一种多功能奶瓶称重消毒装置以及控制方法与流程

1.本发明涉及一种多功能奶瓶称重消毒装置以及控制方法。


背景技术：

2.进入新时代后，随着生活水平的逐渐提升，人们越来越关注下一代的成长，尤其是新生儿的成长。孩子的健康问题是排在首位的，保证孩子的健康成长是每一对新手爸妈的责任。而对于奶瓶这个从孩子出生便离不开的容器来说，奶瓶的使用安全问题则为重中之重。对于孩子使用过的奶瓶，如果只是经过简单的清洗，则依然可能会留下奶渍，很难达到洁净标准。此外，这些奶渍如果没有经过及时处理的话，就会产生大量细菌。在下次使用时，会随奶水进入孩子体内，对孩子的健康造成威胁。对于新生儿来说，其免疫系统不够强大，对细菌的抵抗能力有限，因此要保证所用的奶瓶洁净无菌。而奶瓶消毒装置就是一种用来对奶瓶进行消毒的装置，能够起到很好的灭菌效果。对于传统的奶瓶消毒装置来说，其主要工作原理是将使用后的奶瓶全部浸入沸水中，然后持续一段时间，利用水的高温对奶瓶杀菌消毒。随着科技的发展以及婴儿产业的逐渐成熟，对于奶瓶的消毒的方式也不再局限于传统的高温消毒，还出现了蒸汽锅消毒法、微波炉消毒法、化学消毒剂浸泡法、紫外线消毒法等消毒方式。并基于这些方式，诞生了各式各样的奶瓶消毒装置。
3.除了奶瓶的消毒问题，用奶是否均衡也是婴儿成长过程中面临的一大难题。对于不同时期的婴儿来说，其用奶的标准是不同的。刚出生6个月的婴儿正是其发育迅猛的阶段，而奶水正是处于这个时期的婴儿营养摄入的主要来源。因此，对于奶水的摄入量以及摄入时间有着一定的要求，这就要求婴儿的爸妈要严格控制婴儿的用奶时间和用奶量，定期判断婴儿最近的用奶时间和用奶量是否均衡，以便及时做出调整。而对于刚出生6个月的婴儿来说，保证其所得到的营养充足至关重要。与摄入奶水充足的婴儿相比，摄入奶水不充足的婴儿的智力、体格以及免疫功能都会明显低于前者，且后者的疾病风险大大增加。目前，市面上出现的奶瓶消毒装置大多只具有消毒功能，并不具备统计奶水的摄入时间和摄入量的功能。
4.对于传统的奶瓶消毒装置来说，其装置功能单一，只具有传统的消毒功能，不能满足用户更多的要求。而且，对于这一类的奶瓶消毒装置来说，大部分采用的是蒸汽消毒的方法，通过产生高压蒸汽对奶瓶进行高温消毒。由于市面上绝大部分的奶瓶都是由塑料材质构成的，这样一来，这种消毒方式会对奶瓶的使用寿命产生不利影响，大大减少了奶瓶的使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题，在于提供一种多功能奶瓶称重消毒装置以及控制方法，便于用户消毒，并获取每次喂养重量，判断近期婴儿的用奶是否均衡，方便及时做出调整。
6.本发明之一是这样实现的：一种多功能奶瓶称重消毒装置，包括单片机控制单元、
紫外线led灯珠杀菌消毒单元、无线通信单元、称重单元以及触摸屏；
7.所述单片机控制单元分别连接所述紫外线led灯珠杀菌消毒单元、无线通信单元、称重单元以及触摸屏。
8.进一步地，还包括语音单元，所述语音单元连接至所述单片机控制单元。
9.进一步地，所述语音单元包括jq8900
‑
16p语音模块以及扬声器，所述扬声器通过所述jq8900
‑
16p语音模块连接至所述单片机控制单元。
10.进一步地，所述称重单元包括ad转换模块与压力传感器，所述压力传感器通过所述ad转换模块连接至所述单片机控制单元。
11.进一步地，所述紫外线led灯珠杀菌消毒单元包括多个紫外线消毒灯珠、一继电器模组以及一独立电源电路；所述独立电源电路通过所述继电器模组连接至每个紫外线消毒灯珠，所述继电器模组连接至所述单片机控制单元。
12.本发明之二是这样实现的：一种多功能奶瓶称重消毒装置的控制方法，所述方法需提供一装置，所述装置包括单片机控制单元、紫外线led灯珠杀菌消毒单元、无线通信单元、称重单元以及触摸屏；具体包括如下步骤：
13.单片机控制单元接收触摸屏的操作指令；
14.若操作指令为称重信号，则单片机控制单元控制称重单元进行称重，并将称重数据发送至单片机控制单元，单片机控制单元将称重数据发送至触摸屏进行显示，并通过无线通信单元上传；
15.若操作指令为消毒信号，则单片机控制单元控制紫外线led灯珠杀菌消毒单元启动，在消毒完成后，单片机控制单元控制紫外线led灯珠杀菌消毒单元关闭，并通过触摸屏进行显示消毒完成，并将消毒数据通过无线通信单元上传。
16.进一步地，还包括一云服务器以及客户端；云服务器接收上传的数据，之后将数据发送至客户端。
