发帖
雷达卡
本科毕业设计(论文)开题报告
学院：
专业：
学生姓名：
学号：
指导教师：
职称：
合作导师：
职称：
论文题目：多级显示水位控制器的设计与制作
一、选题背景和意义
随着生活水平的提高，家电产品在家庭中的普及程度逐渐增加。热水器作为日常生活不可或缺的家电之一，在家庭、酒店、宾馆等场所广泛使用，为人们提供热水，方便了生活。然而，传统的热水器存在一些安全隐患和使用不便的问题，如水位过高可能导致溢水，水位过低则可能引起加热器损坏等问题。因此，开发一款多级显示水位控制器，能够有效解决这些问题，具有重要的现实意义。
在传统热水器的使用过程中，用户往往缺乏对水位情况的实时监控，这增加了使用过程中的风险。水位过高可能会导致水溢出，影响周围环境，甚至损坏热水器的电路和内部组件。而水位过低时，继续加热可能导致加热元件干烧，引发设备故障和火灾等严重后果。因此，对于热水器来说，精准的水位控制不仅关系到设备的安全运行，还影响到能源的高效使用。
多级显示水位控制器的设计基于现代电子技术，通过高精度水位传感器实时监测热水器内的水位，能够动态显示水位状态，并通过控制器对热水器进行精准控制。当水位过高或过低时，控制器能及时发出警报信号，提醒用户调整，避免安全事故的发生。同时，该控制器还能通过智能算法实现对水位的优化控制，提升能源利用效率，减少不必要的能源浪费。
本项目设计的多级显示水位控制器结合了现代传感器技术和微控制器（如单片机、PLC），具有高精度和稳定性强的特点，能够实时监测热水器的水位变化。通过LCD显示屏等方式，用户可以清晰了解热水器的水位状态，并在控制面板或手机APP上实现智能化控制。此外，该系统还具备自动调节水位、报警、节能等多种功能，有效提升热水器的使用体验和安全性。
总的来说，本设计的多级显示水位控制器不仅具有重要的技术价值，还能在实际使用中为用户提供更加安全、智能、节能的热水器使用体验。它能够提高热水器的安全性，延长设备的使用寿命，并为节能减排做出贡献，具有广泛的市场应用前景和社会意义。
二、国内外研究现状、发展动态
国内研究现状及发展动态
随着智能家居技术的发展，热水器作为家庭常用的家电之一，已逐渐趋向智能化和自动化。特别是在热水器水位控制方面，传统的水位控制方法面临精度不高、使用不便等问题，而多级显示水位控制器作为一种新型的水位监测和调节系统，在智能热水器设计中受到了广泛关注。
王二宝等（2023）研究了基于单片机的太阳能热水器水位水温控制器设计，采用水位传感器与温度传感器联合监测，确保了系统在多个水位和温度条件下的稳定运行。该系统通过多级显示的方式，实时反馈热水器内部的水位和水温状态，提供用户直观的操作界面。
汪东霞等（2020）提出了一种基于单片机的太阳能电热水器控制系统，通过传感器监测水位变化，并利用物联网技术将数据传输至云平台，支持远程操作和数据分析。这种智能化控制能够帮助用户实时查看水位状态，并对热水器进行远程调节，提升了设备的便捷性和安全性。
邵泽华等（2021）研究了基于物联网水表的远程控制系统及控制方法，提出了在热水器水位控制中应用多级显示的方案。这种方案能够精确显示不同水位状态，避免了传统单一显示模式的不足，同时通过报警系统及时提醒用户水位异常，从而避免潜在的安全隐患。
陈庆明等（2023）提出了基于单片机的电热水器热水预测与控制系统，结合水位控制与热水需求预测，进一步优化了热水器的能效。该系统在多个水位监控点之间进行智能调节，有效降低了不必要的能量消耗，提高了设备的节能性能。
综上所述，目前的研究多集中在水位检测和简单的报警功能，如何将多级显示水位控制技术与热水器的其他智能功能相结合，提升整体系统的智能化和用户体验，仍是未来研究的重要方向。
国外研究现状及发展动态
国外研究者在热水器水位控制方面，结合物联网技术和智能控制技术，力求实现远程控制和高效管理。例如，Hoon Keun Lee等（2023）提出了基于物联网光纤传感器的水位监测系统，利用光纤传感器的高精度和抗干扰性，在水位变化较小的情况下依然能够实现稳定的监测。同时，系统可以通过智能手机APP进行远程监控，用户可以随时查看水位状态，并进行远程调节。此类系统通常支持多级水位显示，能够清晰显示不同水位状态，为用户提供更好的使用体验。
Faudzi A A M等（2023）提出了一种基于超声波传感器的水位监测系统，能够精确判断热水器内的水位，特别适用于热水器的多级水位显示。该系统通过传感器与PLC控制器相连接，不仅能够在不同水位范围内进行精确控制，还能通过显示界面展示水位的变化。当水位达到设定阈值时，系统能自动启动相应的控制措施，如加水、排水等，提升了系统的自动化和智能化水平。
Pramono N A等（2023）
本文介绍了一种结合深度学习与物联网技术的水位控制方案。此系统利用神经网络实时分析水位数据，预测其变化趋势，进而优化水位管理策略。通过分层展示的方式，系统能够呈现水位的不同层次，使用户可以直观了解热水器内的水位状况，便于进行相应的操作或调整。
根据Benghanem M等（2022）的研究，在基于物联网的混合太阳能加热系统中，智能算法被用于调节水位和热水生成过程，以优化热水器的运行效率。该方案将太阳能热水器与电加热装置相结合，依据实时变化的水位情况调整能源使用，确保能效最高，并最小化能源浪费。
