【单片机毕设案例分享】基于 STM32 单片机的自动加热饮水监测系统设计与实现基于 STM32 的按键配置式智能水杯控制系统设计（011806）-编程实验室

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文章目录

20 个相关毕业设计备选题目
项目研究背景
摘要
总体方案
核心功能
- - 基础功能
  - 核心功能
  - 辅助功能
技术路线
项目演示
关于我们
- 项目案例
源码获取

20 个相关毕业设计备选题目

基于 STM32 的智能水杯监测与远程控制系统设计
基于 STM32 的水温水位检测及定时提醒装置设计
基于 STM32 单片机的 WiFi 智能饮水监测系统设计
基于 STM32 的红外感应饮水提醒与加热控制系统设计
基于 STM32 与 ESP‑01S 的水杯状态监测 APP 平台设计
基于 STM32 的多传感器智能饮水管理装置设计与实现
基于 STM32 的定时灯光提醒饮水控制系统设计
基于 STM32 单片机的水温水位采集与远程监控系统设计
基于 STM32 的阈值可控智能水杯硬件系统设计
基于 STM32 的物联网饮水状态监测与控制装置设计
基于 STM32 的 ESP‑01S WiFi 水杯数据采集 APP 设计
基于 STM32 的红外触发饮水提醒智能装置设计
基于 STM32 单片机的自动加热饮水监测系统设计与实现
基于 STM32 的按键配置式智能水杯控制系统设计
基于 STM32 的定时计时与 WiFi 远程水杯控制系统设计
基于 STM32 的多 LED 水位状态指示智能饮水设备设计
基于 STM32 单片机的饮水参数采集与移动端控制系统设计
基于 STM32 的阈值调节加热及定时提醒系统设计
基于 STM32 的物联网智能水杯感知与控制终端设计
基于 STM32 的 OLED 显示 WiFi 智能饮水提醒系统设计

项目研究背景

随着物联网技术不断向日常生活消费电子领域渗透，面向个人健康饮水的智能硬件设备得到广泛关注，传统水杯仅具备盛装水体的基础功能，缺少水温、水位状态感知，无法实现饮水定时提醒、自动控温等智能化能力。市面上部分饮水智能设备多存在配置操作复杂，本地参数调节手段单一，缺少移动端远程管控能力，状态反馈形式简单，定时提醒无法结合人体触碰行为做逻辑联动等现实痛点，难以满足用户个性化饮水管理需求。传统硬件方案大多传感器数据采集维度较少，阈值设置固定，不能根据实际使用场景灵活修改参数。依托 STM32 单片机强大的数据处理能力，结合 DS18B20、水位传感器、红外感应模块以及 ESP‑01S 无线通信模块，搭建本地硬件感知控制终端，搭配手机 APP 实现数据远程查看与参数下发，完成水温水位监测、自动加热、定时饮水提醒、红外感应停止提醒等功能。该课题面向日常居家办公的饮水健康场景，对实现饮水状态智能化感知与管控，具备实际应用价值，因此开展本课题的研究与设计。

摘要

本文设计一套基于 STM32 单片机的智能水杯监测与远程控制系统，系统以 STM32F103C8T6 作为主控单元，借助 DS18B20 水温传感器、水位传感器完成水体参数采集，通过 OLED 液晶完成本地数据显示。系统支持按键完成模式切换、阈值修改与定时时间配置，能够根据采集的水温控制继电器驱动加热模块，依据水位数值驱动不同 LED 指示灯完成水位等级提示。定时模式下实现饮水提醒，红外感应检测到触碰动作后终止提醒并重启计时，同时集成 ESP‑01S WiFi 模块，对接手机 APP 实现远程数据查看、阈值配置与定时管控。测试结果表明，系统能够稳定完成水温水位采集、自动加热、定时提醒、红外联动、WiFi 远程控制等业务，整体方案成本适中，功能完整，可应用于日常个人饮水健康监测场景。

