基于单片机的热水器控制系统的设计与实现电气自动化专业.doc

基于单片机的热水器控制系统的设计与实现 　　　　　　 23 摘 要 时代在不断的发展和进步，人们目前总体步入小康社会，温饱不再是社会需要解决的主要问题，而生活质量却成了人们密切关注的首要问题。作为一个新型的家用电器，热水器不断的出现在人们的视野中。给用户的生活带来了新的春天。人们之前广泛使用的燃热水器，由于它的不安全性和对环境的污染，退出市场是必然的。而电热水器省空间，卫生安全，受到了用户的青睐。所以针对这一现状，本次设计的主题是基于单片机的热水器控制系统的设计与实现。该设计可以对当前水温进行采集和显示，还有对实时时钟的显示，这种设计方案增加了系统的实用性。 单片机体积小，结构简单，但是五脏俱全，应用广泛，因此把STC89C52单片机作为这个系统的主控芯片，外接温度测量电路、继电器开关电路，看门狗复位电路，数据管显示电路，构成了整个硬件电路，而软件方面则是采用C语言开发技术，C语言编程简单，实用性强。 关键词：单片机；热水器；温度 Abstract Era in continuous development and progress, people into a well-off society, the whole food is no longer a society needs to solve the main problems, and the quality of life have become primary problem people pay close attention to As a new type of household electrical appliances, water heater constantly appear in people's field of vision to the user has brought the new spring life Before people widely used water heater, due to its safety and pollution to the environment, exit the market is inevitable And electric water heater save space, health security, favored by the users So for this situation, this design is the theme of the water heater based on single-chip microcomputer control system design and implementation of the design to capture and display the current temperature, and the real time clock display, this kind of design scheme to increase the practicability of the system. SCM small size, simple structure, but all-sided, widely used, so the STC89C52 single-chip microcomputer as main control chip in this system, external temperature measurement circuit relay switch circuit, watchdog reset circuit, display circuit, data of the hardware circuit and the software is using C language development technology, C programming language is simple, practical. Keywords: Single chip microcomputer; The water heater. The temperature目　录 1 绪论 1 1.1课题研究背景及意义 1 1.2国内外研究现状 1 2 电热水器控制系统的总体设计方案 2 2.1主要设计内容 2 2.2系统整体设计方案 2 2.3各功能模块介绍 3 2.3.1主控模块 3 2.3.2温度采集模块 4 2.3.3按键模块 4 2.3.3显示模块 4 3 硬件电路的设计与实现 4 3.1单片机最小系统硬件电路设计 4 3.2温度传感器电路设计 5 3.3按键电路设计 5 3.4看门狗复位电路设计 6 3.5显示电路设计 6 3.6继电器加热电路设计 7 3.8电源和开关电路设计 8 4 软件系统设计 8 4.1主程序设计 8 4.2子程序设计 8 4.2.1温度传感器子程序设计 8 4.2.2加热继电器控制子程序设计 9 5 系统编写与系统测试 10 5.1 Keil软件简介 10 5.2使用Keil软件建立一个工程 11 5.3系统调试 12 6结论 15 参考文献 16 附　录 17 谢　辞 23 1绪论 1.1课题研究背景及意义 社会的不断发展，必然会淘汰不适用于这个时代的产品，随之而来的是经过社会筛选的，符合人们要求的智能化，人性化的设计。一切事物都在不断的创新和更替，家用电器也逃脱不了。70年代初，香港进步人士送给了周总理两台燃气热水器，周总理带回了国内，人们开始接触到热水器，热水器在中国开始慢慢进入到人们的生活中，但是燃热水器不容易调节温度，消耗能源，还容易产生有害气体。