论文总字数：16460字

目 录

1引言 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外现状 1

2系统总体介绍 2

2.1系统总体功能介绍 2

2.2 系统总体方案设计 3

3系统硬件设计 3

3.1核心芯片的选取 3

3.1.1核心芯片的性能介绍 4

3.1.2系统作用 5

3.2 温度检测模块 6

3.3 继电器控制模块 9

3.3.1·电磁继电器工作原理 9

3.3.2电磁继电器主要参数检测 9

3.3.3继电器的选用原则 10

3.4 无线传感模块 11

4 系统软件设计 12

5 系统软硬件联调 13

6 总结 14

致谢 15

参考文献 16

附录：系统主程序 17

基于stm32的智能电水壶设计

杨渊鋆

，China

Abstract：Aiming at the disadvantages of traditional electric kettle function is too single, this project studied the electric kettle of multi-functional, and designed a new electric kettle. The electric kettle system mainly use the electric heating, control and wireless communication system based on STM32 principle, has realized the timing open and closed electric kettle, and other functions, but also be able to high temperature and low water level alarm. This design and development of intelligent electric kettle, provides a great convenience to the users, has a certain application promotion value.

Key words: STM32; Temperature detection; The wireless transceiver module; serial port communication

1引言

1.1研究背景及意义

随着我们社会信息技术、科学技术以及智能化技术的急剧发展，人们对于自己的生活质量和生活水平的要求也在日新月异地变化，我们越来越多的关注自己的身体健康问题了，诸如，环境的空气粉尘含量、蔬菜水果安全指标以及饮水健康问题。我们都知道水是生命之源，所以关注饮水健康问题刻不容缓。我们根据一份报告显示，在家里面我们喝水的方式主要有三种，最主要的就是接点自来水来用各种办法完成对其的加热，也可以通过电水壶来加热一些纯净水或者直接在市场上面购买已经处理过的饮用水。但是使用最多的还是最传统的加热自来水方式。对此，市场上面对于电水壶的供应需求是极大的，和早期功能单一的电水壶相比，如今市场上面售出的电水壶已经远远不止加热饮用水这一项功能了，其更多强调的是饮水健康问题，同时为人们的生活增加了许多雅致的外观设计，拥有很强的时尚元素。就从市场的盈利方面来看，电水壶因为其价格低廉拥有很大的成本优势。做过相关电水壶方面的市场调查的人都知道，通常情况下面，每个单一的电水壶其价格不可能超过200元的人民币，并且因为其体积较小，其运输成本相对来说也是很低廉的，产品能够很好的在市场需求方面去旧迎新，且我们可以对废弃了的水壶做回收处理，来增加盈利，积极响应政府绿色节能的号召。早在2003年的时候，我们国家就有很多有名的小家电走入了电热水壶的市场，而且电热水壶的市场占有量在一年一年的攀升。到了2005年的时候，我们国家在国际的舞台上面，基本已经是全世界最大的电水壶市场了，到了2007年的时候，我们在市场上面每年售出的电水壶数量已经高达900多万台了，更不要说售出的金额已经高达20亿元的人名币了，更加令人难以相信的是，几乎每三年的时间我们售出的电水壶数量都能够增加30%之多，且我们当时售出的900多万台的电水壶在市场上面的占有数量已经是全球第一了，但是存在的缺陷问题是我们巨大的销售量和巨大的市场是不匹配的，这主要体现在，当时在我们国家家庭里面拥有电水壶的数量仅仅只有6%的占有率，这是一个非常惨淡的数据，要知道当时的德、美、英等国家，其家庭在电水壶的拥有量上面已经达到了95%的高水平，就连俄罗斯在家庭电水壶的占有量上面也有50%之多。

1.2国内外现状

如何解决健康饮水的问题，如何使得我们能够快速便利的饮水以及如何根据人们的饮水习惯控制水温等等问题已经成为了人们热忱关心的重点问题了，为了响应人们的需求，如何研究和制作了一款外观设计雅致、人机交互智能以及适合我们使用的优质电水壶就十分刻不容缓了。目前综合信息技术、科学技术以及嵌入式技术，智能化系统设计研究的方向已经成为人类社会生产和生活的研究热点了。有了智能化系统的加入，我们人类的生活将变的更加方便、健康以及人性化。我们都知道，目前全球都在积极倡导绿色节能的理念，有了智能系统的加入我们将能够更加合理地使用资源，积极响应节能口号，完成节能的重要任务。比方说，智能水壶就可以很好的实现节能，其拥有合理控制水量的功能，这样就可以不让水漫出来，合理的使用了水资源，同时它还拥有合理控制水温的功能，这也极大节约了电能源。除了能源方面的节约，它智能化的设计也给我们的生活提供了很大的帮助。比方说，当我们想要加热电水壶里的水的时候，我们不需要自己跑过去打开开关按钮，在手机上轻轻一点，就可以很快实现我们的需要，这对我们人类的社会生活和生产提供极大的便利。

