全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1研究目的及意義正確的茶葉沖泡方式對(duì)于普通人來講，具有一定的繁瑣性，現(xiàn)代人的生活節(jié)奏逐步加快，原始的沖泡方式是由人工根據(jù)不同茶葉的泡制工序來進(jìn)行泡制，這種原始泡制方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代快節(jié)奏的生活方式，以至于人們?cè)诿β档倪^程中逐漸把該有的泡茶步驟簡(jiǎn)化，傳統(tǒng)飲茶文化在逐漸被袋裝泡茶、復(fù)合型茶飲料以及濃縮茶所替代，這樣不僅失去了飲茶過程中茶葉所帶來的香氣，更失去了飲茶文化中所應(yīng)有的健康、環(huán)保的特點(diǎn)。如何能夠在現(xiàn)代生活中既能良好的把茶香發(fā)揮出來，不浪費(fèi)好茶，又能快速高效率的泡茶是一個(gè)很貼近實(shí)際生活的問題。泡茶機(jī)是將智能控制和機(jī)械機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起的一款自動(dòng)泡茶的機(jī)器，作為小家電中的一員它能夠?qū)⒉杷囘^程自動(dòng)化，大大縮減了泡茶過程中的人工時(shí)間，將人工手動(dòng)改變成機(jī)械化自動(dòng)化的泡制，節(jié)約了使用者的時(shí)間并且提高了生活效率。在各方面日益現(xiàn)代化的今天，制茶機(jī)也應(yīng)該在技術(shù)上不斷改進(jìn)，向多功能自動(dòng)化、機(jī)電一體化方向發(fā)展。既能滿足茶葉制成的一系列過程，包括對(duì)茶葉的殺青、理?xiàng)l、壓扁、成型等作業(yè)，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單，容易維修和維護(hù)。茶葉是我國人民生活中最重要的、不可替代的傳統(tǒng)飲品，同時(shí)也得到世界各國人民的喜愛和推崇。它富含人體所需要的多種維生素和營養(yǎng)元素，其保健作用得到醫(yī)學(xué)和生物科學(xué)界以及普通百姓的一致認(rèn)同。同時(shí)，茶葉的顏色、外形、香氣和口味等感官效果也是評(píng)價(jià)茶葉品質(zhì)的重要組成部分。因此，優(yōu)質(zhì)的茶葉原料還需要科學(xué)、合理的加工工藝及其加工設(shè)備來激活營養(yǎng)成份并保持和提高其品質(zhì)。茶葉的加工工藝過程包括殺青、揉捻、干燥等工序。通過對(duì)不同品種的茶葉采用不同的工藝方法進(jìn)行加工，使茶葉的色、香、味、形獲得理想的效果，并保持其營養(yǎng)成分。這就需要提供與之相應(yīng)的茶葉加工機(jī)械，即制茶機(jī)(炒茶機(jī))。茶葉加工附加值高，所以制茶機(jī)械很有市場(chǎng)?，F(xiàn)有制茶機(jī)多是單功能的，包括殺青機(jī)、揉捻機(jī)、烘干機(jī)等等。這些單功能茶葉機(jī)械已較完善，產(chǎn)品很多。但通過一臺(tái)機(jī)械實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)工藝流程的綜合功能制茶機(jī)尚不多見。綜合功能茶葉加工機(jī)械，可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低加工工本提高工作效率。既適應(yīng)家庭作坊式生產(chǎn)，又適應(yīng)工廠化生產(chǎn)，所以，市場(chǎng)前景看好。而本設(shè)計(jì)采用了STM32單片機(jī)技術(shù)，并結(jié)合以下傳感器實(shí)現(xiàn)了特定功能：重量傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶葉箱的重量，以確定茶葉的充足情況。溫度傳感器，用于實(shí)時(shí)檢查水箱的水溫狀況，確保水溫適宜泡茶。超聲測(cè)距傳感器，用于檢測(cè)放水口處的空杯就位情況，以停止傳送電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。撥放舵機(jī)，通過控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)茶葉的放入操作。水泵模塊，用于注入熱水，確保水位達(dá)到閾值后停止注水。分茶傳輸電機(jī)，通過正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，將泡好的茶水送到用戶以上傳感器的使用和控制通過STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了智能泡茶和分茶的自動(dòng)化操作。需求分析2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀茶葉作為如今消費(fèi)量最大的飲料之一,它與可可、咖啡一同稱為世界三大無酒精飲料。茶對(duì)于我們來講并不陌生，茶是中國的“國飲”，中國人自古以來就有飲茶的習(xí)慣。2017年，丁倩雯在《基于云服務(wù)的泡茶機(jī)智能控制器設(shè)計(jì)》中以泡茶機(jī)的功能控制為切入點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于云服務(wù)平臺(tái)的智能控制器。主要包括單片機(jī)智能控制器的設(shè)計(jì)和設(shè)備的云平臺(tái)接入,最終實(shí)現(xiàn)通過手機(jī)APP對(duì)泡茶機(jī)的各項(xiàng)功能控制。以自動(dòng)泡茶機(jī)智能控制器開發(fā)為基礎(chǔ),為研究基于云服務(wù)平臺(tái)的控制器在智能家居中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2019年，林峰,黃新棟,陳智鑫,等在《智能茶飲機(jī)的檢測(cè)與云通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》中為解決目前茶飲機(jī)無法自動(dòng)識(shí)別茶包種類的問題,并順應(yīng)微信應(yīng)用程序開發(fā)的趨勢(shì),結(jié)合微控制器編程,傳感器技術(shù)和WiFi傳輸技術(shù),設(shè)計(jì)智能茶飲機(jī)的檢測(cè)與云通信系統(tǒng)。智能泡茶機(jī)可以自動(dòng)檢測(cè)茶包種類,并以不同的水量和溫度進(jìn)行泡茶;同時(shí),還可與微信平臺(tái)連接,將泡茶數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠地上傳至云服務(wù)器,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性和有效性。本文借鑒了該項(xiàng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路并加以改進(jìn)。在全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)領(lǐng)域，國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀如下：國內(nèi)研究現(xiàn)狀：在國內(nèi)，對(duì)全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)的研究越來越受到關(guān)注。研究者主要關(guān)注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制和優(yōu)化。他們使用了各種傳感器技術(shù)，如水位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，來實(shí)現(xiàn)對(duì)杯中水位、茶葉箱重量和水溫的檢測(cè)。同時(shí)，他們還應(yīng)用了舵機(jī)、繼電器模塊、顯示模塊和按鍵模塊等元件，通過單片機(jī)作為主控單位，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加水、加茶葉和加熱水箱等功能。研究者還利用OLED顯示模塊來顯示系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。這些研究成果使得全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)更加智能化和便捷化。國外研究現(xiàn)狀：在國外，也有很多研究者致力于全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)的研究。