黎曉聰 蔣凱洋 賴梓德 李浩釗
(佛山科學技術學院 廣東 佛山 528200)
電水壺在1891年誕生于芝加哥。隨著科技的發展,快捷、安全、便利、充分利用能源 日漸成為了水壺的主要特點,嗜茶的英國人從此便愛上她了。到了二十一世紀便成為全球 的暢銷品。電水壺采用的是蒸氣智能感應控溫,具有水沸騰后自動斷電、防干燒斷電的功 能。隨著生活的需要,電水壺也正在向多功能方向發展,如防漏、防燙、鎖水等。電水壺具有 加熱速度快,保溫效果好,過濾功能強,式樣多等優點,但是少有自動注水和遠程控制功能,無法實現溫度控制、節省能量、控制溫度等功能。
本設計采用不銹鋼作為主體材料,將單片機、溫度傳感器、自動注水裝置、Wi-Fi等模塊安裝在智能電熱水壺裝置上,當抽水泵工作時自動上水到液位傳感器水位位置,然后控制繼電器控制電磁閥開始煮水。當溫度設置在一定區間時,利用控溫裝置將水溫控制在這一溫度區間,可以通過Android系統將移動終端和智能電熱水壺連接起來,還具有定時啟動等功能。
本系統主要由“智能電熱水壺遠程控制現場裝置(以下簡稱“現場裝置”)”、“服務器”、“移動終端”三部分組成。該系統框架如圖1所示。
圖1 智能電熱水壺遠程控制系統架構
現場裝置使用 AT89C51 作為單片機主控芯片,主要由 “液位測量模塊”、“溫度測量模塊”、“液晶顯示模塊”、“獨立按鍵模塊”、“蜂鳴器報警模塊”、“燒水控制模塊”和“Wi-Fi通信模塊”組成。
智能電熱水壺現場裝置使用AT89C51作為單片機主控芯片,主要由“液位測量模塊”、“溫度測量模塊”、“液晶顯示模塊”、“獨立按鍵模塊”、“蜂鳴器報警模塊”、“燒水控制模塊”和“Wi-Fi通信模塊”組成。其現場裝置設計框圖如圖2所示。
圖2 智能電熱水壺現場裝置設計框圖
智能電熱水壺現場裝置:利用自動上水模塊啟動自動注水,超聲波液位傳感器測量水位,將信號傳輸到單片機后,然后控制繼電器來控制電磁閥開始工作。
(一)利用DS18B20溫度傳感器將水溫信號傳輸到單片機進行數據處理,液晶顯示屏顯示水溫和當前工作狀態(加熱、保溫),當水溫度達到100℃時,蜂鳴器報警,斷開繼電器,停止加熱,通過單片機和傳感器編寫程序設計控溫系統,當溫度設置在某一溫度時,低于該溫度時自動加熱至略高于該溫度5℃左右。
(二)添加Wi-Fi通信模塊Esp8266和Android移動終端的APP進行遠程控制,其中ESP8266 串口 Wi-Fi 模塊的封裝大小和低能耗技術適合物聯網的使用設計,僅需很少的外圍電路,可將所占 PCB 空間降低。ESP8266 具有完善的節能結構,支持主動模式、睡眠模式和深度睡眠模式,用戶可根據需要選擇相應的模式。ESP8266 串口 Wi-Fi 擁有很多優點,如能量消耗較低、體積相對較小、價格相對便宜、燒寫固件方便、傳輸數據速度較快、工作溫度范圍極其廣泛、保持相對穩定的性能及適應大部分操作環境。
(三)HC-SR04 超聲波傳感器作為距離測量傳感器,測量出與液位之間的距離,把測量數據顯示在 LCD1602上面。
本智能電熱水壺可以與Android移動終端的APP進行連接,無需走動到智能電熱水壺位置即可完成遠程控制,可觀測到當前水溫和進行一系列燒水的操作。APP的頁面設計如圖3所示。
圖3 Android移動終端的APP頁面
該Android移動終端的APP由通信模塊、顯示模塊和設定模塊三部分組成。
(一)通信模塊:通信模塊由服務器連接和數據通信兩部分組成?,F場裝置通過Wi-Fi通信模塊將溫度傳感器采集的數據發送至服務器,Android移動終端成功連接服務器后,即可接收到當前的水溫數據。通過Android移動終端的APP發出控制命令至服務器,服務器再將控制命令發送到Wi-Fi通信模塊控制單片機進行工作,進而完成上水、煮水等操作。
(二)顯示模塊:顯示模塊顯示智能電熱水壺當前水溫和定時時間。顯示實時水溫,服務器發送到Android移動終端的數據每1s刷新一次。同時顯示定時時間,定時時間到會彈出對話框詢問是否進行“一鍵煮水”。
(三)設定模塊:設定模塊包括“控制水溫”、“定時”、“開始加熱”、“停止加熱”、“開始上水”、“停止上水”、“一鍵煮水”的設定。設定“控制水溫”,即控制水溫在略高于指定溫度5℃左右,點擊“確認”,Android移動終端發送該控制指令至服務器,再由服務器傳輸至Wi-Fi通信模塊控制單片機。設定“定時”,點擊“確認”,Android移動終端的APP開啟倒計時,到時間后彈窗提示用戶進行相關操作。點擊“開始加熱”、“停止加熱”、“開始上水”、“停止上水”,可對智能電熱水壺進行遠程控制操作。點擊“一鍵煮水”,Android移動終端發送該控制指令至服務器,再由服務器傳輸至Wi-Fi通信模塊控制單片機執行預定程序,進而進行一系列的上水、煮水操作。
隨著物聯網技術的高速發展,智能家居逐漸走進人們的日常生活,給人們帶來了許多便利和舒適。在追求便捷、舒適、安全的前提下,如何將智能家居各部分功能一體化也是一個值得研究的課題。
該智能電熱水壺實現了多項功能的一體化,可以使用Android移動終端的APP進行遠程控制,具有顯示實時水溫、定時彈窗、自動上水、一鍵煮水等功能。人們可以直觀地看到水溫,并且通過遠程控制技術完成上水、煮水的操作,無需手動去上水和啟動水壺開關,減少繁瑣的操作。通過編寫的程序,實現溫度控制的功能,當溫度低于設定溫度時,自動加熱至高于該設定溫度5℃左右,幫助人們調節到想要控制的溫度。同時,該APP界面設計簡潔明了,操作簡單,容易上手。