智能水杯助盲人感知水温水位

基于单片机的盲人智能水杯（论文+源码）

基于单片机的盲人智能水杯设计与实现

系统设计概述

盲人智能水杯的核心功能包括水温检测、水位提醒、防溢保护和震动反馈。系统以STM32单片机为主控，搭配DS18B20温度传感器、超声波测距模块和震动马达。整体架构分为传感层、控制层和交互层。

硬件模块选型与电路设计

主控采用STM32F103C8T6，具有低功耗和丰富的外设接口。温度测量使用DS18B20数字传感器，精度达±0.5℃。水位检测采用HC-SR04超声波模块，测量范围2-400cm。反馈装置选用31000转/分的扁平震动马达。

电源电路设计采用TP4056锂电池充电管理芯片，支持5V/1A输入。显示模块使用0.96寸OLED屏幕，用于调试信息输出。所有传感器通过GPIO口与主控连接，震动马达通过MOS管驱动。

核心算法实现

温度检测采用单总线协议，读取DS18B20的9字节暂存器数据。实际温度值通过公式计算： [ T = \frac{data \times 0.0625}{16} ]

水位检测使用超声波飞行时间法： [ Distance = (HighLevelTime \times 340m/s) / 2 ]

防溢算法设置动态阈值，当检测到水位上升速率超过5cm/s时触发保护机制。震动反馈采用PWM调频控制，不同频率对应不同告警等级。

软件系统架构

程序采用模块化设计，主要包含以下组件：

• main.c：系统初始化和主循环
• sensor.c：传感器数据采集
• alert.c：告警逻辑处理
• motor.c：震动马达控制

关键代码片段：

void WaterLevel_Check(void) {
  float distance = Ultrasonic_GetDistance();
  if(distance < SAFE_DISTANCE) {
    Motor_Vibrate(LEVEL_STRONG);
    OLED_ShowString("WARNING: Water full!");
  }
}

实验测试数据

在25℃环境下的测试结果：

• 温度检测误差：±0.3℃
• 水位检测精度：±1cm
• 响应延迟：<200ms
• 待机功耗：3.2mA
• 持续工作时长：72小时（1000mAh电池）

创新点与改进方向

系统创新性体现在多模态反馈机制，结合震动强度和频率传递不同信息。未来可增加蓝牙模块实现手机互联，或集成语音合成芯片提供语音提示。电源管理可优化为太阳能充电方案，提升户外使用便利性。

完整实现资源

论文包含详细电路图、PCB设计文件和BOM清单。源码工程使用Keil MDK开发，配套有完整的注释说明文档。测试数据集包含20组不同环境条件下的性能指标记录。

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