1背景
电热水瓶采用的是蒸气智能感应控制，过热保护，水煮沸自动断电，具有保温功能。电热水瓶具有方便快捷等特点，如今已经进入寻常百姓家。虽然目前我国饮水机的普及率很高，但由于饮水机存在体积大，水温不够高，无法达到对生水高温消毒，需重复加热，使用不当存在二次污染等问题，也为电热水瓶行业提供了机会。此外，电热水瓶跟普通水瓶不同之处就在于电热水瓶具有双功能特性，既能持续的烧水又能长时间保温。但市场上销售的此类产品质量参差不齐，经市场考察和用户反映，目前此类产品均存在干烧损坏保险不能报警，水温不能准确读出，保温温度不可调等缺点，给广大消费者带来了很多不便。
2新型电水瓶电路系统设计方案
从节能环保和延长寿命的设计思想出发，可舍弃电水瓶中原有的电路，利用单片机AT89C51作为主控芯片，设计加热模块(由P1．3控制)、温度显示模块(由P0．0～P0．6控制)、温度设置模块(由P3．1、P3．2、P3．3控制)、声光报警模块(由P3．6和P3．7控制)、防倾倒模块(由压触式开关控制)和防干烧模块(由比较器和继电器控制)，实现水温的控制。
(1)加热模块
加热模块采用比较器和继电器控制的复合电路，当用户设置好温度后，整个系统开始工作，发热盘处于通电加热状态开始烧水，当水烧开后保温系统启动，温度达到用户设定温度后，比较器同向输入端电压高于反向输入端电压，比较器输出信号，三极管导通，继电器吸合，加热模块停止工作，当温度低于用户设定值后，电路再次启动，继电器跳开，加热盘接通电源，如此循环实现相对恒温保温功能，方便人们的日常饮水，如泡茶、冲咖啡、泡方便面等等，根据所需不同的温度做相应的调整。
(2)温度显示模块
温度显示模块设计的出发点是为了使人们直观地看到电热水瓶中的实时水温，如果水温偏低，可以进行加温操作，如果水温偏高，可以进行降温操作，满足人们对水温的不同要求。该模块由3个共阳极的七段数码管构成，其采用动态扫描的工作方式，用PNP三极管9012加以驱动，使显示更加稳定更加清晰。驱动电路采用3个PNP三极管(如9012、8550等)，所有的发射极连在一起接+5V电源，集电极分别接每个数码管的位选端(或公共端)，基极分别接偏置电阻后，接入段扫描驱动端口(单片机的P0口)。
(3)温度设置模块
温度设置模块进行温度的设置和调整。电路中采用了3个按键K1、K2、K3，它们的功能分别是:温度设置，加温和减温操作，为人们需要不同温度的开水提供了便利。
(4)温度传感模块
温度传感电路采用温度传感器DS18B20。DS18B20是可组网单总线数字温度传感器芯片。具有耐磨耐碰、体积小、使用方便、封装形式多样等特点，适用于各种狭小空间测温。DS18B20与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与DS1K8B20的双向通信，在使用中不需要任何外围元件，可用数据线供电，通过编程实现9～12位的数字读数方式，用户可自设定非易失性的报警上、下限，支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。DS18B20有两种供电方式，一种是总线供电方式，该模式允许DS18B20工作于无外部电源需求状态，寄生电源在进行远距离测温是非常有用的。温度高于100℃时，不推荐使用寄生电源，因为DS18B20在这种温度下漏电流比较大，通信可能无法进行。
(5)声光报警模块
声光报警用于提醒用户电热水瓶是处于正常工作还是干烧状态。该模块有两组报警，采用三极管驱动蜂鸣器，第一组报警是用于水烧开后的提示，此时绿色发光二极管LED灯闪烁，第二组报警是用于电热水瓶干烧时的提示，此时红色发光二极管LED灯闪烁。声光报警电路的设计使得用户不用打开电热水瓶盖子就可以获知瓶内是否有水，避免了干烧损耗。
(6)防倾倒模块
防倾倒模块的设计是处于安全的考虑。防止人们特别是老人接开水或者小孩乱摸乱动电热水瓶的过程中出现了电水瓶倾倒后热水烫伤人的情况发生。该模块采用目前市面上普遍采用的压触式开关(即使用一个能通过大电流的按键开关串联到输入回路中)，将它放到产品的底坐上，平时由于自身重力而处于闭合状态，一旦水壶倾倒，按键开关弹开，从而切断电源，保证安全。
(7)防干烧模块
在以往的电热水瓶中，当瓶内水偏少以致已无法出水而没有及时往瓶内添加凉水时，电热水瓶可能仍然在通电工作，达到一定程度电水瓶的保险被烧坏，如果想要继续使用，就得拿到维修点进行维修，增大了使用成本。该模块采用继电器和比较器控制的复合电路，在水壶中放入一个惰性电极，利用不锈钢水壶胆作为一个电极，利用比较器比较有水和无水时的电压(由于电流相等，电阻越大分到的电压就越多)，当水壶水位低于最低值时，系统默认为无水状态，控制电路动作，继电器断开，加热模块停止供电。
3总结
新型电热水瓶采用单片机控制技术，增加了人性化界面显示、防倾倒和防干烧等功能，与同类产品相比，提高了控制效率，延长了使用寿命，方便了用户的安全使用。从价值工程的角度出发，在电路成本增大的同时，系统功能大大增加，系统功能增大幅度大于成本增大幅度，商品的价值大大提升，从而提高了同类产品在市场中的竞争力。
作者：淡海英 单位：陕西国防工业职业技术学院
