FastBond2阶段二——基于ESP32的恒温杯垫

内容介绍

一、项目介绍

恒温杯垫是一种具有恒温维持功效的智能杯垫，可以自动感应杯子的温度，根据温度变化来保持恒定温度。产品适用于各种场合，例如办公室、家庭、餐厅、咖啡厅等公共场所及个人使用。下面将详细介绍这个项目的市场应用。

二、市场应用介绍

首先，在办公室，很多人经常因为喝咖啡或茶水而走来走去。这种情况下，恒温杯垫可以帮助用户保持饮品的温度稳定，不用担心喝不完的暖水或是被冷却了的咖啡，保持了办公效率。在家庭中，恒温杯垫也可以作为一个常用的餐具，可以帮助家庭成员保持好喝的温暖饮料等食品。

其次，对于餐厅和咖啡厅来说，恒温杯垫可以为他们提供更好的用户体验，增加顾客忠诚度.而且恒温杯垫也能增加这些商家的商品辅助销售，帮助商家提升交易率。

最后，对于个人用户，恒温杯垫也是一个非常实用的小工具。无论是平时上班、在家休息还是旅行，都可以随时使用气温杯垫保持饮品温度恒定，确保饮品的口感更加完美。

恒温杯垫市场应用较为广泛，适用范围也非常广泛，能够满足不同人群的需要。

三、项目思路
随着科技的发展，生活节奏的加快，人们忙于工作，常常忘记喝水，久而久之，人们的身体健康也受到了影响，
本次提出的设计，它可以保持杯子的温度，使用者可以调节杯子的温度，以保持最佳饮用温度。恒温杯垫的工作原理是：当杯子放在恒温杯垫上时，恒温杯垫会检测杯子的温度，并调节其内部的加热元件，使杯子保持在设定的温度。恒温杯垫采用可调节的电路，可以调节加热元件的加热程度，使杯子保持在设定的温度。它可以通过感应器检测杯子是否放置在上面，如果没有放置，保温杯垫会自动关闭加热功能，避免能源的浪费。它主要的特点：
1.使杯子保持在设定的温度，从而维持杯内水的温度。
2.温度显示：恒温杯垫通常会配备液晶屏或LED显示屏，显示当前杯中饮品的温度，让用户随时了解饮品的温度情况。

方案框图
本次方案的框图如下，我们使用的是得捷的Scheme-it来设计框架图 wFaloqMREJm3wAAAABJRU5ErkJggg==

https://www.digikey.cn/schemeit/project/原理图-e32c001871894b03b0e8884538b15a3c

三、元器件介绍
主控芯片：乐鑫ESP32-WROOM
乐鑫ESP32-WROOM-32是一款低功耗、高性能的Wi-Fi和蓝牙双模模组，具有强大的处理能力和丰富的外设接口，适用于物联网和嵌入式应用开发。
以下是ESP32-WROOM-32的主要特点和特性：
1. 处理器性能：搭载了双核Tensilica LX6微处理器，主频高达240MHz，可提供高性能的计算和处理能力。
2. Wi-Fi功能：支持802.11b/g/n标准的Wi-Fi连接，能够实现高速稳定的无线网络连接，用于连接互联网或局域网。
3. 蓝牙功能：支持经典蓝牙（Bluetooth Classic）和低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy），可与其他蓝牙设备进行通信和互联。
4. 内存和存储：具备520KB的静态RAM（SRAM）和4MB的闪存存储器，可用于存储应用程序、数据和文件系统。
5. 外设接口丰富：包括多个通用IO引脚（GPIO）、SPI、I2C、UART、PWM、外部中断等接口，方便连接和控制各种外部设备和传感器。
6. 低功耗设计：采用了多种低功耗技术，包括动态功耗调节、深度睡眠模式等，以减少功耗并延长电池续航时间。
7. 安全性支持：支持Wi-Fi网络的安全功能，包括WPA/WPA2个人和企业级加密，保护数据传输的安全性。
8. 开发生态系统：乐鑫ESP32-WROOM-32热门且广泛使用，拥有庞大的开发社区和丰富的开发资源，有大量的开源库和示例代码可供开发者使用。
乐鑫ESP32-WROOM-32具备高性能、低功耗和丰富的外设接口等特点，适合用于各种物联网和嵌入式应用开发，如智能家居、智能设备、传感器网络、工业控制等领域。
称重传感器：LPS25HBR
1.数字接口：LPS25HBR采用I2C或SPI接口，可以通过这些接口与微控制器或其他数字设备进行通信。
2.压力测量范围：LPS25HBR可以测量正压力范围从260 hPa到1260 hPa，能够满足大气压力测量的需求。
3.高分辨率：传感器具有高分辨率，提供24位的数字输出精度，可实现高精度的压力测量。
4.低功耗：LPS25HBR采用低功耗设计，工作电流仅为2μA，可在电池供电的应用中延长续航时间。
5.温度补偿：传感器内置了温度补偿功能，确保在不同温度下准确测量气压，并提供温度输出。
显示器模块：OLED12864
1.高对比度和鲜明的颜色：OLED技术使得显示效果非常鲜艳，显示内容具有高对比度和广阔的色彩范围，使图像和字体的呈现更加清晰和生动。
2.快速响应时间：OLED显示屏可以非常快速地响应电信号，没有拖影或模糊效果，适合显示动态图形和视频。
3.大视角：OLED12864能够提供较大的视角范围，使得显示内容在不同角度观看时仍然保持清晰可见。
4.节能：OLED显示屏可以直接发光，不需要背光源，因此能够节约电能，特别是在显示黑色时。
5.超薄和轻巧：由于OLED12864显示屏的结构较简单，所以它通常比液晶显示(LCD)屏更薄和轻巧。
温敏电阻：PT1000
1.PT1000的电阻值随温度呈线性变化，通常是根据铂电阻的温度系数来确定。PT1000的温度系数非常稳定和可靠，使其成为许多温度测量应用中的首选传感器之一。
2.PT1000通常具有1000欧姆（Ω）的额定电阻值，这意味着在参考温度下（通常为0℃），其电阻值为1000Ω。当温度发生变化时，PT1000的电阻值会相应地发生变化。