17.进一步地，还包括语音单元，所述单片机控制单元控制语音单元播放语音提示；所述语音单元包括jq8900
‑
16p语音模块以及扬声器，所述单片机控制单元通过所述jq8900
‑
16p语音模块控制扬声器播放语音提示。
18.进一步地，所述称重单元包括ad转换模块与压力传感器，所述压力传感器将电信号通过所述ad转换模块发送至所述单片机控制单元，所述单片机控制单元获取到称重数据。
19.进一步地，所述紫外线led灯珠杀菌消毒单元包括多个紫外线消毒灯珠、一继电器模组以及一独立电源电路；所述独立电源电路通过所述继电器模组连接至每个紫外线消毒灯珠，所述单片机控制单元通过所述继电器模组控制每个紫外线消毒灯珠的启动或关闭。
20.本发明的优点在于：本发明一种多功能奶瓶称重消毒装置以及控制方法，利用的是紫外线消毒的方法，通过一定波长的紫外线对奶瓶照射，以此破坏奶瓶上残留细菌的分子结构，从而起到杀菌消毒的作用。这种奶瓶消毒方式不仅克服了传统奶瓶消毒方式的不足，而且灭杀细菌的效率更高。同时，该装置在传统的奶瓶消毒装置的基础上，加入了称重功能与物联网功能。不仅克服了传统奶瓶消毒装置功能单一的特点，而且能够统计每次婴儿用奶量和用奶时间，并且能够将每次用奶量的数据上传至服务器，方便用户在微信小程序上实时查看，有利于用户判断近期婴儿的用奶是否均衡，方便及时做出调整。此外，该装
置还加入了语音提示功能和hmi电容串口触摸屏显示触控功能，极大提高用户的人机交互体验。
附图说明
21.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
22.图1是本发明一种多功能奶瓶称重消毒装置的结构示意图。
23.图2是本发明实施例一的结构示意图。
24.图3是本发明实施例一的结构框图。
25.图4是本发明本发明实施例一的软件结构框图。
26.图5是本发明本发明实施例一的程序流程图。
27.图6是本发明本发明实施例一的云服务器通信架构图。
28.图7是本发明本发明实施例一的传感器内部连接电路图。
29.图8是本发明实施例一的初始化配置子程序流程图。
30.图9是本发明实施例一的单片机上的显示控制程序流程图。
31.图10是本发明实施例一的消毒子程序流程图。
32.图11是本发明实施例一的为中断服务程序流程图。
具体实施方式
33.请参阅图1所示，本发明一种多功能奶瓶称重消毒装置，包括单片机控制单元、紫外线led灯珠杀菌消毒单元、无线通信单元、称重单元、语音单元以及触摸屏；
34.所述单片机控制单元分别连接所述紫外线led灯珠杀菌消毒单元、无线通信单元、称重单元以及触摸屏。
35.所述语音单元连接至所述单片机控制单元，所述语音单元包括jq8900
‑
16p语音模块以及扬声器，所述扬声器通过所述jq8900
‑
16p语音模块连接至所述单片机控制单元。
36.所述称重单元包括ad转换模块与压力传感器，所述压力传感器通过所述ad转换模块连接至所述单片机控制单元。
37.所述紫外线led灯珠杀菌消毒单元包括多个紫外线消毒灯珠、一继电器模组以及一独立电源电路；所述独立电源电路通过所述继电器模组连接至每个紫外线消毒灯珠，所述继电器模组连接至所述单片机控制单元。
38.所述无线通信单元为atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi。
39.本发明一种多功能奶瓶称重消毒装置的控制方法，所述方法需提供一装置，所述装置包括单片机控制单元、紫外线led灯珠杀菌消毒单元、无线通信单元、称重单元以及触摸屏；具体包括如下步骤：
40.单片机控制单元接收触摸屏的操作指令；
41.若操作指令为称重信号，则单片机控制单元控制称重单元进行称重，并将称重数据发送至单片机控制单元，单片机控制单元将称重数据发送至触摸屏进行显示，并通过无线通信单元上传；
42.若操作指令为消毒信号，则单片机控制单元控制紫外线led灯珠杀菌消毒单元启动，在消毒完成后，单片机控制单元控制紫外线led灯珠杀菌消毒单元关闭，并通过触摸屏
进行显示消毒完成，并将消毒数据通过无线通信单元上传。
43.本发明一种多功能奶瓶称重消毒装置的控制方法还包括一云服务器以及客户端；云服务器接收上传的数据，之后将数据发送至客户端。
44.本发明一种多功能奶瓶称重消毒装置的控制方法还包括语音单元，所述单片机控制单元控制语音单元播放语音提示；所述语音单元包括jq8900
‑
16p语音模块以及扬声器，所述单片机控制单元通过所述jq8900
‑
16p语音模块控制扬声器播放语音提示。
