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1、基于基于单单片机的家用片机的家用热热水控制系水控制系统统基于单片机的家用热水控制系统摘要：太阳能热水器、电热水器和燃气热水器是日常生活中常用的三种热水器，本设计讨论的是在太阳能热水器的水温没有达到设定值时，如何在电热水器和燃气热水器中进行选择的问题。本设计采用的是基于单片机AT89S52的温度控制系统。系统复位后默认设定温度值为50。温度由温度传感器DS18B20采集，并送入单片机与设定的温度进行比较，信息通过LCD显示出来。如果实时温度低于设定值则在另外两种热水器中选择一种继续加热到设定温度。关键词：热水器单片机温度控制节能The Domestic Hot Water Control Sys
2、tem Based on SCM Abstract：The solar-powered water heater,the electric water heater and the fuel gas water heater are in daily life the commonly used three kind of water heaters,this discussion of the design is when the water temperature in the solar water heater did not reach the setting temperature
3、,how to choose between the electric water heater and the fuel gas water heater.This design uses atemperature control system based on SCM AT89S51.After system reset the default setting temperature is 50.Temperature gathered by temperature sensor DS18B20 is send to the SCM,and compares with the settin
4、g temperature,the information demonstrates through LCD.If the real-time temperature is lower than the setting value,chooses one kind in other two kind of water heaters to continue to heat up to the setting temperature.Keywords：Water heater SCM temperature control Energy conservation第一章引言1.1课题的目的和现实意
5、义随着人们生活水平日益提高，人们对家庭生活中的舒适要求也越来越高。随之而来的各种各样的电器产品方便了人类生活得同时也占据了不小的空间。为此越来越多的多功能电器进入了人们的生活。热水器也同样经历着不同世代的发展，电热水器、燃气热水器、太阳能热水器是我们日常生活中常用的三种热水器，现将他们性能的比较如下：(1)热水产量方面燃气热水器有5升、7升、8升等不同的型号，是指在1分钟内将水温升高25时所产的热水量，如果自来水的温度为25，则每分钟可产50的热水5升、7升或8升。电热水器的标注则是30升、60升、90升等等，这是指电热水器的容水量，相当于我们在电炉子上加一个水壶，这个水壶的盛水量是30升、6
6、0升、90升。拿一个8升的燃气热水器与一个40升的电热水器相比较，8升的燃气热水器可连续不断地产生每分钟8升的热水，而电热水器需要间隔半小时加热一罐水。如果这一罐水用完，还要等半小时左右。太阳能热水器按照年平均气温15.7、年日照时数2014小时、太阳总辐射总量年均为111.59千卡/平方米计算，如果集热面积为2平方米，年吸收太阳辐射能量为9.37106千焦，按把水温升高35计算(基础水温10)，全年可提供生活用热水(45)53.5吨，每人每次洗澡用热水约需50公斤，则全年可洗1070人次，平均每天可洗2.93人次。(2)加热速度方面目前生产的燃气热水器大多为快速热水器，不论什么时候，只要想用
7、热水，打开燃气阀和水龙头，热水就会流出来。而电热水器需要预先通电半小时左右，才能开始使用。太阳能热水器在天气晴朗的时候使用更好，最理想的楼层在六至八层。(3)温度稳定性方面燃气热水器由于是快速加热，并有调整温度装置，只要在使用开始时调到人体感觉舒适的温度，而后就会一直保持在这一温度恒定地供应热水。电热水器在使用时需要另外接一根冷水管兑入冷水，当罐内水不断流出，冷水不断加入时，水温就会逐渐下降，直到全部是冷水。所以在使用时，需要不停地去调整冷热水的比例。太阳能热水器使用起来暂时还不大方便，要上水，且不能保证时时有热水。(4)功率方面燃气热水器的功率要比电热水器大很多，拿一个8升的燃气热水器和40
8、升的电热水器相比较，8升燃气热水器的功率相当于16-17千瓦，而40升的电热水器一般为3千瓦，这也是为什么燃气热水器可连续供应热水的缘故。那么，电热水器是否也可做成16千瓦的呢?这是不可能的，因为家用电表、电线都无法承受。(5)价格方面8升的燃气热水器价格一般在800元以上，再加上安装费，大约在1000元以上，有的甚至接近2000元。电热水器现在都在500元以上，加上安装费用，一般不到1000元。太阳能热水器的价格都在3000元以上。使用费用方面，目前液化石油气每立方米为16元，每度电为0.44元，而太阳能热水器仅耗水费。(6)安全性方面燃气热水器的优点是加热快、出水量大、温度稳定、结水垢少、