总体方案

STM32F103C8T6 单片机：作为整个装置的主控核心硬件，负责接收各个传感器采集信号、处理按键输入逻辑，完成继电器、LED 灯光的输出控制，与 ESP‑01S 模块进行串口数据交互。选型理由为该款单片机外设资源丰富，IO 口数量充足，具备串口通信能力，开发资料丰富，适合本科物联网硬件开发，是本装置的数据运算与逻辑调度核心。
DS18B20 水温传感器：硬件外设，用于实时采集水杯内部水体温度数值，将温度物理量转换为数字信号传输至主控单片机。选型理由为数字型温度传感器，接线简单，测温稳定，满足水杯水温检测精度需求，适用于本项目温度采集场景。
Water Sensor 水位传感器：硬件外设，采集水杯内水位高度，输出模拟电平信号交由单片机完成 AD 转换，换算得到水位等级。选型理由模块成熟，成本较低，能够区分多档水位区间，适配本系统多档位 LED 水位提示的业务需求。
OLED 液晶显示屏：本地显示外设，完成水温、水位、定时参数等实时信息的本地可视化展示。选型理由功耗低，显示清晰，驱动程序开源完善，适合单片机本地状态显示场景。
ESP‑01S WiFi 模块：无线通信硬件，通过串口与 STM32 单片机通信，建立网络连接，完成单片机与手机 APP 之间双向数据交互，实现远程下发指令、上传感知数据。选型理由体积小巧，串口驱动简单，适合嵌入式设备 WiFi 联网，满足本课题远程控制的需求。
继电器模块：执行硬件，接收单片机电平信号，控制外接加热片通断，模拟水体加热动作。选型理由可实现小信号控制大功率外设，满足自动加热功能的硬件驱动条件。
红外感应模块：感知外设，检测用户触碰水杯的人体触发信号，信号给到单片机完成提醒状态的切换。选型理由触发灵敏，响应速度快，适合人机触碰检测场景。
LED 指示灯组：状态指示硬件，包含 LED1、LED2、LED3，根据水位区间点亮对应指示灯，直观反馈水位等级。选型理由驱动简单，适合硬件状态可视化提示。
独立按键 4 个：人机交互硬件，用于模式切换、阈值增减、定时时间配置、开关启停等本地操作。选型理由单片机项目常用输入外设，实现装置本地参数配置。
开发计算机：软件开发硬件环境，普通配置 PC 电脑，用于单片机程序编写、编译、烧录，以及手机 APP 的调试工作，是整套系统开发调试的基础硬件环境。

核心功能

基础功能

感知数据采集与 OLED 本地显示功能
实现效果：系统上电运行后，主控单片机读取 DS18B20 水温、Water Sensor 水位传感器数据，将水温、水位的实时数据输出在 OLED 屏幕上。操作逻辑为设备上电自动循环采集传感器数据并刷新屏幕。用户场景为使用者直接查看水杯当前水体状态，核心作用实现本地状态可视化，目标为直观展示水杯感知参数。
多档位 LED 水位灯光指示功能
实现效果：水位检测数值 10 以下点亮 LED3，水位 10‑30 区间点亮 LED2，水位 30 以上点亮 LED1。操作逻辑：单片机读取水位 AD 数值，进行区间判断后输出对应 IO 电平驱动 LED。用户场景：不需要查看屏幕即可快速判断水杯水量，核心作用实现水位简易灯光提示，目标实现水位分级可视化反馈。

