飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)

聲明本人鄭重聲明：所呈交的設(shè)計是本人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得研究結(jié)果。設(shè)計在引用他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果時，已經(jīng)作了明確的標識；除此之外，設(shè)計中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，均為獨立完成。其他同志對本文所做的任何貢獻均已在設(shè)計中做了明確的說明并表達了謝意。學生簽名：___________年月日導師簽名：___________年月日

摘要II-摘要隨著科技的發(fā)展，人們對于飲水機的水質(zhì)問題有了更深入的關(guān)注，為了更好的實現(xiàn)對于飲水機水質(zhì)的智能監(jiān)控，提高對于飲水安全的重視。通過STM32F103單片機作為核心控制器，TDS濁度檢測模塊、DS18B20溫度采集模塊、RFID射頻模塊和供電電路作為數(shù)據(jù)采集輸入端，以O(shè)LED顯示屏、加熱繼電器、蜂鳴器和WIFI模塊，用于顯示信息、控制加熱，以及遠程監(jiān)控和操作等功能。系統(tǒng)的設(shè)計旨在提供智能化的飲水解決方案，通過實時監(jiān)測濁度和水溫，以及遠程控制功能，提高了用戶對飲水機的便捷性和安全性。同時，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)，使得用戶可以通過手機等設(shè)備隨時隨地監(jiān)控和操作飲水機，實現(xiàn)了智能化的遠程管理。該設(shè)計不僅提高了飲水機的智能化水平，也為用戶提供了更加便捷、安全的飲水體驗。關(guān)鍵詞：飲水機控制；無線傳輸；傳感器采集；繼電器控制

Abstract緒論1.1項目背景與意義1.1.1項目背景隨著科技的快速發(fā)展，智能化、自動化已經(jīng)成為校園管理的重要趨勢。校園飲水機作為學生們?nèi)粘ｏ嬎谋貍湓O(shè)施，其安全性和可靠性直接關(guān)系到學生的健康和生活質(zhì)量。從安全性的角度來看，傳統(tǒng)的飲水機往往缺乏有效的監(jiān)控和報警機制。一旦飲水機出現(xiàn)故障或水質(zhì)問題，往往難以及時發(fā)現(xiàn)和解決，給學生的飲水安全帶來潛在威脅。因此，開發(fā)一套校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測飲水機的運行狀態(tài)和水質(zhì)情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即發(fā)出報警信號，提醒管理人員及時處理，從而保障學生的飲水安全REF_Ref21719\r\h[1]。研發(fā)的智能校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)通過集成先進的傳感技術(shù)、通信技術(shù)和智能算法，為校園飲水機帶來了革命性的變革。通過濁度與溫度傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控水質(zhì)和水溫，確保學生飲用的水安全、健康。同時，利用WiFi、藍牙等無線通信技術(shù)，學生可以隨時隨地通過手機或其他智能設(shè)備查看并控制飲水機，實現(xiàn)了真正的智能化和遠程控制REF_Ref21886\r\h[2]。校園智能校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)不僅解決了傳統(tǒng)飲水機存在的眾多問題，還為學生提供了更加便捷、安全、智能的飲水體驗。這一系統(tǒng)的推廣與應用，無疑將為校園生活帶來更多的便利與健康保障，同時也為智能家居產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。1.1.2項目意義校內(nèi)智能校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究意義與應用價值，校內(nèi)智能飲水機，作為一種結(jié)合了智能化技術(shù)的飲水設(shè)備，其監(jiān)控報警系統(tǒng)不僅為學生和教職工提供了更為便捷、安全的飲水服務，還蘊含著深遠的研究意義和實際應用價值。學校是大量學生聚集的場所，飲水安全至關(guān)重要。智能飲水機的監(jiān)控報警系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測水質(zhì)和水溫，一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不達標或水溫異常，會立即觸發(fā)報警機制，確保師生飲用的水安全無污染，從而有效維護校園內(nèi)的飲水健康REF_Ref22160\r\h[3]。在智能化日益普及的今天，校內(nèi)智能飲水機通過連接智能手機等設(shè)備，使師生能夠隨時隨地查看飲水機的狀態(tài)、調(diào)整水溫、水量等參數(shù)。這種智能化的操作方式，不僅提升了校園生活的便利性，還大大增強了用戶的使用體驗REF_Ref22291\r\h[4]。傳統(tǒng)的飲水機在無人使用時往往仍會消耗大量能源，而智能飲水機則能通過其監(jiān)控報警系統(tǒng)實現(xiàn)智能管理，如定時開關(guān)、節(jié)能模式等，有效降低能源消耗，響應節(jié)能環(huán)保的號召，為綠色校園建設(shè)貢獻力量REF_Ref22425\r\h[5]。作為智能校園建設(shè)的重要組成部分，智能飲水機的推廣和應用有助于推動校園整體智能化水平的提升。通過研究和完善智能校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)，可以進一步豐富智能校園的產(chǎn)品線，提升其整體競爭力。智能校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研發(fā)涉及傳感技術(shù)、通信技術(shù)等多個領(lǐng)域。這一系統(tǒng)的不斷完善和優(yōu)化，不僅推動了相關(guān)技術(shù)的進步，還為科研人員提供了一個實踐和創(chuàng)新的平臺。隨著健康意識和智能化需求的提升，智能飲水機在校園市場的需求日益增長。研發(fā)和推廣智能校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)，不僅滿足了市場需求，還有望帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益REF_Ref22559\r\h[6]。綜上所述，校內(nèi)智能校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究與應用，在保障健康飲水、提升校園生活智能化水平、促進節(jié)能環(huán)保、推動科研技術(shù)創(chuàng)新以及滿足市場需求等方面均展現(xiàn)出重要價值，對推動智能校園建設(shè)和提升師生生活質(zhì)量具有積極意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀分析國外在校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究方面已經(jīng)取得了顯著的進步。借助物聯(lián)網(wǎng)、高精度傳感器等尖端技術(shù)，這些系統(tǒng)如今能夠?qū)崟r監(jiān)控飲水機的水溫、水位和水質(zhì)等核心參數(shù)，確保用戶能隨時享用到安全、健康的水。更為值得一提的是，通過先進的智能算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，系統(tǒng)不僅能預測飲水機的運行狀態(tài)，還能在故障發(fā)生前進行預警，從而大大降低了飲水機的維護成本和使用風險REF_Ref22640\r\h[7]。國外的研究還非常注重系統(tǒng)的集成性和兼容性，這使得校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)能夠與其他智能家居系統(tǒng)無縫對接，為用戶提供更加便捷、智能的家居體驗。同時，嚴格的法規(guī)和標準要求也確保了這些系統(tǒng)的安全性和可靠性，進一步增強了消費者對產(chǎn)品的信任度。然而，盡管國外在校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的技術(shù)上有著不俗的表現(xiàn)，但也存在一些不可忽視的缺陷。首要的問題就是安全漏洞風險。由于這些系統(tǒng)高度依賴無線網(wǎng)絡(luò)和智能設(shè)備，因此它們很容易成為黑客攻擊的目標。一旦遭受攻擊，不僅用戶的隱私可能泄露，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會受到嚴重影響REF_Ref22722\r\h[8]REF_Ref23022\r\h。國外在校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究方面既有值得稱贊的成就，也存在一些亟待解決的問題。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和市場需求的變化，校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)也將為用戶提供更加全面、高效的服務REF_Ref22797\r\h[9]。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析在國內(nèi)，校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究正日益受到重視。過去，傳統(tǒng)的監(jiān)控方式主要依賴人工巡檢，這種方式效率低下，難以實現(xiàn)實時監(jiān)控。然而，隨著科技的進步，尤其是物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)正朝著智能化、自動化的方向邁進REF_Ref22888\r\h[10]?