文献[12]应用TX982微波感应控制器对饮水机进行改造,来自动检测房间有无人员活动及是否短暂经过情况,控制加热时间,实现饮水机具有智能化及节能功能。文献[13] 设计了一种基于蓝牙单片机CC2541 的智能饮水机系统。该系统通过控制加热管两端的电压，即开即用，不仅能将水温精确地控制在用户设定的温度下，还有效解决了“千滚水”的问题，用户可以通过饮水机上的触摸条和配套的智能手机APP 控制水温，实现饮水机节能与智能一体化。

根据上述的一些研究现状，本文设计了一款可以具有远距离无线控温的智能wifi水壶。

2系统总体介绍

2.1系统总体功能介绍

本课题研制的智能电水壶系统最终完成的主要功能是：当水温传感器检测到水温不能够达到给定的温度时，智能电水壶系统接收到水温传感器传送过来的信号参数之后，继电器维持工作状态，使得电水壶的加热电路依旧维持导通状态；当水温传感器检测到水壶中水沸腾且达到给定的温度时，智能电水壶系统便断开对继电器的电流提供，这个时候水壶停止加热状态；消费者能够采用手机中的实时操作软件，来对智能电水壶系统完成实时监测管理，同时管理对于继电器的打开和关闭功能。

2.2 系统总体方案设计

本课题研制的智能电水壶系统其硬件架构主要是以STM32微控制器作为主要的控制核心芯片来完成整个系统的控制电路，然后外接各种功能模块，其中主要包括DS18B20、继电器以及无线WIFI等模块，DS18B20传感器主要用来检测水的温度，继电器主要用来管理电水壶的是否继续加热的开关，无线WIFI则是被用来完成用户和电水壶之间的远程通信管理的，整个智能电水壶系统的总体框图，如图2.1 所示。

图2.1 系统总体框图

STM32主要控制模块：这个模块主要是用来控制整个系统的分析、处理、以及协调的工作的。当水温测试模块检测到水温之后，将水温参数传输给该模块，该模块接收到传来的水温参数之后，对其完成相关分析和处理工作，然后再将处理结果数据上传消费者的手机客户端，来使得消费者能够对其实现实时全方位的温度监控。

水温传感器模块：这部分的电路主要是由DS18B20 作为核心搭建的，其主要是完成对水壶温度的实时检测，然后再将检测到的温度参数实时地传输给STM32微控制器，来完成更深层面的分析和处理。

继电器模块：该部分的硬件电路主要是以继电器为核心设计的，其主要实现的功能是当其通电的时候电路连通，智能电水壶进行加热处理；当其处于断电状态的时候，则电路断开，智能电水壶加热停止。

Wifi无线通信模块: STM32微控制器接收到水温检测模块传输过来的温度数据之后，对其完成了相关的数据分析处理，然后通过该模块利用网络将数据分析结果传输给消费者使用的手机软件。

3系统硬件设计

3.1核心芯片的选取

STM32系列是针对嵌入式系统的研制特别设计的，其主要的优势在于性能强大、价格低廉以及功率消耗低下。STM32系列微控制器有一个ARM Cortex-M3的内核，其主要的系列分为：增强型、基本型以及互联型，代表的型号是：STM32F103、STM32F101、STM32F105以及 STM32F107。对于增强型系列的微控制来说，其时钟频率最高的时候能够达到72MHz，和同类的产品相比的话，几乎是性能最好的一个系列。对于基本型系列来说，其时钟频率最高的时候能够达到36MHz，在16位产品类型中，其不仅价格低廉而且性能也是极好的，且这两个系列内部都是配有32K到128K空间的快速存储空间的，唯一的区别也仅仅在于SRAM的空间不一样，外部配置的接口不一样。当时钟频率是72MHz的时候，系统将从快速存储器中读取或者写代码，此时STM32消耗的功率差不多是36mA，几乎是32位市场上面功耗消耗最低下的了，几乎等价于0.5mA/MHz。STM32微控制器的新系列选用了增强型系列，且其时钟频率为72MHz，内存种类主要有64KB~256KB和20KB~64KB的嵌入式SRAM。STM32微控制器新系列的封装形式主要有LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种形式，但是每种封装形式其引脚排列规范都是一样的，研究人员根据智能系统的设计需要，可以选用不一样的形式，来优化整个系统的性能，同时通过最少的器件选用来实现个性的使用需求，针对本课题智能电水壶的功能需要，最终选用了型号为stm32101的芯片来作为整个系统的主要控制核心芯片，其具体的封装形式，如图3.1所示。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：16460字

相关图片展示：