基于物联网的智能浴缸

12/15基于物联网的智能浴缸摘要：本文实现了一种基于物联网的智能浴缸，作者在Mixly和AppInventor软件基础上，采用Arduino蓝牙主控板、自吸式水泵、水温传感器、炫彩灯带、紫外线灯等硬件，结合3D打印技术，成功搭建了一套可在所有安卓系统平台如手机、平板电脑等设备远程操控的智能浴缸。该浴缸具有一键加水洗浴、自定义浴缸温度并恒温保持、一键排水、手动加热水、手动加冷水、手动排水、一键冲浪、炫彩氛围灯控制、紫外线杀菌等功能。该浴缸可广泛适用于所有可安装浴缸的家庭，以及广大酒店、宾馆等具有洗浴功能的场所。关键词：物联网、无线、智能、浴缸1课题背景随着居民生活水平的提高，浴缸逐渐地走进千家万户，作为休闲泡澡的工具，更是高端酒店、宾馆的必备卫浴用品。浴缸主要作用是用来泡澡的，而用浴缸泡澡的好处如下：第一，可以健身治疗，在进入这种浴缸之前先喝一杯温开水，然后在进入到浴缸中，此时浴缸就可以帮助身体的整个循环系统来放松身体的各个部位理，增强身体肌肉的疏松力，起到健身的效果，另外还可以有效的帮助身体进行排汗消毒。第二，可以治疗失眠，因为身体的各个部位都有于睡眠有管的穴位，浴缸利用人体的穴位的作用，在人进行泡澡的过程中，通过微小的振动来帮助身体缓解压力，起到治疗失眠的效果。我通过调研文献发现，有关智能浴缸的作品实现方法和设备功能各不相同。如参考文献1列出了一种智能温控抗菌儿童独立浴缸，其温度的保持主要靠浴缸材料。参考文献2以老年用户需求和老年智能浴缸设计原则为依据,设计了一款老年智能浴缸,并运用CATIA进行产品仿真分析,来检验老年智能浴缸的舒适度和可用性。参考文献3根据总结在普通智能浴缸的基础上在功能和外观上进行了创新。参考文献4设计了一种全封闭漂浮浴，其具有水温调节、具有冲浪的效果，以及限流、防烫等实现了可视化、触摸式操作。参考文献5基于AVR90S8535单片机采用红外技术进行控制的遥控器软、硬件设计。综上所述，目前还没有相关文献或专利是基于物联网技术及Arduino单片机，且可与现有传统浴缸结合的智能浴缸，实现一键加水洗浴、自定义浴缸温度并恒温保持、一键排水、手动加热水、手动加冷水、手动排水、一键冲浪、炫彩氛围灯控制、紫外线杀菌等功能。因此，发明一款简单高效又廉价的，基于物联网的智能浴缸，很有必要。2课题研究方法本课题在外观结构端采用3D打印技术打印浴缸模型。在硬件端采用基于Arduino单片机的DFRobot蓝牙主控板、自吸式水泵、水温传感器、炫彩灯带、紫外线灯等设备搭建仪器核心系统。在软件端，使用Mixly编程软件实现仪器核心系统编程，借助APPInventor编程平台编写适用于安卓系统的App程序，通过蓝牙通信，实现智能浴缸与移动终端App之间的物联网数据传输。通过多次实验，调试完善系统开发，实现浴缸智能控制的效果。3课题研究内容本课题核心研究内容是如何在传统浴缸的基础上，结合Arduino单片机、水温传感器、自吸式水泵等硬件，实现浴缸的智能操控。浴缸上部有一个热水进水口和一个冷水进水口，分别各各自独立的水泵控制进水。浴缸底部有一个主动排水口，由其独立的水泵控制何时排水。浴缸上部还有一个溢水口，用来被动排水。浴缸下部有一个进气孔，其由独立的水泵控制，用来实现瀑气的冲浪效果。浴缸内壁装有水温传感器，其可用过与冷水进水口、热水进水口、主动排水口的配合，实现浴缸水温的控制。浴缸上部四周有炫彩灯条，其可实现洗浴时氛围灯的改变。浴缸上部安装有紫外线消毒灯，可实现洗浴结束后的浴缸消毒。所有水泵通过4路继电器与arduino蓝牙主控板连接，水温传感器、炫彩灯带、紫外线消毒灯亦和蓝牙主控板连接。主控板通过蓝牙通信与手机app进行数据传输。手机app包含蓝牙设备的搜索与配对，当前水温的实时显示，恒定温度的手动设置，一键加水洗浴控制，一键排水控制，开启或关闭恒温系统控制，手动开启或关闭加热水控制，手动开启或关闭加冷水控制，手动开启或关闭冲浪效果，手动开启或关闭排水，手动打开或关闭氛围灯，并通过鱼缸壁按钮调节氛围灯的显示效果，手动开启或关闭紫外线消毒灯。4系统详细介绍4.1系统结构示意图如图一所示：图一仪器结构示意图4.2系统原理图如图二所示：图二系统原理图智能浴缸的主控核心是DFRobot蓝牙主控板，其由4节5号电池通过主控板扩展板为其供电。主控板的输入设备有水温传感器，输出设备有炫彩灯条、紫外线消毒灯和四路继电器。四路继电器由单独的8节5号电池供电，并与热水进水泵、冷水进水泵、冲浪进气泵和主动排水泵相连。