基于物聯(lián)網(wǎng)的智能浴缸

12/15基于物聯(lián)網(wǎng)的智能浴缸摘要：本文實現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能浴缸，作者在Mixly和AppInventor軟件基礎(chǔ)上，采用Arduino藍牙主控板、自吸式水泵、水溫傳感器、炫彩燈帶、紫外線燈等硬件，結(jié)合3D打印技術(shù)，成功搭建了一套可在所有安卓系統(tǒng)平臺如手機、平板電腦等設(shè)備遠程操控的智能浴缸。該浴缸具有一鍵加水洗浴、自定義浴缸溫度并恒溫保持、一鍵排水、手動加熱水、手動加冷水、手動排水、一鍵沖浪、炫彩氛圍燈控制、紫外線殺菌等功能。該浴缸可廣泛適用于所有可安裝浴缸的家庭，以及廣大酒店、賓館等具有洗浴功能的場所。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)、無線、智能、浴缸1課題背景隨著居民生活水平的提高，浴缸逐漸地走進千家萬戶，作為休閑泡澡的工具，更是高端酒店、賓館的必備衛(wèi)浴用品。浴缸主要作用是用來泡澡的，而用浴缸泡澡的好處如下：第一，可以健身治療，在進入這種浴缸之前先喝一杯溫開水，然后在進入到浴缸中，此時浴缸就可以幫助身體的整個循環(huán)系統(tǒng)來放松身體的各個部位理，增強身體肌肉的疏松力，起到健身的效果，另外還可以有效的幫助身體進行排汗消毒。第二，可以治療失眠，因為身體的各個部位都有于睡眠有管的穴位，浴缸利用人體的穴位的作用，在人進行泡澡的過程中，通過微小的振動來幫助身體緩解壓力，起到治療失眠的效果。我通過調(diào)研文獻發(fā)現(xiàn)，有關(guān)智能浴缸的作品實現(xiàn)方法和設(shè)備功能各不相同。如參考文獻1列出了一種智能溫控抗菌兒童獨立浴缸，其溫度的保持主要靠浴缸材料。參考文獻2以老年用戶需求和老年智能浴缸設(shè)計原則為依據(jù),設(shè)計了一款老年智能浴缸,并運用CATIA進行產(chǎn)品仿真分析,來檢驗老年智能浴缸的舒適度和可用性。參考文獻3根據(jù)總結(jié)在普通智能浴缸的基礎(chǔ)上在功能和外觀上進行了創(chuàng)新。參考文獻4設(shè)計了一種全封閉漂浮浴，其具有水溫調(diào)節(jié)、具有沖浪的效果，以及限流、防燙等實現(xiàn)了可視化、觸摸式操作。參考文獻5基于AVR90S8535單片機采用紅外技術(shù)進行控制的遙控器軟、硬件設(shè)計。綜上所述，目前還沒有相關(guān)文獻或?qū)＠腔谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)及Arduino單片機，且可與現(xiàn)有傳統(tǒng)浴缸結(jié)合的智能浴缸，實現(xiàn)一鍵加水洗浴、自定義浴缸溫度并恒溫保持、一鍵排水、手動加熱水、手動加冷水、手動排水、一鍵沖浪、炫彩氛圍燈控制、紫外線殺菌等功能。因此，發(fā)明一款簡單高效又廉價的，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能浴缸，很有必要。2課題研究方法本課題在外觀結(jié)構(gòu)端采用3D打印技術(shù)打印浴缸模型。在硬件端采用基于Arduino單片機的DFRobot藍牙主控板、自吸式水泵、水溫傳感器、炫彩燈帶、紫外線燈等設(shè)備搭建儀器核心系統(tǒng)。在軟件端，使用Mixly編程軟件實現(xiàn)儀器核心系統(tǒng)編程，借助APPInventor編程平臺編寫適用于安卓系統(tǒng)的App程序，通過藍牙通信，實現(xiàn)智能浴缸與移動終端App之間的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。通過多次實驗，調(diào)試完善系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)浴缸智能控制的效果。