本作品為第二屆立創(chuàng)商城電子制作節(jié)30強入圍作品，作者立創(chuàng)社區(qū)ID：云智優(yōu)創(chuàng)；轉(zhuǎn)載請注明出處，未經(jīng)允許不得用作商業(yè)用途。作品原鏈接：http://club.szlcsc.com/article/details_7169_1.html。

一. 作品簡介

智能恒溫暖奶器由調(diào)節(jié)模塊和控制顯示模塊以及加熱板組成；

整機圖：

功能參數(shù)：

額定電壓：交流220V

額定功率：150W

額定頻率：50Hz 

溫度誤差：±1℃

模式：

暖奶器具有三個模式：恒溫模式、智能加熱模式和消毒模式；

1、恒溫模式：將水恒溫到某個設(shè)定值，默認為50度；在恒溫模式，數(shù)碼管會顯示當(dāng)前溫度。當(dāng)處于加熱狀態(tài)時，數(shù)碼管上方的圓點會閃爍。

2、智能加熱模式：智能加熱模式用于加熱從冰箱中拿出來的奶。系統(tǒng)會自動將水溫加熱到65度，然后再降到45度，最后恒溫10分鐘退出加熱模式，進入恒溫模式。

3、消毒模式：持續(xù)加熱，加熱到90度以上15分鐘或94度以上5分鐘，然后自動回到恒溫模式。

操作：

1、設(shè)置恒溫溫度：

按動一次開關(guān)（數(shù)碼管顯示“—”），旋轉(zhuǎn)旋鈕進行調(diào)節(jié)，設(shè)置好溫度后再按一次旋鈕，設(shè)置生效，返回主界面。如果15秒鐘無操作將返回主界面，設(shè)置值不生效。如下圖所示：

 

 

2、進入智能加熱模式：

連續(xù)按2次旋鈕，進入智能加熱模式，數(shù)碼管顯示“=”。如果在加熱過程中再按一次旋鈕，會停止智能加熱模式，回到恒溫模式。

3、消毒模式：

長按旋鈕（2.5秒左右），進入消毒模式。如果在加熱過程中按一次開關(guān)，會退出當(dāng)前模式，進入恒溫模式。在此模式必須將上蓋蓋上，注意高溫燙傷。

效果1： 溫度實時更新快

 

效果2： 光、暗環(huán)境下，視角不同時，數(shù)碼管都能清晰顯示

 

設(shè)計背景：

 

在給寶寶喂奶的過程中，會遇到這么幾個問題：

1.寶寶喂奶不安分，天冷奶會冷的快，怎么辦？

2.寶媽上班未回家，寶寶已經(jīng)餓了，吸出的冷藏的母乳還要加熱除菌，寶寶已經(jīng)餓哭了，怎么辦？ 

3.寶寶少吃多餐營養(yǎng)要跟得上，可是每次加熱奶粉或輔食再等降到合適的溫度好麻煩、好費時，怎么辦？

要是這個時候有什么東西可以幫助我們省卻這些麻煩或是消除這些困難，是不是會偷笑呢，于是，市場上出現(xiàn)了暖奶器；

而市場的暖奶器，一般有著不少的缺點，沒有溫度顯示或顯示不夠?qū)崟r，操作復(fù)雜，加熱效率慢等等問題，于是，我們想到了升級暖奶器----智能恒溫暖奶器。

我們設(shè)計的這款產(chǎn)品是在傳統(tǒng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，加上創(chuàng)新，加上科技，讓它變得智能化。智能加熱、智能消毒，加熱速度快，不怕燒干，無需守候；雙位設(shè)計，可同時加熱兩瓶奶；操作方便，實時查看工作狀態(tài)。

溫奶器主要功能：通過溫水傳遞溫度，使奶瓶中的水達到恒溫。恒溫溫度可通過旋鈕進行任意設(shè)置。同時具有智能加熱和智能消毒模式。

智能溫奶器主要由3位數(shù)碼管顯示，繼電器控制，溫度傳感器，單片機和旋鈕編碼開關(guān)組成。

二.  系統(tǒng)框架圖

三、 硬件部分描述

原理： 單片機控制繼電器對加熱板進行開關(guān)控制，進而進行加熱控制；加熱過程中實時監(jiān)控溫度變化，隨時進行加熱或斷開控制（注意控制過程屬于滯后控制，在軟件算法上應(yīng)該注意）。

調(diào)節(jié)模塊：

控制顯示模塊：

控制顯示部分是拼版打樣的。

 （更多高清圖片詳見原帖）

四、材料清單

STM8S103K3T6C：http://www.17719.cn/product/details_8801.html

旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)：http://www.17719.cn/product/details_140217.html

SM7035P，繼電器---樂松SRD-05VDC-SL-C，MB6S，5631BH共陰0.56寸三位數(shù)碼管等。

五. 軟件部分描述

軟件流程圖如下圖所示：

六、作品演示

演示視頻1：

演示視頻2：

演示視頻3：    

七. 總結(jié) 

在此次的設(shè)計中，遇到了好些問題，在此做一下總結(jié)，以及貼出一些測試過程中數(shù)據(jù)：

    1. 由于ADC精度問題，最終在計算阻值中加了25歐的補償；

    2. CPU 板上有個C4，使用的是10uF/10V,但發(fā)現(xiàn)會發(fā)出震蕩噪聲，最后去除；

    3. 在實際測試中，發(fā)現(xiàn)在加熱時，恒溫值為30，當(dāng)在32度停下來后，溫度依然會升到35度，所以程序判溫度上限時，直接判設(shè)定值就可以了。如果恒溫值是30度，那么上線判大于30，下限判小于29；

