新型智能电热水瓶电路设计

高 敏

(陕西国防工业职业技术学院，陕西 户县710300)

新型智能电热水瓶电路设计

高 敏

(陕西国防工业职业技术学院，陕西 户县710300)

以微控制器为核心，采用DS18B20温度传感器、LM393电压比较器和继电器等对电热水瓶进行控制，能够实现对水温的实时监控、不同温度的保温且具有保温温度恒定、时间预约、无水防干烧报警断电以及倾倒断电等智能控制功能。该产品与市售产品相比，设计新颖，功能健全，成本低，安全系数高。

电热水瓶；微控制器；智能控制

电热水瓶[1]是一种高效、便捷的家用电器，广泛应用于家庭、办公等，其方便、快捷的特点深受广大消费者的喜爱。在日益高智能化的电子领域，技术创新的关键在于实现绿色、低碳、节能、环保。本着这样的理念，设计了一款新型的智能电热水瓶。该设计不仅适用于电热水瓶，也可在类似产品上推广使用。该新型设计市场前景广阔，深受消费者喜爱，并可作为原有产品的升级换代品。该产品和目前国内外同类产品相比，设计控制系统更健全，智能化程度更高，功能更齐全，而成本和价格更低。

1 新型智能电热水瓶系统设计

1.1 系统原理

新型智能电热水瓶设计以微控制器[2]为核心，主要采用DS18B20温度传感器、LM393电压比较器和继电器等，实现对水温的实时测量。普通电热水瓶保温控制较为简单，精度差且无法调节保温温度，新型智能电热水瓶设计更加人性化，可实现不同温度的保温，且保温温度恒定，以满足不同季节、不同人群的饮水需要。为满足现代人快节奏的生活需求，该设计还增添了时间预约功能，更加节能便捷。

电热水瓶多用在办公室，其多以温度保险控制干烧，采用该方法响应时间长，熔断后不可恢复，严重影响发热体的寿命，且器件损坏后的更换，使得产品维修成本上升，安全系数降低。新型智能电热水瓶采用温度传感器和电压比较器等配套电路替代温控保险电路，用环保型金属杆做成的液位差判断器判断出水的容量，当水位低于某一特定值或无水时，金属杆与加热桶壁间的水介质消失，侦测到电阻无穷大，此时控制系统动作，切断加热电源，并发出报警，从而保护产品并提醒用户。

1.2 系统框图

电热水瓶电路主要由电源模块、主控电路模块、加热模块、倾倒断电模块、防干烧模块、报警模块、温度传感模块、温度设定模块和显示电路模块等单元电路组成。在整个电路中，主控电路是核心，是整个系统的关键部分。系统框图如图1所示。

图1 整体系统框图

2 单元电路设计

2.1 电源模块

该模块采用工频变压器将市电变为12 V，经整流、滤波和集成稳压器7805稳压，将12 V交流电变为5 V直流电，供单片机和其他电路使用。电源电路如图2所示。

图2 电源电路图

2.2 主控电路模块

该模块是整个电路的核心，由AT89S52单片机、时钟电路和复位电路构成，其为所有外围模块电路提供控制信号。电路图如图3所示。

2.3 加热模块

系统启动，温度达到用户设定温度后，比较器的同向输入端电压高于反向输入端电压，比较器输出信号，三极管导通，继电器吸合，加热模块停止工作；当温度低于用户设定值后，电路再次启动，继电器跳开，加热盘接通电源，如此循环，实现相对恒温保温功能。电路图如图4所示。

图3 单片机主控电路图

图4 加热模块电路图

2.4 倾倒断电模块

该模块采用目前市面上普遍采用的压触式开关(即使用一个能通过大电流的按键开关串联到输入回路中)，将其放到产品的底坐上。平时由于自身重力而处于闭合状态，一旦水壶倾倒，则按键开关弹开，电源被切断。电路图如图5所示。

图5 倾倒断电电路图(正常工作时为导通状态)

2.5 防干烧模块

该模块也采用继电器和比较器控制的复合电路，在水壶中放入1个惰性电极，利用不锈钢水壶胆作为一个电极，利用比较器比较有水和无水时的电压(由于电流相等，电阻越大分到的电压就越多)。当水壶水位低于最低值时，系统默认他为无水状态，控制电路动作，继电器断开，加热模块停止供电。电路图如图6所示。

图6 防干烧电路图

2.6 报警模块

该模块采用三极管驱动蜂鸣器，水烧开后进行提示，并且绿色LED闪烁，干烧时进行报警，红色LED闪烁。电路图如图7所示。

图7 报警电路图

图8 温度传感电路图

2.7 温度传感模块

温度传感器采用DS18B20，其1脚接地；2脚为通信端口连接单片机，可双向传输数据；3脚为5 V供电端。电路图如图8所示。

图9 温度设定电路图

2.8 温度设定模块

该模块采用了S1、 S2和S33个按键，功能分别是选择、温度增加和减小。电路图如图9所示。

2.9 显示电路模块

该模块提供了良好的人机界面，由4个七段共阳数码管构成，其采用动态扫描的工作方式，用8550三极管加以驱动，使显示更加稳定更加清晰，同时还可以观察到实时水温。电路图如图10所示。

3 电路测试结果

根据电路设计原理搭建电路，利用废旧电热水瓶一些其他器件，组装出一台电热水瓶测试品；再用C语言编程，烧写程序；最后调试。测试结果表明，此方案具有可行性和适用性，可以推广。

4 结语

新型智能电热水瓶系统设计利用单片机对电热水瓶进行控制，整个系统的关键电路由单片机控制。除此之外，还包括水温实时监控、实时显示、 防干烧断电和倾倒断电等电路，这也正是这一款产品优于市售同类产品之处。本产品采用了微控制技术，大大提高了控制效率和控制精度，产品的智能化程度和安全性能大大提升，人机界面更加友好。经实践测试，本产品方案可行，市场前景广阔，可在类似产品上推广使用。

图10 显示电路图

[1] 南貌．一款简单的电热水瓶电路[J].电脑知识与技术，2013，9(2)：5.

[2] 蔡美琴，张为民．MCS-51系列单片机系统及其应用[M]．北京：高等教育出版社，2004.

责任编辑马彤

DesignofaNewIntelligentElectricThermosBottle

GAO Min

(Shaanxi Institute of Technology，huxian 710300，China)

Based on the micro controller, using the temperature sensor DS18B20, LM393 voltage comparator, such as relays to control electric thermos bottle, can realize the real-time monitoring of temperature, different temperature insulation and heat preservation temperature constant, and can realize the appointment time, anti dry water alarm power-off, dumping and electricity and other intelligent control. Compared with the products sold in the city, the new product is more innovative, low cost, and higher safety factor.

electric hot water bottle，microcontroller，intelligent control

TN 710

：A

高敏(1977-)，女，讲师，主要从事电子信息技术领域的教学与研究工作。

2014-11-24