黎晓聪 蒋凯洋 赖梓德 李浩钊
(佛山科学技术学院 广东 佛山 528200)
电水壶在1891年诞生于芝加哥。随着科技的发展，快捷、安全、便利、充分利用能源 日渐成为了水壶的主要特点，嗜茶的英国人从此便爱上她了。到了二十一世纪便成为全球 的畅销品。电水壶采用的是蒸气智能感应控温，具有水沸腾后自动断电、防干烧断电的功 能。随着生活的需要，电水壶也正在向多功能方向发展，如防漏、防烫、锁水等。电水壶具有 加热速度快，保温效果好，过滤功能强，式样多等优点，但是少有自动注水和远程控制功能，无法实现温度控制、节省能量、控制温度等功能。
本设计采用不锈钢作为主体材料，将单片机、温度传感器、自动注水装置、Wi-Fi等模块安装在智能电热水壶装置上，当抽水泵工作时自动上水到液位传感器水位位置，然后控制继电器控制电磁阀开始煮水。当温度设置在一定区间时，利用控温装置将水温控制在这一温度区间，可以通过Android系统将移动终端和智能电热水壶连接起来，还具有定时启动等功能。
本系统主要由“智能电热水壶远程控制现场装置(以下简称“现场装置”)”、“服务器”、“移动终端”三部分组成。该系统框架如图1所示。
图1 智能电热水壶远程控制系统架构
现场装置使用 AT89C51 作为单片机主控芯片,主要由 “液位测量模块”、“温度测量模块”、“液晶显示模块”、“独立按键模块”、“蜂鸣器报警模块”、“烧水控制模块”和“Wi-Fi通信模块”组成。
智能电热水壶现场装置使用AT89C51作为单片机主控芯片，主要由“液位测量模块”、“温度测量模块”、“液晶显示模块”、“独立按键模块”、“蜂鸣器报警模块”、“烧水控制模块”和“Wi-Fi通信模块”组成。其现场装置设计框图如图2所示。
图2 智能电热水壶现场装置设计框图
智能电热水壶现场装置：利用自动上水模块启动自动注水，超声波液位传感器测量水位，将信号传输到单片机后，然后控制继电器来控制电磁阀开始工作。
(一)利用DS18B20温度传感器将水温信号传输到单片机进行数据处理，液晶显示屏显示水温和当前工作状态(加热、保温)，当水温度达到100℃时，蜂鸣器报警，断开继电器，停止加热，通过单片机和传感器编写程序设计控温系统，当温度设置在某一温度时，低于该温度时自动加热至略高于该温度5℃左右。
(二)添加Wi-Fi通信模块Esp8266和Android移动终端的APP进行远程控制，其中ESP8266 串口 Wi-Fi 模块的封装大小和低能耗技术适合物联网的使用设计，仅需很少的外围电路，可将所占 PCB 空间降低。ESP8266 具有完善的节能结构，支持主动模式、睡眠模式和深度睡眠模式，用户可根据需要选择相应的模式。ESP8266 串口 Wi-Fi 拥有很多优点，如能量消耗较低、体积相对较小、价格相对便宜、烧写固件方便、传输数据速度较快、工作温度范围极其广泛、保持相对稳定的性能及适应大部分操作环境。
(三)HC-SR04 超声波传感器作为距离测量传感器，测量出与液位之间的距离，把测量数据显示在 LCD1602上面。
本智能电热水壶可以与Android移动终端的APP进行连接，无需走动到智能电热水壶位置即可完成远程控制，可观测到当前水温和进行一系列烧水的操作。APP的页面设计如图3所示。
图3 Android移动终端的APP页面
该Android移动终端的APP由通信模块、显示模块和设定模块三部分组成。
(一)通信模块：通信模块由服务器连接和数据通信两部分组成。现场装置通过Wi-Fi通信模块将温度传感器采集的数据发送至服务器，Android移动终端成功连接服务器后，即可接收到当前的水温数据。通过Android移动终端的APP发出控制命令至服务器，服务器再将控制命令发送到Wi-Fi通信模块控制单片机进行工作，进而完成上水、煮水等操作。
(二)显示模块：显示模块显示智能电热水壶当前水温和定时时间。显示实时水温，服务器发送到Android移动终端的数据每1s刷新一次。同时显示定时时间，定时时间到会弹出对话框询问是否进行“一键煮水”。
(三)设定模块：设定模块包括“控制水温”、“定时”、“开始加热”、“停止加热”、“开始上水”、“停止上水”、“一键煮水”的设定。设定“控制水温”，即控制水温在略高于指定温度5℃左右，点击“确认”，Android移动终端发送该控制指令至服务器，再由服务器传输至Wi-Fi通信模块控制单片机。设定“定时”，点击“确认”，Android移动终端的APP开启倒计时，到时间后弹窗提示用户进行相关操作。点击“开始加热”、“停止加热”、“开始上水”、“停止上水”，可对智能电热水壶进行远程控制操作。点击“一键煮水”，Android移动终端发送该控制指令至服务器，再由服务器传输至Wi-Fi通信模块控制单片机执行预定程序，进而进行一系列的上水、煮水操作。
随着物联网技术的高速发展，智能家居逐渐走进人们的日常生活，给人们带来了许多便利和舒适。在追求便捷、舒适、安全的前提下，如何将智能家居各部分功能一体化也是一个值得研究的课题。
该智能电热水壶实现了多项功能的一体化，可以使用Android移动终端的APP进行远程控制，具有显示实时水温、定时弹窗、自动上水、一键煮水等功能。人们可以直观地看到水温，并且通过远程控制技术完成上水、煮水的操作，无需手动去上水和启动水壶开关，减少繁琐的操作。通过编写的程序，实现温度控制的功能，当温度低于设定温度时，自动加热至高于该设定温度5℃左右，帮助人们调节到想要控制的温度。同时，该APP界面设计简洁明了，操作简单，容易上手。
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