Arduino 供电的水壶

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Arduino IDE

关于这个项目

简介：

喝足够的水对我们的健康非常重要。多喝水可以使皮肤更干净，整体健康状况更好，生产力和大脑功能得到改善，能量水平增加，甚至体重减轻。

在我们忙碌的生活中，真的很难记住要喝足够的水。大多数时候，无论是在家里、办公室还是在路上，我们都会忘记喝足够的水。大约 75% 的美国人一直处于慢性脱水状态。

因此，为了养成健康的饮水习惯，每天跟踪您的饮水量非常重要。

为了跟踪我的饮水量，我使用 Arduino 使我的水瓶变得智能。它可以：

1. 追踪我每天的饮水量

2. 追踪我每周的平均饮水量

3.提醒我喝水

4. 追踪上次摄入时间

5. 一次充电可运行一个月以上。

制作RTC模块

要记录或跟踪取水信息，需要将当前时间和日期信息与累积数据一起存储。实时时钟 (RTC) 芯片（例如 DS1307 和合适的备用电池）可用于提供所需的信息。 RTC芯片（在软件中）的编程过程也非常简单，大多数编程环境都支持。

这是基于流行的 RTC IC DS1307 的紧凑型 RTC 模块的设计，适用于您的日常微控制器项目。 DS1307 串行实时时钟 (RTC) 是一种低功耗、全二进制编码十进制 (BCD) 时钟/日历加上 56 字节的 NV SRAM。地址和数据通过 I2C 双向总线串行传输。 24 小时/12 小时格式时钟/日历提供秒、分、小时、日、日、月和年信息，包括闰年的更正。

让我们根据所附原理图制作实时时钟模块。 DS1307 RTC 需要外部晶振才能正常工作。 IC 的 SCL 和 SDA 引脚需要两个上拉电阻。电阻的值可能在 2k 到 10k 左右。我用了 4.7k。在焊接过程中，我试图使模块尽可能小，因为我的电路空间有限。您可以使用 DS3231 代替 DS1307，并且该 IC 具有内部晶体振荡器。因此，您无需添加任何外部晶体。如果您不喜欢自己制作，也可以购买现成的微型 RTC 模块。由于整个系统将由电池供电，因此我将 RTC 的 VBAT 引脚接地，而不使用纽扣电池。

DS1307 的重要引脚：

• 5V 引脚 ：当此脚为高电平时，ds1307发送数据，为低电平时，运行在备份纽扣电池上。

• 地 ：这是模块的接地引脚。电池的接地和电源都连接在一起。

• SCL ：它是 I2C 时钟引脚 - 与微控制器通信。应与 Arduino SCL 引脚连接。

• SDA ：它是 I2C 数据引脚 - 与微控制器通信。应与 Arduino SDA 引脚连接。

• VBAT ：任何标准 3V 锂电池或其他能源的电池输入。不使用时必须接地。

制作七段显示板

对于这里的显示模块，我使用了一个独立的紧凑型共阴极模块，包含四个 7 段 LED 数字显示器，适合显示带有一些简单字符的数字数据。

显示模块中的每个部分都是多路复用的，这意味着它共享相同的阳极连接点。并且模块中的四位数字中的每一个都有自己的共阴极连接点。这允许单独打开或关闭每个数字。此外，这种多路复用技术将控制显示器所需的大量微控制器引脚变成了 11 或 12 个（而不是 32 个）！

当由 5 V 逻辑引脚供电时，显示器的 LED 段需要限流电阻器。对于 5 V，电阻器的值通常在 330 到 470 欧姆之间。对于锂离子电池操作，它可能是 220 欧姆。而且，建议驱动晶体管为 LED 段提供额外的驱动电流，因为微控制器的每个引脚只能提供或吸收接近 40 mA 的电流。当显示屏的所有（七）段同时打开（数字 8）时，电流需求将超过 40 mA 限制。下图为限流电阻和驱动三极管的基本接线图。

这个 4 位 7 段显示器部分连接四个共阴极 7 段 LED 显示器和四个 2N2222 NPN 晶体管。 1K电阻用于基极限流，220R电阻限制LED显示屏段的工作电流。

在Arduino板中，D10到D17的数字输出用于驱动段（a到g&dp），数字输出D6到D9用于4×7 LED显示屏的数字（D0-D3）。

显示模块增加了按钮开关以访问不同的选项。它还将用于使用外部硬件中断将 Arduino 从睡眠模式唤醒。因此，按钮连接到 Arduino 数字引脚 #2 (INT0)。

