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一、国外国内研究现状及发展趋势
随着时代的不断进步，生活中的各种东西逐渐智能化，就连水杯也不例外。水在人体中有着至关重要的作用，饮水不足有时甚至会影响人的健康状况，所以能显示水杯温度、提醒人们进行饮水的智能水杯因需产生了[1]。智能水杯主要采用保温杯式的双层设计，且将传感器定制成螺旋形放置于杯子夹层内[2]。根据市场上智能水杯的功能进行分类，大致分为以下几种：第一种，只具有水温显示功能的，这种智能水杯由于价格便宜，所以售卖的较多，但是功能单一，温度由10个LED灯表示，无法与其他设备进行连接[3]。第二种，具有温度显示功能和给水杯进行无线供电的功能，但是依旧不能与App进行连接。由于不支持App的连接，所以与用户的交互单一 [4,5]。第三种，支持水温显示和水温调节的功能，供电方式改为由太阳能进行供电，但是太阳能供电输出功率不稳定，极易对电池造成较大损伤[6]。第四种，是集测量水温、水量、饮水提醒功能于一体，但是都是通过按键的方式进行设定，有了一定的局限性[7,8]。第五种，是在水温显示，水位测量、饮水提醒的基础上增加了一些附加功能，如：无线充电、水温调节等功能，同时也支持App远程控制，但是使用的蓝牙的通信方式，在数据的传输距离上有一定的劣势[9,10]。
目前，在国内市场中已有的智能水杯都是在保温杯的基础上不断的增加智能化模块和人性化功能。其中国内推出智能水杯的品牌有小水怪、嘿逗智能水杯、麦开智能运动水杯等等，其中像小水怪G5就支持三档温水、声音提醒等功能。同时，国内智能水杯也有了对老年人、儿童等用户群体进行分类的相关设计理念，但是相关产品只是处于试验阶段[11]。
同时，与国内的发展迅速相比，国外的智能水杯市场也是与日俱增的。目前国外推出的主要品牌有Burnout、Cauldryn、Ember、Vanow、Vessyl等。相比于国内智能水杯的更新，国外的用户更加注重对于人群的分类和水质检测，为了迎合国外市场的用户需求，除了温控和饮水提示外，还为老年人等群体制作专门的水杯。国外的老年人版智能水杯支持饮水提醒、药品提醒等功能。正因为功能种类丰富，内部传感器较多，就导致智能水杯价格普遍较贵[12-14]。
手机的普及加快了人们对于智能终端的开发和利用，水杯作为日常用品，需要经常携带出行。结合现有的发展趋势，智能水杯的便携性和通信的稳定性势必会成为智能水杯的重要特性[15]。
二、研究内容
智能水杯是为了解决人们饮水不足的问题，利用温度传感器、超声波传感器、心率频率传感器，搭建一个传感器监测系统，从多个方面监测水杯内的具体情况及人体的心率频率情况。各个传感器将自己获得的数据传输到STM32主控芯片上，然后再进行分析和处理。STM32主控芯片将数据传输到OLED屏幕上，同时利用Wi-Fi通信模块进行数据传输，数据通过云平台传输到客户端进行显示。同时用户可通过客户端进行闹钟的设定，达到提醒自己定时饮水的作用。最后对系统的部分和整体进行测试，保证系统的可靠性。
主要研究内容分为硬件系统、通信、软件系统三个部分。硬件系统分为可采集信息的温度、超声波、心率频率传感器部分和可显示采集信息的OLED屏幕部分以及提醒人饮水时发出声音提醒的蜂鸣器。通信可分为与硬件系统的接口部分、利用Wi-Fi通信模块与远端通信部分及与软件系统接口部分。软件系统为Wi-Fi通信模块上传到云平台，然后云平台经过处理后发送给App部分和App界面部分。
设计基本框图，如图1所示
图1 基本程序框图
三、研究方法
1.研究方法：
（1）文献研究法：通过查找和阅读大量相关文献，总结智能水杯的发展趋势。
（2）比较分析法：通过对市场上已有的智能水杯产品进行分析和对比，对现有的智能水杯的优缺点进行分析研究。
（3）调查研究法：结合人们对饮水不足的忽视和对智能水杯功能的需求进行分析，从而制作出一款用户需要的智能水杯。
2.技术路线：
采用STM32为主控芯片，利用温度传感器显示杯内水温。利用超声波传感器探测杯内水的剩余量。利用心率频率传感器置于杯子外壁监测用户的心率频率。利用OLED屏幕显示当前水温、水量以及心率。利用蜂鸣器提醒及时饮水。利用Wi-Fi模块完成数据的连接。
3.可行性分析
（1）技术可行性：STM32单片机发行多年，拥有丰富的资源材料，技术上已有成熟的流程。温度传感器、超声波传感器、心率频率传感器、Wi-Fi通信模块已经被研制出多年，技术、性能稳定。设计方面，在作品展示时采用传感器外置的方式进行功能演示。但是当产品投入市场后，商家上可将传感器和通信模块通过重新定制PCB板的形状，将其合理的放入保温杯的夹层内，并达到预期的功能。
（2）经济可行性：温度传感器价格在10-30元之间，超声波传感器价格在15-40元之间，心率传感器价格在10-30元之间，且硬件可重复使用。
（3）操作可行性：操作简单，用户可直接进入App界面进行闹钟设定和数据的查看。
四、拟取得的研究成果
1、完成《智能水杯的设计与实现》论文撰写。
2、完成智能水杯的设计。实现传感器对水温、水量、心率的监测，并显示到OLED屏幕上。数据由主控芯片STM32进行处理后，通过Wi-Fi模块发送至App端，用户可通过App端进行闹钟的设定，达到提醒自己的饮水目的。同时可在App端查看用户使用该杯子时一天的饮水量及心率长时间变化情况。
注意：程序中关于阿里云方面的配置需要自己更改，具体位置在mqtt.h当中
APP名称是 云智能，手机应用商店下载即可
