CN209995974U - 一种智能电热水壶 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及智能水壶技术领域，特别涉及一种智能电热水壶。本实用新型包括单片机控制模块、信号采集模块、驱动模块、报警显示模块、继电器模块、按键模块以及供电模块，所述单片机控制模块的信号输入端分别连接信号采集模块、按键模块的信号输出端，单片机控制模块的信号输出端分别连接驱动模块、报警显示模块、继电器模块的信号输入端，所述驱动模块的信号输出端连接加热模块的信号输入端，所述按键模块的信号输出端连接信号采集模块的信号输入端，所述供电模块用于对各个模块进行供电。本实用新型能够维持水温恒定，而且结构简单，使用安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能水壶技术领域，特别涉及一种智能电热水壶。
背景技术
电热水壶是非常重要的家用电器，能够对液体进行加热，一般来说热水壶加热水最为常见，电热水壶能够在用户设定的时间，将水加热至设定温度。
现有技术中的电热水壶，一部分是将水加热至沸腾则发出警报并切断电源停止加热，一部分则加热至沸腾则停止加热。现有技术中的电热水壶结构复杂，而且无法维持水温的恒定，因此亟需改进。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种结构简单、能够维持水温恒定的智能电热水壶。
要解决以上所述的技术问题，本实用新型采取的技术方案为：
一种智能电热水壶，包括壶体以及设置于壶体上的壶手和壶盖，所述壶体包括外壳和位于外壳内的隔热层，壶体设置于底座上，所述底座上还设置有智能控制系统；
所述智能控制系统包括单片机控制模块、信号采集模块、驱动模块、报警显示模块、继电器模块、按键模块以及供电模块，所述单片机控制模块的信号输入端分别连接信号采集模块、按键模块的信号输出端，单片机控制模块的信号输出端分别连接驱动模块、报警显示模块、继电器模块的信号输入端，所述驱动模块的信号输出端连接加热模块的信号输入端，所述按键模块的信号输出端连接信号采集模块的信号输入端，所述供电模块用于对各个模块进行供电。
优选的，所述单片机控制模块包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STM32ZET6芯片。
优选的，所述信号采集模块包括：
用于采集液体温度的温度传感器以及用于采集液体压力的压力传感器；
所述温度传感器的信号输出端、压力传感器的信号输出端均与单片机控制模块的信号输入端相连接。
优选的，所述驱动模块采用PTC阵列驱动电路。
优选的，所述报警显示模块包括蜂鸣器和闪灯。
进一步的，所述继电器模块包括中间继电器。
进一步的，所述按键模块与智能电热水壶的外部开关相连接。
进一步的，所述供电模块包括24V开关电源，所述24V开关电源的一个电源输入端与所述中间继电器的一个输入端相连，24V开关电源的另一个电源输入端以及中间继电器的另一个输入端均连接外部220V市电，所述中间继电器的正极输出端分别连接第一电阻R1的一端、第一三极管Q1的集电极，所述第一电阻R1的另一端连接+24V电源，所述第一三极管Q1的基极连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端作为供电模块的供电输出端，所述第一三极管Q1的发射极连接中间继电器的负极输出端并接地，所述24V开关电源的正极输出端分别连接第一电容C1的一端、第一稳压芯片的输入端以及+24V电源，24V开关电源的负极输出端分别连接第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端、第五电容C5的一端、第一稳压芯片的接地端、第二稳压芯片的接地端并接地，第一稳压芯片的输出端分别连接第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第二稳压芯片的输入端以及+5V电源，所述第二稳压芯片的输出端分别连接第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端以及+3.3V电源。
进一步的，所述第一稳压芯片的型号为LM1117-5，第二稳压芯片的型号为LM1117-3.3。
进一步的，所述加热模块采用PTC加热元件。
本实用新型的有益效果为：
(1)、本实用新型的智能控制系统包括单片机控制模块、信号采集模块、驱动模块、报警显示模块、继电器模块、按键模块以及供电模块，本实用新型通过单片机控制模块、PTC阵列驱动电路、PTC加热元件之间的配合，本实用新型能够维持水温恒定，而且结构简单，使用安全。
(2)、所述单片机控制模块包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STM32ZET6芯片，STM32ZET6芯片的体积小，操作方便，可靠性高。
(3)、在所述供电模块上串联一个中间继电器，中间继电器由控制芯片控制，当控制芯片判断温度超过最大值时断开电源，保证了智能电热水壶使用的安全。
附图说明
下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本实用新型的智能电热水壶的结构图。
图2为本实用新型的智能控制系统的结构原理图。
图3为本实用新型的智能控制系统的供电模块的电路原理图。
图中的附图标记含义如下：
1—壶体 2—外壳
3—隔热层 4—底座
10—单片机控制模块 20—信号采集模块
21—温度传感器 22—压力传感器
30—驱动模块 40—报警显示模块
50—继电器模块 60—按键模块
70—供电模块
具体实施方式