45.所述称重单元包括ad转换模块与压力传感器，所述压力传感器将电信号通过所述ad转换模块发送至所述单片机控制单元，所述单片机控制单元获取到称重数据。
46.所述紫外线led灯珠杀菌消毒单元包括多个紫外线消毒灯珠、一继电器模组以及一独立电源电路；所述独立电源电路通过所述继电器模组连接至每个紫外线消毒灯珠，所述单片机控制单元通过所述继电器模组控制每个紫外线消毒灯珠的启动或关闭。
47.本发明实施例一
48.1装置总体设计方案
49.该多功能奶瓶称重消毒装置的设计主要由单片机stm32f103控制单元、uvc3535深紫外线led灯珠杀菌消毒单元、jq8900
‑
16p语音模块、atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块、hx711称重模块、压力传感器、hmi电容串口触摸屏、云服务器、微信小程序等部分组成。用户可以通过对hmi电容串口触摸屏操作，由usart串口将操作指令发送给单片机，再由单片机控制各个模块电路工作，完成与云服务器的通信，并实现以下功能：
50.利用hx711模块与压力传感器实现对每次用奶量的测量；
51.利用单片机内部定时器控制紫外线消毒单元对奶瓶进行定时杀菌消毒；
52.利用hmi串口屏显示测量数据以及通过触控完成对整个系统的控制；
53.利用jq8900
‑
16p语音模块与扬声器实现语音提示播报；
54.利用atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块将数据上传至服务器；
55.利用客户端的微信小程序获取云服务器端的数据并向用户实时展示。
56.2.2装置硬件总体设计
57.2.2.1装置硬件结构
58.如图2和3所示，本多功能奶瓶称重消毒装置的硬件系统是以hmi电容串口触摸屏作为显示控制器，用户可通过对hmi电容串口触摸屏显示界面触控以实现对整个系统的控制；该装置以单片机stm32f103c8t6芯片作为中央处理器，使其控制与其相连的消毒子系统、称重子系统、语音提示子系统以及无线通信子系统。显示控制器与中央处理器之间的通信靠usart串口完成，单片机通过接收由hmi电容串口触摸屏传来的指令控制各个子系统，并将各个子系统返回的数据通过单片机发送至hmi电容串口触摸屏显示。消毒子系统由一个继电器模块和8个uvc3535深紫外线led灯珠构成；称重子系统由hx711模块与5kg压力传感器组成；语音提示子系统由jq8900
‑
16p语音模块与扬声器组成；无线通信子系统由atk
‑
esp8266模块构成。
59.2.2.2装置硬件方案设计
60.该硬件系统由中央处理器、显示控制器、消毒子系统、称重子系统、语音提示子系统、无线通信子系统等部分组成。各个部分的硬件选择方案如下：
61.中央处理器：本发明采用单片机stm32f103c8t6芯片作为系统的中央处理器，该处
理器与显示控制器、消毒子系统、称重子系统、语音提示子系统、无线通信子系统相连，用于接收来自显示控制器的操作指令以及完成对各个子系统的控制。单片机stm32f103c8t6芯片相较于其他stm32系列的单片机来说，其主要的优势是其封装的体积小，价格便宜，性价比较高。同时，stm32系列芯片具有高性能的特点，能满足对该装置的设计需求。
62.显示控制器：本发明采用2.4寸hmi电容串口触摸屏作为系统的显示控制器，利用其简洁的可视化界面，使操作更加简单便捷，极大增强了用户的体验感。屏幕上设置多个触控按钮，用户可以通过控制这些按钮完成称重、消毒、上传数据等操作，实现对整个系统的控制。同时，称重子系统返回的称重有效数据经由单片机串口传送至hmi串口屏，并在这个屏幕界面相应位置显示。该装置采用hmi电容串口触摸屏作为显示控制器，利用其可显示和触控的特点，使得电路不需要加入其他按键开关电路和数据显示电路，极大简化了系统电路。
63.消毒子系统：该子系统由紫外线消毒灯珠、继电器模组以及独立电源电路组成，用于完成对奶瓶的消毒工作。紫外线消毒灯珠选用的是uvc3535深紫外线led灯珠，该灯珠采用深紫外线技术，能够发出270
‑
280nm的深紫外线，具有极高的杀菌效果，杀菌率可达99.9％，消毒效率甚至高于高温消毒。独立电源电路选用的是12v、1a的电源适配器，为uvc3535深紫外线led灯珠单独供电，保证其可以正常工作。为实现对电源电路及灯珠电路的控制功能，本子系统中加入继电器模组。继电器模组的信号触发端与单片机stm32f103c8t6芯片相连，继电器的触发状态和触发的时间由单片机直接控制。由此，使得单片机间接控制uvc3535深紫外线led灯珠电路的工作状态。本发明采用紫外线消毒方式，不仅杀菌效率高，而且对奶瓶的伤害也极低。
