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目 录

1.引言 1

1.1 研究意义 1

1.2 研究现状 2

1.3 本文工作内容 2

2. 设计方案的论证 3

2.1 设计目的 3

2.2 本设计的技术方案 3

2.2.1 单片机主控芯片的选择 4

2.2.2 ZigBee网络节点通信模块设计 5

2.2.3 湿度传感器设计 5

2.2.4 压力传感器设计 6

2.2.5 语音模块设计 6

2.2.6 定时模块设计 7

2.2.7 继电器设计 7

2.2.8 电源模块设计 7

2.3 本设计的优点和效果 7

3.系统硬件设计与实现 8

3.1 无线控制烧水的智能牙刷系统的设计原理 8

3.2 主要单元电路设计 11

3.2.1 电源电路 11

3.2.2 ZigBee模块电路 11

3.2.3 湿度传感器模块电路 13

3.2.4 压力传感器模块电路 14

3.2.5 语音模块电路 14

3.2.6 定时模块电路 15

3.2.7 继电器模块电路 16

4. 程序设计 16

4.1 无线控制烧水系统的主程序设计 16

4.2 子程序设计 18

4.2.1 CC2530 ZigBee芯片控制程序 18

4.2.2 温湿度传感器程序设计 19

4.2.3 压力传感器程序设计 19

4.2.4 语音模块程序设计 20

4.2.5 继电器程序设计 21

4.2.6 定时模块程序设计 22

5. 系统调试 23

5.1 软件调试 23

5.2 硬件调试 23

6.结论 27

参考文献 28

致谢 29

无线控制烧水的智能牙刷系统设计

黄泽钢

, China

Abstract: Due to the tight morning hours, office workers often forget to use the electric kettle to boil drinking water which affect people drink water before breakfast. This paper designed a smart toothbrush system based on ZigBee technology to control the water heating. The system will channel smart toothbrush and electric kettle into the ZigBee network. When the user brushing teeth, the control module installed on the toothbrush will send signal to the kettle base, and turn on the pressure sensor to detect whether the electric kettle is dry. If the electric kettle is short of water, the system will play voice to remind users to add water in a timely manner. In order to avoid electric kettle boiling caused by brushing teeth at night, the system installs a timing module to limit the time for wireless controlling. The system also has the function of detecting the internal humidity of the toothbrush. When the humidity exceeded,it will remind the user for extend the use of the toothbrush. The system uses people's habits of "early brushing" as a switch for boiling water, which makes the electric kettle intelligently boil water. The system can save time and make the office workers easy to drink water before breakfast.

Keywords: toothbrush; electric kettle; wireless control; ZigBee

1.引言

研究意义

近些年来，随着社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，越来越多的人关注健康的生活习惯，人们希望通过健康的生活习惯来增强体质、预防疾病。其中，早餐前喝一杯温水能够补充晚上身体代谢所失去的水分，刺激肠胃的蠕动以防止便秘，稀释血液并降低血液浓稠度，提升血液的循环，避免心血管疾病的发生，还能够让人的大脑迅速清醒^[1]。然而生活节奏的加快，使得上班族早上的时间紧凑，许多人由于没有及时烧水而导致早餐前喝水十分麻烦。

由于饮水机的消费较高，且桶装水开封后若没有及时饮用容易滋生细菌，所以，大部分家庭都是使用电热水壶烧水。在早上尤其是工作日，时间紧凑，手动烧水的不方便，以及没有及时烧水等问题，使得许多人放弃这一习惯。本设计利用刷牙作为人们起床后习惯性的行为，通过用户按下开关使用牙刷时，该系统判断用户已经起床，控制电热水壶自动烧水，以此来方便人们早餐前喝水的需求。当前智能牙刷的发展主要是帮助用户正确刷牙，提高牙齿的清洁率，本设计希望在智能牙刷的基础上，将牙刷与电热水壶连接起来，实现当用户刷牙时电热水壶自动烧水的功能，在用户洗漱的时间足够烧开一壶水，这样能避免由于时间仓促而遗忘烧水所造成的时间的浪费。

ZigBee是一种廉价、低功耗、易组网、易维护的短距离无线通信技术^[2-3]，适合应用在智能家居、工业自动化等领域的发展，因此将其作为本设计的通信方式。ZigBee网络中的设备主要由协调器、路由器、终端节点三个部分组成。其中，协调器负责创建无线网络与管理其它节点；路由器作为无线网络的中继设备，用于扩展整个网络；终端节点主要负责采集环境的数据，监测报警，以及对所连设备进行控制。本设计在用户启动智能牙刷时，令牙刷上的ZigBee终端节点从睡眠状态转为工作状态加入网络并发送无线信号，ZigBee协调器接收无线信号并控制电热水壶烧水。

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