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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

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，早餐前喝一杯温水有利于补充夜晚身体代谢失去的水分，刺激胃肠的蠕动防止便秘，稀释血液，降低血液稠度，促进血液循环，防止心脏血管疾病的发生，还能让人的大脑迅速恢复清醒状态。然而，早上洗漱完毕后再烧水，要等待的时间过长，使得早餐前喝水变得十分麻烦。人们洗漱的时间大概在5分钟左右，这足够烧开一壶水，因此在刷牙时，电热水壶自动烧水能节约人们的时间，方便人们早上喝水的需求。

目前除了写字楼以及个别家庭在使用饮水机外，大部分家庭都是使用电热水壶烧水，但在早上尤其是工作日，时间紧凑，若是等到用户想喝水时再烧水，需要等待一段时间，并不方便。而刷牙作为人们起床的重要标志，通过感应用户正在刷牙，使电热水壶自动烧水，洗漱的时间足够烧开一壶水，这样能最大化利用时间且不会遗忘。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，以此来方便人们早晨喝水的需求。

zigbee是一种廉价、低功耗、高可靠、易组网、易维护的短距离无线通信技术^[1]，最初预计的应用领域主要包括家庭自动控制和工业自动化领域，目前来看，zigbee技术适应智能家居、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，协调器主要负责无线网络的创建和维护；路由器作为无线网络的中继设备，用于扩展整个网络；终端节点主要负责无线网络数据的采集工作。本设计采用点对点的网络拓扑结构，在用户启动电动牙刷时，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，电热水壶上的zigbee协调器接收无线信号并烧水。

2. 研究的基本内容

本设计将利用cc2530 zigbee模块、传感器模块、继电器模块以及语音模块实现一种无线控制烧水的智能牙刷系统。

当用户打开智能牙刷开关使用牙刷时，安装在牙刷上的zigbee终端节点发出烧水命令，安装在电热水壶上的zigbee协调器节点接收智能牙刷发出的无线信号之后，电热水壶底座上的压力传感器采集压力信息并传回给单片机，若达到设定阈值则继电器通路，电热水壶烧水，否则便将信息发送给智能牙刷终端，在智能牙刷终端接收到信息后会通过语音模块发出声音提醒用户。同时，电热水壶模块设置了定时器，使得它只在规定时间内接收烧水信号，避免用户在晚上刷牙时电热水壶误烧水。最后牙刷内部有湿度传感器，当湿度超标便会亮灯警报，提醒用户晾晒，以免电子器件损坏。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本设计的无线控制烧水系统包括了单片机及zigbee通信模块、传感器模块、语音模块、继电器模块、定时模块以及电源模块等，系统原理框图如下图所示。

4. 参考文献

[1] 姜仲,刘丹,zigbee技术与实训教程:基于cc2530的无线传感网技术[m],北京:清华大学出版社,2014.

[2] 原羿,苏鸿根.基于zigbee技术的无线网络应用研究[j].计算机应用与软件,2004,06:89-91.

[3] 倪天龙.单总线传感器dht11在温湿度测控中的应用[j].单片机与嵌入式系统的应用，2010，6：60-62.