64.称重子系统:该子系统由ad转换模块与压力传感器组成，用于测量每次婴儿的用奶量。本发明所用的ad转换器采用的是hx711模块，与同一类型的ad转换器比较，hx711模块中集成了许多外围电路，使该模块具有可靠性高、输出精度高等优点。该装置选择的5kg压力传感器是一种电阻应变式的传感器，这一类型的传感器的灵敏度和分辨力比较高，从而能够获得较高的精度。该子系统称重过程主要是将奶瓶放至5kg压力传感器上，由压力传感器将所称的重量转换为电信号，然后经过ad转换器hx711模块ad转换成数字量，最终单片机按一定的时序读出奶瓶的称重数据。
65.语音提示子系统：该子系统由语音模块与扬声器组成，用于提示用户所执行的相应操作已经完成。该装置的语音模块采用的是jq8900
‑
16p语音模块，扬声器选用的是8ω1w直径为5cm的扬声器。当用户完成用奶量称重、奶瓶消毒或是上传用奶量数据等操作后，单片机就会通过usart串口向jq8900
‑
16p语音模块发送一个指令，使其播放指定曲目的语音内容以提示操作已完成。jq8900
‑
16p语音模块支持mp3、mav硬件解码，播放的曲目可由串口通信选择或i0口对地触发选择。此外，开发者可以任意改变这个模块spi
‑
flash里的音频文件，使用非常便捷。同时，该模块中采用一款adsp用于音频解码，使得输出音频音质得以保证。该模块集成度高、尺寸小，满足该装置的设计需求。
66.无线通信子系统：该子系统由atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块构成，用于将所测得的称重数据发送至服务器。设备端与云服务器之间通信的网络传输协议为tcp，客户端与云服务器之间通信的网络传输协议为http。将atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块连接无线wi
‑
fi网络，将所需要的数据经由串口发送到atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块，再由此模块将数据发送至云
服务器。atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块具有性能高、体积小、数据传输可靠的优点，而且其输入的电压范围较宽，抗干扰能力较强，满足该装置的设计需求。
67.2.3装置软件总体设计
68.如图4所示，该装置的软件设计按不同平台可以大致分为三大部分，第一部分为装置设备端软件设计，主要完成对装置硬件各子系统的控制作用，按其设备端硬件系统的各个子系统可以分为初始化配置子程序、显示控制器子程序、消毒子程序、称重子程序、无线通信子程序五个部分；第二部分为云服务器端软件设计，主要完成对设备端上传的数据进行存储、读取等操作，该部分软件设计又可以分为tcp服务程序、数据库操作程序以及http服务程序三个部分；第三部分为客户端软件设计，主要完成对云服务器的数据库中存储的数据进行读取、清空操作，客户端采用的是微信小程序平台，故该部分的软件设计可以分为微信小程序的页面设计以及微信小程序后台程序设计两大部分。
69.2.3.1装置设备端软件总体设计
70.如图5所示，装置接通电源后，首先会对各个子系统与单片机连接的模块、usart串口、输出的外设端口、通用定时器等进行初始化配置。初始化配置完成后，程序将进入主循环，等待接收显示控制器向usart串口一发送的操作指令。根据接收到的显示控制器指令，单片机会调用相应子系统的程序控制子系统执行相应操作。
71.2.3.2云服务器端软件总体设计
72.如图6所示，该装置所用的云服务器是由腾讯云提供的云服务器，并在这个云服务器上搭建了nginx服务器作为web服务器。nginx服务器是一种高性能的web和反向代理服务器,其具有的高并发、轻量级的特点使之满足本系统的设计需求。同时，在web服务器上搭建了tcp软件服务器、http软件服务器以及redis数据库。redis是一个开源的数据结构服务器，本发明使用redis数据库作为存放称重数据和上传时间数据的存储空间。设备端通过atk
‑