下面对照附图，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如图1、2所示，一种智能电热水壶，包括壶体1以及设置于壶体1上的壶手和壶盖，所述壶体1包括外壳2和位于外壳2内的隔热层3，壶体1设置于底座4上，所述底座4上还设置有智能控制系统；
所述智能控制系统包括单片机控制模块10、信号采集模块20、驱动模块30、报警显示模块40、继电器模块50、按键模块60以及供电模块70，所述单片机控制模块10的信号输入端分别连接信号采集模块20、按键模块60的信号输出端，单片机控制模块10的信号输出端分别连接驱动模块30、报警显示模块40、继电器模块50的信号输入端，所述驱动模块30的信号输出端连接加热模块的信号输入端，所述按键模块60的信号输出端连接信号采集模块20的信号输入端，所述供电模块70用于对各个模块进行供电。
所述单片机控制模块10包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STM32ZET6芯片。
所述信号采集模块20包括：用于采集液体温度的温度传感器21以及用于采集液体压力的压力传感器22；所述温度传感器21的信号输出端、压力传感器22的信号输出端均与单片机控制模块10的信号输入端相连接。
所述温度传感器21设置于隔热层3内。
具体的，所述压力传感器22放置于智能电热水壶中央，高于智能电热水壶底面，并在压力传感器22的周围设有滤网，防止加热液体中茶叶或者其他物品的撞击或者挤压导致数据不准确，压力传感器22将液体压力数据发送给单片机控制模块10，单片机控制模块10再结合智能电热水壶数据，包括形状以及高度，计算当前智能电热水壶水量。
例如，所述压力传感器22距离智能电热水壶底面高度为h；
液体压强公式为：P＝ρgv/s；
电热水壶截面面积为：S；
故
由液体的高度就能够直接得到液体的体积，结合液体的比热容以及当前水温，和用户设定的时间就能够选择恰当的加热功率。
m水＝ρ水*V水；
Q＝m水*(T0—T1)*C水；
其中T1是当前水温，而T0是设定的加热温度；
P电＝Q/ηT；
其中η为加热转化效率，T为用户设定时间。
所述驱动模块30采用PTC阵列驱动电路，所述报警显示模块40包括蜂鸣器和闪灯，所述继电器模块50包括中间继电器，所述按键模块60与智能电热水壶的外部开关相连接，所述加热模块采用PTC加热元件。
所述按键模块60来启动单片机控制模块10和信号采集模块20工作。
PTC加热元件是一种可以恒温发热的元件，不需要专门的温控器和热电阻热电偶等温度传感器进行温度反馈即能对加热器进行发热控制，它的温度调节是靠自身的材料特性，从而使产品具有远大于其它加热器的使用寿命，其发热范围与供电电压可以定制，本实施例中设定的PTC加热元件的供电电压是12V。
STM32ZET6芯片体积小，操作方便，可靠性高，STM32ZET6芯片使用I2C接口获取温度传感器的数据，而后进行数据分析，分析数据时，若温度小于设定值则启动PTC阵列驱动电路和PTC加热元件，若温度高于设定值则启动PTC加热元件中的恒温阵列，若温度高于最大值则断开电源，若温度回落至设定值则接通电源同时启动恒温阵列，STM32ZET6芯片还与OLED显示屏连接，可以随时更新显示的内容，方便设定加热温度和加热时间。
报警显示模块40也可以采用OLED作为显示屏，OLED采用4线SPI协议，通信方便、快捷。同时模块供电不需要高压，直接接3.3V就可以工作，OLED上显示当前温度，工作状态，设定值，最大值等信息。
温度传感器21采用MLX90614ESF红外非接触温度测量传感器模块，该模块体积小，成本低，易集成。传感器温度范围-40至+125℃，物体温度范围-70至+380℃，温度范围内，精度可达0.5℃，适用于不同应用领域多种封装形式和测量方式。
如图3所示，所述供电模块70包括24V开关电源，所述24V开关电源的一个电源输入端与所述中间继电器的一个输入端相连，24V开关电源的另一个电源输入端以及中间继电器的另一个输入端均连接外部220V市电，所述中间继电器的正极输出端分别连接第一电阻R1的一端、第一三极管Q1的集电极，所述第一电阻R1的另一端连接+24V电源，所述第一三极管Q1的基极连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端作为供电模块70的供电输出端，所述第一三极管Q1的发射极连接中间继电器的负极输出端并接地，所述24V开关电源的正极输出端分别连接第一电容C1的一端、第一稳压芯片的输入端以及+24V电源，24V开关电源的负极输出端分别连接第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端、第五电容C5的一端、第一稳压芯片的接地端、第二稳压芯片的接地端并接地，第一稳压芯片的输出端分别连接第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第二稳压芯片的输入端以及+5V电源，所述第二稳压芯片的输出端分别连接第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端以及+3.3V电源。
所述第一稳压芯片的型号为LM1117-5，第二稳压芯片的型号为LM1117-3.3。
220V市电经过24V开关电源后输出DC24V，而后再经过稳压芯片LM1117分别稳压出5V和3.3V，在总电源电路上串联一个中间继电器，中间继电器由主控芯片控制，当STM32ZET6芯片判断温度超过最大值时断开电源，220V市电经过P1端口引入，中间继电器处于常闭状态，AC端联通，经过S1产生24V直流电，后稳压出5V，3.3V。S2的状态由单片机控制模块10通过第一三极管Q1组成的开关电路控制，正常使用时，第一三极管Q1导通，S2不得电一直处于常闭状态，当供电模块70的供电输出端发生信号使三极管关断，S2得电处于常开状态，AC端断开。
