1、项目介绍
1.1 背景及意义
随着智能家居产业的高速发展与居民生活品质的持续提升，智能化、便捷化、安全化的日用家电已成为家居设备升级的核心趋势。饮水是人类日常生活的基础需求，传统热水壶仅具备基础烧水功能，功能单一、智能化程度低，存在诸多使用痛点。传统水壶多依赖人工手动操作，无法精准控制水温，难以满足温水、恒温、热水等不同饮水场景的温度需求；同时缺乏水位监测、防干烧、异常报警等安全防护机制，干烧、缺水过热、水温过高溢出等安全隐患频发；此外，传统设备无智能提醒、参数自定义、远程调控等功能，无法适配现代人群精细化、个性化的饮水需求，已逐渐跟不上智能家居的普及节奏。现阶段，单片机控制技术、传感器检测技术、嵌入式智能控制技术日趋成熟，为日用小家电的智能化升级提供了核心技术支撑。目前市场上部分智能水壶产品存在控制精度低、功能碎片化、稳定性差、成本偏高、操作复杂等问题，多数产品仅实现简单温控功能，未整合水位监测、恒温保温、定时饮水、故障报警等一体化功能，无法兼顾实用性、安全性与经济性。在此行业背景下，设计一款基于STM32单片机的多功能水壶控制系统，解决传统水壶的功能缺陷与现有智能产品的不足，具有极强的实际应用价值。
多功能水壶控制系统集成精准水温检测、实时水位监测、智能恒温保温、防干烧保护、故障报警、按键参数设置等多项实用功能。相较于传统水壶，该系统实现了饮水温度精准可控、设备运行安全可控、使用操作便捷可控，能够适配日常居家、办公、学生宿舍等多种使用场景，满足不同人群的个性化饮水需求。同时，系统硬件结构简单、成本低廉、稳定性强、功耗较低，具备良好的市场推广价值，能够有效提升日用饮水设备的智能化水平与使用安全性，改善用户饮水体验。
1.2 实现的功能
本设计以单片机为主控芯片，设计一个多功能水壶控制系统。该系统通过集成温度传感器、液位检测模块、执行部件与无线通信模块，能够实时监测水温与水量，实现自动加热、精准保温、缺水保护及自动补水等核心功能。同时，系统配备液晶显示屏与通信模块，支持本地参数设置与状态显示，并可通过手机APP进行远程监控与智能控制。
（1）温度检测模块：选用合适的温度检测传感器，进行水温的检测，当水温低于设定阈值时，自动进行加热，加热到设定温度时，进行保温。
（2）液位检测模块：选用合适的液位检测传感器，用于检测当前水壶中的水位，当检测到水位为0时，进行断电保护，当水位较低，自动加水。
（3）指示灯模块：选用合适的LED灯，加热时显示红灯，保温时绿灯。
（4）按键模块：可通过按键选择加热电源的打开或关闭，也可通过按键修改相应的参数。
（5）显示模块：通过显示屏实时显示与更新当前水温与水位等信息与设备的实时状态。
（6）蜂鸣器：用于报警，当水温加热到沸点时，报警3声，当温度降到保温温度时，报警一声。
（7）通信模块：通过蓝牙通信模块将数据发送到手机端，手机端可设置各参数值，另外可远程控制开启关闭加热电源、一键保温。
1.3 硬件选型
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| 单片机 | STM32F103C8T6单片机 |
| 水温传感器 | DS18B20防水型 |
| 液位传感器 | WaterSensor |
| 显示模块 | OLED |
| 蓝牙通信模块 | JDY-31 |
| 加热模块 | PTC加热片 |
2、总体设计思路及框图
多功能水壶控制系统是由水壶控制装置、无线通信模块和用户手机端App三部分组成。其中，水壶控制装置以STM32F103C8T6单片机作为核心控制单元，结合传感器与执行器实现了对水壶的水温与液位数据进行实时监测，能够根据预设阈值与实时数据进行比对，进行自动联动控制加热、保温、断开加热电源和加水，并将水壶控制装置的实时数据与设备状态显示于本地显示屏。无线通信模块是建立水壶控制装置与用户手机端之间进行人机交互的桥梁，负责将水壶的数据及设备状态发送与手机端App。用户手机端App是为用户提供的一种人机交互端，可以查看水温与水位数据，更改水温与水位的最适阈值和控制加热与加水等操作。