5系统制作过程5.1系统制作材料如图三所示：图三系统制作材料材料清单如表一所示：表一系统制作材料清单项目内容作用数量112v自吸抽水泵主动进水与排水42水泵软管连接水泵1312v电池盒给4路继电器供电144路继电器控制水泵15250ml烧杯装冷水和热水26500ml烧杯装废水171m炫彩灯带制作氛围灯18灯带控制器控制氛围灯19三色灯制作紫外线消毒灯110水温传感器测量水温111电池盒5号4节给主控板供电112arduino蓝牙主控板主控制板113主控板扩展板连接传感器1145号电池电源1215热熔胶枪及胶棒固定设备1163D打印耗材打印浴缸模型117杜邦线15cm母对母连接硬件若干18电烙铁焊接硬件1核心元器件参数参见附件2。5.2系统制作流程制作流程图如图四所示：（程序代码参见附件1）图四系统制作流程图5.3仪器成品如图五、六所示：图五智能浴缸成品图图六App交互界面6系统功能测试6.1蓝牙连接测试：浴缸主控板电源打开，手机app打开，点击“搜索蓝牙”按钮，可以看到下拉框显示所有手机周围可连接的蓝牙设备的地址及名称，点选该arduino主板所用的bluno主板，下拉列表关闭，点击“连接蓝牙”按钮，右边文本显示“已连接”，点击“断开连接”按钮，右边文本显示“已断开”。经过多次测试，系统运行良好。6.2水温传感器测试：当浴缸的主控板和手机app进行蓝牙匹配成功后，主控板将水温传感器探测到的水温值通过蓝牙串口以字符串的方式发送给手机app端，手机收到信息后，在当前温度右边显示当前的水温。经过多次测试，系统运行良好。6.3恒温测试：当浴缸的主控板和手机app进行蓝牙匹配成功后，用户可手动点击“文本框”，输入想要浴缸保持的水温，并点击“温度设定”按钮，此时设定温度右边显示用户设定的温度。若用户点击“开启恒温”按钮，则浴缸根据当前水温以及用户设定的水温，自动调节热水以及冷水的进水量，以及排水口的排水量。若用户点击“关闭恒温”按钮，则系统停止恒温保持。经过多次测试，系统运行良好。6.4四路水泵手动控制测试：当浴缸的主控板和手机app进行蓝牙匹配成功后，用户可以点击“加热水”按钮，热水进水泵打开并注入热水，当点击“停止加热水”按钮，热水进水泵停止工作，不再加热水。同理当点击“加冷水”按钮，冷水进水泵打开并注入冷水，当点击“停止加冷水”按钮，冷水进水泵停止工作，不再加冷水。当点击“开启冲浪”按钮，瀑气进气泵打开并向浴缸底部进气，当点击“停止冲浪”按钮，进气泵停止工作，不再瀑气。当点击“打开排水”按钮，主动排水泵打开并排水，当点击“停止排水”按钮，主排水泵停止工作，不再排水。经过多次测试，系统运行良好。6.5炫彩灯测试：当浴缸的主控板和手机app进行蓝牙匹配成功后，用户可点击“打开氛围灯”按钮，打开炫彩灯条，并可通过点击安装在浴缸侧壁的灯条控制器选择灯条的炫彩效果。当用户点击“关闭氛围灯”按钮时，炫彩灯条熄灭。经过多次测试，系统运行良好。6.6紫外线灯测试：当浴缸的主控板和手机app进行蓝牙匹配成功后，用户可以点击“打开紫外线灯”按钮，紫外线灯点亮，当点击“关闭紫外线灯”按钮时，紫外线灯熄灭。经过多次测试，系统运行良好。7经济性分析本智能浴缸的控制单元的单套成本在100元以内，主要为蓝牙主控板及扩展板的费用。若批量生产，成本价格可以进一步压缩，具有良好的推广前景。8结论与展望本文实现了一种基于物联网的智能浴缸，作者在Mixly和AppInventor软件基础上，采用Arduino蓝牙主控板、自吸式水泵、水温传感器、炫彩灯带、紫外线灯等硬件，结合3D打印技术，成功搭建了一套可在所有安卓系统平台如手机、平板电脑等设备远程操控的智能浴缸。该浴缸具有一键加水洗浴、自定义浴缸温度并恒温保持、一键排水、手动加热水、手动加冷水、手动排水、一键冲浪、炫彩氛围灯控制、紫外线杀菌等功能。该浴缸可广泛适用于所有可安装浴缸的家庭，以及广大酒店、宾馆等具有洗浴功能的场所。本系统可以进一步升级，在浴缸底部、侧边安装按摩及搓澡功能模块，丰富浴缸的使用效果。增加一键清洁功能，实现洗浴完成后的浴缸自清洁。参考文献：[1] 方梁.雷云桂.胡永丰等.智能温控抗菌儿童独立浴缸研发项目[J].建筑科学与工程TU824.2.[2] 王玉婷.基于用户体验的智能浴缸产品设计研究[J].轻工业手工业TS914.254.[3] 王雪.杨建军.新型智能浴缸功能与外观结构研究[J].明日风尚.2019,(04).[4] 马士永.全自动智能恒温漂流浴缸[J].建筑科学与工程560.99;510.80.[5] 石艳.汤荣江.红外遥控技术在智能浴缸控制中的应用[J].微计算机信息.2006,(28).

附件1：系统程序源代码Mixly平台：

APPInventor平台：

附件2：系统主要硬件参数DFRobot蓝牙主控板Arduino兼容BlunoBeetleBeetleBLE控制器：蓝牙芯片：TICC2540工作频率：2.4G