湖南应用技术学院 王双源 张莉

新型技术的发展，人们生活质量的提高，越来越多的人开始注意养生这一话题，如在生活中随身携带着保温杯虽然具有保温的功能，但仍然会因为快速的生活节奏而忘记喝水，导致错过了喝热水的最佳时间。本文以保温杯主体设计展开研究，分析传统保温杯在当前市场存在的缺陷，对其进行创新和改进，并采用现代新型的传感技术与无线传输蓝牙技术研究一种带温度显示与远程语音提示的保温杯。旨在让使用者感受到科技给生活带来的便利，让更多的人群喜爱和使用保温杯，改善他们的生活习惯。这种新型的保温杯可以通过手机蓝牙进行连接，利用手机软件设置指定温度，当水温发生变化时手机就会发出语音提示播报。

保温杯，顾名思义，它是一种可以保温的杯子。最早于1892年，由牛津大学苏格兰人詹姆斯·杜瓦尔爵士发明了真空保温瓶。他把装水的瓶子放进更大的瓶子中，并从它们之间的空隙里抽出空气。由于真空不传热，保温杯内的热水或冷水能够长期保持原有温度。20世纪50年代，保温杯变得非常火爆，其销量更是达到了顶峰。在这段时间里，人们在参加家庭野餐、海边旅行和露营等活动时都会携带保温杯。它是一个由双层陶瓷或不锈钢和真空层组成的容器，在杯子的顶部通过活塞进行密封，可以隔绝外界空气。真空保温层可延缓水等液体内部的散热，从而达到保温目的。热水瓶是由热固性塑料制成的，保温杯的原理与热水瓶杯相同，只是人们为了携带方便把保温瓶做成杯子。

随着科技的发展以及思想的解放，保温杯的风格也在不断发生变化。市面上出现了很多不同种类的保温杯，每种保温杯针对的人群也不一样。比如孩子们喜欢的卡通形状的保温杯、青少年喜欢显示温度的电子屏幕保温杯、中老年人喜欢的传统热水杯，而更多的年轻人喜欢的是具有高科技的新奇产品。为顺应时代的发展，改良传统的保温杯，使保温杯的功能不再单一化，使其具有功能完善、智能化等特性。新型保温杯不仅能适用于各类用户群体，更能吸引喜欢新潮的学生和社会青年。

1 分析市场及产品现状

我国现有不锈钢保温杯生产企业主要集中在浙江的永康、武义和广东的潮安、揭阳、新会等地。目前，中国已成为全球最大的不锈钢保温杯生产和出口大国，并成为全球最大的不锈钢保温杯消费国。

由于市场需求的变化，保温杯的保健功能也在发生着变化，特别是具有保健作用的保温杯，这也意味着这个新的消费市场将有更大的发展空间。当然，对于生产保温杯的企业而言，在做好大众化市场的同时，还应关注并挖掘到小众市场的需求或潜在需求，这或许是拓展新一轮保温杯产品营销增长的关键。如居家群体性的保温杯，和养生健康理念的保温杯，则是一类功能应用的表现。

从人均保有量水平来看，近几年发达国家和地区的保温杯的人均拥有量达到了0.37～0.65只，而我国保温杯人均保有量仅为0.12只，随着人均收入水平的提升和城镇化的不断推进，国内保温杯市场未来增长空间巨大。

国内保温杯产品主要分高、中、低端三个层次。高端产品主要被国际知名品牌产品占据，国内生产企业尚未与国际知名品牌商形成直接的竞争；中端产品主要被国内领先品牌所主导且主要分布在经济发达的城市和地区；低端产品主要由小规模企业生产，并分布在欠发达地区。

（1）高端产品：面向国内高端消费群体，价格普遍较高，消费量较小，市场多为国际知名品牌如“膳魔师”“虎牌”“象印”等品牌产品所占据，国外品牌在国内市场的销售量的占比较低，基本维持在3%左右，国内生产企业与上述国际知名品牌商尚未形成直接的竞争关系。

