2024年5月31日发(作者：昝灵萱)
可自动合盖的电热水壶设计分析
发布时间：2022-01-20T09:08:56.594Z 来源：《中国科技人才》2021年第29期 作者： 陈志钧
[导读] 传统的电热水壶为机械开盖结构，无法实现自动开盖，在智能家居时代，自动开盖电水壶是其产品研发方向之一。
广东美的生活电器制造有限公司 528000
摘要：本文首先对可自动合盖的热水壶设计的目的和意义简要概述，然后单片机处理器、A/D转换电路、温度传感器、显示系统、压力
传感器、软件控制等方面阐述可自动合盖的热水壶设计的软硬件，最后从总体设计思路、可自动合盖的特点、自动合盖控制程序、系统工
作过程等方面阐述可自动合盖的热水壶系统设计思路。
关键词：自动合盖；电热水壶；设计
引言：传统的电热水壶为机械开盖结构，无法实现自动开盖，在智能家居时代，自动开盖电水壶是其产品研发方向之一。自动开盖电
水壶主要使用钩头、椭圆拉杆和翻盖开关等部件，电热水壶的壶盖后沿与手柄前端铰接，其铰接处设有扭力弹簧，壶盖的前沿开设卡钩
槽。当钩头绕其与壶体的壶口铰接处旋转一定的角度时，钩头的头部可插入壶盖前沿的卡钩槽中，通过压力传感器进行控制即可通过钩头
实现自动合盖和开盖。
一、可自动合盖的电热水壶设计的目的和意义
可自动合盖的电热水壶除了具备电热水壶功能外，还可连接手机，实现智能控制 因此，本文阐述可自动合盖的热水壶设计思路的目的
是提高热水壶智能化控制水平，意义是提高热水壶的功能和利用效果，以改善人们生活质量。
二、可自动合盖的电热水壶设计的软硬件
（一）单片机处理器
本文设计可自动合盖的热水壶选用MCS-51单片机作为处理器，该处理器共有电源、时钟、控制、I/O四类引脚40个，VCC芯片电源接
+5V电源、VSS接地端，时钟XTAL1和XTAL2分别接入晶体振荡电路反相输入端和输出端，共有控制线4根，具有ALE/PROG、PSEN、
PST/VPD、EA/VPP等功能，共有4个八位并行I/O端口，共有4个端口、32个引脚，采用片外三总线结构[1]。
（二）A/D转换电路
本文设计可自动合盖的热水壶选用ADC0809 CMOS集成电路8位单片A/D转换器与单片机进行连接，通过A/D转换芯片与单片机芯片进
行数据传输。该A/D转换器片内有8路模拟开关，ALE地址锁存允许，启动后A/D转换器与ALE连接后通过程序加上正脉冲后进行A/D转换，
转换结束后信号在EOC端输出，高电平有效，最终通过输出锁存缓冲器将转换后的数据输出到外部[2]
（三）温度传感器
本文设计可自动合盖的热水壶选用NTC/热敏电阻，其灵敏度高、工作温度范围宽、体积小、使用方便、稳定性好、过载能力强、可塑
性强。该温度传感器测温范围为-55℃～315℃，热水壶中水加热装置主要包括主控模块和温度检测模块，加热控制方法为温度检测模块先实
时检测水壶内水温，再由主控模块判断当前水温是否需要加热。
（四）显示系统
本文设计可自动合盖的热水壶选用液晶显示屏，液晶显示屏具有耗电量低、体积小、辐射低等优点。为了提高用户使用体验，可以选
择带中文字库的128X64点阵图形液晶显示模块，它是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体
中文字库的液晶显示屏。该设备内置8192 个16×16 点阵汉字，显示分辨率为128×64 点，时钟频率为2MHZ，串行并口通讯皆可、软件设计
无需片选信号，工作温度为0℃ ～+55℃ 。
（五）压力传感器
