盲人智能水杯：科技温暖每滴水

基于单片机的盲人智能水杯设计与实现

系统概述

盲人智能水杯是一种融合超声波测距、温度检测、语音提示和触觉反馈的辅助设备。该系统以STM32单片机为核心控制器，通过多传感器协同工作，帮助视障人士安全独立地完成饮水操作。典型功能包括水位监测、温度报警、防溢保护和杯体定位。

硬件设计

主控芯片选用STM32F103C8T6，具有72MHz主频和丰富的外设接口。HC-SR04超声波模块安装在杯口内侧，测量水面距离并换算为水位百分比。DS18B20防水温度传感器固定于杯壁，实时监测水温。

震动马达安装在杯柄处，通过不同震动模式传递警报信息。语音模块采用SYN6288芯片，支持中文TTS播报。电源部分由18650锂电池供电，搭配TP4056充电管理电路，续航时间可达72小时。

软件架构

系统采用模块化编程，主要包含以下功能组件：

// 水位检测算法示例
float get_water_level() {
  float distance = hc_sr04_measure();
  return (MAX_DEPTH - distance) / MAX_DEPTH * 100; 
}

// 温度报警判断
void check_temp() {
  if(temp > 60) {
    vibrate(3); // 三连震
    tts_play("水温过高"); 
  }
}

关键技术实现

自适应水位检测：采用滑动窗口滤波算法消除水面波动干扰，公式表示为： y[n] = 0.6x[n] + 0.3x[n-1] + 0.1x[n-2]

多模态交互设计：

水位低于20%：短震动1次+语音提示
水温45-60℃：长震动2次
杯体倾斜超过30度：持续震动警报

测试数据

在500ml容量的测试杯中，系统表现如下：

水位检测误差：±3%
温度检测精度：±0.5℃
语音响应延迟：<200ms
待机功耗：0.8mA

创新点

非接触式水位检测避免污染
震动编码协议实现无障碍交互
低功耗设计延长使用时间
模块化结构支持功能扩展

源码结构

完整工程包含以下目录：

/Drivers     // HAL库驱动
/Inc         // 头文件
/Src         // 主程序
  main.c     // 系统初始化
  sensor.c   // 传感器驱动
  ui.c       // 人机交互
/PCB         // 电路设计文件

该设计已通过实际场景验证，能有效提升视障人士饮水安全性和便利性。系统可扩展加入蓝牙模块实现手机互联，或增加水质检测功能。

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