无线智能电水壶控制系统的设计
随着通信技术不断发展,将各种设备进行有效连接,使其发挥最大作用,从而方便人们的日常生活。本设计是基于单片机控制技术、蓝牙无线通信技术、安卓开发技术、Altium Designer硬件搭建技术，与所学知识理论相吻合并对其有所拓展。这是一个烧水热水的设计，考虑到正常人们需要走近烧水壶前对烧水壶进行手动操作控制，或者烧水壶有自动烧水控制（比如我么们的饮水机），但是自动烧水控制随着水的温度降低，开水是一个凉了又烧开的反复过程，如此反复烧会由于水里面的一些物质发生化学反应进而产生亚硝酸盐类，是致癌物质，所以会影响人的身体健康。为了解决这些问题，本设计利用蓝牙通信技术实现用手机APP控制烧水壶烧水的开关和温度设定以及报警功能，并保留普通电水壶原有功能，使生活中更加方便、快捷、健康、安全。
目 录
引言 1
（一）研究的背景 1
（二）研究的意义 1
一、系统总体设计 2
二、主要器件介绍 3
（一）单片机STC15W408AS 3
（二）继电器 4
（三）DS18B20 4
（四）蓝牙模块 5
三、硬件设计 6
（一）单片机最小系统 6
（二）温度检测电路 7
（三）电水壶控制电路 8
（四）蓝牙模块 9
四、软件设计 10
（一）单片机程序部分 10
（二）蓝牙APP部分 13
五、实物制作与调试 15
（一）实物的制作 15
（二）实物的调试 17
总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录一 原理图 23
附录二 实物图 24
附录三 源程序 26
引言
（一）研究的背景
1.国内外电水壶发展情况
在人们的生活中烧水热水的活动是必不可少的，一个是可以对冷水进行高温消毒的作用，还有就是可以给人们提供一定的热量和温度。一开始人们是只要用一个不会被高温熔化可以盛水的容器，然后进行加热煮沸就可以了，但是随着生活水平质量的不断提高，为了方便易行且保证一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
定的安全，所以发明了用电烧水的装置，即电水壶。电水壶是1891年诞生于芝加哥的，后来传到了英国，由于英国人嗜茶，所以就爱上了它。到了二十一世纪，它便成为了全球的畅销品。电水壶具有水沸腾后自动断电的功能（还有防干烧的功能）。电水壶有鸣笛式电热水壶、防干烧鸣笛式电热水壶、塑胶型电热水壶。其中塑胶型电热水壶携带比较方便、而且安全性比较高，电水壶的工作状态可以根据电源信号指示灯来看是否处于烧水状态，电源的接入是一个上下分体结构可以360度旋转，外围的塑料支撑是采用熔点在两百摄氏度以上的食品级的塑料。它是目前一种新型的电水壶，因为其结构设计十分安全，而且除了水沸腾后自动断电的功能和防干烧的功能，还有接地保护、热熔断电保护多重保护功能。因此这里选用的就是这种新型的电水壶（塑胶型电热水壶）电水壶的选择根据需要烧水量和使用场合来决定。目前由于外国喝咖啡的人比较多，喝茶的人比较少，而中国喝茶的人比较多，喝咖啡的人比较多，所以外国人使用电水壶的比较少，甚至有的国外国家几乎见不到电水壶的影子，电水壶对他们的意义不是很大，电水壶主要在中国比较有市场。值得注意的是我国国内使用的电压一帮在220V，而国外的大都使用的是110V，所以国外的电水壶的额定电压比较低一些，国外使用电水壶烧水的速度也会比较慢。下面介绍一下国内电水壶的一个现状。
2.国内电水壶的现状
虽然原本属于西式小家电，但是由于中国人爱喝茶的原因，所以电水壶在中国比较流行了。一开始国内的一些类型的电水壶主要通过强大的网络销售让大家家喻户晓的。后来电水壶市场就有了一定的竞争，电水壶也在竞争中功能不断的完善、强大，同时电水壶还涵盖了健康、科技、时尚等方面，除了家常要用之外，还作为人们一个送礼的选择，因为它的功能的确可以。再酒店客房电水壶也成为了必备电器之一，用电水壶能够为服务减少成本、节约人力，给人提供安全的水和热量。据统计显示，电水壶市场也从城市慢慢普及到了农村，科技的发展惠及到各个地方。同时随着自动化和智能化以及物联网的一个发展，电水壶也作为了智能家居的一部分。国内电水壶行业的制造企业既受世界的影响，同时国内本身也在制造、研发等方面影响着世界电热水壶市场，特别是电水壶在渐渐与欧美大品牌同步。
（二）研究的意义
前面提到过电热壶最主要的意义还是对水加热和消毒的作用，从而给人们一个提供健康和热量的作用。但是从健康的角度来讲由于电热壶里面的水经常一次性喝不完，并且不会被倒掉，人们总是会不断的继续重复烧开，这样反复烧开会存在一个二次污染的问题，比如说产生亚硝酸盐，属于一种致癌物质，这是会影响人们的健康的。为了解决这个问题，市面上也有类似可以保温的，但是不方便设定温度，特别是冬天的时候人们常常将电热壶烧开的水又重新烧，等待跳闸，相当于又重新烧开一次，这是很不好的。由此本设计可以设定温度的功能。又由于考虑到一个智能化，智能家居这样一个概念，所以使用到了蓝牙控制，通过手机APP来控制电水壶的温度设定和工作状态的通断。值得一提的是饮水机也尤其容易存在上述问题，并且本课题不但可以用在电水壶和饮水机上，还可以用在生产生活中涉及到温度的设定的地方。