本文设计可自动合盖的热水壶选用高精度称重24位A/D转换器芯片HX711，该压力传感器具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优
点，其工作温度范围为-20～+85℃，与处理器、数据传输、温度控制、显示系统的工作温度范围均匹配。HX711压力传感器芯片无需编程和
内寄存器即可实现数字控制和串口通讯，其输出数据速率选择10Hz或80Hz均可。压力传感器主要监控人们是否完成装水和倒水工作，当人
们往热水壶中装水或者倒水时，压力传感器能够识别热水壶手把处的压力，此时可以自动开盖；当人们手部离开热水壶手把处时，压力传
感器未识别到压力，此时自动完成合盖。
（六）软件设计
本文设计可自动合盖的热水壶软件设计选用C语言编写、模块化程序设计即可。可自动合盖的热水壶软件首先需要对壶内水温进行检
测，如果水温过高或者过低则将水温信息发送给控制模块。这样人们即可通过手机终端直接对电热水壶进行加热或者保温选择，并控制电
热水壶壶盖的开合。
三、可自动合盖的热水壶系统设计
（一）总体设计思路
可自动合盖的热水壶系统应该具备控温、再沸腾、预约加热、出水量调节等功能，其中控温功能需要实现不同温度的控制，例如
70℃、80℃、90℃、98℃四个等级；再沸腾直接通过功能按键即可实现该功能，其目的是除掉水中的氯元素；预约加热可以实现远程控制，
有利于节省人力、心力和时间；出水量调节可以通过自动合盖等功能防止幼儿被烫伤或者防止水壶漏水。除此之外，可自动合盖的热水壶
系统设计时还应该考虑其安全性能，即增加检测热水壶中是否有水的功能，防止热水壶空烧，否则容易增加热水壶使用安全隐患。
（二）可自动合盖的特点
热水壶控温、再沸腾、预约加热、出水量调节功能都需要基于可自动合盖功能实现，70℃、80℃、90℃、98℃等温度控制无法在开盖下
完成；再沸腾若在开盖下完成容易导致大量水分蒸发；预约加热功能在开盖下完成比较困难，合盖后热水壶加热效率更高且水分损失较
少；出水量在开盖下根本无法调节，且容易对周围幼儿带来安全隐患。因此，可自动合盖具有安全性、稳定性特点，可自动合盖功能在热
水壶系统中的实现是非常必要的。
（三）自动合盖控制程序
可自动合盖的热水壶系统自动合盖控制程序主要通过电源、温度传感器、网络接收器、压力传感器、驱动加热、自动断电、温度显
示、驱动加水等模块实现，电源首先与单片机处理器连接，单片机分别对以上模块进行控制，具体根据温度传感器、网络接收器、压力传
感器传输的信息结果对驱动加热、自动断电、温度显示、驱动加水各个模块下达指令，期间可以让热水壶实现自动合盖功能。
（四）系统工作过程
可自动合盖的热水壶系统可以采用按压式触发开盖功能，这样人们在使用热水壶倒水时壶盖自动打开，而人们将热水壶放回基座上时
没有触发开盖功能，此时单片机对驱动电机发出指令，热水壶就会自动合盖。如果人们想要加水，则可以直接转换至加水模式，此时盒盖
会自动开发，加水完成后执行加热命令时会自动合盖。
结论：综上所述，可自动合盖的热水壶设计对人们日常生活具有极大帮助，很多自动开盖电水壶产品已经完成了开发和上市，其市场
销售份额表明了该产品具有实际应用意义。但是可自动合盖的热水壶还应该与智能化控制系统结合到一起，这样才能进一步提高热水壶家
电的智能化技术水平。
参考文献：
[1]甘力驰,陈文龙,张宇航,等.STM32结合物联网控制的智能热水壶研究[J].电子测试,2021(18):5-7.
[2]顾达.浅谈一款带自动报警功能的热水壶[J].南方农机,2018,49(19):168.