3課題研究內(nèi)容本課題核心研究內(nèi)容是如何在傳統(tǒng)浴缸的基礎(chǔ)上，結(jié)合Arduino單片機、水溫傳感器、自吸式水泵等硬件，實現(xiàn)浴缸的智能操控。浴缸上部有一個熱水進水口和一個冷水進水口，分別各各自獨立的水泵控制進水。浴缸底部有一個主動排水口，由其獨立的水泵控制何時排水。浴缸上部還有一個溢水口，用來被動排水。浴缸下部有一個進氣孔，其由獨立的水泵控制，用來實現(xiàn)瀑氣的沖浪效果。浴缸內(nèi)壁裝有水溫傳感器，其可用過與冷水進水口、熱水進水口、主動排水口的配合，實現(xiàn)浴缸水溫的控制。浴缸上部四周有炫彩燈條，其可實現(xiàn)洗浴時氛圍燈的改變。浴缸上部安裝有紫外線消毒燈，可實現(xiàn)洗浴結(jié)束后的浴缸消毒。所有水泵通過4路繼電器與arduino藍牙主控板連接，水溫傳感器、炫彩燈帶、紫外線消毒燈亦和藍牙主控板連接。主控板通過藍牙通信與手機app進行數(shù)據(jù)傳輸。手機app包含藍牙設(shè)備的搜索與配對，當前水溫的實時顯示，恒定溫度的手動設(shè)置，一鍵加水洗浴控制，一鍵排水控制，開啟或關(guān)閉恒溫系統(tǒng)控制，手動開啟或關(guān)閉加熱水控制，手動開啟或關(guān)閉加冷水控制，手動開啟或關(guān)閉沖浪效果，手動開啟或關(guān)閉排水，手動打開或關(guān)閉氛圍燈，并通過魚缸壁按鈕調(diào)節(jié)氛圍燈的顯示效果，手動開啟或關(guān)閉紫外線消毒燈。4系統(tǒng)詳細介紹4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖一所示：圖一儀器結(jié)構(gòu)示意圖4.2系統(tǒng)原理圖如圖二所示：圖二系統(tǒng)原理圖智能浴缸的主控核心是DFRobot藍牙主控板，其由4節(jié)5號電池通過主控板擴展板為其供電。主控板的輸入設(shè)備有水溫傳感器，輸出設(shè)備有炫彩燈條、紫外線消毒燈和四路繼電器。四路繼電器由單獨的8節(jié)5號電池供電，并與熱水進水泵、冷水進水泵、沖浪進氣泵和主動排水泵相連。5系統(tǒng)制作過程5.1系統(tǒng)制作材料如圖三所示：圖三系統(tǒng)制作材料材料清單如表一所示：表一系統(tǒng)制作材料清單項目內(nèi)容作用數(shù)量112v自吸抽水泵主動進水與排水42水泵軟管連接水泵1312v電池盒給4路繼電器供電144路繼電器控制水泵15250ml燒杯裝冷水和熱水26500ml燒杯裝廢水171m炫彩燈帶制作氛圍燈18燈帶控制器控制氛圍燈19三色燈制作紫外線消毒燈110水溫傳感器測量水溫111電池盒5號4節(jié)給主控板供電112arduino藍牙主控板主控制板113主控板擴展板連接傳感器1145號電池電源1215熱熔膠槍及膠棒固定設(shè)備1163D打印耗材打印浴缸模型117杜邦線15cm母對母連接硬件若干18電烙鐵焊接硬件1核心元器件參數(shù)參見附件2。5.2系統(tǒng)制作流程制作流程圖如圖四所示：（程序代碼參見附件1）圖四系統(tǒng)制作流程圖5.3儀器成品如圖五、六所示：圖五智能浴缸成品圖圖六App交互界面6系統(tǒng)功能測試6.1藍牙連接測試：浴缸主控板電源打開，手機app打開，點擊“搜索藍牙”按鈕，可以看到下拉框顯示所有手機周圍可連接的藍牙設(shè)備的地址及名稱，點選該arduino主板所用的bluno主板，下拉列表關(guān)閉，點擊“連接藍牙”按鈕，右邊文本顯示“已連接”，點擊“斷開連接”按鈕，右邊文本顯示“已斷開”。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)運行良好。6.2水溫傳感器測試：當浴缸的主控板和手機app進行藍牙匹配成功后，主控板將水溫傳感器探測到的水溫值通過藍牙串口以字符串的方式發(fā)送給手機app端，手機收到信息后，在當前溫度右邊顯示當前的水溫。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)運行良好。