连接显示板与 Arduino Mini Pro

根据之前提供的示意图将所有段引脚焊接到 Arduino 迷你引脚。然后将 4 个公共引脚焊接到晶体管的集电极引脚。晶体管的基极连接到 Arduino 引脚。连接显示器后，将按钮开关与 Arduino 数字引脚 2（INT 0）连接。确保将按钮连接到 Arduino 引脚 2，因为我们将使用此按钮实现外部硬件中断以将 Arduino 从睡眠模式唤醒。

连接 RTC 模块和蜂鸣器

现在，将您之前制作的 RTC 模块连接到 Arduino 板。模块的 SDA 引脚必须连接到 Arduino 引脚的 SDA（A4）引脚，模块的 SCL 引脚必须连接到 Arduino 的 SCL（A5）引脚。然后将蜂鸣器连接到Arduino板。

连接：

RTC ------> Arduino Mini Pro

• SDA ------> A4

• SCL ------> A5

• 蜂鸣器------> D3

安装带瓶盖的超声波传感器

如图所示，在瓶盖上打一个洞。将超声波传感器的四根线从孔中取出，将超声波传感器固定在瓶盖中间。传感器必须安装在瓶盖内侧，并置于中心位置。

连接：

超声波传感器------> Arduino Mini Pro

• VCC ------> VCC

• 地线------>地线

• 触发器------> D4

• 回声 ------> D5

上传程序和测试

完成所有连接后，就可以将程序上传到 Arduino 板并测试功能。您将需要几个库才能使程序正常工作。对于按钮接口，您需要添加 OneButton 库。由于设备将使用电池供电，因此功耗是一个重要问题。我为我的 Arduino 草图实现了睡眠模式。看门狗定时器和外部硬件中断用于将 Arduino 从睡眠模式唤醒。 Arduino 读取传感器读数 3 次，取平均值并计算必要信息并显示信息 10 秒，然后进入睡眠模式 1 分钟。它会在按下连接到 INT0（数字引脚 2）的按钮时随时唤醒。因此，如果您想查看有关进水量的信息，请随时按下选项按钮。它会为你醒来。如果不按任何按钮，它将每 1 分钟读取一次。为了实现睡眠模式，我使用了 Arduino 低功耗库。对于从 DS1307 RTC 模块读取时间，我使用了 DS1307RTC 库。因此，为了编译附加程序，将所有库添加到您的环境中。

我这里只简单介绍一下计算算法。有关完整草图，请参阅随附的填充。计算是根据五个传感器读数的平均值完成的，以使其足够准确。每日阅读在 24 小时重置，为新的一天阅读新书做好准备。

平均水摄入量是根据前 7 天每日摄入量的平均值得出的。 2 小时未喝水，每 15 分钟发出两声提示音，喝水后 2 小时内停止。

下载随附的代码并将其上传到您的 Arduino Mini Pro。连接所有模块并通电以测试所有组件是否正常工作。如果显示器显示一些结果，那么恭喜！你已经完成了艰难的事情。

用瓶盖固定 Arduino

使用热胶将 Arduino mini 连接到瓶盖的上侧。请记住，您必须将所有组件固定到瓶盖中。添加足够的胶水，使其紧贴瓶盖。

连接电池和充电器模块

现在，将锂离子电池固定在 Arduino 的顶部。小心使用任何开路引脚将电池短路。然后将充电器模块与盖子连接。保持 USB 端口易于从外侧接触到，以便轻松连接到充电器。

使所有电路防水

在连接所有组件和模块后，是时候让我们的设备完全防水了。这是非常重要的，因为它是水瓶，任何时候都有水滴到电路中并可能损坏电路。为了使其完全防水，在没有 USB 端口的电路的每个外部部分添加足够的胶水。你可以用胶水把盖子改成原来的盖子圆。