下面对整个课题进行介绍和阐述，第一部分是系统的总体设计，是对整个课题的一个整体的简要的概述；第二部分是主要元器件的描述，对本设计要用到的一些主要元器件进行描述介绍；第三部分是硬件设计，将电路分成一个个模块或者关联性计较强需要放到一起讲的作为一个个部分来进行讲述；第四部分则是软件设计部分，软件设计包括控制板的单片机的程序设计和手机端APP的一个程序设计。
一、系统总体设计
图1 系统总体设计框图
此毕业设计由电源电路（提供板载电源）、单片机控制电路（硬件的核心控制器）、温度检测电路（实时监控温度）、继电器控制电路（与水壶直接相连的控制电路）、电水壶（实现效果的终端）构成实现功能的硬件和实物，手机端作为用户发出控制命令操作的平台，而蓝牙通信作为手机端与硬件实物部分的一个无线连接。
二、主要器件介绍
（一）单片机STC15W408AS
作为控制板的CPU，STC15W408AS是一款STC公司的51内核的单片机。大学里面学得用的比较多的就是51内核的单片机和32位的单片机，但是这里不需要用到32位那么多功能，而且考虑到价格，STC15W408AS市场价格一般在4元左右，引脚数为28，存储程序的空间为8KB，作为这个控制板也是够用的，所以选择了它。下方第一个图是STC15W408AS的实物图，STC15W408AS自带内部时钟，不需要外部时钟，有断电复位的功能。如下方第二个图是STC15W408AS的芯片引脚图，芯片的12脚和15脚分别用于电源的VCC和GND对芯片供电；这款芯片比较特殊的点是它有三组串口，第一组是9号引脚和10号引脚，对应单片机的P16口和P17口，第二组是15号引脚和16号引脚，对应单片机的P30口和P31口，第三组是21号引脚和22号引脚，对应单片机的P36和P37，之所以有这么多个串口，一个是方便用户对多个串口或者切换使用，其次就是P30口和P31口由于要下载程序会对串口有一定的影响，但如果要常用这两个功能可以在P30口和P31口外接10K的上拉电阻（本设计没有接，下面硬件部分会详细描述）。它的开发环境是keil C51，用汇编和C语言都可以编写程序代码，一般烧写程序用STC公司自己开发的STCisp，烧写的时候可以在ISP调节硬件的时钟频率（范围在27MHZ以内）。此芯片一般用来做串口通信的项目和电子时钟等。
目 录
引言 1
（一）研究的背景 1
（二）研究的意义 1
一、系统总体设计 2
二、主要器件介绍 3
（一）单片机STC15W408AS 3
（二）继电器 4
（三）DS18B20 4
（四）蓝牙模块 5
三、硬件设计 6
（一）单片机最小系统 6
（二）温度检测电路 7
（三）电水壶控制电路 8
（四）蓝牙模块 9
四、软件设计 10
（一）单片机程序部分 10
（二）蓝牙APP部分 13
五、实物制作与调试 15
（一）实物的制作 15
（二）实物的调试 17
总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录一 原理图 23
附录二 实物图 24
附录三 源程序 26
引言
（一）研究的背景
1.国内外电水壶发展情况
在人们的生活中烧水热水的活动是必不可少的，一个是可以对冷水进行高温消毒的作用，还有就是可以给人们提供一定的热量和温度。一开始人们是只要用一个不会被高温熔化可以盛水的容器，然后进行加热煮沸就可以了，但是随着生活水平质量的不断提高，为了方便易行且保证一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
定的安全，所以发明了用电烧水的装置，即电水壶。电水壶是1891年诞生于芝加哥的，后来传到了英国，由于英国人嗜茶，所以就爱上了它。到了二十一世纪，它便成为了全球的畅销品。电水壶具有水沸腾后自动断电的功能（还有防干烧的功能）。电水壶有鸣笛式电热水壶、防干烧鸣笛式电热水壶、塑胶型电热水壶。其中塑胶型电热水壶携带比较方便、而且安全性比较高，电水壶的工作状态可以根据电源信号指示灯来看是否处于烧水状态，电源的接入是一个上下分体结构可以360度旋转，外围的塑料支撑是采用熔点在两百摄氏度以上的食品级的塑料。它是目前一种新型的电水壶，因为其结构设计十分安全，而且除了水沸腾后自动断电的功能和防干烧的功能，还有接地保护、热熔断电保护多重保护功能。因此这里选用的就是这种新型的电水壶（塑胶型电热水壶）电水壶的选择根据需要烧水量和使用场合来决定。目前由于外国喝咖啡的人比较多，喝茶的人比较少，而中国喝茶的人比较多，喝咖啡的人比较多，所以外国人使用电水壶的比较少，甚至有的国外国家几乎见不到电水壶的影子，电水壶对他们的意义不是很大，电水壶主要在中国比较有市场。值得注意的是我国国内使用的电压一帮在220V，而国外的大都使用的是110V，所以国外的电水壶的额定电压比较低一些，国外使用电水壶烧水的速度也会比较慢。下面介绍一下国内电水壶的一个现状。