本实用新型具备两种工作模式，其一能够加热水至用户设定的温度且能够维持该温度恒定，其二则是传统的烧开水则先加热至沸腾，而后恒温。模式一的加热温度以及恒温温度，可以由使用者进行自主调节，在报警显示模块40下的液晶屏上进行操作十分便利。模式二是恒温温度也可以自行设置，恒温时间也可以设置，两种工作模式切换自由，使用便利。此外本实用新型设定最大的安全温度，一旦该电热水壶内温度超过安全温度则立即停止加热并切断电源，能够有效地避免安全隐患，OLED作为显示屏具有显示模块，能够将工作状态及时有效地传递至用户，方便实用，且能够方便的设置温度，从而使用效果大大增加。供电也能够直接采用市电，方便实用。
本实用新型利用PTC加热元件加热智能电热水壶中的液体，同时使用温度传感器21测量液体温度，由显示屏得到用户设定时间，由压力传感器22以及智能电热水壶的截面得到水的体积，结合水的比热容以及加热效率得出加热功率，从而确保智能电热水壶能够有效地在设定的时间节点使水沸腾，单片机控制模块10会依据水量以及当前水温并结合智能电热水壶的加热功率得到加热时间范围并由显示模块提供给用户，用户可以在该范围内进行选择，同时智能电热水壶内设置一个安全温度最大值，当液体温度超过最大值时断开电源电路，结束加热。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种智能电热水壶，其特征在于：包括壶体(1)以及设置于壶体(1)上的壶手和壶盖，所述壶体(1)包括外壳(2)和位于外壳(2)内的隔热层(3)，壶体(1)设置于底座(4)上，所述底座(4)上还设置有智能控制系统；
所述智能控制系统包括单片机控制模块(10)、信号采集模块(20)、驱动模块(30)、报警显示模块(40)、继电器模块(50)、按键模块(60)以及供电模块(70)，所述单片机控制模块(10)的信号输入端分别连接信号采集模块(20)、按键模块(60)的信号输出端，单片机控制模块(10)的信号输出端分别连接驱动模块(30)、报警显示模块(40)、继电器模块(50)的信号输入端，所述驱动模块(30)的信号输出端连接加热模块的信号输入端，所述按键模块(60)的信号输出端连接信号采集模块(20)的信号输入端，所述供电模块(70)用于对各个模块进行供电；
所述继电器模块(50)包括中间继电器；
所述按键模块(60)与智能电热水壶的外部开关相连接；
所述供电模块(70)包括24V开关电源，所述24V开关电源的一个电源输入端与所述中间继电器的一个输入端相连，24V开关电源的另一个电源输入端以及中间继电器的另一个输入端均连接外部220V市电，所述中间继电器的正极输出端分别连接第一电阻R1的一端、第一三极管Q1的集电极，所述第一电阻R1的另一端连接+24V电源，所述第一三极管Q1的基极连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端作为供电模块(70)的供电输出端，所述第一三极管Q1的发射极连接中间继电器的负极输出端并接地，所述24V开关电源的正极输出端分别连接第一电容C1的一端、第一稳压芯片的输入端以及+24V电源，24V开关电源的负极输出端分别连接第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端、第五电容C5的一端、第一稳压芯片的接地端、第二稳压芯片的接地端并接地，第一稳压芯片的输出端分别连接第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第二稳压芯片的输入端以及+5V电源，所述第二稳压芯片的输出端分别连接第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端以及+3.3V电源；
所述第一稳压芯片的型号为LM1117-5，第二稳压芯片的型号为LM1117-3.3；
所述加热模块采用PTC加热元件。
2.如权利要求1所述的一种智能电热水壶，其特征在于：所述单片机控制模块(10)包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STM32ZET6芯片。
3.如权利要求2所述的一种智能电热水壶，其特征在于，所述信号采集模块(20)包括：
用于采集液体温度的温度传感器(21)以及用于采集液体压力的压力传感器(22)；
所述温度传感器(21)的信号输出端、压力传感器(22)的信号输出端均与单片机控制模块(10)的信号输入端相连接。
4.如权利要求3所述的一种智能电热水壶，其特征在于：所述驱动模块(30)采用PTC阵列驱动电路。
5.如权利要求4所述的一种智能电热水壶，其特征在于：所述报警显示模块(40)包括蜂鸣器和闪灯。
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| CN201820946822.2U CN209995974U (zh) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 一种智能电热水壶 |
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| CN112051869A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-08 | 大悦创新（苏州）医疗科技股份有限公司 | 结肠水疗仪的水温控制方法及结肠水疗仪 |
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2018
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