（2）中端产品：性价比较高，市场主要由哈尔斯、翔龙、雄泰、思宝等国内领先品牌所主导，排名前五保温杯制造商市场占有率合计为20%多，主要分布于经济发达城市和地区。市场竞争主要体现在产品质量、功能、款式以及销售渠道、成本控制等方面。通过提高产品质量、提升产品设计水平、拓展产品功能、加强营销网络建设、提升产品附加值等方式实现了产品内销规模的迅速扩大。

（3）低端产品：通常由业内小规模企业生产，消费市场多分布于经济欠发达地区的中小城市及农村地区。这类企业受资金和技术所限，产品品种单一，品质较低，缺少品牌影响力和研发设计能力，价格较低，难以进入中端市场。低端市场竞争激烈，多表现为价格竞争。

国内市场的普通传统保温杯还是占有很大的市场。其外形简单，也坚固耐用，成为了许多人的必备品，而市场上许多改进的保温杯，大多数是从外观、材质、颜色上改变，与传统的保温杯的效果并无差异。随后市场上也出现了带有温度显示的保温杯，部分喜欢潮流的年轻人大多愿意选择，而使用保温杯的中老年人对产品这一创新的选择意向似乎不大。对于他们而言，保温杯的效果主要是用来保温的，知道温度，似乎并不影响保温杯的使用，其价格也比传统的保温杯高出许多。而市场上至今也没有出现具有语音提示且温度显示的保温杯，它在当前时代具备足够的技术条件和一定的市场空间，却在市场上仍是一片空白。发展的潜力巨大，能够吸引喜欢大多数的青年人。

2 主要设计思路

基于无线传感技术与蓝牙远程语音提示保温杯首先在整体的外观上要保留传统保温杯所具备的美观简洁、方便携带等特点，其次在功能的设计上要符合预期的效果，该章节主要是对新型保温杯的整体外观设计和功能设计进行一个详细的阐述。具体技术路线图如图1所示。

2.1 整体设计

从整体上来看，保温杯的结构由杯体、杯盖、内胆和底座组成。并且内部组成各不相同，在内胆底部设有温度传感器；在杯体内部底座外设有电池舱、集成电路板、嵌入该集成电路板的可编程语音芯片和单片机芯片；在杯体侧壁设有扬声器、电子温度显示屏和语音按钮。这些设计使新型保温杯自身同时具备了杯盖温度显示和杯壁播报语音这两项创新功能，由于组合的零件占用空间小、重量轻，从外观上既能维持原有的风格和特性，也能在一定程度上提升整体层次的科技感。

智能手机已经成为了广大消费者的必备品，它在人类社会中已经具有至关重要的地位。本次研究的产品设计出蓝牙系统，能够与人们的手机建立起连接，从某些意义上来说加深了其与消费者之间的联系。保温杯的蓝牙系统主要由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组成。保温杯内部可以通过蓝牙系统以稳定的数据速率向手机传输温度等数据，对应手机软件会对其进行接收和处理。这款手机App基于Android开发和实现，使用主流的编程语言完成内部逻辑代码，在功能上对数据进行可视化处理，每当条件满足时会在手机上发出语音提示。

就总体而言，这项产品同时具备杯盖温度显示、杯体语音播报和手机语音播报三项功能，用户可以通过按杯体按钮或者使用手机App进行温度语音播报。保温杯杯体语音按钮的设计能满足盲人、老年人、小孩的使用习惯，手机语音温度播报的设计则更适用于广大年轻人。

2.2 功能设计

此类保温杯不仅具有传统保温的功能，还能对保温杯中水的温度进行一个实时的反馈，并在此基础上增加了语音播报的功能，它也可以通过手机蓝牙与杯子的语音主控芯片和单片机芯片建立连接，将数据传入手机后能通过手机App显示温度，并能进行温度语音播报。这两项功能的实现在技术上主要包括热传感技术和蓝牙技术，并利用软硬件技术进行辅助开发。

