新型智能電熱水瓶電路設計

高 敏

(陜西國防工業職業技術學院，陜西 戶縣710300)

新型智能電熱水瓶電路設計

高 敏

(陜西國防工業職業技術學院，陜西 戶縣710300)

以微控制器為核心，采用DS18B20溫度傳感器、LM393電壓比較器和繼電器等對電熱水瓶進行控制，能夠實現對水溫的實時監控、不同溫度的保溫且具有保溫溫度恒定、時間預約、無水防干燒報警斷電以及傾倒斷電等智能控制功能。該產品與市售產品相比，設計新穎，功能健全，成本低，安全系數高。

電熱水瓶；微控制器；智能控制

電熱水瓶[1]是一種高效、便捷的家用電器，廣泛應用于家庭、辦公等，其方便、快捷的特點深受廣大消費者的喜愛。在日益高智能化的電子領域，技術創新的關鍵在于實現綠色、低碳、節能、環保。本著這樣的理念，設計了一款新型的智能電熱水瓶。該設計不僅適用于電熱水瓶，也可在類似產品上推廣使用。該新型設計市場前景廣闊，深受消費者喜愛，并可作為原有產品的升級換代品。該產品和目前國內外同類產品相比，設計控制系統更健全，智能化程度更高，功能更齊全，而成本和價格更低。

1 新型智能電熱水瓶系統設計

1.1 系統原理

新型智能電熱水瓶設計以微控制器[2]為核心，主要采用DS18B20溫度傳感器、LM393電壓比較器和繼電器等，實現對水溫的實時測量。普通電熱水瓶保溫控制較為簡單，精度差且無法調節保溫溫度，新型智能電熱水瓶設計更加人性化，可實現不同溫度的保溫，且保溫溫度恒定，以滿足不同季節、不同人群的飲水需要。為滿足現代人快節奏的生活需求，該設計還增添了時間預約功能，更加節能便捷。

電熱水瓶多用在辦公室，其多以溫度保險控制干燒，采用該方法響應時間長，熔斷后不可恢復，嚴重影響發熱體的壽命，且器件損壞后的更換，使得產品維修成本上升，安全系數降低。新型智能電熱水瓶采用溫度傳感器和電壓比較器等配套電路替代溫控保險電路，用環保型金屬桿做成的液位差判斷器判斷出水的容量，當水位低于某一特定值或無水時，金屬桿與加熱桶壁間的水介質消失，偵測到電阻無窮大，此時控制系統動作，切斷加熱電源，并發出報警，從而保護產品并提醒用戶。

1.2 系統框圖

電熱水瓶電路主要由電源模塊、主控電路模塊、加熱模塊、傾倒斷電模塊、防干燒模塊、報警模塊、溫度傳感模塊、溫度設定模塊和顯示電路模塊等單元電路組成。在整個電路中，主控電路是核心，是整個系統的關鍵部分。系統框圖如圖1所示。

圖1 整體系統框圖

2 單元電路設計

2.1 電源模塊

該模塊采用工頻變壓器將市電變為12 V，經整流、濾波和集成穩壓器7805穩壓，將12 V交流電變為5 V直流電，供單片機和其他電路使用。電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路圖

2.2 主控電路模塊

該模塊是整個電路的核心，由AT89S52單片機、時鐘電路和復位電路構成，其為所有外圍模塊電路提供控制信號。電路圖如圖3所示。

2.3 加熱模塊

系統啟動，溫度達到用戶設定溫度后，比較器的同向輸入端電壓高于反向輸入端電壓，比較器輸出信號，三極管導通，繼電器吸合，加熱模塊停止工作；當溫度低于用戶設定值后，電路再次啟動，繼電器跳開，加熱盤接通電源，如此循環，實現相對恒溫保溫功能。電路圖如圖4所示。

圖3 單片機主控電路圖

圖4 加熱模塊電路圖

2.4 傾倒斷電模塊

該模塊采用目前市面上普遍采用的壓觸式開關(即使用一個能通過大電流的按鍵開關串聯到輸入回路中)，將其放到產品的底坐上。平時由于自身重力而處于閉合狀態，一旦水壺傾倒，則按鍵開關彈開，電源被切斷。電路圖如圖5所示。

圖5 傾倒斷電電路圖(正常工作時為導通狀態)

2.5 防干燒模塊

該模塊也采用繼電器和比較器控制的復合電路，在水壺中放入1個惰性電極，利用不銹鋼水壺膽作為一個電極，利用比較器比較有水和無水時的電壓(由于電流相等，電阻越大分到的電壓就越多)。當水壺水位低于最低值時，系統默認他為無水狀態，控制電路動作，繼電器斷開，加熱模塊停止供電。電路圖如圖6所示。

圖6 防干燒電路圖

2.6 報警模塊

該模塊采用三極管驅動蜂鳴器，水燒開后進行提示，并且綠色LED閃爍，干燒時進行報警，紅色LED閃爍。電路圖如圖7所示。

圖7 報警電路圖

圖8 溫度傳感電路圖

2.7 溫度傳感模塊

溫度傳感器采用DS18B20，其1腳接地；2腳為通信端口連接單片機，可雙向傳輸數據；3腳為5 V供電端。電路圖如圖8所示。

圖9 溫度設定電路圖

2.8 溫度設定模塊

該模塊采用了S1、 S2和S33個按鍵，功能分別是選擇、溫度增加和減小。電路圖如圖9所示。

2.9 顯示電路模塊

該模塊提供了良好的人機界面，由4個七段共陽數碼管構成，其采用動態掃描的工作方式，用8550三極管加以驅動，使顯示更加穩定更加清晰，同時還可以觀察到實時水溫。電路圖如圖10所示。

3 電路測試結果

根據電路設計原理搭建電路，利用廢舊電熱水瓶一些其他器件，組裝出一臺電熱水瓶測試品；再用C語言編程，燒寫程序；最后調試。測試結果表明，此方案具有可行性和適用性，可以推廣。

4 結語

新型智能電熱水瓶系統設計利用單片機對電熱水瓶進行控制，整個系統的關鍵電路由單片機控制。除此之外，還包括水溫實時監控、實時顯示、 防干燒斷電和傾倒斷電等電路，這也正是這一款產品優于市售同類產品之處。本產品采用了微控制技術，大大提高了控制效率和控制精度，產品的智能化程度和安全性能大大提升，人機界面更加友好。經實踐測試，本產品方案可行，市場前景廣闊，可在類似產品上推廣使用。

圖10 顯示電路圖

[1] 南貌．一款簡單的電熱水瓶電路[J].電腦知識與技術，2013，9(2)：5.

[2] 蔡美琴，張為民．MCS-51系列單片機系統及其應用[M]．北京：高等教育出版社，2004.

責任編輯馬彤

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，講師，主要從事電子信息技術領域的教學與研究工作。

2014-11-24