，F(xiàn)代校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)通常采用各種傳感器，如溫度傳感器、水位傳感器等，實時監(jiān)測飲水機的各項關(guān)鍵參數(shù)。一旦這些參數(shù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)能夠立即觸發(fā)報警機制，通過多種方式如短信、APP推送等及時通知管理人員，以便他們迅速采取應對措施REF_Ref23022\r\h[11]。2020年，北京工業(yè)大學曾引入了一款的智能飲水機管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對飲水機的實時監(jiān)控，還通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化了飲水機的維護和管理。這種智能化的管理方式，不僅提高了飲水機的運行效率，也為保障師生的飲水安全提供了有力支持?？梢哉f，國內(nèi)校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究正在不斷深入，科技手段的應用使得監(jiān)控更為準確和高效。1.2.3現(xiàn)狀分析在國內(nèi)外校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究與發(fā)展中，我們可以觀察到顯著的進步與一些共存的挑戰(zhàn)。國內(nèi)在校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究上正逐步向智能化、自動化方向邁進，通過引入物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)，實現(xiàn)對飲水機的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)管理，從而提升了系統(tǒng)的安全性和運行效率。然而，國內(nèi)系統(tǒng)在某些方面仍面臨挑戰(zhàn)，如網(wǎng)絡(luò)安全防護的加強、誤報率的降低以及系統(tǒng)功能的多樣化等，同時缺少對于水質(zhì)的監(jiān)測和應用性功能。此外，國內(nèi)在法規(guī)和標準建設(shè)方面還需進一步完善，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性REF_Ref23163\r\h[12]。相比之下，國外在校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)集成方面走在了前列。其利用先進的傳感器技術(shù)、智能算法和數(shù)據(jù)分析工具，能夠精準監(jiān)控飲水機的運行狀況，實現(xiàn)故障的預警與自動處理。同時，國外在網(wǎng)絡(luò)安全防護、降低誤報率以及提高系統(tǒng)應對能力等方面也取得了顯著的成效。但是，這些先進系統(tǒng)的成本往往較高，且對于復雜環(huán)境的適應性還需進一步提升。綜合分析，國內(nèi)外在校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的研究中均表現(xiàn)出了優(yōu)勢與不足。國內(nèi)系統(tǒng)在逐步向智能化、自動化方向發(fā)展的同時，還需降低誤報率并豐富系統(tǒng)功能。而國外系統(tǒng)雖在技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)集成方面領(lǐng)先，但成本較高且對復雜環(huán)境的適應性和應用領(lǐng)域有待加強。1.3章節(jié)內(nèi)容安排本文對校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的章節(jié)安排如下：第一部分，查閱并學習與本課題相關(guān)基礎(chǔ)知識，通過對本課題相關(guān)的論文的研讀，陳述本課題項目產(chǎn)生背景以及對項目進行相關(guān)研究的意義，并對校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)作出的突出貢獻或關(guān)鍵性技術(shù)突破進行介紹。認真學習上述資料中的內(nèi)容，將得出的問題和結(jié)論做好筆記從而能夠完成對問題的分類工作，提出問題并在相關(guān)實驗中解決對應問題。第二部分，對本次設(shè)計中的關(guān)鍵模塊進行構(gòu)思，對其工作原理作進行一步宏觀的敘述。在設(shè)計的構(gòu)思和設(shè)計的原理了解后，將系統(tǒng)的各個組成部分相關(guān)信息進行一下比較詳細的介紹。第三部分：針對第二章的方案討論進行系統(tǒng)的硬件設(shè)計，將方案構(gòu)思落實至硬件電路設(shè)計。第四部分：對本系統(tǒng)的軟件代碼思路進行闡述，對于介紹系統(tǒng)硬件的軟件驅(qū)動方案。在設(shè)計好的硬件系統(tǒng)上進行軟件程序的測試優(yōu)化，與預期的設(shè)計成果相對比，驗證本次畢業(yè)設(shè)計是否滿足預期的設(shè)計需求。第五部分：總結(jié)本設(shè)計中取得的優(yōu)秀成果，對實物制作調(diào)試中遇到的問題進行分析反思并提供行之有效的解決方案。闡述現(xiàn)階段在課題研究上所存在問題以及現(xiàn)實局限性，對設(shè)計方案中的局限因素的產(chǎn)生提出了理論性假設(shè)，為后來者的研究提供了解決方向。2系統(tǒng)方案設(shè)計畢業(yè)設(shè)計2系統(tǒng)方案設(shè)計2.1設(shè)計方案選擇針對基于校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計，主要的方案選擇如下：單片機選擇：目前選擇了STM32F103單片機作為核心控制器，這是一種常用的低功耗、高性能的微控制器，具有豐富的外設(shè)接口和強大的計算能力，適合于本系統(tǒng)的需求。傳感器選擇：需要選擇適合的濁度檢測模塊和溫度采集模塊，建議采用穩(wěn)定可靠、精度高的傳感器，例如濁度傳感器和DS18B20數(shù)字溫度傳感器。用戶界面選擇：OLED顯示屏可以實現(xiàn)信息的實時顯示。通信模塊選擇：WIFI模塊可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作。電源供電：電源供電部分需要穩(wěn)定可靠，建議采用適配器供電或者鋰電池供電，并考慮電池充電管理功能。加熱控制：使用繼電器確保能夠穩(wěn)定可靠地控制加熱功能。綜上所述，方案選擇應該根據(jù)系統(tǒng)的實際需求、技術(shù)可行性、成本和市場需求等因素進行綜合考慮，確保設(shè)計方案能夠滿足用戶的需求并具有較高的性能和可靠性。2.2總體設(shè)計方案本設(shè)計采用STM32F103單片機作為核心控制器，配合其他模塊構(gòu)建了校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)。系統(tǒng)包括中控部分、輸入部分和輸出部分。中控部分采用STM32F103單片機，負責獲取輸入數(shù)據(jù)，并經(jīng)過內(nèi)部處理后控制輸出。主機輸入部分包括濁度檢測模塊、DS18B20溫度采集模塊和RC522無線射頻識別(RFID)模塊。濁度檢測模塊用于檢測當前濁度，DS18B20溫度采集模塊用于監(jiān)測當前水溫，而RC522無線射頻識別(RFID)模塊于用戶操作，如實現(xiàn)自助式的刷卡計費和余額管理等功能。供電電路為整個系統(tǒng)提供電源。輸出部分包括OLED顯示屏、加熱繼電器、加水繼電器、蜂鳴器和WIFI模塊。加熱繼電器用于控制加熱功能，加水繼電器用于控制加水功能，蜂鳴器在溫度超過設(shè)定閾值時進行報警。WIFI模塊實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作，用戶可通過手機等設(shè)備查看水溫、濁度，設(shè)置閾值，切換模式，以及控制加熱和加水等功能。這一系統(tǒng)設(shè)計旨在提供智能化的飲水解決方案，通過實時監(jiān)測和遠程控制功能，提高了用戶對飲水機的便捷性和安全性。整體系統(tǒng)框圖如下：圖2.1系統(tǒng)框圖根據(jù)上述框圖部分，進行總結(jié)分析，主要如下：（1）溫度的檢測與控制：通過溫度傳感器和加熱棒實現(xiàn)對于飲水機溫度的檢測和控制。（2）水質(zhì)的檢測與報警：通過TDS濁度檢測實現(xiàn)對于水箱內(nèi)水質(zhì)的檢測，當超過設(shè)定的參數(shù)值的時候可以進行遠程的報警。（3）手動消毒：通過控制臭氧消毒系統(tǒng)和紫外消毒，可以實現(xiàn)對于水箱內(nèi)水的清潔和消毒功能。（4）通過RFID可以實現(xiàn)對于校園卡的識別和消費功能，學生可以刷卡取水，根據(jù)出水量計算費用。（5）通過設(shè)計通信模塊，實現(xiàn)遠程通信，管理者可以通過APP查看相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且可以通過APP接收報警信息。（6）OLED主要用于人機交互，顯示相關(guān)的信息，同時蜂鳴器用于報警，MOS的作用與三極管作用相似，起到驅(qū)動的能力。2.3設(shè)計思路校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計思路主要包括以下幾個方面：（1）功能需求分析：首先對校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的功能需求進行分析和明確，包括實時監(jiān)測水質(zhì)、水溫等參數(shù)、遠程監(jiān)控和控制、異常情況報警等功能。根據(jù)用戶需求和實際應用場景確定系統(tǒng)需要具備的功能。（2）硬件選型分析：根據(jù)功能需求，選擇適合的硬件設(shè)備和傳感器，如濁度傳感器、溫度傳感器、WiFi模塊、液晶顯示屏、繼電器等。確保硬件設(shè)備具有穩(wěn)定性、可靠性和高性能，能夠滿足系統(tǒng)的要求。