他們注重系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化特性，通過應(yīng)用各種傳感器技術(shù)和控制算法，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)水位、茶葉供給和溫度控制等功能。他們還開發(fā)了多種顯示模塊和用戶界面，使得用戶能夠方便地操作和監(jiān)控系統(tǒng)。此外，一些研究還探索了與智能手機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)的集成，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)的功能。國外的研究成果豐富了全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。國內(nèi)外在全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)的研究中都取得了一定的進(jìn)展，不斷推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新。然而，仍有許多挑戰(zhàn)和改進(jìn)空間，如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、用戶體驗(yàn)的提升和智能化算法的優(yōu)化等。今后的研究工作將繼續(xù)致力于改進(jìn)系統(tǒng)性能和功能，提升用戶體驗(yàn)，推動(dòng)全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)在市場(chǎng)上的廣泛應(yīng)用。2019年，Ya-FeiYU在《Researchandimplementationontheintelligentcontrolsystemofprimaryteaprocessingequipment》中將初級(jí)茶葉加工智能控制系統(tǒng)將自動(dòng)化控制理論應(yīng)用于設(shè)備。結(jié)合茶葉生產(chǎn)前期茶葉加工的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了曬干、搖動(dòng)、風(fēng)干、殺青的自動(dòng)化生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了加工階段的一體化。2020年，RenG,NingJ,ZhangZ在《Intelligentassessmentofteaqualityemployingvisible-nearinfraredspectracombinedwithahybridvariableselectionstrategy》中創(chuàng)新性地將可見-近紅外（Vis-NIR）傳感器與基于可變組合群體分析（VCPA）的混合變量選擇算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)茶葉質(zhì)量認(rèn)證。綜上所述，這些提升泡茶或者茶葉加工的各項(xiàng)自動(dòng)化提升著作中，并沒有做到真正完全的自動(dòng)化，很多部分仍以人工來完成，而我們本款設(shè)計(jì)的全自動(dòng)智能泡茶，卻可以做到全自動(dòng)泡茶，并且通過檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)做到全自動(dòng)。本款全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要包括單片機(jī)、水位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、舵機(jī)、繼電器模塊、顯示模塊、按鍵模塊，以STM32單片機(jī)為主控單位，通過水位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器來檢測(cè)杯中是否沒水了，通過壓力傳感器檢測(cè)茶葉箱重量，通過溫度傳感器監(jiān)控水箱中水溫，由OLED顯示當(dāng)前檢測(cè)的數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，進(jìn)行加水、加茶葉、加熱水箱中的水等相關(guān)操作，通過電機(jī)模塊來完成將空杯送至加水裝置和將泡好的茶送到人們手中等功能。2.2技術(shù)需求分析2.2.1技術(shù)路線：（1）硬件部分需要單片機(jī)模塊、傳感器模塊、晶振超聲波測(cè)距模塊、傳送電機(jī)模塊;（2）設(shè)計(jì)中采用LCD1602液晶顯示溫度值，便于觀察和調(diào)整水溫狀況；（3）茶葉箱的放水口設(shè)置超聲波測(cè)距模塊，監(jiān)測(cè)空杯情況；（4）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖.2.2.2預(yù)期結(jié)果：1.學(xué)會(huì)獨(dú)立完成系統(tǒng)的分析,設(shè)計(jì);2.設(shè)計(jì)的結(jié)果具有實(shí)用性、科學(xué)性。3.建立“單片機(jī)整體模塊”，“舵機(jī)結(jié)構(gòu)圖”，“LCD電路設(shè)計(jì)”三部分結(jié)構(gòu)。4.硬件制作完成后進(jìn)行軟件調(diào)試。5.設(shè)計(jì)電路圖。6.完成設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2.3總體方案設(shè)計(jì)第一：理論知識(shí)準(zhǔn)備階段，理解設(shè)計(jì)課題，認(rèn)真研究課題所涉及到的內(nèi)容，能夠較好的掌握有關(guān)題目的知識(shí)；第二：確定系統(tǒng)各個(gè)模塊，理清各個(gè)模塊之間的關(guān)系，收集相關(guān)得到軟硬件資料；第三：規(guī)劃課題，確定系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，勾畫出大體系統(tǒng)框架并在結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上提出原理框圖；第四：利用軟件完成硬件電路部分設(shè)計(jì)并畫出各部分電路圖，將系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起，并畫出電路圖；第五：根據(jù)系統(tǒng)控制過程完成軟件設(shè)計(jì)部分，繪制出主流程圖；第六：進(jìn)行模擬仿真，檢查系統(tǒng)是否能夠按照要求實(shí)現(xiàn)控制功能，整理論文。2.4單片機(jī)型號(hào)選擇主控制芯片選擇STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是由意法半導(dǎo)體集團(tuán)基于STM32系列ARMCortex-M內(nèi)核開發(fā)的一款具有64KB的程序存儲(chǔ)器的32位微控制器。其工作時(shí)需要2V~3.6V的電壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。STM32系列單片機(jī)是一款高性能，功能強(qiáng)大的系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)常被用于要求低成本、高性能和低功耗的嵌入式應(yīng)用程序，其在功耗和集成方面也展現(xiàn)出良好的性能。由于其便捷的工具和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)并且結(jié)合了強(qiáng)大的功能性，在業(yè)界很受歡迎。本實(shí)驗(yàn)采用的最小系統(tǒng)如下圖。圖2-1STM32fl03c8t6最小系統(tǒng)原理圖2.5質(zhì)量測(cè)量模塊型號(hào)選擇在該設(shè)計(jì)中，選擇了HX711作為質(zhì)量測(cè)量模塊的型號(hào)。HX711是一款專用于稱重應(yīng)用的高精度模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）芯片。以下是選擇HX711的一些考慮因素：高精度：HX711具有高精度的測(cè)量能力，可提供24位的數(shù)據(jù)精度，適用于需要精確測(cè)量的質(zhì)量應(yīng)用。