esp8266模块与云服务器端的tcp软件服务器建立tcp通信，tcp软件服务器用于接收设备端上传的称重数据，并将上传的数据存储于redis数据库中。云服务器端的http软件服务器与客户端之间由http通信，客户端通过http软件服务器读取redis数据库中存储的称重数据和时间数据，并通过发送操作指令实现清空已存储数据的操作。
73.2.3.3客户端软件总体设计
74.该装置的客户端展示是基于微信公众平台，利用微信小程序作为前端展示界面。该系统通过微信开发者工具软件完成小程序的开发，能够简单实现获取云服务端数据库的数据和清除所有云服务端数据库数据的功能。
75.微信小程序的软件架构主要由view模块与service模块构成，view模块负责前台展示，service模块负责后台逻辑，两个模块之间通过jsbridage通信。view模块相当于前台页面，当用户在页面上进行操作时，view模块会通知service模块，通过service模块进行分析处理，service模块可向云服务端http软件服务器接口发送数据请求，并把接收的数据发送至view模块更新显示。
76.3装置硬件设计
77.3.1装置硬件总体设计
78.该装置的硬件系统主要由以下六个部分组成：中央处理器、显示控制器、消毒子系统、称重子系统、语音提示子系统、无线通信子系统。
79.3.2中央处理器
80.本发明采用的是单片机stm32f103c8t6芯片作为系统的中央处理器，该芯片具有较多的外设资源，且具有体积小、性能高等优点，能够满足本系统的设计需求。该芯片含有三个usart接口，使这三个接口分别与hmi电容串口触摸屏、atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块以及jq8900
‑
16p语音模块相连，就能建立单片机与这些模块之间的通信，完成数据的接收和发送，实现对这三部分电路的控制。通过hx711模块的pd_sck与dout管脚与单片机pb.0与pb.1相连，实现hx711模块与中央处理器的通讯。此外，使单片机stm32f103c8t6芯片的pb.5口与继电器模组的信号触发端相连，控制继电器模组的触发状态，从而实现对uvc3535深紫外线led灯珠电路的控制。
81.3.3显示控制器
82.本发明使用的显示控制器采用的是陶晶池2.4寸的tjc3224k024_011型hmi电容串口触摸屏，用户对硬件系统的操作在该显示控制器上完成。该型号hmi屏具有电容触摸功能，能够识别用户在屏幕界面的触摸操作。此外，该型号hmi屏支持屏幕界面编辑，使用者可自定义屏幕ui，增强人机交互体验。该显示控制器与单片机stm32f103c8t6芯片之间由串口连接，hmi电容串口触摸屏的串口与单片机串口二相连完成通信。
83.当用户按下触摸屏上的触摸按钮，hmi屏就会通过串口向单片机发送相应键值，单片机通过串口接收识别这些键值以执行相应的控制操作。此外，与单片机相连接的各个子系统返回到单片机的数据也将由单片机串口发送至hmi串口屏，并在hmi串口屏显示界面相应位置显示。
84.3.4消毒子系统
85.该子系统由8个uvc3535深紫外线led灯珠、继电器模组以及独立电源电路组成，通过单片机控制实现消毒功能。独立电源电路为8个并联的uvc3535深紫外线led灯珠提供12v电压及1a电流，以保证灯珠电路正常使用。
86.并联的灯珠电路的负极与独立电源的负极相连，并联的灯珠电路正极与继电器模组的no常开端相连，独立电源的正极与继电器模组的com公共端相连。继电器模组由低电平触发，此时灯珠电路得电开始工作，；若继电器模组未触发，则灯珠电路失电停止工作。
87.继电器模组信号触发端与单片机stm32f103c8t6芯片的pb.5输出端口相连，pb.5输出端口电平的高低由单片机直接控制，从而使得单片机能够间接控制uvc3535深紫外线led灯珠电路的工作状态。消毒的时间可由单片机内部自带的定时器控制，定时器开始计时则开启消毒，计时结束则停止消毒。
88.3.5称重子系统
89.该子系统由hx711模块与5kg压力传感器组成，实现用奶量称重功能。5kg压力传感器是一种电阻应变式传感器，这一类型的传感器主要是由弹性体、电阻应变片以及补偿电路组成。当压力传感器上放置物体时，物体的重力通过弹性体转换为形变，再由电阻应变片转变成电阻的变化，最后通过补偿电路转换为电信号的变化输出。
90.如图7所示，中e 、e
‑
为传感器的供电电压，a 、a
‑
为传感器的输出电压。本发明采用的电压传感器的灵敏度s为1.0mv/v，满量程时的输出电压v的计算公式：v＝(e
‑
e
‑
)*s；