（3）系統(tǒng)架構(gòu)分析：設(shè)計系統(tǒng)的整體架構(gòu)，包括中控部分、輸入部分和輸出部分。中控部分采用STM32等單片機作為核心控制器，負責數(shù)據(jù)處理和控制邏輯；輸入部分包括濁度傳感器、溫度傳感器、RFID射頻模塊，用于采集環(huán)境參數(shù)和用戶操作；輸出部分包括液晶顯示屏、繼電器、蜂鳴器等模塊，用于顯示信息和執(zhí)行控制命令。（4）傳感器數(shù)據(jù)采集：編寫相應的程序，實現(xiàn)對濁度、溫度等參數(shù)的實時采集和處理。通過傳感器將環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過中控部分進行處理和存儲。（5）通信部分分析：系統(tǒng)可以集成WiFi模塊，實現(xiàn)與智能手機或其他智能設(shè)備的連接，搭建遠程監(jiān)控和控制平臺。通過手機App或Web頁面，用戶可以實時監(jiān)測飲水機的狀態(tài)、調(diào)節(jié)水溫、濁度等參數(shù)，遠程控制加熱、加水等操作。設(shè)計直觀友好的用戶界面，包括液晶顯示屏上的操作界面和手機App或Web頁面。用戶可以通過界面直觀地了解飲水機的工作狀態(tài)和參數(shù)，并進行相應的操作和調(diào)節(jié)。（6）異常情況報警：設(shè)計異常情況檢測算法，實現(xiàn)對水質(zhì)異常、溫度異常等情況的實時監(jiān)測和報警。當檢測到異常情況時，系統(tǒng)會觸發(fā)報警機制，通過蜂鳴器、液晶顯示屏等方式向用戶發(fā)出警報，并同時將報警信息發(fā)送至遠程監(jiān)控平臺。（7）系統(tǒng)集成和測試：將各個模塊進行集成，進行整體系統(tǒng)的調(diào)試和測試。通過模擬實際使用場景，驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和性能，確保系統(tǒng)能夠正常工作并滿足用戶需求。綜上所述，校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計思路是基于功能需求分析和硬件選型分析和通信部分分析進行分析，驗證系統(tǒng)具備一定的可行性。2.4實現(xiàn)功能本次設(shè)計的校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)主要具有以下功能：（1）實時監(jiān)測溫度：通過DS18B20溫度采集模塊和加熱棒實現(xiàn)對于飲水機溫度的檢測和控制。（2）水質(zhì)監(jiān)測功能：使用濁度傳感器，安裝在水箱內(nèi)。設(shè)定一個濁度閾值，當濁度超過這個閾值時，觸發(fā)報警，同時將濁度數(shù)據(jù)實時上傳到云端，以便進行數(shù)據(jù)分析和管理。（3）本系統(tǒng)采用RFID讀寫器模塊，集成到飲水機系統(tǒng)中，學生可以通過校園卡實現(xiàn)取水，并從其賬戶中扣除相應的費用。（4）遠程報警功能：當濁度超過閾值或其他異常情況發(fā)生時，系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報警信息到云端服務器。（5）設(shè)計手機APP，接收并顯示報警信息，確保管理者可以及時收到報警。（6）自動清潔功能：在飲水機系統(tǒng)中設(shè)計臭氧消毒系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)計一個自動清潔模式，當飲水機處于該模式時，啟動臭氧消毒系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)，通過紫外照射實現(xiàn)自動清潔，確保飲用水質(zhì)量。本次設(shè)計校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)主要實現(xiàn)了實時監(jiān)測水質(zhì)和溫度、RFID模塊、信息顯示、溫度異常報警、遠程監(jiān)控和控制以及加熱和加水功能等多項實用功能，提升了用戶的使用體驗和便利。2.5相關(guān)技術(shù)理論分析2.5.1傳感器采集技術(shù)本次利用到的傳感器技術(shù)是溫度采集和濁度采集，溫度采集和濁度采集是在許多工程和應用中常見的傳感器技術(shù)，它們在許多領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用，從工業(yè)生產(chǎn)到環(huán)境監(jiān)測都有廣泛的應用。溫度采集傳感器技術(shù)：溫度采集是指通過傳感器對環(huán)境或物體的溫度進行檢測和記錄的過程。常見的溫度采集傳感器技術(shù)原理如利用熱敏電阻來對溫度進行采集，熱敏電阻是一種電阻隨溫度變化而變化的電阻。隨著溫度的升高，其電阻值呈指數(shù)變化，通過串聯(lián)一個固定阻值的電阻，然后采用ADC采集分壓，就能根據(jù)對應的采集值與溫度REF_Ref23587\r\h[14]。熱敏電阻的優(yōu)點是價格低廉、響應速度快，但在一定溫度范圍內(nèi)精度較高。還有熱敏電容利用不同材料的熱電效應來測量溫度。它們的優(yōu)點包括高溫度范圍和良好的線性性能，但精度相對較低。濁度采集傳感器技術(shù)：濁度采集是指通過傳感器對濁度的高度進行檢測和記錄的過程。常見的濁度采集傳感器技術(shù)包括：浮子式濁度傳感器，浮子式濁度傳感器利用浮子的浮沉來檢測液體的濁度。隨著液體的漲落，浮子的位置改變，傳感器通過檢測浮子的位置來確定濁度REF_Ref23731\r\h[15]。超聲波濁度傳感器：超聲波濁度傳感器通過發(fā)射超聲波脈沖并測量其回波時間來確定液體表面到傳感器的距離，從而確定濁度高度。這種傳感器具有非接觸式測量、測量范圍廣等優(yōu)點。電阻式濁度傳感器：電阻式濁度傳感器利用液位高度與電阻值的相關(guān)性來測量濁度。它們通過測量電阻值的變化來確定濁度高度，但需要考慮液體的導電性和環(huán)境條件對電極的影響。壓力式濁度傳感器：壓力式濁度傳感器通過測量液體表面施加在傳感器上的壓力來確定濁度高度。傳感器的底部與液體接觸，液體的重力將在傳感器上產(chǎn)生一個壓力，通過測量這個壓力來確定濁度REF_Ref23960\r\h[16]。溫度采集和濁度采集傳感器技術(shù)在各種應用中發(fā)揮著重要作用，如工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)灌溉等。它們的不同原理和特點使得用戶可以根據(jù)具體應用需求選擇合適的傳感器來實現(xiàn)精確、穩(wěn)定的溫度和濁度監(jiān)測。本次主要應用在家用電器的飲水機方面。2.5.2無線通信技術(shù)本次使用WIFi實現(xiàn)無線通信，Wi-Fi技術(shù)是一種無線局域網(wǎng)技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進行無線互聯(lián)和通信。它已成為現(xiàn)代生活和工作中不可或缺的一部分，被廣泛應用于家庭、企業(yè)、學校、公共場所等各種場景。Wi-Fi技術(shù)原理和工作方式：Wi-Fi技術(shù)基于IEEE802.11系列標準，采用了無線電波在2.4GHz和5GHz頻段的通信。它使用了CSMA/CA（載波偵聽多路訪問/碰撞避免）協(xié)議，通過Wi-Fi路由器或接入點（AP）來連接無線設(shè)備。Wi-Fi設(shè)備包括無線網(wǎng)卡、智能手機、平板電腦、筆記本電腦、智能家居設(shè)備等。Wi-Fi通信的工作方式主要包括以下步驟：掃描：Wi-Fi設(shè)備掃描周圍的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，尋找可用的接入點。關(guān)聯(lián)：設(shè)備選擇一個接入點，并與其建立連接。DHCP獲取IP地址：設(shè)備通過DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議）獲取IP地址，以便在網(wǎng)絡(luò)上進行通信。數(shù)據(jù)傳輸：設(shè)備通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。Wi-Fi技術(shù)的優(yōu)點：便捷性，Wi-Fi技術(shù)消除了使用有線連接時的限制，使設(shè)備之間的連接更加便捷和靈活。靈活性：Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可以輕松覆蓋大范圍的區(qū)域，適用于各種場景，如家庭、辦公室、商場等。高速度：Wi-Fi技術(shù)支持高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足了現(xiàn)代人對快速互聯(lián)網(wǎng)訪問的需求。兼容性：Wi-Fi設(shè)備兼容性廣泛，可以連接各種類型的設(shè)備，無論是智能手機、平板電腦還是智能家居設(shè)備。Wi-Fi技術(shù)的應用：家庭網(wǎng)絡(luò)：Wi-Fi技術(shù)是家庭網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分，支持多個設(shè)備同時連接互聯(lián)網(wǎng)，并實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享和媒體播放。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)中廣泛應用于辦公室、會議室和生產(chǎn)車間等場所，提高了員工的工作效率和生產(chǎn)效率。公共場所：Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)覆蓋了商場、餐廳、咖啡館、機場等公共場所，為用戶提供了便捷的上網(wǎng)體驗。物聯(lián)網(wǎng)應用：Wi-Fi技術(shù)也被廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，實現(xiàn)智能家居、智能城市、智能醫(yī)療等各種應用場景REF_Ref24090\r\h[17]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，Wi-Fi技術(shù)的速度也在不斷提高，未來可能會出現(xiàn)更高速的Wi-Fi標準。