而节能减排是国家的发展方向，因此燃热水器时代终将成为历史，而太阳能热水器和电热水器，节能安全，不会对环境造成污染，受到消费者的一致好评。虽然太阳能热水器的安全性很高，但是受天气和安装位置的限制，不方便使用。而智能电热水器却受到了用户的一致好评。 随着技术的不断创新和发展，很多智能化的元素加入到热水器的设计过程中，不断更新，来满足人们的需求。种类也变的多样，比如储水式电热水器，即热式电热水器。用最新的科学技术来弥补热水器本身的局限性，水电隔离，使的安全系数提高；保护装置，使其自动断电。外观小巧，不占空间，节能美观等等因素，使消费者喜欢上了这个家用电器。智能电热水器必将是一种发展趋势。这正是我选择这一设计课题的原因。 由于单片机的体积小，便安装，使得其应用范围越来越广，尤其是现代化的智能家用电器。他们的控制核心一般都采用各种型号的单片机，而对单片机进行编写程序和硬件焊接，使其实现对电器的智能化控制，满足用户对家用电器的需求。正是在这样的现状下，本设计控制系统是以STC89C52单片机作为主控芯片，并通过温度传感器，对当前水温进行采集，并通过数码管进行实时数据显示。使用单片机来对智能家用电器进行控制是一种流行趋势。 1.2国内外研究现状 由消费者数据库的数据显示，网友对热水器讨论出现峰值，尤其是北京上海等一线城市的年轻女性，都更加喜欢智能电热水器，并热切关注大品牌热水器的更新换代，例如海尔，华帝，史密斯等著名的热水器品牌。这一现象就基本代表着热水器今后的流行趋势。新一代的年轻人，在热水器的选择上，会更加倾向于环保，美观，干净的电热水器。 而在国外，经过多年的技术沉淀，不断的引进高新技术，不断进行产品的创新，热水器的使用早就得到消费者的认可了，技术也比较成熟，一些大的国外品牌，比如西门子，威能，阿里斯顿等等，像阿里斯顿的电热水器，采用水电分离设计，使其减少触电的可能，智能保护技术，使其没有安全隐患。而热水器市场将是一个巨大的市场，国外的著名热水器品牌纷纷进军中国，抢夺先机，占领市场，可见，电热水器市场将是一个 摇钱树，我们要致力于智能电热水器的设计与创新，引领时代潮流。 在前些年，电热水器在国内风靡了一段时间，但由于自身电力条件的局限性和高端技术的缺乏，电热水器在中国没有发展起来，但和现在的情况不同。电力工业也在不断的改进和发展，现在的住房电力条件都能供得上电热水器的使用，更何况，现在的电热水器比之前传统的热水器要省电的多，如今的电热水器，智能化，人性化的设计，使的它更加深入人心。非常安全，较少发生触电危险。还可以根据季节的变化，设置适合的模式，加热时间等，如此一来，也可以节省能源。因此电热水器今后在国内的发展趋势锐不可当。 2电热水器控制系统的总体设计方案 2.1 主要设计内容 本次设计所研究的基于单片机的热水器控制系统可以实现如下功能。 （1） 具有温度检测功能。对当前水温进行采集和显示，并判断当前温度与设置温度的关系，从而进行热水器加热控制。 （2） 实时数据显示功能。 通过数码管对当前时间和温度进行数据显示。 （3） 恒温保持。 （4） 加热。当检测到当前水温低于热水器预设温度时，蓝灯亮，表示继电器闭合开启加热；当检测到当前水温高于热水器预设温度时，蓝灯灭，表示继电器断开，停止加热。 2.2系统整体设计方案 本次设计研究的热水器控制系统整体设计方案主要包括硬件设计方案和软件设计方案。 这个控制系统是以STC89C52单片机作为主控芯片，在外接温度测量电路、继电器开关电路、看门狗复位电路等电路组成。在热水器工作时，利用温度传感器采集热水器的当前水温。当采集到的当前温度小于预设的温度时，加热继电器闭合开启加热，此时蓝灯亮；自动加热，当采集到的当前水温高于预设的温度时，加热继电器便自动断开，加热自动截止，此时绿灯灭。而在热水器的整个工作过程中，都是通过数码管对当前时间和温度进行实时数据显示。根据本次设计的需求，我们在考虑到成本，体积，安全等因素下，对热水器控制系统的硬件设计框图如图2-1所示。 图 2-1 系统硬件结构示意图 软件设计是整个控制系统的灵魂部分。本次软件设计的开发语言是C语言。这是一门应用广泛，简单便捷的语言，下面列出了本次软件设计的流程。 （1）根据本次设计需要实现的功能来进行软件系统设计，分为主程序设计和子程序设计。 （2）绘制好各功能模块的程序流程图。 （3）用C语言编写好各功能程序。 （4）把编写好的程序代码放入到Keil软件中，进行连接编译。 （5）再对系统进行调试，有错误的地方，再修改代码改正。 2.3 各功能模块介绍 2.3.1 主控模块 STC89C52单片机是这个控制系统的主控芯片。选用STC单片机，成本低，性能高，硬件不需要改动，实用性强。可以兼容传统的8051单片机，是51单片机的增强版。工作电压是5.5V～3.3V,工作频率是0～40MHz，用户应用程序空间是8K字节，512字节程序存储空间,32个通用I/O口，具有EEPROM功能和看门狗功能，共三个16位定时器，外部中断4路，通用异步串行口，工作范围温度在-40～+85℃，PDIP封装，可直接使用串口下载。STC89C52单片机简单，成本低，但却有着丰富的引脚，运作频率很快，是新一代的体积小，高速，低功耗，安全性高，操作简单的单片机，所以我们采用这一款单片机作为整个控制系统的芯片。 2.3.2 温度采集模块 此设计系统采用的是一种数字式集成单线DS18B20温度传感器，首先它的安放地点非常随便。由于体积小，可封装，不容易损坏，可适用于不同场合，比如热炉厂，炼钢厂，实验室等等，一些比较狭小不好测量的环境都可以。再者价格便宜，精度高，可大规模使用。还有其接线方式独特，只需要一条口线就能在单片机和传感器之间进行通讯，不需要外围元件。测温范围也比较广，不锈钢保护管，不容易损坏，能够在管道中测温。 有的时候可以不用外接电源，通过内部寄存器可从数据线上获取电源，比较方便，实