91.而对于hx711模块来说，该模块内部除了一块hx711芯片，还集成了时钟振荡电路、稳压电路等外围电路，极大保证了该模块的ad转换精度。
92.本系统的5kg压力传感器供电电压由hx711部分电路提供，由该电路可得供电电压的计算公式：v
avdd
＝v
bg
(r1 r2)/r293.hx711模块中的基准电压v
bg
的值为1.25v，r1为20kω，r2为8.2kω，带入可计算出供电电压为4.3v，从而可得满量程的输出电压为4.3mv。该子系统使用的ad转换器hx711芯片a通道可进行128倍的信号增益，当放上5kg物体就会产生4.3mv的电压，4.3mv的电压经由hx711模块a通道放大128倍，然后处理为24位的转换数据，最后由单片机stm32f103c8t6芯片按一定时钟序列读取转换。
94.3.6语音提示子系统
95.该子系统由jq8900
‑
16p语音模块与8ω1w直径5cm的扬声器组成，用于实现语音提示功能。jq8900
‑
16p语音模块内部集成了一块jq8900芯片作为mp3主控制器，模块自身集成一块tf卡的卡槽，用户可将所需的音频文件存入tf卡中，再由此模块操作读取指定目录下的音频文件。该模块支持播放、切换曲目、暂停等常用的控制操作，并可以通过向该模块串口发送相应指令实现相应的操作。当模块进行语音播放时，模块内部的busy信号输出高电平会使得模块指示灯亮起；播报结束时，busy信号输出低电平，模块指示灯关闭。
96.扬声器与语音模块相接，并受语音模块控制。jq8900
‑
16p语音模块与单片机之间由usart串口三通信，当用户执行的称重、消毒、上传数据等操作完成后，单片机会向该模块发送相应指令，使其驱动扬声器播放相应提示音频。
97.3.7无线通信子系统
98.该子系统由atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块构成，实现设备端与云服务器的通信。atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块具有station模式、softap模式以及soft station模式三种wi
‑
fi模式，本发明中该模块设置为station模式。连接设备前，将atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块的wi
‑
fi模式和所要连接的ap设置完成并写入该模块的flash中。当系统上电后，atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块会自动连接上事先设置的ap。atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块与云服务器之间由tcp建立通信，而atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块与单片机之间由串口连接。单片机将所要发送的有效数据的json格式通过串口二发送至atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块，再由该模块发送至云服务器的代理服务器的指定ip和端口，完成数据的上传。
99.4装置设备端软件设计
100.4.1初始化配置子程序
101.如图8所示，该装置接通电源后，会对整个装置的硬件系统进行初始化配置，这些初始化配置主要包括：usart串口初始化配置、显示控制器初始化配置、消毒子系统初始化配置、称重子系统初始化配置。
102.4.1.1usart串口初始化配置
103.stm32f103c8t6单片机芯片具有三个usart串口，该配置主要是对各个串口的外设端口、波特率和中断进行初始化配置。对于usart串口一，本发明将其用于与显示控制器hmi串口触摸屏进行通信，通信的波特率为9600，串口中断的优先级最高；对于usart串口二，本发明将其用于与无线通信子系统中的atk
‑
esp8266无线wi
‑
fi模块进行通信，通信的波特率为115200，串口中断的优先级次于串口一；对于usart串口三，本发明将其用于与语音提示子系统jq8900
‑
16p语音模块进行通信，通信的波特率为9600，串口中断的优先级最低；
104.4.1.2显示控制器初始化配置