更廣的覆蓋范圍：Wi-Fi技術(shù)正在不斷改進，以覆蓋更廣泛的區(qū)域，包括室外、城市和農(nóng)村地區(qū)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對低功耗的Wi-Fi技術(shù)需求日益增加，未來Wi-Fi技術(shù)可能會更加注重功耗優(yōu)化。Wi-Fi技術(shù)作為一種高效、便捷的無線通信技術(shù)，將繼續(xù)在各個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動著數(shù)字化社會的發(fā)展和智能化生活的普及。本次運用WIFI模塊的過程也是學習的過程，為未來投入電子行業(yè)打下基礎(chǔ)。2.5.3PID溫度控制技術(shù)本次采用PID控制實現(xiàn)對設(shè)定溫度的恒溫控制，PID控制是一種常用的閉環(huán)控制方法，它通過不斷地調(diào)整控制量，使系統(tǒng)的輸出值與期望值盡可能接近，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。PID控制由比例（P）、積分（I）和微分（D）三個部分組成，分別對應控制器的三個調(diào)節(jié)參數(shù)REF_Ref24335\r\h[18]。下面詳細介紹PID控制的工作原理和各個參數(shù)的作用：比例（Proportional）控制：比例控制器根據(jù)當前誤差的大小，以一定的比例對控制量進行調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)量與誤差成正比，即誤差越大，調(diào)節(jié)量越大。比例控制主要用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的靜態(tài)性能。積分（Integral）控制：積分控制器根據(jù)誤差的累積值對控制量進行調(diào)節(jié)。它的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，通過積累誤差，逐漸使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。積分控制主要用于消除穩(wěn)態(tài)誤差和提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分（Derivative）控制：微分控制器根據(jù)誤差的變化率對控制量進行調(diào)節(jié)。它的作用是抑制系統(tǒng)的振蕩和提高系統(tǒng)的響應速度。微分控制器通過檢測誤差的變化率，預測系統(tǒng)未來的趨勢，從而對控制量進行適當?shù)恼{(diào)整。PID控制的工作原理：PID控制器通過不斷地調(diào)節(jié)比例、積分和微分三個參數(shù)，使系統(tǒng)的輸出值盡可能接近期望值。具體工作原理如下：比例部分根據(jù)當前誤差大小對控制量進行調(diào)節(jié)，消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分部分根據(jù)誤差的累積值對控制量進行調(diào)節(jié)，消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；微分部分根據(jù)誤差的變化率對控制量進行調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)定性。PID控制根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)特性和控制要求，通過調(diào)節(jié)比例、積分和微分三個參數(shù)來優(yōu)化系統(tǒng)的控制效果。通常情況下，需要通過試驗和調(diào)試來確定合適的PID參數(shù)，以滿足系統(tǒng)的控制要求。本次主要實現(xiàn)對溫度的PID自動控制。下面是PID控制在溫度自動控制中的實現(xiàn)步驟：1.設(shè)置目標溫度：首先，需要設(shè)定系統(tǒng)的目標溫度。這個目標溫度可以是預先設(shè)定的固定值，也可以是動態(tài)變化的值，根據(jù)具體的控制需求來確定。這個我們通過按鍵設(shè)置。2.獲取當前溫度：系統(tǒng)通過溫度傳感器實時獲取當前的溫度值。這個值將作為反饋信號，用于和目標溫度進行比較，計算出溫度誤差。3.計算溫度誤差：根據(jù)目標溫度和當前溫度的差值，得到溫度誤差。溫度誤差通常定義為目標溫度與當前溫度之差。4.PID計算：PID控制器根據(jù)比例、積分和微分三個部分計算出控制量。5.調(diào)節(jié)控制量：根據(jù)PID計算得到的控制量，系統(tǒng)調(diào)節(jié)繼電器，通過加熱或者制冷實現(xiàn)達到目標溫度。6.實時監(jiān)測和調(diào)整：系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)測溫度變化和控制效果，實時調(diào)整PID控制器的參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應性。通過不斷地調(diào)整PID參數(shù)，使系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定在目標值附近。通過以上步驟，PID控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的自動控制。它可以適用于各種溫度控制場景，包括恒溫箱、加熱器、冷卻器等。PID控制器具有調(diào)節(jié)靈活、控制精度高的優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn)和實驗室等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。2.6可行性分析本次設(shè)計校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)具有一定的可行性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：技術(shù)可行性：采用STM32F103單片機作為核心控制器，結(jié)合各種傳感器模塊和通信模塊，構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件平臺。STM32F103單片機具有強大的計算和控制能力，能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集、處理和控制的需求。同時，各種傳感器模塊和通信模塊的應用也基于成熟的技術(shù)，具有可靠性和穩(wěn)定性。功能可行性：系統(tǒng)涵蓋了濁度檢測、溫度監(jiān)測、界面交互、信息顯示、遠程控制等多項功能，這些功能是智能飲水機的基本需求，能夠滿足用戶對智能飲水機的實際需求。用戶體驗可行性：通過OLED顯示屏實時顯示信息、獨立按鍵進行界面切換和操作、WIFI模塊實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作，提高了用戶的使用便捷性和體驗感。用戶可以隨時隨地通過手機等設(shè)備監(jiān)控和控制飲水機，實現(xiàn)了智能化的遠程管理。市場可行性：隨著人們對智能家居的需求不斷增加，智能飲水機作為智能家居的一部分，具有較大的市場潛力。尤其是在一些辦公場所、學校、商場等公共場所，智能飲水機能夠提供更加便捷、安全的飲水服務，具有較高的市場需求。綜上所述，校園飲水機監(jiān)控報警系統(tǒng)具有較高的技術(shù)可行性、功能可行性、用戶體驗可行性和市場可行性，有望成為智能家居領(lǐng)域的一種創(chuàng)新產(chǎn)品，為用戶提供智能化、便捷、安全的飲水解決方案。3硬件設(shè)計畢業(yè)設(shè)計3硬件設(shè)計3.1STM32單片機最小系統(tǒng)板本設(shè)計采用STMF103單片機為主控芯片，STM32單片機的最小系統(tǒng)通常由四個基本部分組成：主芯片、時鐘電路、復位電路和電源電路。主芯片（MicrocontrollerUnit，MCU）：主芯片是整個系統(tǒng)的核心，通常采用STM32系列的單片機。STM32單片機集成了CPU、存儲器、外設(shè)和各種接口，能夠完成各種控制任務。時鐘電路：時鐘電路提供了單片機需要的時鐘信號，以驅(qū)動單片機內(nèi)部的各種時序操作。它包括晶振、晶振負載電容和時鐘源選擇電路等組成部分。在STM32最小系統(tǒng)中，晶振的頻率通常為8MHz或16MHz，提供了單片機運行時的時鐘信號REF_Ref24492\r\h[19]。復位電路：復位電路用于在系統(tǒng)上電或發(fā)生異常情況時將單片機復位到初始狀態(tài)，保證系統(tǒng)的可靠啟動和運行。它包括復位按鍵、復位電路和復位源選擇電路等部分。電源電路：電源電路為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源供應。它通常包括穩(wěn)壓器、電容濾波器和電源選擇開關(guān)等組成部分。STM32單片機通常工作在3.3V或5V的電壓下，因此需要通過穩(wěn)壓器將輸入電壓（如5V）轉(zhuǎn)換為合適的工作電壓。這些部分共同構(gòu)成了STM32單片機的最小系統(tǒng)，為單片機的正常運行提供了必要的支持和保障，該芯片是系統(tǒng)的控制核心。在本系統(tǒng)中，STM32F103C8T6單片機的部分引腳被用于連接和控制各個功能模塊。STM32F103c8t6單片機的PA6和PA7引腳接到MOS管控制電路的接口，主要實現(xiàn)出水和加熱的功能。STM32F103C8T6單片機的PA8接口接到DS18B20溫度傳感器的DQ（數(shù)字信號）接口，主要實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)通信的功能。STM32F103C8T6單片機的PA15接口接到蜂鳴器的NPN接口，通常用于控制蜂鳴器的開關(guān)和發(fā)聲。通過PA12控制這個三極管實現(xiàn)系統(tǒng)功能，完成對弈繼電器的控制，間接的控制水泵的開啟。