路
该装置利用超声波测距模块对桶装水中水面到桶底距离进行测距，超声波测距模块与单片机控制器相连接，当单片机控制器接收到来着超声波测距模块反馈的桶内液面高度值小于某一预值时，单片机控制器向无线发送模块发出订水指令。
（二）电器控制
该装置主体结构包括单片机控制器、超声波测距模块、无线发送模块和确认指示灯（见图1）。其中单片机控制器采用A89C52单片机控制器，AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS？8位单片机，片内含8k？bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256？bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。
超声波测距模块采用HC-SR04超声波模块，其主要技术参数如下：使用电压DC5V，静态电流小于2mA，电平输出高5V，电平输入低5V，感应角度小于等于15°，探测距离2cm-450cm，精度可达0.2cm。接线方式VCC，trig，echo，GND。本模块性能稳定，测度距离精确，模块精度高，盲区2m，能和国外de 的SRF05，SRF02等超声波测距模块相媲美，因此被广泛应用于机器人避障、物体测距、液位检测、公共安防、停车场检测等诸多领域。本装置中超声波测距模块安装于饮水机桶槽内，测距方向垂直指向桶装水液面。
HC-SR04超声波测距模块与A89C52单片机控制器相连接，模块工作原理如下：（1）采用IO触发测距，给大于10us的高电平信号;（2）模块自动发送8个频率为4KHz的方波，自动检测是否有信号返回;（3）有信号返回，则通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=（高电平时间*声速340m/s）/2
当单片机控制器接收到来着超声波测距模块反馈的桶内液面高度值小于某一预值时，单片机控制器向无线发送模块发出订水指令。
无线发送模块与送水服务端进行无线数据传输，实现无线通信传递饮水机的订水信息。无线发送模块与A89C52单片机控制器相连接，负责发送订水指令和接收确认信息，确认指示灯显示订水消息是否送达。
三、创新特色
本次研发的基于超声波测距技术的饮水机智能订水装置有以下几个创新点：
（一）本装置中超声波传感器测距技术是本次装置的核心技术，它的使用使得本装置具有灵敏度高、精度高、成本低的特优点。
（二）本装置能与现有传统饮水机结合，不用大规模更换现有的饮水机，避免了浪费，经济合理。
（三）本装置克服了传统饮水机不可智能识别桶中水位订水的的缺点，可免去用户人工订水的程序，节省时间，提高了生活质量，具有广阔的应用前景。
四、应用前景
饮水机已经是机关、公司、旅店、家庭等各个地方配备的最基本电器，以全国传统饮水机的使用用户为1.5亿、更换装置成本为20元、节省人工订水时间为3分钟估算，则更换成本为：，而一次订水可节省单人工作时间：，这还只是单词订水时间的浪费量，按全年计算这个时间量会更加恐怖，而且还可避免想喝水而桶中无水现象，提高人们的生活质量，这个潜在价值更加不可估计。所以，该装置的研发对于现在的社会有重要的价值和意义，蕴含广阔地应用前景！
参考文献：
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