強(qiáng)大的放大能力：HX711內(nèi)置了可調(diào)增益放大器，可以適應(yīng)不同負(fù)載傳感器的信號(hào)范圍，并提供可調(diào)的放大倍數(shù)，以便滿足不同應(yīng)用的測(cè)量要求。低噪聲：HX711采用了專門的設(shè)計(jì)來降低噪聲干擾，以確保測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。數(shù)字接口：HX711提供了簡(jiǎn)單易用的數(shù)字接口，可與主控單元（如STM32單片機(jī)）進(jìn)行通信，便于數(shù)據(jù)的傳輸和處理。低功耗：HX711采用低功耗設(shè)計(jì)，可有效節(jié)省能源，延長(zhǎng)電池壽命，適用于電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景。成本效益：HX711具有相對(duì)較低的價(jià)格，具備高性價(jià)比，適合于項(xiàng)目的預(yù)算考慮。通過選擇HX711作為質(zhì)量測(cè)量模塊的型號(hào)，可以滿足對(duì)高精度、穩(wěn)定性和成本效益的需求，同時(shí)與其他硬件模塊和主控單元（如STM32單片機(jī)）良好兼容，為校園電力管理信息采集分析系統(tǒng)的質(zhì)量測(cè)量提供可靠的解決方案。圖2-2HX711選型實(shí)物圖2.6溫度測(cè)量模塊型號(hào)選擇在該設(shè)計(jì)中，選擇了DS18B20作為溫度測(cè)量模塊的型號(hào)。DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器，具有以下特點(diǎn)：高精度：DS18B20能夠提供高精度的溫度測(cè)量，精度可達(dá)到±0.5°C，適用于對(duì)溫度要求較高的應(yīng)用。數(shù)字接口：DS18B20采用1-Wire數(shù)字接口，只需要使用單一的數(shù)據(jù)線進(jìn)行通信，方便與主控單元（如STM32單片機(jī)）進(jìn)行連接。低功耗：DS18B20的工作電流非常低，通常情況下只需要幾微安的電流，因此適用于功耗要求低的電池供電系統(tǒng)。多功能：DS18B20具有溫度測(cè)量、溫度警報(bào)、多個(gè)傳感器的串聯(lián)等功能，可以滿足不同應(yīng)用的需求。高可靠性：DS18B20采用了數(shù)字信號(hào)傳輸和精密的溫度傳感器技術(shù)，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，能夠提供準(zhǔn)確的溫度測(cè)量結(jié)果。通過選擇DS18B20作為溫度測(cè)量模塊的型號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)校園電力管理信息采集分析系統(tǒng)中各個(gè)區(qū)域的溫度監(jiān)測(cè)。它與主控單元的連接簡(jiǎn)單，具有高精度和低功耗的特點(diǎn)，能夠提供可靠的溫度數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的溫度管理和分析提供基礎(chǔ)支持。圖2-3DS18B20選型實(shí)物圖2.6顯示模塊型號(hào)選擇在該設(shè)計(jì)中，經(jīng)過考慮和比較，選擇了OLED作為顯示模塊的型號(hào)。以下是對(duì)三種顯示器（LCD、LED、OLED）的優(yōu)缺點(diǎn)的描述：LCD（液晶顯示器）：優(yōu)點(diǎn)：低功耗：LCD顯示器通常具有低功耗特性，適合用于電池供電的設(shè)備。較大尺寸：LCD顯示器可以實(shí)現(xiàn)較大尺寸的顯示面積，適用于需要顯示大量信息的場(chǎng)景。相對(duì)較低的成本：LCD顯示器相對(duì)來說成本較低，適合在預(yù)算有限的項(xiàng)目中使用。缺點(diǎn)：視角有限：LCD顯示器的視角較窄，從不同角度觀察可能會(huì)出現(xiàn)顏色變化或視覺效果降低的情況。受環(huán)境光影響：LCD顯示器在強(qiáng)光照射下會(huì)出現(xiàn)反射或光線干擾的問題，影響顯示效果。LED（發(fā)光二極管顯示器）：優(yōu)點(diǎn)：高亮度：LED顯示器具有高亮度和鮮艷的顏色，可以在各種環(huán)境下清晰可見。長(zhǎng)壽命：LED顯示器的壽命相對(duì)較長(zhǎng)，具有較好的耐用性。節(jié)能：LED顯示器相對(duì)較節(jié)能，具有較低的功耗。缺點(diǎn)：視角限制：與LCD類似，LED顯示器的視角也相對(duì)較窄，從不同角度觀察可能會(huì)有色彩變化。尺寸限制：LED顯示器在大尺寸顯示方面受限，通常用于小型顯示場(chǎng)景。OLED（有機(jī)發(fā)光二極管顯示器）：優(yōu)點(diǎn)：自發(fā)光：OLED顯示器每個(gè)像素都是自發(fā)光的，無需背光源，能夠?qū)崿F(xiàn)高對(duì)比度和鮮艷的顏色。較寬視角：OLED顯示器具有較寬的視角范圍，觀察角度變化對(duì)顯示效果影響較小?？焖夙憫?yīng)：OLED顯示器響應(yīng)速度較快，能夠?qū)崿F(xiàn)流暢的動(dòng)畫和視頻播放。缺點(diǎn)：易受損：OLED顯示器的有機(jī)材料相對(duì)較脆弱，容易受到長(zhǎng)時(shí)間使用和過度曝光的影響。壽命限制：OLED顯示器的壽命相對(duì)較短，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致像素老化和顏色變化。最終選擇OLED作為顯示模塊的型號(hào)，主要是因?yàn)樗哂凶园l(fā)光、高對(duì)比度、較寬視角和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。它能夠在較小的顯示面積上展示清晰鮮艷的圖像和文字，適用于校園電力管理信息采集分析系統(tǒng)中顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的需求。雖然OLED顯示器存在一些壽命限制，但在適當(dāng)?shù)氖褂煤捅ｐB(yǎng)下，可以提供優(yōu)質(zhì)的顯示效果和用戶體驗(yàn)。圖2-4顯示模塊選型實(shí)物圖圖2-5顯示模塊詳細(xì)引腳實(shí)物圖第3章總體設(shè)計(jì)3.1總體功能本設(shè)計(jì)是一種基于STM32單片機(jī)技術(shù)的全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)設(shè)計(jì)。通過單片機(jī)作為基本控制核心，建立重量傳感器監(jiān)測(cè)茶葉箱重量，設(shè)定溫度傳感器監(jiān)控水箱水溫等，實(shí)現(xiàn)的功能如下，純下位機(jī)，STM32F103C8T61.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶葉箱重量狀況；2.實(shí)時(shí)檢查水箱水溫狀況；3.實(shí)時(shí)檢查放水口處超聲測(cè)距傳感器模塊狀況；4.檢查水溫不足，開啟加熱模塊，保存水溫適宜泡茶狀態(tài)；5.茶葉箱茶葉充足情況下，可進(jìn)行后續(xù)泡茶操作，否則，紅燈閃爍；6.傳送電機(jī)模塊時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），將用戶放入的空杯傳送至泡茶機(jī)下方；7.放水口旁超聲測(cè)距模塊，監(jiān)測(cè)空杯就位，停止傳送電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。8.若此時(shí)，茶葉充足，茶葉撥放舵機(jī)（硬件上設(shè)計(jì)固定大小槽，配置固定傾倒量）工作，轉(zhuǎn)180度，復(fù)位，完成一次茶葉放入；9.放入茶葉后，開啟水泵模塊，注入熱水，水位到達(dá)閾值停止；10.泡茶完畢，分茶傳輸電機(jī)模塊，開始正轉(zhuǎn)工作，將泡好的茶水送到用戶手上；圖3-1總體原理圖3.2主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1質(zhì)量測(cè)量模塊設(shè)計(jì)本文通過HX711壓力傳感器來檢測(cè)茶葉箱的質(zhì)量，并將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)處理，在OLED顯示模塊中顯示出來，當(dāng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)不在設(shè)定閾值內(nèi)時(shí)，由單片機(jī)來執(zhí)行相關(guān)操作。HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±20mV或±40mV。通道B則為固定的32增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開機(jī)的初始化過程。·兩路可選擇差分輸入片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64和128,片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器提供電源,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器無需任何外接器件，必要時(shí)也可使用外接晶振或時(shí)鐘,上電自動(dòng)復(fù)位電路,簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無需編程,可選擇10Hz或80Hz的輸出數(shù)據(jù)速率,同步抑制50Hz和60Hz的電源干擾,耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流：1.7mA，斷電電流：1μA,工作電壓范圍：2.6~5.5V,工作溫度范圍：-20~+85℃,16管腳的SOP-16封裝,滿額度差分輸入范圍V（inp）-V（inn）±0.5（AVDD/GAIN）V,輸入共模電壓范圍AGND+0.6AVDD-0.6V使用片內(nèi)振蕩器，RATE=010,使用片內(nèi)振蕩器，RATE=DVDD80,外部時(shí)鐘或晶振，RATE=0fclk/1，105，920,輸出數(shù)據(jù)速率,外部時(shí)鐘或晶振，RATE=DVDDfclk/138，240Hz,輸出數(shù)據(jù)編碼二進(jìn)制補(bǔ)碼8000007FFFFF（HEX）RATE=0400,輸出參考電壓（VBG）1.25V,外部時(shí)鐘或晶振頻率111.059230MHz,模擬電源電流（含穩(wěn)壓電路）1600μA斷電0.3μA。HX711為串行數(shù)據(jù)總線型A/D轉(zhuǎn)化器。作為串行通訊方式，那么掌握其時(shí)序圖對(duì)于該器件的使用和操作起到了至關(guān)重要的作用。串口通訊線由管腳PD-SCK和DOUT組成，用來輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳DOUT為高電平，表明A/D轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)串口時(shí)鐘輸入信號(hào)PD-SCK應(yīng)為低電平。當(dāng)DOUT從高電平變低電平后，PD-SCK應(yīng)輸入25至27個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24位數(shù)據(jù)的最高位（MSB），直至第24個(gè)時(shí)鐘脈沖用來選擇下一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益。圖3-2HX711重量傳感器原理圖3.2.2溫度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用DS18B20溫度傳感器檢測(cè)水箱內(nèi)水溫，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理，處理后由OLED顯示模塊顯示，當(dāng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)不在閾值范圍內(nèi)時(shí)，執(zhí)行相關(guān)操作。DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)發(fā)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值.獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V無需備用電源測(cè)量溫度范圍為-55°C至+125℃。華氏相當(dāng)于是-67°F到257°F。在攝氏度-10°C至+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置，應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、品溫度計(jì)、或任何熱敏感系統(tǒng)描述該DS18B20的度計(jì)提供9至12位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù))。由于DS18B20是一條口線通信，所以器與DS18B20只有一個(gè)一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè)ds18b20s可以同時(shí)存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過程監(jiān)測(cè)和控制。DS18B20采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成ROM設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一：1）讀ROM，2）ROM匹配，3）搜索ROM，4）跳過ROM，5）報(bào)警檢查。這些指令操作作用在沒有一個(gè)器件的64位光刻ROM序列號(hào)，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS18B20的存儲(chǔ)器。一個(gè)控制功能指揮指示DS18B20的演出測(cè)溫。測(cè)量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲(chǔ)器。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報(bào)警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從最低位開始。圖3-3溫度傳感器原理圖3.2.3舵機(jī)模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)通過舵機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)茶杯的操作。PWM，英文名PulseWidthModulation，是脈沖寬度調(diào)制縮寫，它是通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，等效出所需要的波形（包含形狀以及幅值），對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼，也就是說通過調(diào)節(jié)占空比的變化來調(diào)節(jié)信號(hào)、能量等的變化，占空比就是指在一個(gè)周期內(nèi)，信號(hào)處于高電平的時(shí)間占據(jù)整個(gè)信號(hào)周期的百分比，例如方波的占空比就是50%.我們常說的舵機(jī)，它的學(xué)名叫做伺服電機(jī)，它是一種帶有輸出軸的小裝置。當(dāng)我們向伺服器發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)時(shí)，輸出軸就可以轉(zhuǎn)到特定的位置。只要控制信號(hào)持續(xù)不變，伺服機(jī)構(gòu)就會(huì)保持軸的角度位置不改變。如果控制信號(hào)發(fā)生變化，輸出軸的位置也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。日常生活中，舵機(jī)常被用于遙控飛機(jī)、遙控汽車、機(jī)器人等領(lǐng)域。舵機(jī)在機(jī)器人領(lǐng)域非常有用。因?yàn)槎鏅C(jī)有內(nèi)置的控制電路，它們的尺寸雖然很小，但輸出力夠大。像FutabaS-148這樣的標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)能提供0.3牛/米的扭矩，相對(duì)于它的外形大小來說這已經(jīng)足夠強(qiáng)大了。同時(shí)，舵機(jī)消耗的能量與機(jī)械負(fù)荷成正比。因此，一個(gè)輕載的舵機(jī)系統(tǒng)不會(huì)消耗太多的能量。舵機(jī)內(nèi)部的控制電路，電位計(jì)（可變電阻器）和電機(jī)均被連接到電路板上，如內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的右邊部分?？