综上所述，借助分层次的显示技术和智能化控制方法，不仅提高了水位监测的准确性和时效性，还增强了热水器的安全性能和操作便利性。随着智能家居与物联网技术的发展，预计未来的水位控制系统将更加智能，为用户带来更高效、安全的使用体验。
三、研究内容及可行性分析
(一) 主要研究内容如下：
根据多级显示水位控制器的设计和制作要求，确定系统的整体设计方案。如图1所示为系统总体设计框图。该系统选用STM32F103微处理器作为主控单元，采用DS18B20温度传感器与水位传感器实现对热水器内水温和水量的实时监控。监测数据既可通过OLED显示屏即时展示，又利用WiFi无线通信模块将信息发送至远程设备，用户可在手机上查看这些数据，并手动控制加热和加水操作，同时还能动态调整监测阈值。在自动模式下，当检测到水温低于设定范围时，系统会触发报警并模拟加热；如果发现水量不足，则启动继电器进行补水，以满足用户的个性化需求。
图2.1 系统设计框图
(二) 可行性分析：
技术可行性： 本项目采用STM32F103微处理器作为中心处理单元，具有出色的计算能力和稳定性，能够协调各类传感器和通信模块的工作。DS18B20温度传感器与水位传感器精度高、性能稳定，适用于持续监控水温和水量。WiFi无线通信模块支持数据的远程传输，保证了系统的实时性。整个设计方案技术成熟，实现了自动化控制与远程管理。
经济可行性： 基于微处理器的设计方案成本相对低廉，主要组件如温湿度传感器、WiFi模块和继电器的价格合理。随着生产规模的扩大，预计制造成本将进一步降低，增强了产品的市场竞争力。
社会可行性： 随着智能家居普及率的提高以及能源管理需求的增长，本项目符合现代家庭对便捷、安全和高效用水的需求。通过实施智能控制与远程监控功能，有助于改善家庭生活质量，节约水资源及电力消耗，展现出广泛的社会应用价值。
四、论文拟解决的关键问题及难点
(一) 论文旨在解决以下关键问题：
- 实时监测能力：系统需具备持续监控热水器水温与水量参数的能力，确保用户能够及时掌握设备状态。
- 数据展示功能：系统应配备数据展示模块，通过LCD屏直观呈现监测结果，方便用户了解热水器的工作情况。
- 远程监测与控制能力：利用无线通信技术实现数据的远距离传输，使用户可以通过移动终端实时查看设备状态，并实施远程控制操作。
- 动态阈值设定功能：系统应支持用户对监测指标的范围进行灵活调整，以满足不同用户的个性化需求，提升系统的灵活性与适用性。
- 自动调节能力：在自动模式下，系统需根据预设阈值自动执行调节任务，如加热或补水，确保满足用户的用水需求并节省资源。
(二) 论文面临的挑战包括：
- 多数据的准确性和传输稳定性：必须保证水位与温度传感器数据的精确性，同时WiFi模块需保持稳定的无线连接，防止因信号干扰导致的数据丢失或延迟。
- 自动控制系统的响应速度：当检测到异常情况时（如水温过低或水量不足），系统应快速作出反应并采取相应的加热或补水措施，以避免设备故障的发生。
五、研究方法与技术路线
(一) 研究方法：
- 文献调查法：通过广泛收集和分析相关领域的研究资料、学术文章和技术报告，了解现有的研究成果和发展趋势。从这些资料中提取理论模型、实验方法和技术路径的信息，帮助研究者识别当前的研究热点，并找出现有技术的优点与不足，为自己的研究提供理论基础和技术指导。
- 案例分析法：通过对特定实例或成功案例的深入剖析，探讨其背景、发展过程、实施效果及其成功或失败的原因。总结经验教训，发现潜在规律和解决方案。该方法适用于技术应用和实际场景的研究，有助于借鉴类似问题的处理策略，并从中识别出最佳实践和可能的改进方向。
(二) 技术路径：
本系统以STM32F103微处理器为核心控制器，负责数据采集、处理及控制任务。使用DS18B20温度传感器监测热水器内的水温，并通过水位传感器检测储水箱的水量。这些传感器收集的数据由主控器处理后，既可以通过OLED显示屏直接显示给用户，也可以经由WiFi无线通信模块发送到远程设备，供用户查看并进行相应的控制操作。
通过液晶显示屏，用户可以实时查看水温和水位的数据。
Wi-Fi模块负责无线传输功能，能够将数据发送到云服务器，并支持远程操作。用户可以通过智能手机应用程序设定温度和水位的阈值。当系统处于自动模式时，它会依据设定的标准自动调整加热或补水过程，并且在出现异常时通过指示灯发出警报，以保证系统的高效运行。
论文进度安排
- 2024年6月10日至30日：征集并确认2025届毕业设计题目；
- 2024年7月至8月：确定设计内容，下发任务书，并进行资料收集；
- 2024年9月：完成开题报告的撰写和论文开题（计划于9月25日下午13:00，即当月最后一个周三）；
- 2024年10月至12月：执行毕业设计项目；
- 2025年1月：进行中期检查；
- 2025年3月至4月：完成最终的设计工作；
- 2025年4月21日至27日：结束设计任务，完成查重和作品验收，并准备第一次答辩；
- 2025年5月：进行第二次答辩（与首次答辩间隔约半个月）；
- 2025年5月下旬：完成所有毕业设计流程，提交最终版本以供抽检，并评定最终成绩。
主要参考文献
- Xu Mengping, Ma Yanbin, Ma Huoyue. Research on an Intelligent Water Use Monitoring System Based on the Internet of Things [J]. IoT Technology, 2024,14(3):16-19.
