设计摘要：

随着物联网技术的飞速发展，智能饮水机系统应运而生。本系统致力于为用户提供更加便捷、健康和智能的饮水体验。通过整合多种先进技术，实现对饮水机的全面智能化管控。

在硬件方面，采用高精度的传感器，实时监测饮水机的水温、水量、水质等关键参数。水温传感器确保出水温度的精确控制，满足用户不同的饮用需求；水量传感器准确感知水箱内的水量，及时发出缺水预警。水质传感器则对饮用水的质量进行实时监测，保障用户的饮水健康。

借助物联网通信技术，将传感器采集到的数据传输至云端服务器。用户通过手机应用程序，无论身处何地，都能远程操控饮水机。可实现远程开关饮水机、调节水温、设置定时饮水提醒等功能。同时，应用程序还会实时显示饮水机的工作状态和水质信息，让用户一目了然。

系统具备强大的智能提醒功能。当滤芯使用寿命到期时，会及时提醒用户更换滤芯，确保水质始终处于良好状态。此外，根据用户的饮水习惯和设定，系统会智能推送饮水建议，促进用户养成科学合理的饮水习惯。

实验测试结果表明，该基于物联网的智能饮水机系统运行稳定，各项功能响应迅速，数据传输准确可靠。不仅提高了饮水机的使用便捷性和智能化程度，还为用户的健康饮水提供了有力保障，具有较高的实用价值和广阔的市场应用前景。

关键词：单片机；WIFI模块；人机交互；水质和温度检测模块；OLED12864；水位传感器

字数：13000+

目录：

摘　要

1　引 言

1.1 选题背景及实际意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要内容

2　系统设计方案

2.1 系统整体方案

2.2 单片机的选择

2.3 电源方案的选择

2.4 显示方案的选择

3系统设计与分析

3.1 整体系统设计分析

3.2 主控电路设计

3.3 显示模块

3.4 WIFI模块

3.6水质和温度检测模块

4 系统程序设计

4.1 编程软件介绍

4.2 主程序流程设计

4.3 按键功能图

4.4 显示函数流程设计

4.5 处理函数流程设计

5 实物调试

5.1 电路焊接总图

5.2信息显示

5.3 报警测试

5.4 腾讯云小程序测试

6 仿真调试

6.1仿真总体设计

6.2 信息显示

6.3 报警测试

6.4 WIFI串口测试

结  论

参考文献

致  谢

1 、引 言

1.1 选题背景及实际意义

一、选题背景

物联网技术的兴起

近年来，物联网技术取得了迅猛的发展，它将各种设备与互联网连接起来，实现了设备之间的互联互通和智能化管理。物联网已经广泛应用于智能家居、工业自动化、智能交通等众多领域，为人们的生活和工作带来了极大的便利。

在这种技术趋势下，将传统的饮水机与物联网技术相结合，成为了提升饮水设备智能化水平的一个重要方向。

人们对健康饮水的重视

随着生活水平的提高，人们对饮用水的质量和安全性越来越关注。传统饮水机存在一些问题，如水质难以实时监测、水温控制不够精准、容易滋生细菌等，这些问题可能影响人们的健康。

消费者希望能够有一种智能设备，可以随时了解饮用水的水质情况，确保饮用的水是安全、健康的，并且能够根据自己的需求方便地调节水温等参数。

智能化生活的需求增长

现代生活节奏加快，人们对生活的便利性和智能化要求不断提高。智能家居产品逐渐普及，人们希望能够通过手机等智能终端远程控制家中的各种设备，实现智能化的生活方式。

智能饮水机作为智能家居的一部分，可以满足人们随时随地控制饮水设备的需求，例如在下班前提前开启饮水机加热功能，到家即可享用热水，提高了生活的效率和舒适度。

二、实际意义

提升饮水质量和安全性

通过水质传感器实时监测饮水机的水质，用户可以及时了解饮用水的质量状况。当水质出现异常时，系统能够及时发出警报，提醒用户采取相应措施，如更换滤芯等，从而有效保障用户的饮水安全。

智能饮水机可以对水箱进行定期的自动清洗和消毒，减少细菌滋生，进一步提高饮水质量，为用户的健康保驾护航。

提高使用便捷性

用户可以通过手机应用程序远程控制智能饮水机的开关、水温调节等功能，无需亲自到饮水机前操作。这对于一些特殊场景，如办公室、会议室等多人使用的场所，或者是家中有老人、小孩不方便操作饮水机的情况，提供了极大的便利。

智能提醒功能，如缺水提醒、滤芯更换提醒等，使用户能够及时处理饮水机的相关问题，避免因饮水机故障或维护不及时而影响使用。

节能环保

智能饮水机可以根据用户的使用习惯和需求，智能调节加热或制冷功率，避免不必要的能源浪费。例如，在夜间或无人使用时，自动降低功率或进入待机状态，从而达到节能的目的。

通过精准的水量控制，减少水资源的浪费，符合可持续发展的理念。

数据监测与分析

系统可以记录饮水机的使用数据，如用水量、水温设置、水质变化等。这些数据对于用户了解自己的饮水习惯和健康状况有一定的参考价值。

对于饮水机制造商和相关企业来说，通过对大量用户数据的分析，可以优化产品设计和服务，提高产品的质量和市场竞争力。例如，根据用户对不同水温的需求频率，调整饮水机的默认水温设置；根据滤芯更换周期的数据，优化滤芯的生产和销售策略。

