基于单片机的智能热水壶设计

基于单片机的智能热水

壶设计

文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

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[Abstract] (32)

基于单片机的智能热水壶系统设计

【内容摘要】在日常生活中，热水壶有着十分广泛的应用领域。热水壶是结合用户的实际需求和现代社会需要的一种智能产品，于是本次设计了以单片机为核心器件，结合人性化的理念，最终实现智能的控制电路和程序设计的智能热水壶。本设计实现了日常烧开水功能，以及通过按键设定温度加热冷水，达到设定温度后，通过蜂鸣器提醒用户并自动断电，同时液晶显示屏显示即时温度等拓展功能。本设计硬件部分由单片机芯片、温度检测，蜂鸣报警、液晶显示等模块，同时利用了单片机的智能性，软件部分在keil uvision开发环境中使用C语言编写软件程序，实现了对水温的智能控制，其具有生活化、实用性强的特点。

【关键词】单片机；智能；热水壶；DS18B20；烧水；

第1章绪论

研究背景

近年来，随着单片机技术的发展，单片机的应用研究不断深入，传统控制检测快速更新。在实时检测和自动控制的系统中，单片机通常是作为一个核心部件，基于具体的硬件结构和应用对象的应用特点，并结合软件改进控制系统，代替复杂的电子电路或数字电路，通过软件控制外围电路，确保智能化能够实现。单片机应用于范围广泛的智能产品中，如智能仪表、实时工业控制、通信设备、导航系统、家用电器等，单片机应用在生产中时，其可以使产品升级换代，常在产品名前端冠名——“智能”。

热水壶是在日常生活中需要的实际需求和用户相关的现代社会的产物，是一种单片机控制的智能产品。随着科技的发展和社会的进步，人们的生活质量在逐步增加。近年来，各种智能设备不断更新，如智能手机、智能水壶走进我们的生活。由于其自身的优点，安全、智能电水壶在生活中有着广泛的应用。研究目的与意义

目前市场上品种繁多的开水壶存在着功能比较单一、不够完善等不足，所以我们在普通的烧水壶基础上利用所学单片机知识添加了一些方便实用的功能，如设温加热、蜂鸣提示、显示即时温度的功能，使产品更加人性化，日常使用更加方便。

随着社会的快速发展，智能新产品相继出现，比如数码相机、平板电脑等一系列的新鲜的事物，人们的日常生活中也发生了极大的变化。本设计以探究智能新产品工作原理为出发点，基于单片机设计了一款智能热水壶，设计过程考查了我们综合运用所学知识的能力，包括以前学过的关于单片机编程与应用、电装实习等的知识，同时我对当前的电子产业发展的新趋势有了一定的了解，实际动手能力和模拟实际产品的开发能力也得到了锻炼，对应届大学生日后工作能力的培养具有重要的意义。本次设计也培养了我理解工程技术的工作中需要的整体观和经济观，同时提高掌握设计的各种方案以及技术指标、资料收集、技术文献，分析计算，描绘电路图及撰写论文等能力。

热水壶发展现状

电热水壶在中国的发展史上虽然短暂，发展速度却很快。在早期的中国，电热水壶很早就开始了工业生产，但其主要面向出口。电热水壶具有结构简单、加热快、节约能源、操作方便、安全实用、使用寿命长等优点。近年来，国内市场占有率开始快速增长，市场增长率超过50%。随着电热水壶产品消费者的意识不断提高，在国内市场电热水壶的容量有明显的提升。其次，虽然饮水机在我国的普及率很高，但由于饮水机体积大，重复加热，存在二次污染的问题，于是提供了电水壶产业发展的机会[1]。

第2章 设计方案概述

总体设计思路

本次智能热水壶的设计方案利用单片机软件系统为工作环境，不仅实现基本的烧开水以及烧开后断电功能，并且结合按键控制温度的设定，可加热冷水至指定温度，蜂鸣器报警，随后热水壶断电，同时液晶显示屏显示即时温度。 系统总设计框图

初步确定电路系统由以下模块组成，电路系统框图如图2-1所示。

图2-1 电路系统框图

主要模块电路功能简介

1、单片机模块

ST89C52RC 单

片

机

温度检测-DS18B20 按键控电源供液晶显示- LM160L

蜂鸣报警加热装置-继电

作为智能热水壶设计的控制中心，单片机用于驱动整个热水壶系统的运作，如液晶屏上的温度显示、接收传感器中的温度信号以及按键信号、LED上显示温度等[2]。

2、温度检测模块

周期性采集温度信号，判断是否达到预设温度，传送至单片机内处理。3、液晶显示模块

显示水壶内热水的即时温度，便于用户随时掌控温度变化。

4、控制按键模块

三个独立按键组成一个独立键盘，连接单片机的I/O端口，对单片机输入控制信号，用于设温加热模式时控制设定温度的加或减，以及单片机的启动与停止。

模式设定由一个独立按键组成，当按下按键，液晶显示屏右下角显示“1”，即为烧开水模式；再次按下按键，液晶显示屏右下角显示“2”，即为设温加热模式；显示“0”为停止加热状态。

5、加热装置模块

用于加热水壶中的水，使水达到设定的温度。

6、蜂鸣器模块

当冷水加热到指定温度时发出报警声提示用户。

7、电源模块

用于给整个设计系统提供电。

外部配件材料的选择

本热水壶采用220V 200W的制式，水壶的选用优先考虑耐高温的合金材料，继电器连接加热片来加热壶底来实现烧水。在水壶底部和加热片上都涂上一层导热胶，使冷水受热均匀、加热的速度更快，减少等待时间。水壶盖上开孔一个边长约为40mm的方洞，便于放入测温探头、散去蒸汽，避免暴沸。

第三章硬件模块电路设计

硬件组成部分

确定了本次设计需要实现的功能后，针对烧开水、加热冷水、显示温度的功能，设计的硬件部分主要由单片机模块、温度控制模块、液晶显示模块、按键控制模块构成。

主要模块电路设计

单片机模块

相比于普通的微型计算机，单片机具有以下特点：体积小，结构简单，控制能力强，可靠性高，集成度高，抗干扰能力强，磁屏蔽能力强，适合在恶劣环境下工作，以及低电压，低功耗，性价比较高，开发周期短等。

其中，STC89C52是公司生产的一种CMOS8位微控制器。STC89C52使用MCS-51内核，但做了许多改进使芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，由于灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash， STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案[3]。STC89C52RC芯片如图3-1所示。

图3-1 STC89C52RC芯片

STC89C52单片机系统由单片机、时钟电路、复位电路组成，其具有以下功能：8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工。STC89C52 也可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件，还可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选[4]。

本次设计采用STC89C52RC型号单片机，且单片机采用内部时钟方式，在MCS-51电路外接晶体以及电容C4和C5组成并联谐振电路且构成一个自激振荡器，接在放大器的反馈回路中，向内部电路提供震荡时钟。在本次设计中晶体选择频率，而电容C4和C5的选择为30pF的典型值。单片机中的复位电路采用上电自动复位和按键复位的方式。

温度控制模块