四、原理图以及PCB介绍

以下是本次项目使用KiCad绘制的设计框图以及PCB图

如图所示，本次设计主要由乐鑫公司的ESP32为主控芯片，通过控制LM75温度传感器感受水温之后通过ESP32的i2c接口上传数值，在通过OLED12864实时显示水温。

使用Scheme-it设计的原理图导出到KiCad后，有一些地方并不匹配，比如网络标签并不识别，用户自定义的符号引脚未分配等等，因此需要继续更改加以完善。经过完善的原理图如下，与阶段1中并没有什么改动，只是增加了几个切换开关便于调试。

五、成品展示

正在加热

六、程序功能说明

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

// LM75 I2C地址
#define LM75_ADDRESS 0x48

Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1);


//定义继电器引脚：
const int relay=15;

void disout(char *pr,float tem) {
  display.clearDisplay();
  display.display();
  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print(pr);
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(0, 23); // 将文本放置在新的行
  display.println(tem,1);
  display.setTextSize(1.5);
  display.setCursor(50,23);
  display.print("celsius");
  display.display();
}

float LM75() {
  Wire.beginTransmission(LM75_ADDRESS);  // 启动I2C通信并设置目标设备地址
  Wire.write(0x00);  // 向LM75发送控制寄存器地址，用于选择温度寄存器
  Wire.endTransmission();  // 结束I2C通信
  delay(500);
  Wire.requestFrom(LM75_ADDRESS, 2);
  int rawTemp = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 从LM75读取两个字节的温度数据，合并为一个整数
  float temperature = rawTemp / 256.0;  // 将温度数据转换为摄氏度，因为LM75的分辨率是0.25°C，所以除以256

  if (temperature >= 0 && temperature <= 125) {
    return temperature;
  } else {
    // 温度超出范围，你可以在这里处理异常或返回一个特定的值
    return -1.0;  // 作为示例，返回-1.0 表示温度异常
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.clearDisplay();
  display.display();
  pinMode(relay,OUTPUT);
  digitalWrite(relay,LOW);
}

void loop() {
  char *pt="tempature:";
  char *pr="Heating completed!";
  char *pa="Heating.......";
  
volatile float temp=LM75();
if(temp>0&&temp<125){
 disout(pt,temp);
 delay(1000);
 if(temp<40&&temp>0)
 {
  digitalWrite(relay,HIGH);
  disout(pt,temp);
  }
  else if(temp>80)
  {
    digitalWrite(relay,LOW);
    disout(pr,temp);
    }
 }
 else {
  display.clearDisplay();
 display.setCursor(0,0);
  display.setTextSize(2);
  display.print("ERROR!!!!!!!!!!!!!!!!!!");
  display.display();
  delay(1000);
  }
 
  
}

以上就是主要程序的说明，实现的一个简单的判断自动开关的功能。

七、心得体会

本次FastBond2阶段1，我想到设计一个可实现自动加温、温度可调的恒温杯垫，以便随时都可以饮用。杯垫附带有称重的功能，通过杯垫上的重量信息实现自启动，从而达到智能化。