核心功能

按键模式切换与阈值参数设置功能
实现效果：按键 1 完成自动模式与阈值设置模式切换；阈值设置模式下，按键三执行阈值加，按键四执行阈值减，完成水温加热阈值本地配置。操作逻辑：按键触发外部中断，切换系统工作模式，修改存储的阈值参数。用户场景：用户本地设置水温加热触发条件，核心作用完成本地参数自定义，目标实现设备本地阈值可调。
自动水温加热控制功能
实现效果：系统处于自动模式，采集水温低于用户设定阈值时，单片机控制继电器导通，驱动外接加热片进行加热。操作逻辑：实时比对采集水温与设定阈值，低于阈值触发继电器开启加热。用户场景：维持水杯水体温度，核心作用实现自动恒温加热控制，目标完成低温自动加热逻辑。
定时饮水提醒功能
实现效果：进入定时模式，按键二切换选中的配置项，按键三控制开关启停，设置时间栏内按键三切换时、分、秒配置位，按键四实现时间数值累加，完成定时时间设置；定时时间到达后全部灯光点亮，OLED 屏幕显示请喝水提醒。操作逻辑：单片机内部定时器计时，计时匹配设定时间后触发提醒动作。用户场景：帮助用户定时提醒饮水，核心作用实现定时饮水告警，目标完成饮水定时提醒业务。
红外感应联动提醒终止功能
实现效果：定时提醒触发后，红外模块检测到用户触碰水杯，系统立刻停止提醒，OLED 刷新界面并重新开始计时。操作逻辑：红外检测到触发信号，清除提醒状态，重置计时。用户场景：用户接收到提醒拿起水杯喝水，触碰之后提醒自动结束，核心作用实现人机行为联动，目标完成触碰自动终止提醒。
定时启停暂停控制功能
实现效果：定时开启状态，通过按键三可以对定时任务进行暂停，计时过程暂停。操作逻辑：按键输入修改定时任务运行标志位，暂停计时计数。用户场景：用户临时不需要定时提醒时暂停任务，核心作用实现定时任务可控，目标支持定时任务暂停恢复。

辅助功能

ESP‑01S WiFi 与 APP 远程管控功能
实现效果：ESP‑01S 模块联网，手机 APP 可以远程查看水温水位实时数据；远程下发修改阈值指令；远程控制定时开关；远程配置定时的时分秒参数。操作逻辑：APP 下发网络指令，ESP‑01S 接收后通过串口转发给 STM32 单片机执行；单片机采集数据上传给 APP。用户场景：用户不在硬件设备旁，远程查看水杯状态和修改设备配置，核心作用拓展设备远程管控能力，目标完成物联网移动端远程监控。

技术路线

C 语言：本课题单片机端主要编程语言，用途为完成 STM32 单片机外设驱动编写，实现传感器读取、按键逻辑、继电器控制、OLED 屏幕显示、定时器定时、串口和 ESP‑01S 通信等全部底层业务逻辑，是嵌入式终端程序开发的核心语言。
Keil MDK5 开发工具：STM32 单片机程序开发环境，用途为 C 语言代码编辑、编译，生成 hex 固件，通过下载器将程序烧录至 STM32 主控芯片，完成硬件程序调试，为嵌入式开发主流本科工具。
STM32 HAL 库：单片机底层驱动框架，用途简化 GPIO、定时器、ADC、串口等外设初始化开发工作，减少寄存器底层开发工作量，适配本科学生开发效率。
ESP8266 AT 指令集：WiFi 模块驱动技术，用途通过串口发送 AT 指令完成 ESP‑01S 模块配网、建立 TCP 通信，实现单片机与手机 APP 双向数据收发。
Android Studio：移动端 APP 开发工具，用途开发配套手机 APP 界面，完成网络通信，实现数据展示、阈值设置、定时参数下发，作为远程控制客户端。
串口调试助手：调试辅助工具，用途监控单片机串口输出数据，调试 ESP‑01S 通信报文，排查传感器、WiFi 模块通信故障。
Altium Designer：硬件电路辅助设计软件，用途查阅原理图，完成硬件电路分析，便于理解各个传感器模块接线逻辑。
ST‑Link 下载器驱动：硬件调试配套软件，用途实现 PC 端与 STM32 开发板程序烧录和在线断点调试，定位程序逻辑 bug。
Android 模拟器：APP 调试运行环境，用于电脑端模拟安卓设备，对开发的手机 APP 开展功能测试，无需实体安卓手机也可以进行基础验证。
Microsoft Visio：绘图工具，用于绘制系统硬件整体框图、软件流程图，用于毕业设计文档图表绘制。

项目演示

关于我们

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。