刂齐娐吠ㄟ^電位計(jì)可監(jiān)控舵機(jī)的當(dāng)前角度。如果軸的位置與控制信號(hào)相符，那么電機(jī)就會(huì)關(guān)閉。如果控制電路發(fā)現(xiàn)這個(gè)角度不正確，它就會(huì)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到它達(dá)到指定的角度。舵機(jī)角度根據(jù)制造商的不同而有所不同。比如，一個(gè)180度的舵機(jī)，它可以在0度至180度之間運(yùn)動(dòng)。由于限位裝置被安裝在主輸出裝置上，超出這個(gè)范圍機(jī)械結(jié)構(gòu)就不能再轉(zhuǎn)動(dòng)了。舵機(jī)的輸出功率與它所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的距離成正比。如果輸出軸需要轉(zhuǎn)動(dòng)很長(zhǎng)的距離，馬達(dá)就會(huì)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果它只需要短距離轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)就會(huì)以較慢的速度運(yùn)行，這叫做速度比例控制?？刂凭€用于傳輸角度控制信號(hào)。這個(gè)角度是由控制信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間決定的，這叫做脈沖編碼調(diào)制（PCM）。舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍，總間隔為2ms。脈沖的寬度將決定馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離。例如：1.5毫秒的脈沖，電機(jī)將轉(zhuǎn)向90度的位置（通常稱為中立位置，對(duì)于180°舵機(jī)來說，就是90°位置）。如果脈沖寬度小于1.5毫秒，那么電機(jī)軸向朝向0度方向。如果脈沖寬度大于1.5毫秒，軸向就朝向180度方向。圖3-4舵機(jī)原理圖圖3-5舵機(jī)實(shí)物圖3.2.4水位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)圖3-6水位監(jiān)測(cè)模塊原理圖圖3-7水位監(jiān)測(cè)模塊實(shí)物圖本文采用HC-SR04超聲波測(cè)距模塊來檢測(cè)水位，當(dāng)檢測(cè)到空茶杯時(shí)，通過舵機(jī)模擬水泵打開來倒水。HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給最少10us的高電平信呈。(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。3.2.5顯示模塊設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)還配備了一個(gè)顯示模塊，采用了OLED（OrganicLightEmittingDiode）技術(shù)。OLED顯示模塊通過使用有機(jī)發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)了高亮度、高對(duì)比度和寬視角的顯示效果。該OLED顯示模塊具有以下特點(diǎn)和功能：高亮度和對(duì)比度：OLED顯示模塊能夠產(chǎn)生鮮明明亮的圖像，使顯示內(nèi)容清晰可見。寬視角：無論從哪個(gè)角度觀察，OLED顯示模塊都能夠提供清晰的圖像和文字顯示?？焖夙憫?yīng)時(shí)間：OLED顯示模塊具有快速的像素切換速度，可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的狀態(tài)和相關(guān)信息。低功耗：相比傳統(tǒng)液晶顯示屏，OLED顯示模塊的功耗更低，有助于節(jié)省能源和延長(zhǎng)系統(tǒng)電池壽命。輕薄靈活：OLED顯示模塊采用了柔性底板技術(shù)，使其具備輕薄靈活的特點(diǎn)，適應(yīng)各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。高可靠性：OLED顯示模塊壽命長(zhǎng)，具有較高的抗震抗振性能，能夠在復(fù)雜的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。通過OLED顯示模塊，用戶可以直觀地了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、泡茶和分茶的進(jìn)度，水溫和茶葉箱重量等重要參數(shù)。用戶可以通過操作界面上的按鈕或觸摸屏來選擇不同的泡茶種類、調(diào)整水溫和茶葉量等設(shè)置。OLED顯示模塊的清晰度和色彩鮮明度能夠提供良好的用戶體驗(yàn)，使用戶更方便地操作和控制系統(tǒng)。圖3-8OLED顯示模塊原理圖3.2.6報(bào)警模塊設(shè)計(jì)在該全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)系統(tǒng)中，還包括了蜂鳴器報(bào)警模塊，用于提供聲音提示和警示功能。蜂鳴器報(bào)警模塊的硬件描述如下：蜂鳴器：采用了一個(gè)有源蜂鳴器作為聲音輸出裝置，具有發(fā)聲高亮、音量可調(diào)的特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電路：包括驅(qū)動(dòng)芯片和相關(guān)的電路元件，用于控制蜂鳴器的工作狀態(tài)和聲音頻率?？刂菩盘?hào)：通過與STM32單片機(jī)的連接，接收來自主控單元的指令信號(hào)，以觸發(fā)蜂鳴器的報(bào)警功能。電源供應(yīng)：蜂鳴器報(bào)警模塊需要接受適當(dāng)?shù)碾娫垂?yīng)，通常為5V直流電源。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到異常情況，例如杯中沒有水或茶葉箱重量不足時(shí)，主控單元將發(fā)送控制信號(hào)給蜂鳴器報(bào)警模塊，觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出聲音警示。這種聲音提示可以吸引用戶的注意，提示用戶進(jìn)行相應(yīng)的操作或維護(hù)。通過蜂鳴器報(bào)警模塊，系統(tǒng)能夠及時(shí)向用戶傳遞重要的提示和警示信息，提高用戶的使用體驗(yàn)和操作安全性。圖3-9蜂鳴器模塊原理圖

第4章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖本設(shè)計(jì)是一種基于STM32單片機(jī)技術(shù)的全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)設(shè)計(jì)。通過單片機(jī)作為基本控制核心，建立重量傳感器監(jiān)測(cè)茶葉箱重量，設(shè)定溫度傳感器監(jiān)控水箱水溫等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶葉箱重量狀況；實(shí)時(shí)檢查水箱水溫狀況；實(shí)時(shí)檢查放水口處超聲測(cè)距傳感器模塊狀況；檢查水溫不足，開啟加熱模塊，保存水溫適宜泡茶狀態(tài)；茶葉箱茶葉充足情況下，可進(jìn)行后續(xù)泡茶操作，否則，紅燈閃爍；傳送電機(jī)模塊時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），將用戶放入的空杯傳送至泡茶機(jī)下方；放水口旁超聲測(cè)距模塊，監(jiān)測(cè)空杯就位，停止傳送電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。若此時(shí)，茶葉充足，茶葉撥放舵機(jī)（硬件上設(shè)計(jì)固定大小槽，配置固定傾倒量）工作，轉(zhuǎn)180度，復(fù)位，完成一次茶葉放入茶葉后，開啟水泵模塊，注入熱水，水位到達(dá)閾值停止；泡茶完畢，分茶傳輸電機(jī)模塊，開始正轉(zhuǎn)工作，將泡好的茶水送到用戶手上；圖4-1整體流程圖4.2溫度測(cè)量模塊的軟件設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)檢查水箱水溫狀況；檢查水溫不足，開啟加熱模塊，保存水溫適宜泡茶狀態(tài)；傳送電機(jī)模塊時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），將用戶放入的空杯傳送至泡茶機(jī)下方；放水口旁超聲測(cè)距模塊，監(jiān)測(cè)空杯就位，停止傳送電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。