（1）热传感技术：用温度传感器来感受温度并转换成可用输出信号，利用敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度。热传感技术主要用于实现温度显示功能，为了减少保温杯顶部温度流失造成温度显示的误差，将感温器芯片装置在内部的杯底中，然后通过电子智能感应测温，随时随地感知水温变化，再将测得的水温在显示屏上面显示出来[1]。

（2）蓝牙技术：一种无线数据和语音通信开放的通讯技术标准，是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。蓝牙与手机设备进行连接，连接之后打开与该保温杯配套使用的手机应用，在手机应用里面绑定指定的保温杯后，就可以提前设置需要发出提示的水温，之后等待水温达到设定值时，手机就会自动发出语音播报提醒用户按时喝水。

（3）硬件研发技术：首先选择目前市场上使用最多的DS18B20温度传感器，传感器采集数据时会产生一定的时序，根据所选温度传感器产生的时序来设定主控的逻辑电路。再在主控芯片上设计一个串口把温度数据传输到蓝牙模块，蓝牙模块与上位机连接实现数据传输。同时在杯体上设置一个语言按钮，当使用者按下按钮时，通过语音芯片播报采集到的温度数据。由这种传感器产生的数据具备高精度、小体量、稳定性强等特点。它能够运用于储罐等其他小空间设备的温度测试，同样也能够满足新型保温杯的设计要求。本次新型保温杯的设计为了达到隔离液体效果的同时保证饮水安全，选择使用不锈钢钢管封装的传感器。DS18B20温度传感器封装图如图2所示。

软件开发技术：软件里面添加设置温度提醒功能也不需要多强大的技术支持。这是一个通过蓝牙传输数据的Android应用，上位机需要编写蓝牙收发数据的客户端、服务端代码实现上下位机通信，主要功能如下：1）搜索蓝牙设备；2）与其中一个蓝牙设备配对；3）向它发送一个文本数据；4）接收数据；5）实现语言提示与温度显示。为了实现当水温到达预期的温度时实现语言提示，这里注意客户端编码时要进行一个阈值设置和判断，当采集到的温度数据达到设定的阈值时进行语言提示。大致的实现流程手机控温提示流程如图3所示。

语音播报功能主要运用了讯飞开放平台下载的SDK，首先进行了权限配置、新建MyApplication类和Android Manifest.xml配置，然后再编写功能代码，依次进行权限请求、页面的设计与实现、初始化语音合成对象、设置在线合成发音人和音频保存路径以及语速等参数、设置默认播报文字和七个控制播放的方法、设置语音播放的触发条件。

3 创新点以及特色

该创新项目主要有以下三个创新点：

（1）在已有的带有温度显示的保温杯的基础上再带有语音提醒的这一贴心功能。并可通过手机的蓝牙连接设备，将手机和保温杯进行蓝牙连接，通过手机下载与保温杯配备的软件进行语音提醒设计。这也是一种互联的技术。

（2）在手机上设定合适的温度，当保温杯的温度达到手机所设置的温度时，保温杯通过蓝牙连接将数据反馈给手机，手机则会发出产品用户所设定的提示。提示的音效可根据用户的需要任意设置。

（3）在保温杯杯体上设置语言按钮，当按下按钮时温度会播报出来，使儿童、盲人或者视力差的老人也能随时掌握准确水温。

语音提醒功能的适用性十分强大，不仅能够满足年轻人的爱好，也能够以较低的成本为必须消费者提供更加方便的操作。功能相对于其他的智能保温杯比较人性化以及全面。

4 结语

个性化的生活需求，传统形式的保温杯已经逐渐失去对用户的吸引力，缺乏市场的竞争力。如今产品都已逐步走向智能化，保温杯想要在未来更广阔的市场中站稳脚跟，于其他制造产品中脱颖而出，就需要通过创新来增强其核心竞争力。新型保温杯在传统保温杯的基础之上新增了温度显示和语音提醒的功能，不仅摆脱了功能单一的缺陷，还更加智能化，未来随着经济水平的提升，它将获得更多的市场空间，成为生活中每个人的必备品。