- Lu Jiakang. Study on Real-Time Detection of Hydrological Flow Based on IoT Technology [J]. China New Technologies and Products, 2024,(2):131-133.
- Shao Zehua, Quan Yaqiang, Tang Yongqiang. Design of a Remote Control System for Smart Water Meters and Its Method Based on the Internet of Things [J]. IoT Technology, 2021,11(5):73-77.
- Chen Lei. Research on Temperature Control in Gas Water Heaters [D]. China University of Petroleum (East China), 2021.
- Wang Dongxia, Li Shasha, Qian Zhike. Design of a Solar Water Heater Control System Based on Microcontrollers [J]. Hubei Agricultural Mechanization, 2020,(15):105-107.
- Chen Qingming, Liao Hongfei. Prediction and Control System for Electric Hot Water Heaters Based on Microcontrollers [J]. Daily Electrical Appliances, 2023,(4):63-67.
- Shi Baotian. Design of a Dual Heat Source Water Heater Control System in Smart Homes [D]. China University of Mining and Technology, 2023.
- Wu Xinhua, Xu Mingqiang, Yao Yun. Design of an Abnormal Water Usage Monitoring System Based on Hall Pulse Flow Meters and ESP8266 [J]. Value Engineering, 2023,42(9):107-109.
- Wang Erbao, Li Mengqi, Huang Zhongnan, Song Dan. Design of a Water Level and Temperature Controller for Solar Water Heaters Based on Microcontrollers [J]. Neijiang Science & Technology, 2023,44(1):52-53.
- Peng Jie, Li Xingyue, Lang Jiahong, Zheng Shicheng. Control System for Solar Water Heaters Based on IoT Technology [J]. IoT Technology, 2022,12(9):122-126+131.
- Cui Kuolin, Tian Jing, Zhang Ning, Zhang Min, Wang Xinyu, Wang Yanlong. Design of a Water Heater Control System Based on Microcontrollers [J]. Electronic Quality, 2022,(7):89-95.
- Sun Huiming. Water Temperature and Level Measurement Control System for Solar Water Heaters [J]. Wisdom China, 2021,(7):66-67.
- Zheng Shicheng, Peng Jie, Li Xingyue, Lang Jiahong, Feng Zihao, Huang Cong. Control System for Solar Water Heaters Based on the JiZhi Cloud Platform [J]. Industrial Control Computer, 2021,34(7):23-25+28.
- Li YuanYong, Liu Yuzhen. Design of a Smart Leak Alarm System for Solar Water Heaters Based on STM32 [J]. Equipment Manufacturing Technology, 2021,(7):142-144.
- Liu Heng, Liu Kang, Liu Yuanlin, Huang Pengnian, Xu Jinchao. Ultrasonic Flow Measurement and Experimental Calibration Based on IoT [J]. Science Technology & Engineering, 2021,21(19):8011-8017.
- Hoon Keun Lee, Youngmi Kim, Sungbaek Park, Joonyoung Kim. Passive IoT Optical Fiber Sensor Network for Water Level Monitoring with Signal Processing of Feature Extraction [J]. Electronics, 2023,12(8).
- Faudzi A A M, Raslan M M, Alias N E. IoT based real-time monitoring system of rainfall and water level for flood prediction using LSTM Network [J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2023,1143(1).
- Benghanem M., Mellit A., Emad M.. IoT-based performance analysis of hybrid solar heater-double slope solar still [J]. Water Supply, 2022,22(3):3027-3043.
N A Pramono, B A Purwandani, O Ghaisyani, F P P Mallisa, and F I Sofyan. Development of a Prototype for River Water Level Monitoring System Using ESP32 Based on the Internet of Things for Flood Mitigation. Journal of Physics: Conference Series, 2023, 2498(1):
京公网安备 11010802022788号
