一種能調(diào)節(jié)溫度的智能電熱水壺設(shè)計(jì)與分析

引言

電熱水壺是人們常用的一種家用電器,目前家用電熱水壺大多只具備將水燒開的功能,少數(shù)有保溫功能。但在一些場(chǎng)合,除了需要將水燒開外,還需要能夠盡快降溫或者長(zhǎng)時(shí)間保溫。針對(duì)上述傳統(tǒng)電熱水壺存在的不足之處,本文設(shè)計(jì)了一種能夠智能調(diào)節(jié)溫度的電熱水壺。

1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該電熱水壺由水壺蓋、水壺外殼、水壺蓋較接塊、流動(dòng)降溫模塊、半導(dǎo)體制冷模塊、測(cè)溫模塊、電磁調(diào)控模塊和控制器組成,其外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2所示。各零件之間的連接方式為:水壺蓋與水壺外殼通過水壺蓋較接塊連接在一起,電熱水壺內(nèi)膽與水壺外殼之間有通風(fēng)道,流動(dòng)降溫模塊安裝在通風(fēng)道上:半導(dǎo)體制冷模塊安裝在電熱水壺前側(cè)的內(nèi)膽與水壺外殼之間緊貼內(nèi)膽前側(cè)表面:控制器安裝在電熱水壺前側(cè)的內(nèi)膽與水壺外殼之間緊貼水壺外殼的內(nèi)側(cè)表面:測(cè)溫模塊中的感溫器鑲嵌在內(nèi)膽內(nèi)側(cè),測(cè)溫模塊的其他元件安裝在水壺外殼前側(cè):電磁調(diào)控模塊安裝在水壺后側(cè)并集中于水壺外殼與水壺蓋連接處。

1一水壺蓋;2一水壺蓋較接塊;3一通風(fēng)道擋板;4一水壺外殼;5一溫度顯示屏;6一控制器按鈕;7一感溫器;8一進(jìn)風(fēng)口。

圖1電熱水壺外部結(jié)構(gòu)

1.1電磁調(diào)控模塊

電磁調(diào)控模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示,由電磁鐵、軟性棒、半弧形擋板和電磁鐵控制器組成,具體連接方式為:電磁調(diào)控模塊安裝在水壺后側(cè)并集中于水壺外殼與水壺蓋連接處,電磁鐵呈圓形,中間有孔并連通電熱水壺內(nèi)部,電磁鐵鑲嵌在水壺外殼后側(cè),水壺蓋后側(cè)鑲嵌有金屬片,水壺蓋后端安裝有軟性棒,軟性棒能夠穿過電磁鐵中間孔并導(dǎo)入電熱水壺內(nèi)部與半弧形擋板接觸,半弧形擋板與通風(fēng)道擋板相較接并固定在較接點(diǎn)上:水壺蓋打開并呈一定角度時(shí),電磁鐵通過金屬片吸附水壺蓋,水壺蓋后端的軟性棒穿過電磁鐵的中間孔推動(dòng)半弧形擋板,使通風(fēng)道擋板繞較接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)打開,使空氣能夠?qū)崿F(xiàn)流動(dòng)。

1一水壺蓋;2一水壺蓋較接塊;3一通風(fēng)道擋板;4一水壺外殼;

6一控制器按鈕;9一控制器;10一半導(dǎo)體制冷芯片。

圖2電熱水壺內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1一水壺蓋;2一水壺蓋較接塊;3一通風(fēng)道擋板;8一進(jìn)風(fēng)口;

11一電磁鐵;12一軟性棒;13一半孤形擋板;14一出風(fēng)口;

15一雜質(zhì)過濾網(wǎng);16一電動(dòng)風(fēng)扇模塊。

圖3電磁調(diào)控模塊結(jié)構(gòu)示意圖

1.2測(cè)溫模塊

測(cè)溫模塊由溫度傳感器DS18B20、溫度顯示屏、蜂鳴器、感溫器、溫度顯示屏控制器和溫度解調(diào)器組成,感溫器安裝在內(nèi)膽內(nèi)部?jī)蓚?cè)的頂部和底部,對(duì)水溫進(jìn)行監(jiān)測(cè):然后將檢測(cè)信息通過溫度解調(diào)器傳遞給單片機(jī),單片機(jī)將信息進(jìn)行處理后,通過溫度顯示屏控制器顯示溫度信息,蜂鳴器接收到單片機(jī)信號(hào)時(shí)通過鳴響提醒用戶水溫達(dá)到指定溫度。