2024年5月31日发(作者：昝灵萱)
可自动合盖的电热水壶设计分析
发布时间：2022-01-20T09:08:56.594Z 来源：《中国科技人才》2021年第29期 作者： 陈志钧
[导读] 传统的电热水壶为机械开盖结构，无法实现自动开盖，在智能家居时代，自动开盖电水壶是其产品研发方向之一。
广东美的生活电器制造有限公司 528000
摘要：本文首先对可自动合盖的热水壶设计的目的和意义简要概述，然后单片机处理器、A/D转换电路、温度传感器、显示系统、压力
传感器、软件控制等方面阐述可自动合盖的热水壶设计的软硬件，最后从总体设计思路、可自动合盖的特点、自动合盖控制程序、系统工
作过程等方面阐述可自动合盖的热水壶系统设计思路。
关键词：自动合盖；电热水壶；设计
引言：传统的电热水壶为机械开盖结构，无法实现自动开盖，在智能家居时代，自动开盖电水壶是其产品研发方向之一。自动开盖电
水壶主要使用钩头、椭圆拉杆和翻盖开关等部件，电热水壶的壶盖后沿与手柄前端铰接，其铰接处设有扭力弹簧，壶盖的前沿开设卡钩
槽。当钩头绕其与壶体的壶口铰接处旋转一定的角度时，钩头的头部可插入壶盖前沿的卡钩槽中，通过压力传感器进行控制即可通过钩头
实现自动合盖和开盖。
一、可自动合盖的电热水壶设计的目的和意义
可自动合盖的电热水壶除了具备电热水壶功能外，还可连接手机，实现智能控制 因此，本文阐述可自动合盖的热水壶设计思路的目的
是提高热水壶智能化控制水平，意义是提高热水壶的功能和利用效果，以改善人们生活质量。
二、可自动合盖的电热水壶设计的软硬件
（一）单片机处理器
本文设计可自动合盖的热水壶选用MCS-51单片机作为处理器，该处理器共有电源、时钟、控制、I/O四类引脚40个，VCC芯片电源接
+5V电源、VSS接地端，时钟XTAL1和XTAL2分别接入晶体振荡电路反相输入端和输出端，共有控制线4根，具有ALE/PROG、PSEN、
PST/VPD、EA/VPP等功能，共有4个八位并行I/O端口，共有4个端口、32个引脚，采用片外三总线结构[1]。
（二）A/D转换电路
本文设计可自动合盖的热水壶选用ADC0809 CMOS集成电路8位单片A/D转换器与单片机进行连接，通过A/D转换芯片与单片机芯片进
行数据传输。该A/D转换器片内有8路模拟开关，ALE地址锁存允许，启动后A/D转换器与ALE连接后通过程序加上正脉冲后进行A/D转换，
转换结束后信号在EOC端输出，高电平有效，最终通过输出锁存缓冲器将转换后的数据输出到外部[2]
（三）温度传感器
本文设计可自动合盖的热水壶选用NTC/热敏电阻，其灵敏度高、工作温度范围宽、体积小、使用方便、稳定性好、过载能力强、可塑
性强。该温度传感器测温范围为-55℃～315℃，热水壶中水加热装置主要包括主控模块和温度检测模块，加热控制方法为温度检测模块先实
时检测水壶内水温，再由主控模块判断当前水温是否需要加热。
（四）显示系统
本文设计可自动合盖的热水壶选用液晶显示屏，液晶显示屏具有耗电量低、体积小、辐射低等优点。为了提高用户使用体验，可以选
择带中文字库的128X64点阵图形液晶显示模块，它是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体
中文字库的液晶显示屏。该设备内置8192 个16×16 点阵汉字，显示分辨率为128×64 点，时钟频率为2MHZ，串行并口通讯皆可、软件设计
无需片选信号，工作温度为0℃ ～+55℃ 。
（五）压力传感器