2.国内电水壶的现状
虽然原本属于西式小家电，但是由于中国人爱喝茶的原因，所以电水壶在中国比较流行了。一开始国内的一些类型的电水壶主要通过强大的网络销售让大家家喻户晓的。后来电水壶市场就有了一定的竞争，电水壶也在竞争中功能不断的完善、强大，同时电水壶还涵盖了健康、科技、时尚等方面，除了家常要用之外，还作为人们一个送礼的选择，因为它的功能的确可以。再酒店客房电水壶也成为了必备电器之一，用电水壶能够为服务减少成本、节约人力，给人提供安全的水和热量。据统计显示，电水壶市场也从城市慢慢普及到了农村，科技的发展惠及到各个地方。同时随着自动化和智能化以及物联网的一个发展，电水壶也作为了智能家居的一部分。国内电水壶行业的制造企业既受世界的影响，同时国内本身也在制造、研发等方面影响着世界电热水壶市场，特别是电水壶在渐渐与欧美大品牌同步。
（二）研究的意义
前面提到过电热壶最主要的意义还是对水加热和消毒的作用，从而给人们一个提供健康和热量的作用。但是从健康的角度来讲由于电热壶里面的水经常一次性喝不完，并且不会被倒掉，人们总是会不断的继续重复烧开，这样反复烧开会存在一个二次污染的问题，比如说产生亚硝酸盐，属于一种致癌物质，这是会影响人们的健康的。为了解决这个问题，市面上也有类似可以保温的，但是不方便设定温度，特别是冬天的时候人们常常将电热壶烧开的水又重新烧，等待跳闸，相当于又重新烧开一次，这是很不好的。由此本设计可以设定温度的功能。又由于考虑到一个智能化，智能家居这样一个概念，所以使用到了蓝牙控制，通过手机APP来控制电水壶的温度设定和工作状态的通断。值得一提的是饮水机也尤其容易存在上述问题，并且本课题不但可以用在电水壶和饮水机上，还可以用在生产生活中涉及到温度的设定的地方。
下面对整个课题进行介绍和阐述，第一部分是系统的总体设计，是对整个课题的一个整体的简要的概述；第二部分是主要元器件的描述，对本设计要用到的一些主要元器件进行描述介绍；第三部分是硬件设计，将电路分成一个个模块或者关联性计较强需要放到一起讲的作为一个个部分来进行讲述；第四部分则是软件设计部分，软件设计包括控制板的单片机的程序设计和手机端APP的一个程序设计。
一、系统总体设计
图1 系统总体设计框图
此毕业设计由电源电路（提供板载电源）、单片机控制电路（硬件的核心控制器）、温度检测电路（实时监控温度）、继电器控制电路（与水壶直接相连的控制电路）、电水壶（实现效果的终端）构成实现功能的硬件和实物，手机端作为用户发出控制命令操作的平台，而蓝牙通信作为手机端与硬件实物部分的一个无线连接。
二、主要器件介绍
（一）单片机STC15W408AS
作为控制板的CPU，STC15W408AS是一款STC公司的51内核的单片机。大学里面学得用的比较多的就是51内核的单片机和32位的单片机，但是这里不需要用到32位那么多功能，而且考虑到价格，STC15W408AS市场价格一般在4元左右，引脚数为28，存储程序的空间为8KB，作为这个控制板也是够用的，所以选择了它。下方第一个图是STC15W408AS的实物图，STC15W408AS自带内部时钟，不需要外部时钟，有断电复位的功能。如下方第二个图是STC15W408AS的芯片引脚图，芯片的12脚和15脚分别用于电源的VCC和GND对芯片供电；这款芯片比较特殊的点是它有三组串口，第一组是9号引脚和10号引脚，对应单片机的P16口和P17口，第二组是15号引脚和16号引脚，对应单片机的P30口和P31口，第三组是21号引脚和22号引脚，对应单片机的P36和P37，之所以有这么多个串口，一个是方便用户对多个串口或者切换使用，其次就是P30口和P31口由于要下载程序会对串口有一定的影响，但如果要常用这两个功能可以在P30口和P31口外接10K的上拉电阻（本设计没有接，下面硬件部分会详细描述）。它的开发环境是keil C51，用汇编和C语言都可以编写程序代码，一般烧写程序用STC公司自己开发的STCisp，烧写的时候可以在ISP调节硬件的时钟频率（范围在27MHZ以内）。此芯片一般用来做串口通信的项目和电子时钟等。
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