PB0接口作為STM32F103C8T6單片機的一個通用I/O引腳，可以配置為輸入或輸出模式。當配置為輸出模式時，單片機可以通過PB0接口向TDS濁度傳感器發(fā)送控制信號或命令；當配置為輸入模式時，單片機可以讀取TDS濁度傳感器通過I/O接口輸出的測量數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。STM32F103c8t6單片機的PB1引腳接到MOS管控制電路的接口，主要實現(xiàn)紫外線消毒的功能。當STM32F103C8T6的PB3接口接到RFID-RC522模塊的RST（復位）接口時，其主要功能是用于控制RFID-RC522模塊的復位操作。STM32F103C8T6單片機的PB4接口接到RFID-RC522模塊的MISO（MasterInSlaveOut，主入從出）接口，主要用于SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）通信。當STM32F103C8T6單片機的PB5接口接到RFID-RC522的MOSI（MasterOutSlaveIn，主出從入）接口時，PB5接口將作為SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）通信中的一個輸出引腳。當STM32F103C8T6單片機的PB6接口接到RFID-RC522的SCK（SerialClock，串行時鐘）接口時，PB6接口將用于產(chǎn)生SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）通信所需的時鐘信號。STM32F103C8T6單片機的PB14接口是一個通用I/O引腳，具有多種功能，包括輸入/輸出、外部中斷等。而OLED顯示屏的SDA接口在I2C通信中作為數(shù)據(jù)管腳，用于傳輸數(shù)據(jù)。STM32F103C8T6單片機的PB15接口接到OLED顯示屏的SCL接口，其主要功能是用于時鐘信號傳輸。在I2C總線通信協(xié)議中，SCL（SerialClock，串行時鐘）線用于同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘信號。圖3.1最小系統(tǒng)圖3.2TDS濁度傳感器TDS即總?cè)芙夤腆w，是衡量水體濁度的重要指標。濁度反映了水體中懸浮物的含量，直接影響到水質(zhì)的清潔衛(wèi)生程度。TDS傳感器能夠準確檢測出水體的濁度值，在系統(tǒng)中用于檢測校內(nèi)飲水機內(nèi)的濁度數(shù)值。該傳感器的工作原理是利用紅外線發(fā)射和接收電路。紅外發(fā)射管發(fā)出一束光線穿過被測水體，在另一側(cè)的光電二極管接收未被遮擋的光線。發(fā)射光和接收光的強度之比，就反映了水體的透光率，可以很好地估測出溶解物的濃度REF_Ref24596\r\h[20]。TDS傳感器具有測量精度高、防護性強、無污染、壽命長等優(yōu)勢。該系統(tǒng)的TDS傳感器輸出為模擬電壓信號，對應于一定的濃度范圍。通過STM32的ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)過計算處理后，即可獲得水體濁度的準確數(shù)值。當濁度超過設(shè)定的閾值時，單片機將啟動報警，同時控制臭氧發(fā)生器對水體進行消毒處理，確保飲用水的清潔衛(wèi)生。STMF103c8t6單片機的GND（接地）接口接到TDS濁度傳感器的GND接口，主要功能是為電路提供一個共同的參考電位或基準點。STM32F103C8T6單片機的+5V接口接到TDS濁度傳感器的VCC接口，主要是為TDS濁度傳感器提供所需的工作電壓。在電子電路中，VCC通常表示電源的正極，而GND表示電源的負極或地線。STM32F103C8T6的+5V接口是一個電源輸出引腳，其功能是提供5V的電壓供外部設(shè)備使用。當這個接口接到TDS濁度傳感器的VCC接口時，它就是在為TDS濁度傳感器提供穩(wěn)定的5V工作電壓，以確保傳感器能夠正常工作并進行濁度測量。PB0接口作為STM32F103C8T6單片機的一個通用I/O引腳，可以配置為輸入或輸出模式。當配置為輸出模式時，單片機可以通過PB0接口向TDS濁度傳感器發(fā)送控制信號或命令；當配置為輸入模式時，單片機可以讀取TDS濁度傳感器通過I/O接口輸出的測量數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。接口電路圖如圖3.2：圖3.2濁度傳感器接口電路圖3.3溫度傳感器溫度傳感器DS18B20是一種數(shù)字式溫度傳感器，通過單總線接口通信，通過一個端口進行輸出，能夠?qū)崟r測量環(huán)境溫度并將其以數(shù)字形式輸出。本次采用溫度傳感器對飲水機內(nèi)系統(tǒng)的溫度進行監(jiān)測。STM32F103C8T6單片機的+3V3接口接到DS18B20溫度傳感器的VDD接口，主要是為DS18B20溫度傳感器提供工作電壓。在DS18B20溫度傳感器中，VDD是一個外接供電電源輸入端，它接收的電壓范圍通常在3V到5.5V之間。因此，STM32F103C8T6單片機的+3V3接口提供的3.3V電壓是符合DS18B20的工作電壓要求的。這個連接確保了DS18B20溫度傳感器能夠正常工作，并準確地測量溫度。DS18B20溫度傳感器會將測量到的溫度數(shù)據(jù)通過其DQ（數(shù)字信號）引腳傳輸給STM32F103C8T6單片機，然后由單片機進行相應的處理或控制。STM32F103C8T6單片機的PA8接口接到DS18B20溫度傳感器的DQ（數(shù)字信號）接口，主要實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)通信的功能。DS18B20溫度傳感器是一種一線式數(shù)字溫度傳感器，它只使用一根數(shù)據(jù)線（DQ）與微處理器進行通信。在STM32F103C8T6單片機與DS18B20連接時，DQ接口通常被連接到STM32F103C8T6的一個GPIO（通用輸入輸出）引腳上。當STM32F103C8T6需要讀取DS18B20測量到的溫度數(shù)據(jù)時，它會通過PA8接口向DS18B20發(fā)送一系列的控制命令。DS18B20在接收到這些命令后，會根據(jù)命令的內(nèi)容執(zhí)行相應的操作，例如啟動溫度轉(zhuǎn)換、讀取溫度數(shù)據(jù)等。然后，DS18B20會將測量到的溫度數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式通過DQ接口發(fā)送回STM32F103C8T6。STM32F103C8T6在接收到這些數(shù)據(jù)后，會對其進行解析和處理，從而得到當前的溫度值。通過這種方式，STM32F103C8T6可以實時地獲取DS18B20測量到的溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要進行相應的控制或顯示等操作。STM32F103C8T6單片機的GND接口接到DS18B20溫度傳感器的GND接口，主要是為了提供統(tǒng)一的參考地電平。接口電路圖如下圖3.3：圖3.3溫度傳感器接口電路圖三個引腳中，VDD和GND用于對系統(tǒng)進行供電，I/O用于進行數(shù)據(jù)的傳輸。3.4MOS管控制電路MOS管是一種場效應管，具有體積小、功率密度高、響應速度快等優(yōu)點，非常適合于功率控制和開關(guān)控制應用。該系統(tǒng)采用三個MOS管分別控制出水、加熱和紫外線消毒三個主要功能。MOS管作為一種電壓控制型器件，其漏源極之間的開通和關(guān)斷完全由柵極電壓決定。當柵極施加一個高電壓時，MOS管處于導通狀態(tài)；當柵極電壓為0V時，MOS管截止。由于控制端與功率端是完全隔離的，無需輸入電流，所以MOS管的控制回路功耗極低。該系統(tǒng)單片機的GPIO端口直接驅(qū)動MOS管的柵極，通過高低電平控制MOS管導通或截止。當MOS管導通時，就可以使相應的電器設(shè)備通電工作，比如出水電磁閥、加熱管、UV燈管等。反之，斷開MOS管就能切斷設(shè)備的電源。MOS管的開關(guān)便捷可靠。特別需要指出的是,為了滿足各功能部件的功率需求，該系統(tǒng)采用了大功率MOS管，能夠承受幾安培甚至幾十安培的大電流。同時，MOS管還具有耐高壓的優(yōu)點，在控制脈沖電源和高頻變壓器等容易出現(xiàn)高壓條件的場合也表現(xiàn)良好。MOS管以其控制簡單、承受能力強的優(yōu)勢，成為了該系統(tǒng)控制功率型負載的理想選擇。與之相比，機械繼電器存在壽命短、抗震性差等缺陷，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代智能控制的要求。電路圖如下：圖3.4MOS管控制電路圖3.5繼電器控制電路本次使用繼電器實現(xiàn)單片機小信號對外圍大電流器件的控制，通過NPN三極管實現(xiàn)對單片機輸出電流的放大，三極管（晶體管）可以用來控制繼電器，實現(xiàn)對電路的開關(guān)控制。三極管具有放大和開關(guān)功能，通過在其基極施加控制電壓，可以控制其集電極和發(fā)射極之間的電流流動。在三極管的工作中，一般會有三個極端：發(fā)射極（Emitter）、基極（Base）和集電極（Collector）。繼電器是一種電控開關(guān)，通過控制小電流輸入來實現(xiàn)對大電流電路的開關(guān)控制。繼電器通常由線圈、觸點和機械開關(guān)組成，當線圈通電時，產(chǎn)生磁場，使觸點吸合或斷開，從而實現(xiàn)對電路的控制，本系統(tǒng)中通過PA12控制這個三極管實現(xiàn)系統(tǒng)功能，完成對弈繼電器的控制，間接的控制水泵的開啟。三極管控制繼電器原理：在電路中，將三極管的基極連接到控制信號端，集電極連接到繼電器的線圈，發(fā)射極連接到地（GND）。當控制信號施加在三極管的基極上時，將導通基極和集電極之間的電流，使得繼電器的線圈通電，產(chǎn)生磁場，吸引觸點閉合或斷開，從而實現(xiàn)對電路的開關(guān)控制。通過三極管控制繼電器，可以實現(xiàn)對各種電路的開關(guān)控制，接口電路圖如下3.5：圖3.5繼電器控制電路圖3.6顯示電路液晶顯示模塊通過控制液晶分子在電場作用下的排列變化來影響光線的透過，從而實現(xiàn)對監(jiān)測的溫度濁度值的顯示。