1.3控制器

控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面如圖4所示,主要由按鈕、單片機(jī)、電磁鐵控制器、半導(dǎo)體芯片控制器、蜂鳴器、按鈕解調(diào)器、電機(jī)控制器、溫度顯示屏控制器和溫度解調(diào)器組成?？刂破靼惭b在水壺外殼正面內(nèi)部,控制器上鑲嵌有按鈕,操作者通過按鈕控制控制器工作,繼而控制電熱水壺工作。

6一控制器按鈕;9一控制器;17一溫度解調(diào)器;18一單片機(jī);

19一溫度顯示屏控制器;20一半導(dǎo)體芯片控制器;21一電磁鐵控制器;

22一電機(jī)控制器;23一按鈕解調(diào)器;24一蜂鳴器.

圖4控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面示意圖

1.4流動(dòng)降溫模塊

流動(dòng)降溫模塊由進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、電動(dòng)風(fēng)扇、通風(fēng)道擋板、雜質(zhì)過濾網(wǎng)和電機(jī)控制器組成,通風(fēng)道貫穿內(nèi)膽與水壺外殼間的夾層左右兩側(cè)及后側(cè),內(nèi)膽頂部左右兩側(cè)有進(jìn)風(fēng)口,內(nèi)膽后側(cè)中上部有出風(fēng)口,并安裝有通風(fēng)道擋板,進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的通風(fēng)道開口處安裝有雜質(zhì)過濾網(wǎng),電動(dòng)風(fēng)扇安置在內(nèi)膽左右兩側(cè)的外壁表面,電機(jī)控制器鑲嵌在控制器內(nèi)部,接收單片機(jī)的控制信息后開始工作,并從通風(fēng)道頂部的進(jìn)風(fēng)口吸入涼空氣,涼空氣在通風(fēng)道內(nèi)循環(huán)后,由水壺后側(cè)出風(fēng)口吹出,通風(fēng)道擋板將在通風(fēng)道內(nèi)循環(huán)后的空氣吹向壺內(nèi)開水,壺內(nèi)部熱水開始冷卻。

2工作原理

該電熱水壺在具體應(yīng)用時(shí),由外部提供電源,在電熱水壺將水燒開后,操作者將水壺蓋打開至水壺蓋后端的金屬片與電磁鐵結(jié)合,水壺蓋后端的軟性棒將通風(fēng)道擋板打開,按鈕解調(diào)器能夠?qū)⒗鋮s溫度信息解調(diào)為單片機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào),同時(shí)單片機(jī)控制電機(jī)控制器工作,電機(jī)控制器通過內(nèi)部導(dǎo)線控制電動(dòng)風(fēng)扇動(dòng)作,電動(dòng)風(fēng)扇從進(jìn)風(fēng)口吸入涼空氣,從出風(fēng)口吹出,然后吹向壺內(nèi)開水,使壺內(nèi)部熱水開始冷卻:當(dāng)冷卻到所設(shè)定溫度時(shí),感溫器發(fā)出信號(hào)到單片機(jī),使電磁鐵斷電,軟性棒抽出,使水壺蓋復(fù)位蓋合,將進(jìn)風(fēng)口關(guān)閉,通風(fēng)道擋板落回原位,同時(shí)關(guān)閉出風(fēng)口,對(duì)壺內(nèi)熱水進(jìn)行保溫:與此同時(shí),蜂鳴器鳴響,提醒操作者水溫達(dá)到指定溫度。

3結(jié)語

本文利用基于單片機(jī)的智能測(cè)溫模塊、基于帕爾貼的冷卻模塊與電熱元件,設(shè)計(jì)了具有升溫、降溫或保溫功能的新式電熱水壺,使用者可以通過按鈕設(shè)定溫度,顯示屏可以顯示溫度,具有良好的人工界面設(shè)計(jì),使用方便,能夠滿足某些場(chǎng)合的應(yīng)用需求。