基于红外测温的智能热水器的设计

基于红外测温的智能热水器的设计

赵丽微黄淑芬梁国威刘文林

（广东工业大学华立学院，广东广州511325）

摘要：传统的热水器是主要是通过加热棒或者电热丝直接加热到一定温度，用户通过手动控制冷热水阀调节合适的水温，控制和测试水温次数多，步骤较为繁琐，用户体验较差。本设计是一种基于红外温检测的智能热水器，采用Cortex-M3内核STM32F103ZET6微处理器为控制核心，可以实现自动调节合适的水温。该设计结合传感器技术、电力电子技术和嵌入式技术，以模块化设计实现该热水器整体系统的闭环控制。

关键词：红外体温检测；智能热水器；自动调节

1.热水器发展现在和趋势

依据不同热水器不同阶段的产品特点不同，竞争特征也不同。如今社会消费水平越来越高，消费者除了关注智能热水器产品的安全方面，还更加注重热水器产品给消费者带来的舒适智能健康的体验感受。传统热水器在使用的过程中，无法根据环境温度和人体的温度自动调节水温，用户体验较差。本设计的目的是满足人们对现代化家庭安全，舒适，便利，节能以及多元化信息服务的需要。

2.总体方案设计

通过将STM32单片机、红外测温模块相结合，利用红外测温模块对人体进行实时温度监测，通过STM32单片机对红外测温模块、水温控制模块以及水位控制模块反馈的信号进行处理，对加热棒加热进行控制，实现闭环调节出水温度的目的。同时智能热水器可以根据环境温度对水温进行控制，提升用户舒适度。其系统模块框图见图2.1

图2.1系统模块框图

3.系统硬件设计

3.1STM32最小系统

本设计是以STM32F103ZET6单片机为核心器件，采用STM32F103RCT6芯片配合相关电子贴接片与协处理器PCB板连接而成的硬件配置足以满足系统控制器的设计要求。STM32F103ZET6单片机需要接一定的外接电路才能正常工作，电路如图3.1所示

图3.1STM32最小系统

3.2红外线测温电路

基于MLX90614的内置智能化、高精确性和大的操作温度范围，本系统采用的红外测温模块是Melexis公司的红外测温模块CJMCU-MLX90614，集成了一个定制信号调节芯片。其红外传感器模块如图3.1所示。

3.3DS18B20的应用电路

本设计出水口测温模块采用防水封装DS18B20数字温度传感器模块，其独特的单线接口方式，使得DS18B20在与微处理器连接是仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。DS18B20硬件电路图如图3.1所示，DS18B20为单线通信，输入时为高电阻输入，输出为开漏输出，所以输出为1时为高阻态，需要外接上拉电阻增加数据读取稳定性并使其为高电平。

3.4继电器模块

继电器模块采用的是4路5V继电器模块带光耦隔离支持高低电平电路，Optoisolator和红外线发光二极管LEDB以及R3组成的光耦电路驱动能力强，本设计模块工作电压为5V，模块可以通过跳线设置高低电平的触发，其光耦电路传输过程是输入端为电信号时红外线发光二极管LED发出光线，光敏半导体管接受到光线后产生光电流并从输出端流出，实现“电—光—电”的转换。

4.系统软件设计

本设计程序编写采用的是KeilC51编译器，KeilC51是由ARM国内授权代理商提供技术支持和销售等有关服务，C51继承于C语言[2]，适合于每个阶段的开发人员，运行于51内核的单片机。根据系统设计指标，绘制出主流程序流程图，如图4.1所示。

图4.1系统流程图

由程序工作过程可知，首先用手遮挡红外开关，设备启动，红外测温模块读取人体温度，DS18B20温度传感器读取并记录环境温度，显示屏显示各项温度，智能设置初始水温，加热装置启动。进行判断水位，加热箱水位是否低于最低设置水位。当水位低于最低设置水位时，打开补水电磁阀进行补水；否则，再进行判断是否到达设置水温。当水温到达设置水温时，打开出水电磁阀。当洗浴结束，进行判断是否按下停止按钮。当按下停止按钮时，关闭出水电磁阀，记录当前水温。

5.结论

本文设计的基于红外测温的智能热水器控制系统具有创新，智能的特点，相对于普通的方案，本设计能利用温度传感器和红外测温器件得出环境以及人体温度，然后通过算法得出最适出水温度，避免了用户自己去控制温度的麻烦。由于是加热到实际使用温度，和普通方案的加热到较高温度再混合冷水使用大不相同，能节约部分时间以及能降低加热时间过长造成的热散失，节约更大的电能。

参考文献

[1]吴麒.自动控制原理[M].北京：清华大学出版社，1997.

[2]张毅刚.51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈工大出版社，1990.

[3]何小艇.电子系统设计[M].杭州：浙江大学出版社，1997.

[4]王化祥，张淑英.传感器原理及其应用.天津：天津大学出版社，2007.

作者简介：赵丽微（1997－），女，本科，研究方向：电气工程及其自动化；

黄淑芬，女，硕士，讲师，研究方向:智能控制理论与应用。