液晶是一類介于固態(tài)和液態(tài)之間的有機化合物，在常溫條件下具有液體的流動性和晶體的光學各向異性。通過在液晶層中施加電場，可以改變液晶分子的排列方向，從而調(diào)節(jié)透光性，進而實現(xiàn)對像素的控制。在液晶顯示模塊中，STM32控制對應的電平信號輸入，通過改變電場的作用，使液晶分子的排列狀態(tài)發(fā)生變化，從而控制像素的透明度。具體而言，當電場作用于液晶時，液晶分子會重新排列，使得光線透過時的偏振方向發(fā)生改變，從而實現(xiàn)像素的亮度調(diào)節(jié)。通過控制不同區(qū)域的電場強度和方向，可以實現(xiàn)圖像的顯示效果。本模塊通過I2C與單片機進行通信，通過SDA和SCL實現(xiàn)對于OLED的控制，其中VCC和GND用于給系統(tǒng)進行穩(wěn)定的供電。STM32F103C8T6單片機的PB14接口是一個通用I/O引腳，具有多種功能，包括輸入/輸出、外部中斷等。而OLED顯示屏的SDA接口在I2C通信中作為數(shù)據(jù)管腳，用于傳輸數(shù)據(jù)。當STM32F103C8T6單片機的PB14接口接到OLED顯示屏的SDA接口時，其主要功能是實現(xiàn)單片機與OLED顯示屏之間的數(shù)據(jù)通信。具體來說，單片機可以通過PB14引腳向OLED顯示屏發(fā)送數(shù)據(jù)，以控制OLED顯示屏的顯示內(nèi)容。同時，由于SDA是數(shù)據(jù)線，因此它也可以接收來自O(shè)LED顯示屏的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向通信。STM32F103C8T6單片機的PB15接口接到OLED顯示屏的SCL接口，其主要功能是用于時鐘信號傳輸。在I2C總線通信協(xié)議中，SCL（SerialClock，串行時鐘）線用于同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘信號。當STM32F103C8T6單片機與OLED顯示屏通過I2C總線進行通信時，PB15接口（作為SCL線）會提供時鐘信號給OLED顯示屏，確保數(shù)據(jù)在正確的時刻進行傳輸。時鐘信號是I2C通信中的關(guān)鍵組成部分，它控制著數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎屯叫?。STM32F103C8T6單片機的+5V接口接到OLED顯示屏的VCC接口主要是為OLED顯示屏提供工作電壓。OLED顯示屏的GND接口是為了建立公共的參考電平，即地線連接。這一連接在電路設(shè)計中具有至關(guān)重要的功能。接口電路如下所示：圖3.6液晶顯示接口電路圖3.7蜂鳴器控制電路本次使用三極管實現(xiàn)對喇叭的控制，三極管可以用來控制電流的流動。在這個電路中，三極管將被用作開關(guān)。當三極管處于導通狀態(tài)時，它允許電流流過，從而使蜂鳴器發(fā)聲。當三極管處于截止狀態(tài)時，它阻止電流通過，蜂鳴器停止發(fā)聲。通過單片機的PA15引腳實現(xiàn)對于蜂鳴器的控制，控制NPN三極管進行工作，當輸出的電壓為高電平的時侯，系統(tǒng)導通，蜂鳴器開始工作。以此實現(xiàn)對蜂鳴器的控制，STM32F103C8T6單片機的PA15接口接到蜂鳴器的NPN接口，通常用于控制蜂鳴器的開關(guān)和發(fā)聲。在電路中，NPN三極管通常被用作開關(guān)元件來控制蜂鳴器的振動。NPN三極管的集電極連接到蜂鳴器的正極，發(fā)射極連接到STM32F103C8T6的PA15引腳（或其他I/O引腳），而基極通過一個限流電阻連接到單片機的另一個I/O口（或固定的電源/地線）。當STM32F103C8T6的PA15引腳輸出高電平時，NPN三極管的基極接收到正向偏置的電壓，從而導通三極管，使蜂鳴器的正極與負極之間形成一個閉合回路。此時，電流通過蜂鳴器，在振動器的作用下產(chǎn)生聲音。反之，當PA15引腳輸出低電平時，NPN三極管截止，蜂鳴器的回路斷開，蜂鳴器處于靜音狀態(tài)。在電路設(shè)計中，STM32F103C8T6單片機的GND（接地）接口連接到蜂鳴器的NPN三極管接口的功能主要是為電路提供穩(wěn)定的參考電位，確保電路的正常工作。電路圖如下圖所示：圖3.7蜂鳴器驅(qū)動電路圖3.8WIFI通信控制電路本次通過WIFI實現(xiàn)遠程通信，WIFI與單片機之間的通信原理主要基于串行通信協(xié)議，例如UART（通用異步收發(fā)傳輸）。UART是一種簡單而常用的串行通信協(xié)議，它通過傳輸數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)設(shè)備之間的通信。WIFI模塊通過UART接口與單片機進行連接。UART接口包括發(fā)送（TX）和接收（RX）兩根線，通過這兩根線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。WIFI模塊將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過UART發(fā)送到單片機，而單片機也可以通過UART將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸給WIFI模塊。首先單片機將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過UART發(fā)送到WIFI模塊。首先，單片機將數(shù)據(jù)發(fā)送到UART的發(fā)送引腳（TX），然后WIFI模塊接收到數(shù)據(jù)，并進行相應的處理。WIFI模塊接收到UART發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，會進行解析和處理。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，WIFI模塊可能會執(zhí)行不同的操作，例如發(fā)送數(shù)據(jù)到遠程服務器、執(zhí)行相應的控制指令等。某些情況下，WIFI模塊可能需要向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，例如發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)或者控制指令。在這種情況下，WIFI模塊將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過UART發(fā)送到單片機的接收引腳（RX），單片機接收到數(shù)據(jù)后進行相應的處理。單片機接收到UART發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，會進行解析和處理。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，單片機可能會執(zhí)行相應的操作，例如更新顯示、控制外圍設(shè)備等?？偟膩碚f，WIFI與單片機之間的通信原理是通過UART串行通信協(xié)議實現(xiàn)的，單片機和WIFI模塊之間可以雙向傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了信息的交互和控制。該模塊通過TXD和RXD實現(xiàn)與單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，同時通過EN進行使能，低電平的時侯，系統(tǒng)是有效的，其他的兩個引腳用于供電。當STM32F103C8T6單片機的TX2接口（通常用于串行通信的發(fā)送端）接到ESP8266WiFi模塊的RXD接口（數(shù)據(jù)的接收端）時，它們之間建立了一個串行通信鏈路。這樣的連接使得STM32F103C8T6單片機能夠通過ESP8266模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，而ESP8266模塊則能夠接收這些數(shù)據(jù)。當STM32F103C8T6單片機的TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)）接口接到ESP8266Wi-Fi模塊的RX2（接收數(shù)據(jù)）接口時，它們之間建立了一個串行通信連接。這種連接的主要功能是允許STM32F103C8T6單片機與ESP8266Wi-Fi模塊之間進行數(shù)據(jù)交換。在STM32F103C8T6單片機與ESP8266Wi-Fi模塊的連接中，將兩者的GND接口連接在一起，可以確保它們之間的信號和電源都有一個共同的參考點，從而避免由于電位差引起的干擾或損壞。功能：EN接口通常用于控制ESP8266Wi-Fi模塊的使能狀態(tài)。當EN接口為高電平時，ESP8266模塊通常處于工作狀態(tài)；當EN接口為低電平時，ESP8266模塊可能進入低功耗模式或關(guān)閉狀態(tài)。ESP8266Wi-Fi模塊需要一定的電壓來驅(qū)動其內(nèi)部電路和組件，以實現(xiàn)無線通信和其他功能。通過連接STM32F103C8T6的+5V接口到ESP8266的VCC接口，可以為ESP8266模塊提供穩(wěn)定的5V電壓，確保其正常工作。接口電路圖如下：圖3.8WIFI通信接口電路圖3.9RC522射頻模塊為了實現(xiàn)自助式的刷卡計費和余額管理等功能，該系統(tǒng)采用了RC522無線射頻識別(RFID)模塊。RFID技術(shù)可以對移動物品進行無線自動識別，操作方便，使用成本低。RC522模塊是一款完整的無線射頻讀寫器，內(nèi)置RF收發(fā)器、編解碼電路、天線電路、MCU主機等關(guān)鍵模塊，與MCU之間通過SPI總線接口進行高速數(shù)據(jù)傳輸。RC522采用了13.56MHz的工作頻率，屬于非接觸式近距離通信，感應范圍約10cm。該模塊遵循ISO14443A/MIFARE協(xié)議，支持多種非接觸式卡片，如MifareS50/S70、Ultralight、DESFire等。用戶可充值寫入RF卡，手持卡片接近讀卡區(qū)域，即可自動識別用戶身份，完成扣費消費。系統(tǒng)管理員可利用RC522模塊，對卡片進行添加、刪除、余額查詢等操作。通過簡單方便的手持式無線操作，即可完成各種后臺管理功能，提高了系統(tǒng)的用戶友好性和管理效率。