    4. 發(fā)現(xiàn)溫度計變化會更快，加熱時溫度計的數(shù)值會高2度；

    5. 燒干斷電功能：硬件上加熱板集成塊中有熱保險絲，過熱熔斷；軟件上判據(jù)：繼電器開啟1分鐘內(nèi)，溫度沒有變化；

    6. 智能加熱模式測試-------加熱過程中，瓶內(nèi)的溫度和瓶外的溫度溫升不能同步，恒溫需要一定的時間來穩(wěn)定。

八、對于大家關(guān)心的問題再詳細說明下

1.防干燒功能

暖奶器的防干燒有兩種機制：

第一種是常用的熱保險管。將保險管固定于ptc上面的金屬片上，一旦超溫，保險絲就會斷路，不過這種保護措施最大的缺點是無法自恢復(fù)，保護后必須更換。

第二種是根據(jù)溫度變化規(guī)律，通過程序來判斷干燒，從而及時斷開電源。

判斷的基本邏輯是：當(dāng)水快燒干時，只有ptc加熱槽中還有一些水，傳感器外已經(jīng)沒有水了，完全暴露于空氣中，這時傳感器所測溫度為空氣的溫度，或者略高于空氣溫度，但這個溫度基本是恒定的。而當(dāng)暖奶器正常運行時，即使全是冷水，30秒鐘內(nèi)溫度都會有所上升。所以根據(jù)這兩個溫度變化特性，我們總結(jié)出的判據(jù)是：如果水溫沒有達到設(shè)定值，如果此時處于加熱狀態(tài)，如果加熱50秒后溫度沒有增加2℃及以上時，斷開繼電器，切斷加熱電源。

2、電氣隔離問題

關(guān)于電氣隔離的問題，唯一有可能漏電的是溫度探頭。

溫度傳感器主要由不銹鋼外殼和內(nèi)部熱敏電阻組成。溫度探頭是全不銹鋼，一體成型的。在安裝時，探頭下面有耐高溫的硅膠圈，背面通過螺絲壓緊，同時用硅膠密封，達到防漏水的作用。溫度探頭里面，傳感器和外殼間是通過導(dǎo)熱硅膠隔離的，1mm硅膠的交流絕緣能夠達到6千-1萬伏。同時，傳感器外殼是接大地的，即使真出現(xiàn)漏電也可以保護。不僅如此，控制電路的220V供電線路上加有10R-1/4w保護電阻，電流一旦超過5mA就會燒斷，所以當(dāng)電路上出現(xiàn)短路，擊穿，漏電等故障時，電阻馬上會被燒斷。通過這層層保護，保證用電安全。

3.恒溫控制

恒溫控制一般都會使用pid算法，溫度控制屬于滯后控制，如果精度和穩(wěn)定性要求比較高，就需要使用PID算法進行控制，否則就會出現(xiàn)調(diào)節(jié)不及時或過調(diào)等現(xiàn)象。溫度波動大。

PID公式：u(t) = kp * e(t) + ki * [e(1) + e(2) + ....+ e(t)] + kd * [e(t) - e(t-1)]

e(t):為第t時刻的溫度偏差值；

Kp主要決定控制輸出的比例；

ki屬于積分項，主要用于在穩(wěn)定狀態(tài)下的調(diào)整；積分項對誤差的作用取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。

Kd為微分項，具有超前調(diào)節(jié)的作用，在滯后控制系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。在溫度即將發(fā)生變化時提前進行調(diào)整。

kp,ki,kd是三個整定值，需要通過實驗確定。

但是暖奶器因為使用的是繼電器來控制加熱輸出，所以沒辦法線性調(diào)節(jié)，也不能讓繼電器平凡動作。所以我們采用PID的理念，同時融入間隔加熱的算法。

暖奶器的熱傳遞是通過ptc發(fā)熱，到暖奶器中的水，再到溫度傳感器，每一個熱傳遞都需要幾秒甚至10-20秒的時間，所以這個過程很漫長。不僅如此，在溫度傳遞到傳感器以后，處理器發(fā)出停止加熱的指令后，由于ptc周圍的金屬件具有儲能的作用，在停止加熱后，溫度依然會繼續(xù)增加。通過不斷實驗，最終我們增加了間隔加熱的控制方法，在溫度達到設(shè)定溫度正負1度的范圍內(nèi)，每加熱20秒，就停止加熱20秒，20秒的時間也是通過實驗得到的，最終能把水溫控制到±1℃的范圍內(nèi)，效果還是很滿意的。

間隔加熱表面上聽起來很簡單，但實際實現(xiàn)過程卻沒有這么容易，既要考慮到從冷水快速加熱到熱水的實際要盡量短，當(dāng)達到設(shè)定溫度后要非常的溫度。對采樣值的濾波，對溫度傳遞滯后性的算法，對繼電器操作次數(shù)的控制等等。

下面補充一個視頻，時長有10分鐘，感興趣的朋友可以看看。這是一個恒溫到加熱到恒溫的過程，恒溫溫度設(shè)定為46℃，。視頻一開始測試人員按了下旋鈕，LED顯示“46-”，這是顯示的恒溫設(shè)定溫度。然后返回到恒溫模式，此時暖奶器已經(jīng)恒溫到46度了，然后溫度下降到45度，然后繼電器動作開始加熱，然后再次達到46度恒溫，溫度誤差只有1度。