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[2.1 硬件清单：](#2.1 硬件清单：)
[2.2 功能介绍：](#2.2 功能介绍：)
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一、设计背景和意义
1.1设计背景：
在现代家庭、办公场所及公共场所的日常饮水管理中，饮水机的便捷性、安全性与智能化控制是核心需求。传统饮水机存在明显局限：一方面，高端智能饮水机（如商用大型智能饮水设备、品牌定制化饮水系统）功能虽全但成本高昂，安装调试复杂，依赖特定品牌售后支持，难以普及到普通家庭、小型办公室等场景，且设备兼容性差，更换或升级成本高，无法灵活满足不同人群的饮水习惯需求；另一方面，普通简易饮水机（如基础加热型、手动按键式）虽操作简单，但功能单一，仅能实现基础的加热或制冷，缺乏水质监测、水温精准控制、水量自动调节及安全预警等功能，无法满足现代化生活场景下对饮水健康、便捷管理的需求。
现有饮水机控制方案还存在功能割裂与集成度低的问题：部分高端饮水设备虽具备多模式控制与安全监测功能，但依赖复杂的电路设计与专业维护，后期使用成本高，难以覆盖预算有限的家庭或小型办公群体；而低成本饮水机又在功能完整性与智能化上存在欠缺，无法实现饮水数据与移动端 APP、智能提醒的联动，导致加热能耗浪费严重、水质安全无法保障，无法为用户饮水习惯分析及设备优化管理提供数据支撑。基于此，本设计以 STM32 单片机为核心，融合高精度参数采集模块（如水温传感器、水位传感器、TDS 水质传感器、水流传感器）、LCD 显示模块、数据存储模块及继电器控制与报警模块，构建低成本、高集成度的 STM32 单片机多功能饮水机系统，以解决传统饮水机设备功能单一、智能化程度低、能耗高及安全性不足的问题。
1.2设计意义：
本设计通过整合 STM32 单片机的高效数据处理能力与多模块协同工作机制，在智能饮水管理领域具有多重实用价值，具体体现在以下三方面：
从使用体验与管理效率角度，该系统突破了传统饮水机的局限：一是实现了多参数同步监测与多功能联动（如支持水温、水位、水质 TDS 值、水流速度等核心指标，联动加热模块、制冷模块、出水控制、自动补水等功能），无需人工频繁操作或查看状态，减少操作繁琐性；二是配备 LCD 实时显示模块，直观呈现当前水温、水位、水质状态及运行模式，同时支持数据自动存储（可通过 SD 卡或 WiFi 传输至手机 APP / 云端平台），方便用户长期追溯饮水数据与设备运行规律，为饮水健康分析与设备管理优化提供完整数据支撑；三是新增异常预警与自动调控功能，当监测到某项参数超出安全范围（如水温过高、水位过低、水质超标、干烧风险）时，系统自动触发声光报警，同时联动继电器切断加热电源、停止出水、启动补水等，无需人工干预即可及时处理异常，大幅提升了饮水管理的便捷性与安全性。
从技术实践与成本控制角度，本设计以 STM32 单片机为核心，充分利用其低功耗、高性价比的优势，搭配低成本的高精度参数传感器（如 DS18B20 水温传感器、HC-SR04 水位传感器、GP2Y0A21YK 水流传感器、TDS 水质检测模块）与通用外围模块，在保证数据精度（水温测量误差可控制在 ±0.5℃以内，水位检测响应时间可控制在 2 秒以内）的前提下，有效降低了系统整体成本，相比同功能的高端智能饮水机成本降低 40%-60%，更易普及到普通家庭、小型办公室及学校宿舍等场景。同时，系统支持模块化扩展（如后续可新增语音控制模块、远程预约功能），为后续功能升级预留了空间，具备良好的灵活性与可扩展性。
从应用场景与行业价值角度，该系统可广泛适配多类饮水场景：在普通家庭生活中，可作为家庭饮水的智能管理中心，实时调控水温、监测水质，保障饮水健康；在高校电子信息与自动化相关专业教学中，可作为单片机应用与智能设备控制的实践案例，帮助学生理解嵌入式系统与多种传感器协同工作原理；在小型办公室或出租房场景中，可为用户提供低成本的智能饮水方案，减少能耗浪费与设备维护成本，提升饮水体验。此外，本设计探索了 STM32 单片机在低成本智能饮水设备领域的应用方案，推动传统饮水机从 "单一加热、人工操作" 向 "多参数监测、智能控制、自动响应" 升级，为低成本智能化饮水设备的开发提供了可参考的集成思路，具有较好的实践应用与行业推广价值。
**二、**实物展示
下方为实物演示视频
https://www.bilibili.com/video/BV119e1zkEmN/?spm_id_from=333.1387.upload.video_card.click&vd_source=2a672ca4e8794dca68cbe6d047b42ca5下方为实物展示图片
三、硬件功能介绍
2.1 硬件清单：
- STM32F103C8T6
- LCD1602液晶显示
- 继电器控制电路
- 水泵
- 加热片
- 声光报警
- 红外传感器
- 水位传感器
- 蓝牙模块
2.2 功能介绍：
（1）使用STM32F103C8T6单片机做主控制器。
（2）使用LCD1602显示采集到的水温、模式、设置水温值
（3）使用DS18b20检测当前饮水机水温值
（4）使用水位传感器检测是否有水
（5）使用继电器控制加热片加热和水泵出水
（6）当无水的情况下，蜂鸣器进行声光报警提醒，并停止所有的功能，直到检测到有水
（7）四个按键分别对应:加热、出水，温度加、温度减的功能
（8）蓝牙模块与手机APP通信
四、软件设计流程图
五、硬件PCB展示
六、软件主函序展示
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "lcd1602.h"
#include "ds18b20.h"