请勿将瓶盖浸入水中。

享受它

代码

• Arduino 草图

Arduino SketchArduino

// 使用通过 I2C 和 Wire 连接的 DS1307 RTC 的日期和时间函数 lib#include #include #include #include #include " LowPower.h"#include "OneButton.h"OneButton button(2, true);const byte interruptPin =2;volatile int state =0;const int trigPin =4;const int echoPin =5;int piezoPin =3;const int digit[4] ={9,6,7,8};int digit_value[4];int digit_value1[4];int button_press_count =1;const int segment[8] ={16,10,12,14,15, 17,11,13};const 字节数[10][8] ={{1,1,1,1,1,1,0,0}, //0 {0,1,1,0,0, 0,0,0}, //1 {1,1,0,1,1,0,1,0}, //2 {1,1,1,1,0,0,1,0}, / /3 {0,1,1,0,0,1,1,0}, //4 {1,0,1,1,0,1,1,0}, //5 {1,0,1 ,1,1,1,1,0}, //6 {1,1,1,0,0,0,0,0}, //7 {1,1,1,1,1,1,1 ,0}, //8 {1,1,1,1,0,1,1,0}}; //9const byte d[8] ={0,1,1,1,1,0,1,1};const byte a[8] ={1,1,1,0,1,1,1,1 };常量字节r[8] ={0,0,0,0,1,0,1,1};常量字节t[8] ={0,0,0,1,1,1,1,1 };int 秒、分钟、小时;int water_in_ounch[15];int water_intake_ounch[15];int water_intake_days[7];int water_intake_times =0;int previous_water_amount =0;int total_water_intake_today =0;int average_intake_last_inatke_day =0;int 1;浮动average_water_level =0; //存储多次读数的平均值int water_amount_in_ounce =0; //存储计算出的水量int idle_time =0;int Intake_day =1;int previous_value =0;void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(interruptPin, INPUT_PULLUP); // 把你的设置代码放在这里，运行一次： for(int i=6; i<=17; i++) pinMode(i, OUTPUT); pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); button.attachClick(pressed); button.attachDoubleClick（双击）； button.attachLongPressStart(longPressStart); button.attachDuringLongPress(longPress);}long previous_state =millis();int count =1;int daily_intake =0;intweekly_intake =0;long sleep_time =millis();void loop() { read_time(); button.tick(); // 继续观察按钮：calculation();每日摄入量 =total_water_intake_in_day();每周摄入量 =average_water_intake_last_week(); if(button_press_count ==1){ display_d();显示数量（每日摄入量）； } else if(button_press_count ==2){ display_a(); display_number（weekly_intake）； } else if(button_press_count ==3){ display_r();显示数量（水量in_ounce）； } else if(button_press_count ==4){ display_first_2(hours); display_last_2（分钟）； } if(idle_time>=120){ alert();警报（）; } if((millis() - sleep_time)>=15000){ display_off(); attachInterrupt（digitalPinToInterrupt（interruptPin），空白，下降）； LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF); LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF); LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF); LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF); LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF); LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF); detachInterrupt（digitalPinToInterrupt（interruptPin））； sleep_time =毫秒（）； } }void display_digit(int digit){ for(int i=0; i<8; i++){ digitalWrite(segment[i], number[digit][i]); } }void display_number(int number){ int i=0; while(number>0){ digit_value[2-i] =number%10;数字 =数字/10；我++;数字写入（数字[1]，高）；数字写入（数字[2]，低）；数字写入（数字[3]，低）；显示数字（数字值[0]）；延迟（5）；数字写入（数字[1]，低）；数字写入（数字[2]，高）；数字写入（数字[3]，低）；显示数字（数字值[1]）；延迟（5）；数字写入（数字[1]，低）；数字写入（数字[2]，低）；数字写入（数字[3]，高）；显示数字（数字值[2]）；延迟（5）；数字写入（数字[3]，低）；数字值[0] =0;数字值[1] =0;数字值[2] =0; }void display_first_2(int number){ digitalWrite(digit[2], LOW);数字写入（数字[3]，低）；国际我=0; while(number>0){ digit_value[1-i] =number%10;数字 =数字/10；我++;数字写入（数字[0]，高）；数字写入（数字[1]，低）；显示数字（数字值[0]）；延迟（3）；数字写入（数字[0]，低）；数字写入（数字[1]，高）；显示数字（数字值[1]）；延迟（3）； }void display_last_2(int number){ digitalWrite(digit[0], LOW);数字写入（数字[1]，低）；国际我=0; while(number>0){ digit_value1[1-i] =number%10;数字 =数字/10；我++;数字写入（数字[2]，高）；数字写入（数字[3]，低）； display_digit(digit_value1[0]);延迟（3）；数字写入（数字[2]，低）；数字写入（数字[3]，高）； display_digit(digit_value1[1]);延迟（3）； }void display_d(){ digitalWrite(digit[0], HIGH); for(int i=0; i<8; i++){ digitalWrite(segment[i], d[i]); } 延迟（5）；数字写入（数字[0]，低）； }void display_a(){ digitalWrite(digit[0], HIGH); for(int i=0; i<8; i++){ digitalWrite(segment[i], a[i]); } 延迟（5）；数字写入（数字[0]，低）； } void display_r(){ digitalWrite(digit[0], HIGH); for(int i=0; i<8; i++){ digitalWrite(segment[i], r[i]); } 延迟（5）；数字写入（数字[0]，低）； } void display_t(){ digitalWrite(digit[0], HIGH); for(int i=0; i<8; i++){ digitalWrite(segment[i], t[i]); } 延迟（5）；数字写入（数字[0]，低）； }void display_off(){ digitalWrite(digit[0], LOW);数字写入（数字[1]，低）；数字写入（数字[2]，低）；数字写入（数字[3]，低）； for(int i=0; i<8; i++){ digitalWrite(segment[i], LOW); } 延迟（5）； }void read_time() { tmElements_t tm;如果（RTC.read（tm））{秒=tm.Second;分钟 =tm.Minute;小时 =tm.Hour; } }int distance_in_cm(){ 持续时间长，厘米； // 传感器由 10 或更多微秒的高脉冲触发。 // 预先给出一个短的低脉冲以确保一个干净的高脉冲：digitalWrite(trigPin, LOW);延迟微秒（2）；数字写入（触发引脚，高）；延迟微秒（10）；数字写入（trigPin，低）； // 从传感器读取信号：一个高脉冲，其 // 持续时间是从发送 ping 到接收到物体的回声的时间（以微秒为单位）。持续时间 =脉冲输入（echoPin，高）； // 将时间转换成距离 cm =microsecondsToCentimeters(duration);返回厘米； }long microsecondsToCentimeters(long microseconds) { // 声速为 340 m/s 或每厘米 29 微秒。 // ping 传出和返回，因此要找到 // 对象的距离，我们取走行距离的一半。返回微秒/29/2； }void alert(){tone(piezoPin, 2000, 50);音调(piezoPin, 2000, 200); //延迟（10）； }void blank() { //tone(piezoPin, 2000, 100); //state++;}// 当 button1 被按下 1 次时将调用这个函数（并且没有 2. 按钮按下之后）。void press() { //Serial.println("Button 1 click."); button_press_count++;警报（）; if(button_press_count ==5){ button_press_count =1; }} // 点击// 当 button1 在短时间内被按下 2 次时将调用此函数。void doubleclick() { Serial.println("Button 1 doubleclick.");} // doubleclick// 此函数将void longPressStart() { Serial.println("Button 1 longPress start");} // longPressStart// 这个函数会经常被调用，当button1被按下时很长一段时间.void longPress() { Serial.println("Button 1 longPress..."); water_intake_ounch[water_intake_times - 1] =0; //忽略最后一个值} // longPressvoid calculate(){ float water_level =0;// 每一步都存储级别 int read_value =0; //以厘米为单位读取传感器读数 for(int i=0; i<5; i++){ //取五个读数 read_value =distance_in_cm(); if(read_value>16 || read_value<3){// 读数不稳定返回； //返回调用函数，因为读取不稳定 } else if(read_value<=16 &&read_value>=3){//有效值 water_level =water_level + read_value; } 延迟（10）； } average_water_level =17 - water_level/5; //从五个读数中求平均值，17 =botole height water_amount_in_ounce =int(average_water_level*1.87);//16 cm 水位 =30 ounch if(water_intake_times==0){ previous_water_amount =water_amount_in_ounce; water_intake_times =1; } if((water_amount_in_ounce  previous_water_amount){ //重新加水 //这里重新加水 previous_water_amount =water_amount_in_ounce; } else if(water_amount_in_ounce ==previous_water_amount){ //没有水消耗或重新填充 idle_time+=1; } if(hours==23 &&minutes==59){ // 一天结束，新一天的所有值从零开始 for(int i=0; i<15; i++){ water_intake_ounch[i] =0; } water_intake_times =0;摄入_天++； if(intake_day==8){intake_day =1; } }}int total_water_intake_in_day(){//计算一天的总饮水量 total_water_intake_today =0; for(int i=0; i 

示意图