梁 芳 任成鑫

1 引言

随着现代社会信息高速发展，智能家居系统也将成为发展趋势。智能化家居是以住宅为主要载体，通过通信网络、数字化家电、设备自动化等技术[1]，实现对热水器等家电设备的远程遥控[2]。本文通过WiFi来实现对热水器系统的远程控制[3]，用无线接入技术，可以减少成本，不需要铺设线路，使得用户可以直接设定最高温度，在达到一定温度后停止加热。用户不需要到指定位置进行热水器的设定，只需要通过手机或电脑即可完成对热水器的控制。

2 WiFi热水器系统整体方案设计

热水器控制器系统，选用DS18B20作为温度采集器，所采集到的数据为数字量，可以直接送入单片机进行处理。水位量由水位检测传感器进行测量，水位检测传感器选择RB-02S048A，它是通过一系列的平行导线线迹测量其水滴/水量大小从而判断水位[4]，完成水量到模拟信号的转换，输出的模拟值可以直接被程序中的函数所应用。所测量的结果通过电子屏幕LCD显示。热水器系统在WiFi网络下和手机相连接，实现在手机上显示温度以及水位，并要求在手机上设定所达到的最高温度。因而选择NodeMcu作为整个系统的WiFi感应[5]。

图1 系统框图

系统框架图如图1所示，系统的工作原理：

（1）arduino作为核心控制并协调整个系统；

（2）温度采集器检测到的数字水温信号，直接传送至arduino内，处理之后在LCD上显示；

（3）水压传感器测通过具有一系列的暴露的平行导线线迹测量其水滴/水量大小从而判断水位，并在LCD数码管上显示水位值；

（4）当arduino将温度及水温的信号发送到NodeMcu时，处于同一网络的手机或电脑在web网页（LCD上显示的IP网址）中会显示温度及水温。

3 系统整体设计

3.1 电路原理图

根据各个器件的原理以及引脚图，在软件Protel99se中画出各部分的元件引脚图。

（1）单个模块

表1 原理图对应的模块及名称

图2 水位模块

图3 温度模块

图4 显示屏

图5 无线模块

图6 arduino

（2）整体连线

图7 WiFi热水器系统原理图

表2 各部分连接表格

3.2 部分实物连接图

图8 硬件连接示意图

4 结果测试

（1）本次实验的最终成果

图9 整体实物图

图10 温度检测器

图11 水位检测器

图12 WiFi检测器

（2）完成最终的连接后，给arduino以及WiFi NodeMcu连接电源后，LCD会显示当前的温度以及水位，结果显示如下：

图13 LCD的温度及水位显示

（3）手机或电脑先连接上名为ctrl的WiFi网络，然后根据LCD屏幕上出现的IP地址，在网页上登录，得到的结果如下图：

图14 手机上显示的温度及水位

此次设计完成基于WiFi的热水器系统，设定最高温度，到达最高温度时系统停止加热，实现了温度和水位的测量和显示，通过WiFi网络实现对热水器系统的控制功能。