本文设计可自动合盖的热水壶选用高精度称重24位A/D转换器芯片HX711，该压力传感器具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优
点，其工作温度范围为-20～+85℃，与处理器、数据传输、温度控制、显示系统的工作温度范围均匹配。HX711压力传感器芯片无需编程和
内寄存器即可实现数字控制和串口通讯，其输出数据速率选择10Hz或80Hz均可。压力传感器主要监控人们是否完成装水和倒水工作，当人
们往热水壶中装水或者倒水时，压力传感器能够识别热水壶手把处的压力，此时可以自动开盖；当人们手部离开热水壶手把处时，压力传
感器未识别到压力，此时自动完成合盖。
（六）软件设计
本文设计可自动合盖的热水壶软件设计选用C语言编写、模块化程序设计即可。可自动合盖的热水壶软件首先需要对壶内水温进行检
测，如果水温过高或者过低则将水温信息发送给控制模块。这样人们即可通过手机终端直接对电热水壶进行加热或者保温选择，并控制电
热水壶壶盖的开合。
三、可自动合盖的热水壶系统设计
（一）总体设计思路
可自动合盖的热水壶系统应该具备控温、再沸腾、预约加热、出水量调节等功能，其中控温功能需要实现不同温度的控制，例如
70℃、80℃、90℃、98℃四个等级；再沸腾直接通过功能按键即可实现该功能，其目的是除掉水中的氯元素；预约加热可以实现远程控制，
有利于节省人力、心力和时间；出水量调节可以通过自动合盖等功能防止幼儿被烫伤或者防止水壶漏水。除此之外，可自动合盖的热水壶
系统设计时还应该考虑其安全性能，即增加检测热水壶中是否有水的功能，防止热水壶空烧，否则容易增加热水壶使用安全隐患。
（二）可自动合盖的特点
热水壶控温、再沸腾、预约加热、出水量调节功能都需要基于可自动合盖功能实现，70℃、80℃、90℃、98℃等温度控制无法在开盖下
完成；再沸腾若在开盖下完成容易导致大量水分蒸发；预约加热功能在开盖下完成比较困难，合盖后热水壶加热效率更高且水分损失较
少；出水量在开盖下根本无法调节，且容易对周围幼儿带来安全隐患。因此，可自动合盖具有安全性、稳定性特点，可自动合盖功能在热
水壶系统中的实现是非常必要的。
（三）自动合盖控制程序
可自动合盖的热水壶系统自动合盖控制程序主要通过电源、温度传感器、网络接收器、压力传感器、驱动加热、自动断电、温度显
示、驱动加水等模块实现，电源首先与单片机处理器连接，单片机分别对以上模块进行控制，具体根据温度传感器、网络接收器、压力传
感器传输的信息结果对驱动加热、自动断电、温度显示、驱动加水各个模块下达指令，期间可以让热水壶实现自动合盖功能。
（四）系统工作过程
可自动合盖的热水壶系统可以采用按压式触发开盖功能，这样人们在使用热水壶倒水时壶盖自动打开，而人们将热水壶放回基座上时
没有触发开盖功能，此时单片机对驱动电机发出指令，热水壶就会自动合盖。如果人们想要加水，则可以直接转换至加水模式，此时盒盖
会自动开发，加水完成后执行加热命令时会自动合盖。
结论：综上所述，可自动合盖的热水壶设计对人们日常生活具有极大帮助，很多自动开盖电水壶产品已经完成了开发和上市，其市场
销售份额表明了该产品具有实际应用意义。但是可自动合盖的热水壶还应该与智能化控制系统结合到一起，这样才能进一步提高热水壶家
电的智能化技术水平。
参考文献：
[1]甘力驰,陈文龙,张宇航,等.STM32结合物联网控制的智能热水壶研究[J].电子测试,2021(18):5-7.
[2]顾达.浅谈一款带自动报警功能的热水壶[J].南方农机,2018,49(19):168.