放入茶葉后，開啟水泵模塊，注入熱水，水位到達(dá)閾值停止；泡茶完畢，分茶傳輸電機(jī)模塊，開始正轉(zhuǎn)工作，將泡好的茶水送到用戶手上；圖4-2溫度檢測(cè)模塊流程圖4.3質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶葉箱重量狀況；實(shí)時(shí)檢查放水口處超聲測(cè)距傳感器模塊狀況；茶葉箱茶葉充足情況下，可進(jìn)行后續(xù)泡茶操作，否則，紅燈閃爍；傳送電機(jī)模塊時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），將用戶放入的空杯傳送至泡茶機(jī)下方；放水口旁超聲測(cè)距模塊，監(jiān)測(cè)空杯就位，停止傳送電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。若此時(shí)，茶葉充足，茶葉撥放舵機(jī)（硬件上設(shè)計(jì)固定大小槽，配置固定傾倒量）工作，轉(zhuǎn)180度，復(fù)位，完成一次茶葉放入；放入茶葉后，開啟水泵模塊，注入熱水，水位到達(dá)閾值停止；泡茶完畢，分茶傳輸電機(jī)模塊，開始正轉(zhuǎn)工作，將泡好的茶水送到用戶手上。圖4-3質(zhì)量檢測(cè)模塊流程圖

第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖本設(shè)計(jì)是一種基于STM32單片機(jī)技術(shù)的全自動(dòng)智能泡茶、分茶機(jī)設(shè)計(jì)。通過單片機(jī)作為基本控制核心，建立重量傳感器監(jiān)測(cè)茶葉箱重量，設(shè)定溫度傳感器監(jiān)控水箱水溫等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶葉箱重量狀況；實(shí)時(shí)檢查水箱水溫狀況；實(shí)時(shí)檢查放水口處超聲測(cè)距傳感器模塊狀況，并做出對(duì)應(yīng)動(dòng)作行為完成自動(dòng)沏茶的操作?；就瓿稍擁?xiàng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所有任務(wù)。圖5-1系統(tǒng)完整實(shí)物圖5.2示例功能測(cè)試建立重量傳感器監(jiān)測(cè)茶葉箱重量，設(shè)定溫度傳感器監(jiān)控水箱水溫等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)茶葉箱重量狀況，但是初期經(jīng)常質(zhì)量測(cè)試不準(zhǔn)確，后來發(fā)現(xiàn)是因?yàn)閭鞲衅鞣旁诹巳彳浀氖髽?biāo)墊上，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；實(shí)時(shí)檢查水箱水溫狀況；實(shí)時(shí)檢查放水口處超聲測(cè)距傳感器模塊狀況，初期測(cè)量不準(zhǔn)確，不夠敏感，后來更正了代碼的水位閾值，成功加強(qiáng)了超聲波測(cè)距模塊的敏感度；檢查水溫不足，開啟加熱模塊，保存水溫適宜泡茶狀態(tài)；茶葉箱茶葉充足情況下，可進(jìn)行后續(xù)泡茶操作，否則，紅燈閃爍；傳送電機(jī)模塊時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），將用戶放入的空杯傳送至泡茶機(jī)下方；放水口旁超聲測(cè)距模塊，監(jiān)測(cè)空杯就位，停止傳送電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5-2超聲波測(cè)距測(cè)試圖圖5-3質(zhì)量稱重測(cè)試圖功能測(cè)試是確保系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)校園電力管理信息采集分析系統(tǒng)，以下是一份功能測(cè)試的示例：測(cè)試電流傳感器模塊：輸入已知電流值進(jìn)行檢測(cè)，確保傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量并顯示實(shí)時(shí)電流數(shù)值。輸入超出范圍的電流值，驗(yàn)證系統(tǒng)是否能正確處理異常情況并給出相應(yīng)提示。測(cè)試電壓傳感器模塊：輸入已知電壓值進(jìn)行檢測(cè)，確保傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量并顯示實(shí)時(shí)電壓數(shù)值。輸入超出范圍的電壓值，驗(yàn)證系統(tǒng)是否能正確處理異常情況并給出相應(yīng)提示。測(cè)試溫度傳感器模塊：將傳感器置于不同溫度環(huán)境中，檢查系統(tǒng)是否能夠準(zhǔn)確測(cè)量并顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)值。驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)溫度閾值的判斷和警報(bào)功能，當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)是否能發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)措施。測(cè)試通信模塊：將系統(tǒng)與Android平臺(tái)連接，確保能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和遠(yuǎn)程控制功能。發(fā)送指令到系統(tǒng)，驗(yàn)證系統(tǒng)是否能正確接收指令并執(zhí)行相應(yīng)操作。測(cè)試步進(jìn)電機(jī)模塊：輸入指定命令，測(cè)試步進(jìn)電機(jī)是否能夠準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)并將空杯送至加水裝置或?qū)⑴莺玫牟杷偷街付ㄎ恢谩y(cè)試顯示模塊：檢查系統(tǒng)是否能夠?qū)崟r(shí)顯示電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)，并確保顯示清晰可讀。驗(yàn)證系統(tǒng)是否能正確顯示警報(bào)信息和其他相關(guān)提示。測(cè)試按鍵模塊：模擬按下各個(gè)按鍵，確保系統(tǒng)能夠正確響應(yīng)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。測(cè)試?yán)^電器模塊：發(fā)送指令控制繼電器的開關(guān)狀態(tài)，驗(yàn)證系統(tǒng)是否能正確控制相關(guān)設(shè)備的電源開關(guān)。在測(cè)試過程中，需要記錄每個(gè)功能的測(cè)試結(jié)果，并及時(shí)修復(fù)和改進(jìn)系統(tǒng)中存在的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文設(shè)計(jì)了一款基于STM32型號(hào)單片機(jī)的校園電力管理信息采集分析系統(tǒng)。通過硬件設(shè)備包括步進(jìn)電機(jī)模塊、通信模塊、電流傳感器模塊、電壓傳感器模塊和溫度傳感器模塊等，系統(tǒng)能夠?qū)π@內(nèi)一定用電區(qū)域進(jìn)行用電系統(tǒng)的檢測(cè)、分析和管理。同時(shí)，在Android平臺(tái)上利用JAVA語言和SQL數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。該系統(tǒng)具有檢測(cè)電流、電壓和溫度、觀察負(fù)載功率是否超過閾值等功能，并能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的分析和控制。在本設(shè)計(jì)中，經(jīng)過一系列的硬件選型和模塊設(shè)計(jì)，我們成功地搭建了一個(gè)功能完善的校園電力管理系統(tǒng)。電流傳感器模塊、電壓傳感器模塊和溫度傳感器模塊能夠準(zhǔn)確地采集和測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸ndroid平臺(tái)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。