6.3恒溫測試：當浴缸的主控板和手機app進行藍牙匹配成功后，用戶可手動點擊“文本框”，輸入想要浴缸保持的水溫，并點擊“溫度設(shè)定”按鈕，此時設(shè)定溫度右邊顯示用戶設(shè)定的溫度。若用戶點擊“開啟恒溫”按鈕，則浴缸根據(jù)當前水溫以及用戶設(shè)定的水溫，自動調(diào)節(jié)熱水以及冷水的進水量，以及排水口的排水量。若用戶點擊“關(guān)閉恒溫”按鈕，則系統(tǒng)停止恒溫保持。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)運行良好。6.4四路水泵手動控制測試：當浴缸的主控板和手機app進行藍牙匹配成功后，用戶可以點擊“加熱水”按鈕，熱水進水泵打開并注入熱水，當點擊“停止加熱水”按鈕，熱水進水泵停止工作，不再加熱水。同理當點擊“加冷水”按鈕，冷水進水泵打開并注入冷水，當點擊“停止加冷水”按鈕，冷水進水泵停止工作，不再加冷水。當點擊“開啟沖浪”按鈕，瀑氣進氣泵打開并向浴缸底部進氣，當點擊“停止沖浪”按鈕，進氣泵停止工作，不再瀑氣。當點擊“打開排水”按鈕，主動排水泵打開并排水，當點擊“停止排水”按鈕，主排水泵停止工作，不再排水。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)運行良好。6.5炫彩燈測試：當浴缸的主控板和手機app進行藍牙匹配成功后，用戶可點擊“打開氛圍燈”按鈕，打開炫彩燈條，并可通過點擊安裝在浴缸側(cè)壁的燈條控制器選擇燈條的炫彩效果。當用戶點擊“關(guān)閉氛圍燈”按鈕時，炫彩燈條熄滅。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)運行良好。6.6紫外線燈測試：當浴缸的主控板和手機app進行藍牙匹配成功后，用戶可以點擊“打開紫外線燈”按鈕，紫外線燈點亮，當點擊“關(guān)閉紫外線燈”按鈕時，紫外線燈熄滅。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)運行良好。7經(jīng)濟性分析本智能浴缸的控制單元的單套成本在100元以內(nèi)，主要為藍牙主控板及擴展板的費用。若批量生產(chǎn)，成本價格可以進一步壓縮，具有良好的推廣前景。8結(jié)論與展望本文實現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能浴缸，作者在Mixly和AppInventor軟件基礎(chǔ)上，采用Arduino藍牙主控板、自吸式水泵、水溫傳感器、炫彩燈帶、紫外線燈等硬件，結(jié)合3D打印技術(shù)，成功搭建了一套可在所有安卓系統(tǒng)平臺如手機、平板電腦等設(shè)備遠程操控的智能浴缸。該浴缸具有一鍵加水洗浴、自定義浴缸溫度并恒溫保持、一鍵排水、手動加熱水、手動加冷水、手動排水、一鍵沖浪、炫彩氛圍燈控制、紫外線殺菌等功能。該浴缸可廣泛適用于所有可安裝浴缸的家庭，以及廣大酒店、賓館等具有洗浴功能的場所。本系統(tǒng)可以進一步升級，在浴缸底部、側(cè)邊安裝按摩及搓澡功能模塊，豐富浴缸的使用效果。增加一鍵清潔功能，實現(xiàn)洗浴完成后的浴缸自清潔。參考文獻：[1] 方梁.雷云桂.胡永豐等.智能溫控抗菌兒童獨立浴缸研發(fā)項目[J].建筑科學與工程TU824.2.[2] 王玉婷.基于用戶體驗的智能浴缸產(chǎn)品設(shè)計研究[J].輕工業(yè)手工業(yè)TS914.254.[3] 王雪.楊建軍.新型智能浴缸功能與外觀結(jié)構(gòu)研究[J].明日風尚.2019,(04).[4] 馬士永.全自動智能恒溫漂流浴缸[J].建筑科學與工程560.99;510.80.[5] 石艷.湯榮江.紅外遙控技術(shù)在智能浴缸控制中的應(yīng)用[J].微計算機信息.2006,(28).

附件1：系統(tǒng)程序源代碼Mixly平臺：

APPInventor平臺：

附件2：系統(tǒng)主要硬件參數(shù)DFRobot藍牙主控板Arduino兼容BlunoBeetleBeetleBLE控制器：藍牙芯片：TICC2540工作頻率：2.4G