一种能调节温度的智能电热水壶设计与分析

引言

电热水壶是人们常用的一种家用电器,目前家用电热水壶大多只具备将水烧开的功能,少数有保温功能。但在一些场合,除了需要将水烧开外,还需要能够尽快降温或者长时间保温。针对上述传统电热水壶存在的不足之处,本文设计了一种能够智能调节温度的电热水壶。

1整体结构设计

该电热水壶由水壶盖、水壶外壳、水壶盖较接块、流动降温模块、半导体制冷模块、测温模块、电磁调控模块和控制器组成,其外部结构和内部结构分别如图1、图2所示。各零件之间的连接方式为:水壶盖与水壶外壳通过水壶盖较接块连接在一起,电热水壶内胆与水壶外壳之间有通风道,流动降温模块安装在通风道上:半导体制冷模块安装在电热水壶前侧的内胆与水壶外壳之间紧贴内胆前侧表面:控制器安装在电热水壶前侧的内胆与水壶外壳之间紧贴水壶外壳的内侧表面:测温模块中的感温器镶嵌在内胆内侧,测温模块的其他元件安装在水壶外壳前侧:电磁调控模块安装在水壶后侧并集中于水壶外壳与水壶盖连接处。

1一水壶盖;2一水壶盖较接块;3一通风道挡板;4一水壶外壳;5一温度显示屏;6一控制器按钮;7一感温器;8一进风口。

图1电热水壶外部结构

1.1电磁调控模块

电磁调控模块结构如图3所示,由电磁铁、软性棒、半弧形挡板和电磁铁控制器组成,具体连接方式为:电磁调控模块安装在水壶后侧并集中于水壶外壳与水壶盖连接处,电磁铁呈圆形,中间有孔并连通电热水壶内部,电磁铁镶嵌在水壶外壳后侧,水壶盖后侧镶嵌有金属片,水壶盖后端安装有软性棒,软性棒能够穿过电磁铁中间孔并导入电热水壶内部与半弧形挡板接触,半弧形挡板与通风道挡板相较接并固定在较接点上:水壶盖打开并呈一定角度时,电磁铁通过金属片吸附水壶盖,水壶盖后端的软性棒穿过电磁铁的中间孔推动半弧形挡板,使通风道挡板绕较接点旋转打开,使空气能够实现流动。

1一水壶盖;2一水壶盖较接块;3一通风道挡板;4一水壶外壳;

6一控制器按钮;9一控制器;10一半导体制冷芯片。

图2电热水壶内部结构

1一水壶盖;2一水壶盖较接块;3一通风道挡板;8一进风口;

11一电磁铁;12一软性棒;13一半孤形挡板;14一出风口;

15一杂质过滤网;16一电动风扇模块。

图3电磁调控模块结构示意图

1.2测温模块

测温模块由温度传感器DS18B20、温度显示屏、蜂鸣器、感温器、温度显示屏控制器和温度解调器组成,感温器安装在内胆内部两侧的顶部和底部,对水温进行监测:然后将检测信息通过温度解调器传递给单片机,单片机将信息进行处理后,通过温度显示屏控制器显示温度信息,蜂鸣器接收到单片机信号时通过鸣响提醒用户水温达到指定温度。

1.3控制器

控制器内部结构剖面如图4所示,主要由按钮、单片机、电磁铁控制器、半导体芯片控制器、蜂鸣器、按钮解调器、电机控制器、温度显示屏控制器和温度解调器组成。控制器安装在水壶外壳正面内部,控制器上镶嵌有按钮,操作者通过按钮控制控制器工作,继而控制电热水壶工作。

6一控制器按钮;9一控制器;17一温度解调器;18一单片机;

19一温度显示屏控制器;20一半导体芯片控制器;21一电磁铁控制器;

22一电机控制器;23一按钮解调器;24一蜂鸣器.

图4控制器内部结构剖面示意图

1.4流动降温模块

流动降温模块由进风口、出风口、电动风扇、通风道挡板、杂质过滤网和电机控制器组成,通风道贯穿内胆与水壶外壳间的夹层左右两侧及后侧,内胆顶部左右两侧有进风口,内胆后侧中上部有出风口,并安装有通风道挡板,进风口和出风口的通风道开口处安装有杂质过滤网,电动风扇安置在内胆左右两侧的外壁表面,电机控制器镶嵌在控制器内部,接收单片机的控制信息后开始工作,并从通风道顶部的进风口吸入凉空气,凉空气在通风道内循环后,由水壶后侧出风口吹出,通风道挡板将在通风道内循环后的空气吹向壶内开水,壶内部热水开始冷却。

2工作原理

该电热水壶在具体应用时,由外部提供电源,在电热水壶将水烧开后,操作者将水壶盖打开至水壶盖后端的金属片与电磁铁结合,水壶盖后端的软性棒将通风道挡板打开,按钮解调器能够将冷却温度信息解调为单片机能处理的数字信号,同时单片机控制电机控制器工作,电机控制器通过内部导线控制电动风扇动作,电动风扇从进风口吸入凉空气,从出风口吹出,然后吹向壶内开水,使壶内部热水开始冷却:当冷却到所设定温度时,感温器发出信号到单片机,使电磁铁断电,软性棒抽出,使水壶盖复位盖合,将进风口关闭,通风道挡板落回原位,同时关闭出风口,对壶内热水进行保温:与此同时,蜂鸣器鸣响,提醒操作者水温达到指定温度。

3结语

本文利用基于单片机的智能测温模块、基于帕尔贴的冷却模块与电热元件,设计了具有升温、降温或保温功能的新式电热水壶,使用者可以通过按钮设定温度,显示屏可以显示温度,具有良好的人工界面设计,使用方便,能够满足某些场合的应用需求。