步進(jìn)電機(jī)模塊的運(yùn)行和繼電器模塊的控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源開關(guān)的自動(dòng)控制。整個(gè)系統(tǒng)通過STM32單片機(jī)作為主控單位，具有穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際測(cè)試和應(yīng)用中，該系統(tǒng)顯示了良好的性能和可行性。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、電壓和溫度等信息，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。通過對(duì)負(fù)載功率的分析，可以提供科學(xué)有效的用電建議，幫助管理人員合理調(diào)整用電計(jì)劃，提高用電效率和節(jié)能減排。5.2展望然而，本設(shè)計(jì)還存在一些改進(jìn)的空間和待解決的問題。首先，在硬件設(shè)計(jì)方面，需要進(jìn)一步優(yōu)化傳感器模塊的靈敏度和準(zhǔn)確性，確保數(shù)據(jù)的精確度和可靠性。其次，在軟件設(shè)計(jì)方面，可以考慮引入數(shù)據(jù)分析算法和智能決策模型，提高系統(tǒng)的智能化水平和決策能力。此外，可以進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)界面和用戶體驗(yàn)，使其更加友好和易用。展望未來，校園電力管理信息采集分析系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，能源管理和節(jié)能減排成為重要的議題。該系統(tǒng)可以在校園和其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和管理，提高能源利用效率和節(jié)能減排水平。未來可以進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能和應(yīng)用范圍，如結(jié)合人工智能技術(shù)進(jìn)行用電行為預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)智能化的能源管理系統(tǒng)。智能化能源管理：隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，可以將這些技術(shù)應(yīng)用于校園電力管理系統(tǒng)中。通過建立智能決策模型和優(yōu)化算法，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更精確的能源消耗預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制，進(jìn)一步提高能源利用效率和節(jié)能減排效果。能源監(jiān)測(cè)與反饋：將校園電力管理系統(tǒng)與能源監(jiān)測(cè)設(shè)備和智能電表等設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能源數(shù)據(jù)的采集和分析。通過將能源消耗情況反饋給用戶，激勵(lì)他們采取節(jié)能措施，提高能源使用的意識(shí)和行為。集成可再生能源：隨著可再生能源的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，將校園電力管理系統(tǒng)與太陽能、風(fēng)能等可再生能源系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)更加清潔和可持續(xù)的能源供應(yīng)。系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)可再生能源的產(chǎn)生和利用情況，并進(jìn)行優(yōu)化控制，最大限度地提高可再生能源的利用效率。多場(chǎng)景應(yīng)用：除了校園，該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍還可以擴(kuò)展到其他場(chǎng)景，如商業(yè)建筑、工業(yè)園區(qū)等。通過對(duì)不同場(chǎng)景的能源消耗情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，可以為用戶提供個(gè)性化的節(jié)能建議和能源管理方案，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。數(shù)據(jù)共享與合作：將校園電力管理系統(tǒng)與其他能源管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和合作，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域、跨區(qū)域的能源協(xié)同管理。通過共享能源數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，可以提高整體能源管理水平，促進(jìn)能源領(lǐng)域的合作與創(chuàng)新。綜上所述，校園電力管理信息采集分析系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。未來的發(fā)展將側(cè)重于智能化、可持續(xù)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的能源管理。通過持續(xù)的創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，我們有信心將該系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化和完善，為實(shí)現(xiàn)高效能源利用和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)[1]闊孝輝,房杰,孫高亮,等.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的人機(jī)交互智能泡茶機(jī)器人:,CN110338660A[P].2019.[2]丁倩雯,DING,Qianwen,等.基于云服務(wù)的泡茶機(jī)智能控制器設(shè)計(jì)[J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào),2017,06(v.19;No.106):74-78.[3]林峰,黃新棟,陳智鑫,等.智能茶飲機(jī)的檢測(cè)與云通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].2021(2019-3):47-53.[4]楊智軍,楊一帆,徐國根,等.一種智能泡茶機(jī):,CN208909815U[P].2019.[5]鄧優(yōu)林,劉海妹,傅巍.基于ZigBee技術(shù)的礦井智能頭盔[J].科技與創(chuàng)新,2018,11(15):80-81.[6]吳勇.機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦行業(yè)的應(yīng)用研究[J]現(xiàn)代制造2019(36):129-129.[7]嚴(yán)林波.基于ZigBee技術(shù)的無線通信模塊研究團(tuán).科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020(29):88-89.[8]閆敏杰,夏寧,萬忠,等.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào).2019,(8).[9]王茂輝,吳震.基于C51單片機(jī)的礦井瓦斯智能頭盔的電路設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)2019(16):175-176.姚世鳳,馮春貴,賀園園,等.物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究.2019,(7).DOI:10.3969/j.issn.1003-188X.2019.07.047.[11]劉驊,程甫,於國良.西門子燃機(jī)可燃?xì)怏w監(jiān)控系統(tǒng)改造[J].儀器儀表用戶,2022,29(08):92-96.[12]張玉嬌,謝文蘭,劉玉航.基于安卓的在線氣體分析儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2022,28(09):113-117.