【摘　要】鉴于目前市场上的智能水壶烧水过程繁琐，且鲜有远程控制等功能。在自动蓄水便捷性的情况下，本文利用SolidWorks软件对水壶底座构进行设计，增加了用户通过手机APP远程控制水壶接水过程中移动的灵活性，并在底座的内部嵌入续航时间比较长的可充电电池，且内置一个微型的发电机，在水壶移动过程中巧妙地将动能转化成电能，保证了能源循环利用。
 
【关键字】轮式；智能水壶；远程控制
 
随着计算机技术、网络通信以及物联网的发展，人们对水壶的要求不仅仅是传统的烧水功能，更加追求其智能化。目前，市场上出售的水壶种类繁多，但鲜有兼具远程监测水壶运行状态、控制水壶接水加热以及无线加热功能，尤其水壶在烧水的时候需要通过电线把水壶与插座连接起来，不仅在使用上比较麻烦，而且会造成一些不可预料的危险。另外，目前的智能水壶远程控制自动蓄水的功能通常是利用液位传感器监测液位，利用小型抽水机把水抽到水壶里。这种设计比较繁琐，不利于用户体验。
 
本文研究的轮式无线远程控制智能水壶，其万向轮的结构设计、底座内嵌可充电电池、内置发电机以及基于Arduino的各个控制模块协同工作提升智能家居的用户体验，具有一定的应用与研究价值。
 
一、轮式无线远程控制智能水壶系统构架 

本系统架构主要由蓄水处、轮式无线远程控制智能水壶、服务器和移动终端设备组成，其整体系统框架如图1所示。其现场装置采用Arduino作为主控制器，主要由液晶显示模块、温度检测模块、驱动模块、液位测量模块、WIFI模块组成。
   
二、水壶的硬件设计
 
1.充放电装置 

（1）充放电装置
 
结合热水壶实际工作状态，可充电电池的选型有以下几点要求：
 
1）高容量、容量越大，持续使用时间越长。
2）耐快充。电池耐快充性能越好，越能承受较大充电电流，优质电池能承受1.5小时即1C充电速率，可采用快充、急充较高充电速率，用较短时间充足电池，使用快捷。
3）自放电小。它反映电池保持容量的能力，自放电越小，存放期越长，即用性好。
4）循环寿命长。指电池充放电次数，镍镉镍氢电池标称500-1000次，与电池品质和充放电条件有关，优质电池在正确使用条件下循环寿命甚至可达5000次以上。
 
基于上述要求，选择特制的大容量聚合物锂电池组，主要参数如下：
 
1）电压：12V
2）电流：320A
3）规格：80mm*50mm*30mm
4）放电转化装置
 
由于电池输出的是直流电，需要选用家用微型逆变器将直流电转化成交流电。同时为了提高水壶工作效率可根据实际情况加上功率放大器配合使用。
 
（3）微型发电机
 
为了节约空间，拟采用型号2812直流无刷发电机。其结构如图2所示： 2.水壶底座的设计 

基于市场上传统的水壶底座设计，其作用仅仅是为了烧水。本发明在其结构设计上做出一定程度的改变，使其更能服务好用户。
 
首先，基于现有的抽水机蓄水的繁琐结构，本发明在底座安装三个万向轮，用户可通过远程控制对水壶进行移动控制，使其到达指定的蓄水处完成蓄水工作。然后，为了能够使得水壶突破传统的电线充电，本发明巧妙地在底座下面开槽，放置了一个续航时间长的可充电电池，另外与之对应的是一款小型的微型发动机，在水壶的移动的过程中将动能转换为电能存储起来，其他模块也合理地布置在槽底。
 
为了清楚地表示底座结构，将底座倒置，其底部结构如图3所示：
   
二、水壶的工作原理 

具体工作流程图如下：

   
启动服务器之后，首先将移动终端设备和智能水壶远程监控现场装置以UDP协议的方式连接到服务器中，然后Wi—Fi通信模块也将通过无线路由器接入到互联网之中，并且与服务器之中的UDP建立连接，使智能水壶能够将实时监测到的数据传输到服务器中。与此同时在移动设备上运行的APP也将通过互联网实现与服务器的连接，在与服务器的连接实现之后，移动端的软件就能够实现对智能水壶远程监控现场装置传输的信息的实时处理。
 
用户在移动设备上的APP远程发送自动蓄水控制命令到Wi—Fi通信模块，此后命令会被Arduino系统进行解析，然后驱动电机到达指定的蓄水处，水壶盖打开，通过移动动设备上运行的APP将智能WIFI水龙头打开进行蓄水工作，观察液位传感器的值，等到水量到达设定值以后，水壶完成蓄水工作，在驱动电机的作用下水壶到达指定的工作点，启
动烧水模块，通过温度传感器可实时监测到水温实现温度的控制。
 
三、结束语 

本文以Arduino为平台提出一种轮式无线远程控制智能水壶的设计，完成了轮子的结构设计、可充电电池与微型发电机的布局以及微控制器模块、液晶显示模块、温度测量模块、液位测量模块、无线连接模块协同工作，极大地简化了智能水壶的工作流程，提高了工作效率，降低了传统的烧水方式带来的不可预料的危险，更合理的利用能源，体现了低碳环保的理念，为智能家居提供一个值得研究的方向。
 
参考文献：
 
[1]张龙,侯群,彭馨.Android软件在智能水壶远程监控系统中的应用设计[J].自动化技术与应用，2016：62-65.

[2]宋凯,姚嘉明,李静,王晟.基于树莓派的智能家居控制开关的研究[J].电子技术与软件工程.2015(21):140-141.

[3]刘静,杨正,校沈健.基于WIFI的安卓智能家居控制与监测系统的设计[J].软件.2014:19-22.
 
基金项目：上海工程技术大学大学生创新训练项目“基于用户需求的水壶模块设计”（编号：cs1924004）。