105.显示控制器的初始化配置主要是对hmi电容串口触摸屏的进行复位操作，主要通过单片机usart串口一向显示控制器发送相应指令，将hmi电容串口触摸屏上的重量数据清零，并把自动称重功能触摸按钮、自动上传数据功能触摸按钮、消毒功能触摸按钮、消毒指示信号以及称重功能按钮的状态复位。
106.4.1.3消毒子系统初始化配置
107.消毒子系统的初始化配置主要是对继电器模组的信号触发端与单片机连接的外设端口进行初始化配置，以及对单片机的定时器的定时时间、中断等进行初始化配置。
108.继电器模组为低电平触发，故继电器模组的信号触发端与单片机连接的外设端口pb.5应初始化为高电平输出。
109.定时器选择的是通用定时器3，采用向上计数模式从0开始计数。当计数到自动重装值时，溢出产生中断。通过对arr寄存器和psc寄存器赋值，实现1s自动重装计时。
110.4.1.4称重子系统初始化配置
111.称重子系统的初始化配置主要是对hx711模块的dout和pd_sck管脚与单片机连接的外设端口进行初始化配置，并重置初始重量。重置初始重量是通过在系统上电时获取此时的重量作为初始压力传感器重量，并置为0g。当下次测量时，两次测量的差值则为测量的实际重量。
112.4.2显示控制器子程序
113.本显示控制器子程序主要分为两个部分：一为hmi电容串口触摸屏上的显示控制程序，二为stm32f103c8t6单片机上的显示控制程序。
114.4.2.1 hmi电容串口触摸屏上的显示控制程序
115.本系统的hmi电容串口触摸屏的ui界面是通过界面开发软件usart hmi可视化编辑的，充分利用页面控件功能使其操作更加简单，增强人机交互体验。ui界面只有主界面一个界面，主界面上有文本控件、按钮和双向按钮控件、数字控件等多个控件。
116.n0为数字控件，单片机可发送赋值指令使得该控件的数值发生改变；b0、b1、b2、b3为按钮控件，用户按下后会向单片机发送相应的键值信号，单片机通过识别这些信号执行相应操作；bt0、bt1、bt2、bt3、bt4为自动称重双向按钮控件，当用户触控后，无论双向按钮处于按下或是弹起状态都会向单片机发送相应的键值作为信号，单片机通过识别这些信号执行相应操作；t0、t1、t2为文本控件，用于显示提示信息。hmi电容串口触摸屏上按钮及双向按钮功能表如表4
‑
1所示。
117.表4
‑
1 hmi电容串口触摸屏上按钮及双向按钮功能表
[0118][0119]
4.2.2 stm32f103c8t6单片机上的显示控制程序
[0120]
如图9所示，stm32f103c8t6单片机上的显示控制程序主要用于响应hmi电容串口触摸屏上的触控操作。当用户触控hmi电容串口触摸屏上的按钮时，hmi电容串口触摸屏就会向单片机发送相应的键值作为控制信号，单片机通过这些控制信号识别用户要执行的操作，以调用相应的程序实现该操作。
[0121]
4.3消毒子程序
[0122]
如图10和图11所示，消毒子程序主要是根据stm32f103c8t6单片机定时器定时使能与继电器模组信号触发端相连外设，以达到控制消毒功能开启或关闭的效果。该装置以单片机通用定时器3作为产生1s定时的定时器，每次溢出进入中断后，计数值变量time加一。本程序通过使能输出外设为低电平使继电器模组触发开启消毒功能，同时通用定时器3开始工作。当达到计数上限变量time_h后，计数值变量time清0并关闭定时器，然后使能输出外设为高电平关闭消毒功能。
[0123]
4.4称重子程序
[0124]
4.4.1 hx711模块转换数据原理及读取程序
[0125]
hx711模块是一个24位ad转换器，能够将输入至a通道或b通道的模拟电压经过增益转换成24位数据，单片机通过特定时序就能读取转换这些数据。hx711模块的转换通道和增益由pd_sck脉冲数控制，不同pd_sck脉冲数选择的转换通道及增益倍数如表4
‑
2。
[0126]
表4
‑
2不同pd_sck脉冲数选择的转换通道及增益
[0127]
pd_sck脉冲数输入通道增益25a12826b32
27a64
[0128]
本发明ad转换过程中使用的是a通道128倍增益，应向hx711模块发送25个pd_sck脉冲。前24个pd_sck脉冲用于获取当前称重转换数据，最后一个用于确定下一次转换的通道和增益。
[0129]
4.4.2称重子程序
[0130]
本发明测量重量数据的思路是先在压力传感器上放置空奶瓶，然后测量转换此时的重量数据作为初始毛皮重量的ad转换值，然后将已装完奶水的奶瓶放在压力传感器上获得第二次重量的ad转换值，两值相减便获得奶水实际重量的ad转换值，最后把ad转换值换算为实际重量数据。