[13]李博,練傲,于海鵬.基于STM32的家庭廚房有毒氣體監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用,2022,12(02):91-98+104.[14]王繼紅,張軍,代傳壘.基于單片機(jī)的工業(yè)園區(qū)廢氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2021,40(12):28-31+35.[15]劉蓉.工業(yè)廢氣排口VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化應(yīng)用技術(shù)[J].大氮肥,2021,44(05):350-354+357.[16]Carr,KvM.AdvancesinTeaAgronomy:HiddenHungerandIntelligentGuesswork:WeCanOnlyBuildonWhatHasGoneBefore[J].2018,10.1017/9781316155714(12):253-276.[17]PengweiHua，XiaowuLiu,JiguoYu,NaDang，XiaoweiZhang.Energy-efficientadaptiveslice-basedsecuredataaggregationschemeinWSN[J].ProcediaComputerScience,2018,129.[18]KORTUMK,MOLLERM,HIRNEIBC，etal.Smarteyedata:devdtopahealtO0%ofoundationformedicalrescarchusingSmartDataapplications[J].DerOphthalmologeZeitschriftDerDeutschenOphthalmologischenGescllschaft,2019.[19]RaafiB.DesignandDevelopmentofFuzzy-PIDControllerforFour-wheeledMobileRoboticStability:AC'aseStudyontheUphillRoad[J].PTEKJournalofEngineering,2020，6(2):6.[20]ZhouY,DongW,FYuan，etal.ResearchofOnlineWaterQualityMonitoringSystemBasedonZigbeeNetwork[J].AdvancesinInformatioSciences&ServiceSciences,2019，4(5):255-261.

附錄原理圖源代碼#include"delay.h"#include"sys.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#include"key.h"#include"usart.h"#include"usart2.h"#include"usart3.h"#include"led.h"#include"adc.h"#include<stdio.h>#include<string.h>#include"ds18b20.h"#include"HX711.h"#include"timer.h"#include"UltrasonicCtrol.h"u8send[20];intbeepNum=0;u8temperatureyu=30; u8temyu[6];unsignedintjuli=30;u8julis[6];shorttemperature; u8KZFlags[3];u8tem[15];u8ph[15];intbiaozhi1=0;intbiaozhi2=0;intbiaozhi3=0;intKZFlag=0;inttimej=0;intjdqFlag=0;intfargment=0;u8Weights1[10];unsignedintshuya;u8shuyas[10];unsignedintweight1=0;unsignedcharduoji_count=0;unsignedcharzhuanjiao=11;unsignedcharduoji_count1=0;unsignedcharzhuanjiao1=11;unsignedintwsTime=0;intdistance_cm1;u8distance_cms1[8];voidUSART1_Puts(char*str){while(*str){USART1->DR=*str++;while((USART1->SR&0X40)==0);}}voidUSART3_Puts(char*str){while(*str){USART3->DR=*str++;while((USART3->SR&0X40)==0);}}voidUSART2_Puts(char*str){while(*str){USART2->DR=*str++;while((USART2->SR&0X40)==0);}}intjiaodu1=90;unsignedintj1=0;voidDuojiMid(){ zhuanjiao=15; delay_ms(500);}voidDuojiRight(){ zhuanjiao=25; delay_ms(500);}voidDuojiLeft(){ zhuanjiao=6; delay_ms(500);}voidDuojiMid1(){ zhuanjiao1=15; delay_ms(500);}voidDuojiRight1(){ zhuanjiao1=25; delay_ms(500);}voidDuojiLeft1(){ zhuanjiao1=6; delay_ms(500);}voidServoInit(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=Servo_PIN|Servo_PIN1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;// GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//配置GPIO端口速度 GPIO_Init(Servo_GPIO,&GPIO_InitStructure); Servo_SET1; Servo_SET;//默認(rèn)給高電位modfiedbyLC2015.09.2012:00}intmain(void){ delay_init(); NVIC_Configuration(); OLED_Init(); OLED_ColorTurn(0);//0正常顯示，1反色顯示OLED_DisplayTurn(0);//0正常顯示1屏幕翻轉(zhuǎn)顯示 OLED_Refresh(); OLED_Clear(); KEY_Init(); LED_Init();usart2_init(9600);usart3_init(9600); uart_init(9600); Adc_Init(); JDQ1=1; JDQ2=1; ServoInit(); TIM2_Init(); beep_Init();beep=1; OLED_ShowChinese(0,0,0,16);// OLED_ShowChinese(18,0,1,16);// OLED_ShowString(36,0,":",16); OLED_ShowChinese(0,20,7,16);// OLED_ShowChinese(18,20,8,16);// OLED_ShowString(36,20,":",16); OLED_ShowChinese(0,40,9,16);// OLED_ShowChinese(18,40,10,16);// OLED_ShowString(36,40,":",16); OLED_Refresh(); UltraSoundInit(); while(DS18B20_Init()) //DHT11初始化 { delay_ms(200); } temyu[0]=temperatureyu/10+'0'; temyu[1]=temperatureyu%10+'0'; OLED_ShowString(95,20,temyu,16); julis[0]=juli/10+'0'; julis[1]=juli%10+'0'; OLED_ShowString(95,0,julis,16); OLED_Refresh(); Init_HX711pin(); Get_Maopi(); Get_Maopi(); Get_Maopi(); Get_Maopi(); DuojiMid(); delay_ms(500); DuojiMid1(); delay_ms(500); while(1) { temperature=DS18B20_Get_Temp(); Get_Weight(); weight1=Weight_Shiwu; tem[0]=temperature