智能温控水杯底座
智能温控水杯底座
队员: 张思远(五中分校)、王子鸣(北京市新英才中学)
教师: 王老师
组别: 小学高级组
队名: 远鸣战队
地区: 河北
作品详情


说明视频




说明文字


基于Arduino的TEC制冷温控智能水杯底座

研究报告


项目摘要

本项目是一个可以显示当前水温,也可以将水杯中的水快速降到指定温度的水杯底座。底座上的红灯亮起时,说明当前水温过高,制冷片开始工作。绿灯亮起时,表明当前温度的水适合饮用。该项目既可以防止被过高的水温烫伤,还能及时提醒饮水。


该项目的选题是怎样确定的

记得有一次发烧,家里人 “逼迫”我一杯又一杯地喝水。但刚倒出的水实在是太烫了,放置一段时间又很容易变凉,很难喝到合适温度的水。无独有偶,我在新闻上看到了很多儿童喝水被烫伤的报道,于是智能水杯底座的雏形就在我脑中产生了。

我想做一个可以放置在水杯下面的水杯底座。为什么不直接做一个杯子呢,因为将电子器件放置在杯子上势必会增加杯子的重量,而且只有一个杯子能享有这样的功能。当水杯中水的温度过高时,底座上的红灯亮起,表示此时水温太高,提醒我们防止被烫伤。我们可以设置一个指定的温度,如果水温大于设定的温度,底座中的散热片开始工作。当水温降到指定温度时,底座上的LED灯变绿,提醒我们水温已达到设定的温度,此时最适宜饮水。带着这个想法我开始思考,并在科学老师的帮助下,分析各种连接方式,设计电路,反复实验和调试,最终设计出智能温控底座。


设计项目的目的和基本思路

设计项目的目的

在夏天的时候,使杯内的饮料快速制冷,或保持冰凉的口感。

检测杯内温度,如果杯内的温度过高,不让儿童或者老师接触,当温度降低之后再提醒喝水。因为在新闻上经常会看到被热水而烫伤的儿童或老人,所以制作一个可以让儿童和老人都能通过视觉真实的能看到杯内的水温度的底座,好进行安全的饮水。


设计项目的基本思路

我将TEC制冷片,电源,散热器,金属水杯,热敏传感器,四位数码管,按键模块,RGB灯等元器件成到一起,搭配上独立设计的外壳,就完成了智能温控底座的搭建。

使用时将水杯放置到智能底座上,通过热敏传感器,感应到水杯内液体温度。如:需要40度温水,通过制冷片的调节,当水温降到40度时,LED灯变绿提醒用户可以饮用。


该项目的研究步骤及过程


智能水杯底座装置

设计思路

TEC制冷片,电源,散热器,金属水杯,热敏传感器,四位数码管,按键模块,RGB灯等模块集成到一起,加上独立设计的外壳完成智能水杯底座的制作。作品实物图如下:

智能温控底座实物


外观设计

外观设计图


电路设计

硬件连接图


程序设计

相关程序



研究过程中学生的照片


效果测试

经测试,开启降温模式后,制冷片表面的温度在60s内可降至-11摄氏度。30摄氏度的饮料在16分钟内可降至10摄氏度。而且工作时散热风扇声音可以忽略不计。

添加LED指示灯后,拿起水杯即可在该饮料最佳饮用温度下饮用的概率大大增加。而且水温过高无法饮用的情况大大减少。相比之下,自然降温和无提醒降温都会很容易错过最佳饮用时间。

演示视频


该项目应用了哪些科学方法、科学原理

1. 本项目使用了比照比较实验法。作品在不断完善的过程中,不同版本的程序带给用户的交互方式不同通过对比,可以找到最自然的交互方式。同时和不同的降温产品进行比较,确定不同饮料的最佳饮用温度是不同的,而错过最佳饮用温度会让饮料的口感大幅下降。

2. 本项目采用实验探究方法。作品在测试环节准备了不同的饮料进行降温测试,都达到了预期的效果。相比于直接显示具体的温度数值,将温度用LED灯可视化能让用户更直观的知道该饮料目前适不适宜去饮用。

3. 本项目在设计的过程中结合了产品设计的相关方法,从原型设计,到硬件选型,以及完成后的测试和迭代,孩子们一步步完成了最终的产品。


该项目的主要贡献(创新部分)

本项目的创新点主要有以下几点:

将功能集成在底座上,可以适配不同品牌不同大小的水杯;

数码管显示准确温度的同时,LED灯将水温可视化,更有利于儿童和老人的使用;

不仅可以降低温度,还能自定义该温度,让用户有更多种的选择;

内置几种常见饮料的最适饮用温度,可以更便捷地进行设置。


他人同类研究的情况调查

快速制冷杯

市面上最多的快速制冷杯只能实现降温功能,无法得知具体的温度,也没有温度提醒。这样很容易错过最佳的饮用时间。

智能温控水杯

智能温控水杯将电子元件集成在水杯中,势必增加了水杯的重量。而且所主打的功能也只有在该水杯上才能使用。

智能温控底座

现有的智能温控底座功能都是加热,目前还没有类似的产品主打制冷功能。


进一步完善该项目的设想

下一步的计划是使用3D打印技术制作外壳,让给产品的一体性更高

丰富内置的最佳饮用温度,适配更多种饮料;

加入声音提醒功能,在看不见的情况下也能提醒用户及时饮用。




北京五中分校

张思远

北京市新英才中学

王子鸣

2019-8-9




官方邮箱:AIOT2020@foxmail.com
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