推动智能家居产业发展

智能饮水机作为智能家居系统的一个组成部分，其发展有助于完善智能家居生态链。它可以与其他智能家居设备实现联动，如与智能音箱配合，通过语音控制饮水机的操作，进一步提升智能家居的整体智能化水平，推动智能家居产业的发展。

1.2 国内外研究现状

一、国内研究现状

（一）技术应用方面

传感器技术

国内在智能饮水机传感器技术研发上取得了一定进展。水质传感器能够检测多种水质指标，如酸碱度、溶解性固体总量、重金属含量等，精度不断提高。例如，一些研究机构开发的高精度水质传感器，其检测误差可控制在极小范围内，为准确监测水质提供了保障。

温度传感器在控温精度上也有显著提升，能够实现精确到 ±1℃的水温控制，满足用户对不同水温的需求，如冲泡咖啡、泡茶、饮用温水等。

物联网通信技术

广泛应用蓝牙、Wi-Fi、ZigBee 等通信技术实现饮水机与手机等终端设备的连接。其中，Wi-Fi 技术因其传输距离远、传输速度快等优势，在智能饮水机中应用较为普遍。许多国内品牌的智能饮水机通过 Wi-Fi 模块，可实现用户在家庭无线网络覆盖范围内对饮水机的远程控制。

同时，一些企业也在探索 5G 技术在智能饮水机中的应用，以实现更快速的数据传输和更低的延迟，为用户提供更流畅的远程操作体验，如实时视频监控饮水机运行状态等。

智能控制技术

具备多种智能控制模式，如定时开关、定量出水、自动保温等功能。用户可以通过手机应用程序提前设置饮水机的工作时间和出水量，方便日常生活。例如，在早晨起床前自动启动加热功能，让用户起床后即可享用热水；在办公室场景中，可设置定量出水，避免水资源浪费。

一些智能饮水机还采用了人工智能算法，能够根据用户的使用习惯自动调整水温、水量等参数，提供个性化的饮水服务。例如，通过分析用户一周内不同时间段的饮水需求，自动优化饮水机的工作模式，提高用户满意度。

（二）市场发展方面

品牌竞争格局

国内智能饮水机市场竞争激烈，传统家电品牌如美的、海尔、格力等纷纷推出自己的智能饮水机产品，凭借其品牌影响力、渠道优势和技术积累，占据了较大的市场份额。

同时，也有一些新兴的智能家电品牌崛起，它们专注于智能饮水机领域的创新，通过独特的设计、先进的功能和互联网营销模式，吸引了不少年轻消费者的关注。例如，小米生态链企业推出的智能饮水机，以其简洁的外观设计、智能化的操作体验和亲民的价格，在市场上获得了一定的份额。

消费需求特点

随着消费者健康意识的提高，对智能饮水机的水质净化功能和健康监测功能需求日益增加。消费者更倾向于购买具备高效滤芯、能够实时显示水质状况的智能饮水机产品。

便捷性也是消费者关注的重点，远程控制、一键操作等功能受到消费者的青睐。此外，外观设计时尚、占用空间小的智能饮水机产品在市场上更具竞争力，满足了现代家庭对家居美观和空间利用的要求。

二、国外研究现状

（一）技术创新方面

先进材料应用

国外在智能饮水机材料研发上有一些创新举措。例如，部分企业采用新型抗菌材料制作饮水机水箱和水管，有效抑制细菌滋生，提高了饮用水的卫生安全。这种抗菌材料具有长效抗菌性能，能够在长时间使用过程中保持水质清洁。

在滤芯材料方面，研发出了更高性能的过滤材料，如纳米纤维滤芯，其过滤精度更高，能够去除更小粒径的杂质和污染物，同时保持较高的水通量，延长滤芯使用寿命。

能源效率提升技术

致力于提高智能饮水机的能源效率，采用先进的热交换技术和节能制冷技术。热交换技术可以在加热水的过程中回收热量，减少能源消耗；节能制冷技术则通过优化制冷系统的设计和运行模式，降低耗电量。

一些智能饮水机还配备了智能电源管理系统，能够根据饮水机的使用情况自动调整功率，在无人使用时进入低功耗模式，进一步节约能源。例如，当检测到长时间无人取水时，自动关闭加热或制冷功能，待有取水需求时再快速启动，既保证了用户随时能获取到适宜温度的水，又降低了能源浪费。

智能化交互设计

注重智能饮水机的智能化交互体验，通过引入触摸屏、语音控制等技术，提升用户操作的便捷性和趣味性。触摸屏设计使得用户可以直观地查看饮水机的各种信息，如水质参数、水温设置、滤芯寿命等，并进行简单的操作。

语音控制功能则进一步解放了用户的双手，用户只需通过语音指令即可完成饮水机的开关、水温调节等操作。例如，亚马逊的智能语音助手 Alexa 与一些智能饮水机品牌合作，实现了语音控制功能，用户可以通过与 Alexa 对话来控制饮水机，提高了用户与设备之间的交互效率和体验感。

1.3 课题主要内容

本设计是基于物联网的智能饮水机系统，主要实现以下功能：

1，OLED显示水位、温度和温度阈值；

2，可通过按键控制按键是否锁定、是否出水、是否加热、是否制冷、是否清洗电机和设置温度阈值；

3，当水位过低时，自动停止加热，过热保护防干烧；

4，当温度过高时，蜂鸣器进行报警同时启动制冷降低水温；

5，通过WIFI将数据发送给手机，也可用手机远程控制是否锁定键盘、是否加热、是否制冷、是否清洗电机和设置温度阈值；