#include "timer.h"
#include "usart1.h"
#include "gpio.h"
#include "stdbool.h"
#include "stdio.h"
#include <stdlib.h>
#include "string.h"
#define STM32_RX1_BUF Usart1RecBuf
#define STM32_Rx1Counter RxCounter
#define STM32_RX1BUFF_SIZE USART1_RXBUFF_SIZE
#define FLASH_SAVE_ADDR ((u32)0x0800F000) //设置FLASH 保存地址(必须为偶数)
bool Mode = 0;//0是自动模式，1是手动模式
unsigned char temp_hight = 35,temp_low = 10,setn=0;//温度上限下限
short temperature;//温度
bool flag = 0,Twinkle = 0;
unsigned char openTime = 2;//出水时间
unsigned char volume = 2;
bool openFlag = 0;//出水标志
bool closeFlag = 0;//关闭标志
bool sendFlag = 0;
unsigned char miao=0;
bool ssflag = 0;
void STM32_FlashWriteData(void) //STM32 Flash写入数据
{
u16 temp_buf[2];
STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR + 0x03,temp_buf,2); //存入数据
}
void STM32_FlashReadData(void) //STM32 Flash读出数据
{
u16 temp_buf[2];
STM32F10x_Read(FLASH_SAVE_ADDR + 0x05,temp_buf,2); //读出数据
}
void STM32_FlashCheck(void)
{
STM32_FlashReadData();
}
void displayCursor()
{
if(setn == 1)//显示设置页面
{
LCD_Write_Com(0x80+0x40+5);
LCD_Write_Com(0x0f);
}
if(setn == 2)
{
LCD_Write_Com(0x80+0x40+14);
LCD_Write_Com(0x0f);
}
}
void keyscan()//按键扫描
{
if(key2 == 0)//加键按下
{
delay_ms(20);
if(key2 == 0)
{
while(key2 == 0);
if(setn == 0)//调出水量（不在设置状态下）
{
if(volume < 5)volume++;
}
if(setn == 1)
{
if(temp_hight - temp_low > 1)//上限必须大于下限，下限才能加
{
temp_low++;
}
LCD_Write_Char(4,1,temp_low/10+48);//显示十位
LCD_Write_Char(5,1,temp_low%10+48);//显示个位
LCD_Write_Com(0x80+0x40+8);
LCD_Write_Com(0x0f);//光标闪烁
}
if(setn == 2)
{
if(temp_hight < 99)
{
temp_hight++;
}
LCD_Write_Char(13,1,temp_hight/10+48);//显示十位
LCD_Write_Char(14,1,temp_hight%10+48);//显示个位
LCD_Write_Com(0x80+0x40+2);
LCD_Write_Com(0x0f);//光标闪烁
}
}
}
if(key3 == 0)//减键按下
{
delay_ms(20);
if(key3 == 0)
{
while(key3 == 0);
if(setn == 0)//调出水量（不在设置状态下）
{
if(volume > 2)volume--;
}
if(setn == 1)
{
if(temp_low > 0)//下限最小到0
{
temp_low--;
}
LCD_Write_Char(4,1,temp_low/10+48);//显示十位
LCD_Write_Char(5,1,temp_low%10+48);//显示个位
LCD_Write_Com(0x80+0x40+5);
LCD_Write_Com(0x0f);//光标闪烁
}
if(setn == 2)
{
if(temp_hight - temp_low > 1)//上限必须大于下限,上限才能减
{
temp_hight--;
}
LCD_Write_Char(13,1,temp_hight/10+48);//显示十位
LCD_Write_Char(14,1,temp_hight%10+48);//显示个位
LCD_Write_Com(0x80+0x40+14);
LCD_Write_Com(0x0f);//光标闪烁
}
}
}
if(key1 == 0)//设置键按下
{
delay_ms(20);
if(key1 == 0)
{
while(key1 == 0);//等待按键松开
beep = 0;
ssflag = 0;
setn++;
if(setn > 2)//按下次数超过两次退出设置
{
setn = 0;
LCD_Write_Com(0x0c);//光标光标
LCD_Write_String(0,0,"Temperature: C");