[0131]
4.5无线通信子程序
[0132]
本发明所用的atk
‑
esp8266模块是用at指令进行操作，单片机通过usart串口二向atk
‑
esp8266模块发送at指令实现上传数据功能。由于本发明只向云服务器上传每次称重数据，故每次上传数据的过程只通过usart串口二向atk
‑
esp8266模块发送3条at指令，发送的at指令及功能如表4
‑
3所示。
[0133]
表4
‑
3上传数据发送的at指令及功能
[0134][0135]
5云服务器端及客户端软件设计
[0136]
5.1云服务器端软件设计
[0137]
5.1.1 tcp服务程序
[0138]
tcp服务程序主要用于处理设备端发送到tcp软件服务器的称重数据。当设备端向tcp软件服务器发送数据时，就会响应tcp服务程序。首先，将得到的json格式的称重数据解析，并转换为十进制字符串形式。其次，获取发送该数据的时间，时间格式为“年
‑
月
‑
日时：分：秒”格式。最后，将时间数据和称重数据以json的格式添加到redis数据库中。
[0139]
5.1.2数据库操作程序
[0140]
数据库操作程序主要是用于对redis数据库的控制，本系统对于redis数据库的操作主要分为存储数据、读取全部数据以及清空全部数据三种操作。操作的数据以json格式的字符串形式存储于redis数据库的“mylist”列表中，通过redis列表命令作用于此列表就能完成所需的操作。三种数据库操作对应的redis列表命令如表5
‑
1所示。
[0141]
表5
‑
1三种数据库操作对应的redis列表命令
[0142][0143][0144]
5.1.3 http服务程序
[0145]
http服务程序主要用于为客户端的数据操作请求提供url接口。本系统采用koa web服务的路由中间件koa
‑
router为客户端匹配对应操作的url，使用koa
‑
router路由中间件post请求方式将数据通过request body传递。客户端对于数据库的操作主要有获取全部存储数据和清空所有数据两种操作，当客户端发送获取全部存储数据的post请求时，http服务程序就会调用读取全部数据的数据库操作程序，并将数据发送至客户端处理；当客户端发送清空数据的post请求时，http服务程序就会调用清空全部数据的数据库操作程序。
[0146]
5.2客户端软件设计
[0147]
5.2.1微信小程序页面设计
[0148]
本系统的微信小程序共设置了两个页面，第一个页面作为主页面，用于用户操作以及数据显示。主页面上共设置了三个按钮，分别为获取数据按钮、显示/隐藏数据按钮、清除后台数据按钮。当用户点击获取数据按钮，微信小程序将获取云服务器端redis数据库中存储的数据；当用户点击显示/隐藏数据按钮，微信小程序所获得的数据将在主页面显示，再次点击将执行数据隐藏操作；当用户点击清除后台数据按钮，微信小程序将发送请求以清空云服务器端redis数据库中存储的数据。第二个页面为多功能奶瓶称重消毒装置的介绍页面，用于向用户简单介绍该装置。
[0149]
5.2.2微信小程序后台程序
[0150]
微信小程序后台程序存在于service逻辑层中，主要是用于连接云服务器端的http软件服务器以及对view视图层的控制操作响应。本发明中微信小程序利用wx.request()向云服务端的http软件服务器的url发送post请求，http软件服务器根据发送的post请求响应http服务程序。微信小程序后台程序主要分为获取数据和清除数据两部分，主页面点击相应按钮触发相应部分程序。
[0151]
传统的奶瓶消毒装置功能单一，只具有传统的消毒功能，不能满足用户更多的要求。为了克服传统奶瓶消毒装置的不足，本文设计了一种多功能奶瓶称重消毒装置。该装置实现如下功能：
[0152]
实现对每次用奶量的测量功能；
[0153]
实现对使用后奶瓶的消毒功能；
[0154]
实现将测量数据在设备端显示功能；
[0155]
实现用户操作完成后的语音提示播报功能；
[0156]
实现将测量数据上传至云服务器端功能；
[0157]
实现客户端的微信小程序对上传的测量数据实时读取功能。
[0158]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理
解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。