RC522模塊體積小巧，成本低廉，與單片機配合使用，可輕松實現(xiàn)一套完整的非接觸式射頻識別系統(tǒng)。該RFID模塊的應用，大大提升了本系統(tǒng)的智能化水平和用戶體驗。STM32F103C8T6單片機的+3V3接口接到RFID-RC522的3.3V接口，主要是為RFID-RC522模塊提供工作所需的穩(wěn)定電源電壓。在RFID（無線射頻識別）系統(tǒng)中，RFID-RC522是一個常用的非接觸式讀寫器模塊，用于與RFID標簽進行通信。為了確保RFID-RC522模塊能夠正常工作，需要提供穩(wěn)定的工作電壓。STM32F103C8T6單片機的+3V3接口輸出的3.3V電壓是RFID-RC522模塊常用的工作電壓之一。STM32F103C8T6單片機的PB3接口是一個通用I/O引腳，它具有多種功能，包括輸入/輸出、外部中斷、模擬輸入等。當STM32F103C8T6的PB3接口接到RFID-RC522模塊的RST（復位）接口時，其主要功能是用于控制RFID-RC522模塊的復位操作。具體來說，RST是RFID-RC522模塊的一個引腳，用于模塊的復位和斷點輸入。當STM32F103C8T6的PB3引腳向RFID-RC522的RST引腳發(fā)送一個低電平信號時，RFID-RC522模塊將進行復位操作，這通常包括關(guān)閉振蕩器、輸入引腳和串口外圍接口等。復位操作可以將RFID-RC522模塊的狀態(tài)恢復到初始狀態(tài)，以便重新進行配置和使用。當STM32F103C8T6單片機的GND（Ground，即地線）接口接到RFID-RC522模塊的GND接口時，這主要是為了確保兩者之間的電路有共同的參考電位。STM32F103C8T6單片機的PB4接口接到RFID-RC522模塊的MISO（MasterInSlaveOut，主入從出）接口，主要用于SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）通信。在SPI通信中，RFID-RC522模塊作為從設(shè)備，而STM32F103C8T6單片機作為主設(shè)備。MISO是SPI接口中的一個引腳，用于從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。當RFID-RC522模塊需要從其內(nèi)部存儲器或其他寄存器中讀取數(shù)據(jù)并發(fā)送給STM32F103C8T6單片機時，它會通過MISO引腳將數(shù)據(jù)串行地發(fā)送給單片機。當STM32F103C8T6單片機的PB5接口接到RFID-RC522的MOSI（MasterOutSlaveIn，主出從入）接口時，PB5接口將作為SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）通信中的一個輸出引腳。在SPI通信中，MOSI接口用于主設(shè)備（即STM32F103C8T6單片機）向從設(shè)備（RFID-RC522）發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，PB5接口的主要功能是將STM32F103C8T6單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過MOSI接口傳輸給RFID-RC522模塊。這些數(shù)據(jù)可能包括控制命令、配置參數(shù)或其他需要發(fā)送給RFID-RC522模塊的信息。RFID-RC522模塊接收到這些數(shù)據(jù)后，會根據(jù)指令進行相應的操作，如讀取RFID標簽、配置RFID模塊參數(shù)等。當STM32F103C8T6單片機的PB6接口接到RFID-RC522的SCK（SerialClock，串行時鐘）接口時，PB6接口將用于產(chǎn)生SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）通信所需的時鐘信號。在SPI通信中，SCK接口用于傳輸時鐘信號，該信號由主設(shè)備（STM32F103C8T6單片機）產(chǎn)生并發(fā)送給從設(shè)備（RFID-RC522）。時鐘信號用于同步主設(shè)備和從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)在正確的時刻被發(fā)送和接收。接口電路圖如下：圖3.9RC522接口電路圖3.10總體電路設(shè)計本次設(shè)計采用的電路設(shè)計軟件是AltiumDesigner，簡稱AD，是一款功能強大的電子設(shè)計自動化軟件，廣泛應用于PCB設(shè)計、原理圖設(shè)計和系統(tǒng)級設(shè)計等領(lǐng)域。AltiumDesigner提供了全面的設(shè)計工具，包括原理圖設(shè)計、PCB布局、仿真、調(diào)試、制造準備等，為電子設(shè)計提供了全方位的支持。具有直觀的用戶界面，使用戶能夠輕松快速地進行電路設(shè)計和布局。用戶可以通過簡單的拖放操作和快捷鍵完成設(shè)計任務。同時，內(nèi)置了豐富的元件庫，包括各種模擬和數(shù)字元件、器件、芯片和模型等。用戶可以從庫中選擇所需的元件，并將其添加到設(shè)計中進行使用。總的來說，AltiumDesigner是一款功能豐富、易于使用的電子設(shè)計軟件，適用于各種規(guī)模的電子設(shè)計項目，為工程師和設(shè)計團隊提供了強大的設(shè)計工具和資源，幫助他們快速、高效地完成電路設(shè)計任務。本次采用AltiumDesigner完成電路圖和PCB圖的設(shè)計，電路整體原理圖設(shè)計如下：圖3.10總體電路原理圖在電路設(shè)計完成后，將原理圖里面的器件導入PCB設(shè)計中，然后進行PCB的設(shè)計，對PCB進行合理的布局布線后，設(shè)計成PCB圖如下：圖3.11整體PCB設(shè)4軟件設(shè)計畢業(yè)設(shè)計4軟件設(shè)計4.1主程序流程設(shè)計系統(tǒng)主流程如下所示（見圖4-1）。在main.c中,先寫入其他.c的頭文件，接著是定義用到的全局變量和用到的函數(shù)，然后就進入到主函數(shù)中。在主函數(shù)中，先進行初始化，然后按順序循環(huán)while中的四個函數(shù)：監(jiān)測函數(shù)、顯示函數(shù)、處理函數(shù)和WIFI接收函數(shù)。在監(jiān)測函數(shù)中，則每500毫秒獲取一次渾濁度和水溫，同時上傳數(shù)據(jù)至云平臺；在顯示函數(shù)中，則根據(jù)不同顯示界面顯示不同內(nèi)容，例如：顯示系統(tǒng)名稱、濁度、渾濁度，賬戶金額和消費，以及充值和對卡管理等；在處理函數(shù)中，主要對卡進行操作，還對飲水機清潔/消毒/渾濁報警等。最后一個WIFI接收函數(shù)，通過WIFI模塊將獲取的數(shù)據(jù)上傳至云平臺并設(shè)置閾值、卡管理和充值等。其部分主程序源碼如下所示：intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_TIM1_Init();MX_USART2_UART_Init();MX_ADC1_Init();HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1); //定時器1中斷使能OLED_Init(); //顯示屏初始化Ds18b20_GPIO_Init(); //溫度傳感器初始化RC522_GPIO_Init();PcdReset();PcdAntennaOff();HAL_Delay(5);PcdAntennaOn();M500PcdConfigISOType('A'); ESP8266_init();while(1){（部分代碼省略）……} }圖4.1程序總體流程圖4.2顯示函數(shù)流程設(shè)計顯示函數(shù)子流程圖如圖4-2所示；根據(jù)顯示界面顯示內(nèi)容；主界面，顯示系統(tǒng)名稱，水溫和渾濁度值；支付界面，顯示賬戶、余額和扣款；充值界面，顯示請刷卡確認充值、金額（顯示是否成功）；添加/刪除卡界面，顯示添加卡號或確認刪除。其部分程序源碼如下所示：chardis_buf[30];voidDisplay_function(void){switch(flag_card) //根據(jù)不同的顯示模式標志位，顯示不同{caseMainDisplay:Oled_ShowCHinese(24,0,(uint8_t*)"智能飲水機");Oled_ShowCHinese(0,3,(uint8_t*)"水溫：");OLED_Show_Temp(48,3,temp);Oled_ShowCHinese(0,6,(uint8_t*)"濁度：");sprintf(dis_buf,"%.2f",TDS);Oled_ShowString(48,6,(uint8_t*)dis_buf);break;}（部分代碼省略）…… }}}圖4.2顯示函數(shù)子流程圖4.3處理函數(shù)流程設(shè)計根據(jù)圖4-3所示的處理函數(shù)子流程，在處理函數(shù)中，進行尋卡，進行卡片充值/添加/刪除等。如果自清潔模式打開，則開啟臭氧和紫外線消毒，否則關(guān)閉消毒。若渾濁度超標，蜂鳴器報警，否則不報警。若溫度小于溫度最小值，進行加熱，否則關(guān)閉加熱。軟件部分程序源碼如下所示：uint8_tFLAG_CLEAN;voidManage_function(void){if(PcdRequest(0x52,Temp)==MI_OK) //尋卡，成功后Temp數(shù)組為卡類型{if(PcdAnticoll(UID)==MI_OK) //防沖突，UID數(shù)組數(shù)據(jù)為卡序列號{if(PcdSelect(UID)==MI_OK)//選擇該序列號卡{if(PcdAuthState(0x60,2,(unsignedchar*)DefaultKey,UID)==MI_OK)//校驗卡密碼{if(PcdRead(2,RC522_Buf)==MI_OK) //讀取塊2中當前數(shù)據(jù){switch(flag_card){caseMainDisplay:if(RC522_Buf[8]==1||RC522_Buf[8]==2) //數(shù)組的第8位是1或2，表示是錄入卡片{ if((RC522_Buf[0]/255+RC522_Buf[1]%255)>1) { flag_water=5000; RC522_Buf[0]-=1/255; RC522_Buf[1]-=1%255; memcpy(RC522_Buf+9,&cnt,6); User_Num=0; PcdWrite(2,RC522_Buf); Display_Jump(Pay); //跳轉(zhuǎn)到支付界面，5s后自動返回主界面 } else { Succ_Type=Not_Enough; Display_Jump(Succ); }圖4.3處理函數(shù)子流程圖4.4溫度采集函數(shù)流程設(shè)計DS18B20溫度傳感器能夠精確測量環(huán)境溫度，并將其以數(shù)字信號的形式發(fā)送給單片機。