一、概述

烧热水应该是大多数人生活中不可或缺的一部分，但往往会出现想喝的时候烧得太晚、烧了很久不喝水、水凉的尴尬局面。此时，如果有智能恒温水壶，可以远程控制，支持保温模式和预约定时烧水功能是否非常方便。为此，我们研究了一种方便的智能水壶，以下是具体智能水壶的详细开发方案：

1、功能

（1）APP远程控制，触摸按钮控制。

(2)恒温控制、保温模式可选、预约定时控制、开水模式可选。

(3)干烧断电，故障报警。

2、硬件框图

二、硬件方案介绍

选择低功耗嵌入式涂鸦智能Wi-Fi BLE 以双协议云模块为主控，实现水壶的智能化。主控设计原理和电源设计原理如下：

1、主控设计

(1)原理图(点击下载)

（2）PCB(点击下载)

2、电源设计

(1)原理图(点击下载)

3、功能模块

(1)电源设计电路

电源系统有各种保护，包括过温保护（OTP）、VCC 锁定欠压保护（UVLO）、过载保护（OLP）、短路保护（SCP）和开环保护。该电路是220V转5V降压电路的输入级由保险电阻组成F2.防雷压敏电阻RV1、整流桥堆D3、EMI滤波电容C5和C以及滤波电感L1组成。保险电阻F二是阻燃可熔绕线电阻，具有多种功能：

• 将桥堆D浪涌电流限制在安全范围内；
• 差模噪声的衰减；
• 当任何其他部件出现短路故障时，都可以作为输入保险丝的功能(部件故障时必须安全开路，不得有烟雾、火灾和过热发光)。压敏电阻RT1用于防雷，提高系统可靠性。电源处理级由宽电压高效电源芯片组成MP174A 、续流二极管D5、输出电感L2及输出电容C4构成。

电路特点：无噪音，发热低。

（2）NTC温度传感器

• 日本芝浦/华工高理温度传感器用于精确控温±1%。( B=3950, R=10K)

温度传感器实物图

温度检测电路

• 温度探头是 100k负温度系数，100度时6.6k0度时约3000度k常温下100左右K左右。

在温度检测电路中R5和R7在电源板上，其余部分在主控板上。温度采集使用NTC根据这一特点，模块通过热敏电阻，热敏电阻在不同温度下具有不同的电阻值 ADC口收集此时的电压，以转换此时的温度值。

在温度检测电路中R8为20k的定值电阻，R7.热敏电阻(常温为1000)k阻值），ADC热敏电阻的电阻值可根据欧姆定律计算。

（3） STRIX温控器

在喇叭电水壶设计原理的基础上，增加了温度限制自动控制器（主要是双金属恒温控制器或磁控制恒温自动开关），当水沸腾时，产生的水蒸气使温度感应元件变形，驱动微开关切断电源，大大提高了电水壶的安全性能。当锅内水面低于电热管(电热管温度超过100时，一些优质电热水壶中的限温控制器采用类似记忆合金的新型热敏材料(自动恒温控制开关)℃以上)自动恒温控制开关会自动切断电源，保护电热水壶不烧坏。

下图是英国STRIX温控器，温控器是一个水壶的心脏。

                                                               

                                                                                温控器正面图

                                       

                                                                                 温控器背面图

（4）蜂鸣器

无源蜂鸣器（外部驱动，也叫激式蜂鸣器）

无源他激型蜂鸣器的工作发声原理：方波信号输入，谐振装置转换为声音信号输出。

      

                                                  

                                                                               蜂鸣器控制电路

电阻R3在主控板上，其余部分在电源板上。R3的作用主要是限流，同时也起到了一定的抗干扰能力。而无源蜂鸣器外部是不带振荡源的，要让他响必需给频率500Hz～4.5KHz 之间的脉冲信号来驱动它才会响。蜂鸣器电流较大，因而需要用三极管来驱动，而且加了一个 510 欧的电阻（R3）作为限流电阻。此外还加了一个 D4 二极管，这个二极管叫做续流二极管。蜂鸣器是感性器件，当三极管导通给蜂鸣器供电时，就会有导通电流流过蜂鸣器。而我们知道，当电感在断开电源的瞬间（直流中），其电流也要逐步减小，以使得其磁场的能量逐步减小，不致发生突变。这种电流的逐步减小，靠设计时提供的电感的放电（续流）电路；如果没有提供，就会在断开的地方发生电弧，有害的电弧。此设计中D4二极管就是提供续流回路，防止突然断电时产生的高压反向电动势击穿其他元件以及使用寿命缩短。

（5）预留的管脚

                         

这个管脚预留出来，为了后续增加功能用的。

（6）触摸按键（点击下载）

此次设计中在触摸焊盘上加了导电泡棉，增强导电性。

                          

                                                                                   导电泡棉

                                                                       

                                                                                  触摸按键实物图

按键检测芯片选用TS02N，TS02N是双通道电容式传感器，具有自动灵敏度校准功能。电源电压范围为2.5 ~ 5.5V。通过并联输出端口(OUT1和OUT2)可以检测触摸感知的结果，低电平触发。由于有了SYNC功能，两个TS02N可以同时在一个应用程序上工作。

• 管脚分配：

管脚	作用
P7	煮沸键
P8	保温键

• TS02N使用说明：

触摸焊盘P1时，P8输出低电平；同理，触摸焊盘P2时，P7输出低电平。

                                                                     触摸检测电路

4、电气原理图（点击下载）

• 主控板上设有主控芯片，无线信号接收及发生装置与主控芯片集成为一体或相互独立。
• 主控板上设有煮沸控制开关和保温控制开关。
• 电源板上设有继电器，继电器包括继电器线圈和继电器开关，继电器线圈通过电源板与主控板电性连接，继电器开关与加热电路电性连接、并控制加热电路的通断。

以上是智能烧水壶硬件设计所有内容，如果您有更好的方案建议欢迎留言讨论！

软件实现篇快速入口：

智能烧水壶(WIFI版)——系统创建篇

智能烧水壶(WIFI版)——温度采集和过温报警功能实现篇

智能烧水壶(WIFI版)——TS02N触摸按键驱动篇

智能烧水壶(WIFI版)——水温调节和灯光提示功能实现篇

智能烧水壶(WIFI版)——云端控制篇