LCD_Write_String(0,1," ");
STM32_FlashWriteData();//存储
}
if(setn == 1)//显示设置页面
{
LCD_Write_String(0,0," Set The Temp ");
LCD_Write_String(0,1,"T-L:00C T-H:00C");
LCD_Write_Char(4,1,temp_low/10+48);//显示十位
LCD_Write_Char(5,1,temp_low%10+48);//显示个位
LCD_Write_Char(13,1,temp_hight/10+48);
LCD_Write_Char(14,1,temp_hight%10+48);
}
displayCursor();
}
}
}
void chushui(bool flag)//显示Open
{
if(flag == 1)
{
LCD_Write_String(0,1," Open ");
relay2=1;//开启出水继电器
}
else
{
relay2=0;//关闭出水继电器
LCD_Write_String(0,1," ");
}
}
bool test=0;
int main(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
delay_ms(500); //上电瞬间加入一定延时在初始化
STM32_FlashCheck();
DS18B20_GPIO_Init(); //ds18b20引脚初始化
DS18B20_Init(); //初始化DS18B20
uart1_Init(9600);
KEY_AND_RELAY_GPIO_Init();
LCD_Init(); //屏幕初始化
LCD_Write_String(0,0,"Temperature: C");
LCD_Write_String(0,1,"Volume: 200ml ");
LED1 = 1;
Mode = 0;//自动模式
miao=openTime;
memset(STM32_RX1_BUF,0,STM32_RX1BUFF_SIZE);
STM32_Rx1Counter = 0;
TIM3_Init(499,7199); //定时器初始化，定时50ms
//Tout = ((arr+1)*(psc+1))/Tclk ;
//Tclk:定时器输入频率(单位MHZ)
//Tout:定时器溢出时间(单位us)
while(1)
{
keyscan();
if(setn ==0)
{
///////显示温度
LCD_Write_Char(13,0,temperature/10+48);
LCD_Write_Char(14,0,temperature%10+48);
if(closeFlag==1)//关闭出水继电器
{
closeFlag = 0;
openFlag = 0;
chushui(0);
}
if(shuiwei == 1)//有水
{
beep = 0;
if(temperature <= temp_low){relay1=1;}//低于下限开启加热继电器
if(temperature >= temp_hight){relay1=0;}//高于上限停止
if(Mode == 0)//在自动模式下
{
if(key5 == 0 && HW==0)//出水按键，必须在检测到有杯子的情况下才有效
{
delay_ms(10);
if(key5 == 0 && HW==0)
{
while(key5 == 0);//等待按键松开
chushui(1);//显示Open
miao=openTime;//时间赋值
openFlag = 1;
}
}
}
else//在手动模式下
{
if(key5 == 0&& HW==0)//出水按键，必须在检测到有杯子的情况下才有效
{
delay_ms(10);
if(key5 == 0)
{
chushui(1);test=0;
}
}
else
{
if(test==0)chushui(0);
}
if(HW==1){chushui(0);test=0;}
}
}
else
{
relay1 = 0;//没有水关闭加热继电器
relay2=0;//关闭出水继电器
ssflag = 0;
beep = 1;//蜂鸣器提示报警
if(Twinkle == 0)
LCD_Write_String(0,1," Without Water! ");
else
LCD_Write_String(0,1," ");
}
}
delay_ms(10);
}
}
void TIM3_IRQHandler(void)//定时器3中断服务程序，用于记录时间
{
static u16 timeCount1=0;
static u16 timeCount2=20;
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); //清除中断标志位
timeCount1++;
if(timeCount1 >= 10)//500ms
{
timeCount1 = 0;
Twinkle = !Twinkle;
}
timeCount2++ ;
if(timeCount2 >= 20)//1秒
{
timeCount2 = 0;
temperature=ReadTemperature();
if(openFlag == 1)//出水标志
{
if(HW == 1){closeFlag=1;};
if(miao > 0){miao--;}
else {closeFlag=1;miao=openTime;}
}
sendFlag = 1;
}
}
}七、单片机实物资料