其工作流程簡短來說，首先是單片機初始化與DS18B20的通信，隨后發(fā)送開始溫度轉(zhuǎn)換的命令。DS18B20接收到指令后，會立即開始測量環(huán)境溫度。測量完畢后，溫度數(shù)據(jù)被存儲在傳感器內(nèi)部。接著，單片機發(fā)送讀取溫度值的指令，DS18B20則將測量得到的溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳送給單片機。這個傳輸過程需要嚴格遵循通信協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)的準確傳輸。單片機獲取溫度數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)實際需求進行處理，如顯示、記錄或用于其他控制邏輯。這樣，DS18B20就完成了環(huán)境溫度的采集，并將數(shù)據(jù)有效地傳遞給了單片機。整個過程設(shè)計到了DS18B20的復位和相關(guān)寄存器關(guān)系如圖4.4所示：圖4.4溫度采集函數(shù)子流程圖4.5通信函數(shù)流程設(shè)計單片機需要與WiFi模塊建立連接，這通常通過串口實現(xiàn)。一旦連接成功，單片機就可以通過串口向WiFi模塊發(fā)送AT指令，配置網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)，如SSID和密碼，以連接到WiFi網(wǎng)絡(luò)。連接WiFi網(wǎng)絡(luò)成功后，單片機可以通過串口向WiFi模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，再由WiFi模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的指定服務器。同樣，當WiFi模塊接收到來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)時，也會通過串口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給單片機。這樣，單片機就能利用WiFi模塊實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的無線通信，從而可以遠程監(jiān)控、控制設(shè)備或傳輸數(shù)據(jù)。整個通信過程中，單片機需要編寫相應的串口通信程序，以確保數(shù)據(jù)的正確發(fā)送和接收，整個流程圖如圖4.5所示：圖4.5通信函數(shù)子流程圖4.6PID溫控流程設(shè)計PID溫度控制流程是一個精準調(diào)控溫度的過程。流程始于啟動，隨后進行測溫設(shè)備的初始化，確保溫度讀數(shù)的準確性。接著，設(shè)定目標溫度和PID控制參數(shù)。之后，啟動PID自整定，以找到最佳的控制參數(shù)，優(yōu)化調(diào)控效果。隨后進入控制主循環(huán)，通過繼電器調(diào)節(jié)加熱或冷卻設(shè)備的輸出，不斷逼近設(shè)定溫度。當測量溫度與設(shè)定溫度一致時，系統(tǒng)會停止或降低調(diào)控力度，維持當前溫度狀態(tài)。若溫度有偏差，系統(tǒng)會持續(xù)進行PID計算和調(diào)控，直至達到設(shè)定溫度。整個過程中，自整定子程序發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它通過不斷學習和調(diào)整，使PID控制更加精準有效，從而實現(xiàn)溫度的穩(wěn)定控制，整個流程圖如圖4.6所示：圖4.6PID溫控流程圖主要部分的程序如下所示：ypedefstruct{floatKp;//比例系數(shù)floatKi;//積分系數(shù)floatKd;//微分系數(shù)floatprevious_error;//上一次的誤差floatintegral;//誤差的積分}PIDController;//PID更新函數(shù)floatpid_update(PIDController*pid,floatsetpoint,floatmeasured_value){floaterror=setpoint-measured_value;pid->integral+=error;floatderivative=error-pid->previous_error;pid->previous_error=error;floatoutput=pid->Kp*error+pid->Ki*pid->integral+pid->Kd*derivative;returnoutput;}intmain(){PIDControllerpid={1.0f,0.1f,0.01f,0.0f,0.0f};//初始化PID參數(shù)floatsetpoint=25.0f;//設(shè)定溫度floatoutput;boolheater_state=false;while(1){floatcurrent_temperature=read_temperature();//讀取當前溫度output=pid_update(&pid,setpoint,current_temperature);//更新PID輸出if(output>0){if(!heater_state){heater_on();//打開加熱器heater_state=true;}}else{if(heater_state){heater_off();//關(guān)閉加熱器heater_state=false;}}4.7APP的設(shè)計本系統(tǒng)采用阿里云平臺進行APP的設(shè)計，通過通信技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。采用阿里云進行APP設(shè)計與開發(fā)，可以為開發(fā)者帶來多重優(yōu)勢，阿里云具備出色的彈性擴展與高性能特性。阿里云是一個云平臺，它基于強大的云計算操作系統(tǒng)，為APP提供了強大的后端支持。無論是在用戶量激增或是數(shù)據(jù)量大幅增加的情況下，阿里云都能輕松應對，確保APP始終能夠穩(wěn)定、流暢地運行。這種彈性擴展的能力，讓開發(fā)者無需擔心APP在面對大流量時的穩(wěn)定性問題。阿里云擁有遍布全球的云服務網(wǎng)絡(luò)。這一網(wǎng)絡(luò)確保了無論APP的用戶身處何地，都能獲得低延遲、高可用的服務體驗，阿里云還擁有一個開放與兼容的生態(tài)系統(tǒng)。它支持多種開發(fā)語言和操作系統(tǒng)，讓開發(fā)者可以根據(jù)自己的喜好和需求選擇合適的開發(fā)環(huán)境。同時，阿里云還與其他阿里云產(chǎn)品和第三方服務有著良好的集成性，這使得開發(fā)者可以輕松地構(gòu)建出全面的解決方案，滿足用戶的各種需求。阿里云平臺可以通過注冊賬號和密碼實現(xiàn)登錄。如圖4.6為系統(tǒng)的阿里云平臺。圖4.7阿里云平臺（1）進入阿里云平臺點擊產(chǎn)品，然后通過物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品界面進入“物聯(lián)網(wǎng)生活平臺（飛燕平臺）”，在這個平臺上可以進行設(shè)計與開發(fā)，在平臺上可以建立自己的項目。該平臺的入口如圖4.7所示：、圖4.8阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺（2）建立一個項目下面在云平臺上建立一個項目如下，需要給這個項目命名，同時對于系統(tǒng)的鏈接方式、品類進行設(shè)置，這樣才能設(shè)置出一個完整的系統(tǒng)項目，建立的系統(tǒng)項目如圖4.8所示：圖4.9阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺（3）設(shè)置標識名和范圍點開這個系統(tǒng)之后，需要設(shè)置參數(shù)值，程序通過通信進行數(shù)據(jù)的傳輸，但是需要設(shè)置相同的標識，因此需要設(shè)置不同的標識，例如溫度參數(shù)，設(shè)置標識名為Temp,設(shè)置接收數(shù)據(jù)的類型為單精度浮點型，設(shè)置好取值的范圍為0℃-100℃。設(shè)置界面如圖4.9如圖所示：圖4.10設(shè)置標識和范圍（4）設(shè)計APP通過物聯(lián)網(wǎng)平臺的直觀開發(fā)界面，可以輕松地進行系統(tǒng)APP部分的詳細設(shè)計。在這個過程中，需要綜合考慮多個方面，如APP的整體色調(diào)和配色方案，這不僅關(guān)乎美觀，更影響著用戶的使用體驗。按鍵的形狀也是一個重要的設(shè)計元素，它要便于用戶理解和操作，同時也要符合人體工學的原則，確保用戶在使用過程中能夠輕松觸達并點擊。在設(shè)計APP的各個功能模塊時，要確保每個模塊都被精確地放置在界面上，這樣既保證了用戶界面的整潔性，也使得用戶可以直觀地找到所需功能。此外，對于數(shù)據(jù)展示的需求，可以通過細致地設(shè)置和調(diào)節(jié)APP中相關(guān)標識的顯示范圍來實現(xiàn)。這樣一來，無論是圖表、數(shù)字還是其他形式的數(shù)據(jù)，都可以清晰、準確地展示在APP上，為用戶提供實時、有價值的信息反饋。整個設(shè)計過程不僅需要注重細節(jié)，更要有全局觀念，確保APP在視覺上吸引人，在功能上實用、好用，從而為用戶提供一個既美觀又高效的應用體驗。設(shè)計如圖4.10所示：圖4.11設(shè)計APP界面設(shè)計好的APP界面如圖4.11所示：圖4.12設(shè)計APP界面5實機效果演示