基于物联网的智能饮水机系统设计与实现

基于物联网的智能饮水机系统设计与实现

洪斯沛

（佛山市顺德区美的饮水机制造有限公司广东佛山528000）

摘要：当前占据主要市场的饮水机尚不具备智能化功能，而随着物联网这一概念的提出，基于物联网的智能饮水机系统设计的需求越来越迫切，智能饮水机能够更好地满足人们生活中的需求。本文探讨了基于物联网智能饮水机系统设计的整体架构，主要包括了现场控制系统和远程监控系统两部分，能够对饮水机设备的整体进行实时检测，对于故障也能及时处理，同时也确保了数据传输的安全性，推动基于物联网的智能化饮水机系统早日实现。

关键词：物联网；智能化；系统架构

一、基于物联网的智能饮水机系统设计的必要性

物联网诞生于信息科学技术产业的第三次革命，能够将各种信息载体实现一种互联互通的网络，在上世纪90年代时，这个名词就已经被提出，并且对定义有所阐释，可以利用传感器与互联网相连接，朝着更加智能化和数字化的方向发展，能够促进物理世界和网络空间的融合，这是一种未来具有较大发展潜力的科技。我国在近些年来也越来越重视将一些智能化产业与物联网相结合起来，也作为中国重要新兴战略之一。目前来说信息网络的应用范围越来越广泛，涵盖人们的衣、食、住、行和娱乐活动。当前的很多办公场所和公共场所都会安置饮水机，而传统的饮水机具有很多弊端，无法满足人们当前对于智能化饮水机的要求，包括对于温度和水位的自动化控制，对于水的指标检测和设备故障的自动化处理与信息上报、多功能支付平台等，这就需要以物联网为基础对智能饮水机系统进行设计，改善普通饮水机存在的安全隐患。

当前占据较多市场的饮水机品牌主要有美的、沁园、安吉尔、海尔、浪木等，而具有智能感应的只有沁园牌的饮水机，这也反映出来当前我国的智能饮水机系统还处于发展萌芽阶段，需要投入更多的人力物力资源到该系统的设计中来，确保智能饮水机系统早日实现与普及。

二、基于物联网的智能饮水机系统设计方案

1.整体架构

物联网主要有三个层次：一是感知，二是网络，三是应用，通过感知来将相关数据进行采集和读写，在物理世界中很多感知层结构需要按照系统进行科学设置，不仅要有数据传输功能，还要有信息采集功能。对于网络层来说，必须能够对采集的数据进行处理和传递，形成一种数据传输通道，确保数据安全传输，其次是应用层，各种数据聚合和交互后进行处理。智能饮水机系统的感知层有水位传感器感应探头、非接触式的高集成IC读卡器、温度传感器以及手机支付二维码，能够实时监测水位情况，采集水的温度和流量数据，利用二维码实现消费功能。第二层的网络使用超文本安全传输协议、SHAI加密算法、无线局域网等来进行信息的传递，同时也确保传递信息安全达到。对于应用层来说，需要对传输来的数据进行整理，建立Access数据库来实现数据村塾功能，建立起一个人与物、物与物之间都有信息传递和交流的系统。

本方案主要针对于原先饮食机存在水反复过烧等安全问题，解决在网络化应用和智能化处理方面的问题，以物联网作为基础，使用SHAI和超文本传输安全协议来确保信息安全传递，使用ACCESS数据库来进行数据的储存，同时也使用智能MI卡安全应用机制，确保数据传输更加安全化和智能化。

Equation1智能饮水机系统架构

为了实现饮水机的智能控制，对水位需要进行精准设置，当水位一旦达到预设值时，水位传感器将信号传输出去，通过对电磁阀的控制来确保智能化实现，饮水机的整体结构设计图如下所示：

如图一所示，整体架构包括两部分，一是远程监控系统，二是现场控制系统。对于现场控制系统来说需要包括七个模块的内容，分别是实时温度采集模块、中控屏显示模块、水位检测模块、4G或WIFI数据传输模块、流量技术模块、电磁阀驱动模块和加热器模块，初次之外还需要能够进行微信或者支付宝的扫码支付，包括对于感应设备的数据输入和数据输出。远程监控系统需要有管理员通过网络控制的应用服务器，通过Access数据库来对现场控制系统进行反馈。反馈的控制信息包括不同温度水的单价调整、隔夜水的排空、水温调整、定时冲洗、对净水总量的管理、定时关机等，同时如果发现故障信息都能够进行上传到远程监控系统。各个系统之间较为独立，但是又能够发挥不同的功能作用，为智能饮水机系统的实际运用提高较大的可能性。

2..现场控制系统

人们可以随时随地在智能饮水机上消费以满足自己的需求，同时这些消费数据也能够实时上传到服务器中，完成数据采集和传输功能，确保实时对饮水机的工作状态进行检测。现场控制系统是智能饮水机系统设计中重要组成内容，是由STM32的主板来实现相关功能，主要会接收到三种控制命令，第一种是接收饮水机的数据后进行的调整，包括对水温的加热或者冷却、水位的控制、水的过滤、饮水机的排空与情节、对单价的调整等；第二种是对支付宝或者微信的付款信息数据，当人们完成消费功能后，消费信息将被上传到数据库进行存储；第三种是对故障信息和数据的上报，一旦出现饮水机损坏问题，无法正常提供热水、或者灯管爆裂、非法入侵等。无线网关会将相关数据传递到中控屏，利用串口来达成这一传输目的，中控屏的显示内容如下所示。

Equation2中控显示屏

Equation3现场控制系统和远程控制系统通信示意图

如图二所示，中控屏中的扫描二维码取水会进行不间断更新，主要是为了确保数据传输的安全性，对于当前的水的单价、水温、剩余水量等都会在中控屏中有所显示。

3.远程控制系统

通过中控屏传递相关数据来实现对智能饮水机的远程控制，设计图如下所示

如图三所示，远程控制系统会对中控屏发送控制指令，中控屏接受控制指令后会将指令传递给现场控制系统，由执行设备来执行指令，完成指令返回状态后由现场控制系统将状态内容发送给中控屏，中控屏接受状态信息交予远程控制系统进行更新。一旦设备出现异常，现场控制系统会将异常状态信息进行接受，由中控屏向远程控制系统发送告警信息，接受告警信息后由远程控制系统进行信息处理，向中控屏发送处理命令，由现场控制系统接受处理命令，由执行设备来执行命令。在执行设备界面，能够对智能饮水机的工作状态和执行命令进行实时显示，一旦出现告警信息会上传到远程控制系统，当维修人员看到告警界面后进行检修，确保故障被及时发现和处理。

三、结语

智能饮水机能够确保水质优良、耗电量低、实现智能控制，有利于人的健康，能够满足当前人们对于饮水机的需求，本文设计的基于物联网的智能饮水机主要包括了现场控制系统和远程监控系统，能够对饮水机设备的整体进行实时检测，对于故障也能及时处理，同时也确保了数据传输的安全性，推动基于物联网的智能化饮水机系统早日实现。

参考文献

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[3]吴戈，基于物联网的智能饮水机的设计[J]，物联网技术，2017，7（05）：91-92