9、占地小、不受水量控制。缺点是使用时要排出大量的废气，废气中除了二氧化碳以外，还有一氧化碳，如果使用时关闭门窗，通风不良，一氧化碳会增加，严重时会发生中毒事故，但如果能正确地了解这一点，使用时注意，也是很安全的；另外，燃气热水器启动水压高，有些住高层的用户如果不装增压泵就无法起动；安装不方便，要在墙上打洞、安排气扇等。电热水器的优点是能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水；使用时不产生废气，所以从这一点上讲是既安全又卫生，目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。缺点是体积大、占用室内空间大、易结水垢、对电能浪费大，最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决
10、了产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。太阳能热水器的优点是安全、节能、环保、经济，尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主、电能为辅的能源利用方式，可全年全天候使用。缺点是安装复杂，安装不当会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；因要安装在室外，维护较麻烦。分析可见，三种热水器各有各的优缺点，本设计的目的是在集三种热水器为一体设计一个方案自动供给热水，同时达到节能的效果，具有很强的实际意义。1.2国内外研究现状太阳能热水器的研究现状是突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术。开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝-氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化
11、铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用，起到了节能的效果。电热水器在节能方面的技术有保温层整体发泡技术、中温保温技术、温控器内测技术、智能预约技术、分层加热技术、夜电技术、低水位进水管技术等。燃气热水器的发展经历了直排、烟道、强排、鼓风、平衡、冷凝式燃气热水器等阶段。1.3选题的研究方法本设计的功能是对温度进行实时监测与控制。由温度传感器DS18B20对温度进行采样和转换成数字信号送入单片机，并与设定的温度值进行比较，信息通过LCD显示出来。如实时温度
12、低于设定值，在另外两种热水器中选择一种继续加热到设定温度，选择依据为两者的能耗。查资料得到，正常人进行热浴的合适温度为50。所以用户设定温度值为50；控制芯片用AT89S52，用温度传感器DS18B20测量水温；用LCD1602精确显示当前实际温度值；用发光二极管的亮灭指示是用电热水器还是燃气热水器及什么时候用；用继电器控制热水器开关。该系统中AT89S52单片机与温度传感器DS18B20、外部设备、LCD相连。系统上电后，AT89S52单片机驱动温度传感器DS18B20工作，进行温度数据采集。AT89S52单片机在接到温度传感器DS18B20传过来的温度数据后，送至LCD显示模块进行温度显示
13、。用LED指示灯来指示热水器。用继电器来控制热水器开关。第二章总体方案设计2.1系统设计方案论证实现温度控制的方法主要有以下几种。方案一：采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较差控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便。且要实现题目所有的要求难度较大1。方案二：FPGA/CPLD或采用带有IP内核的FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成采集，存储，显示及A/D等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与控制，操作方便；缺点是调试过程复杂，成本较高2。方案三：单片机与高精度温度传感器结
14、合的方式。即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方案克服了方案一、二的缺点，所以本课题任务是基于单片机和传感器实现对温度的控制。在传感器的选择方面有两种选择，热敏电阻和温度传感器。但用热敏电阻时需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。所以考虑使用温度传感器，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，以此完成设计要求3。2.2系统结构框图系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和驱动电路和外围电路五个部分。系统框图如图1所示。图1系统总体框图第三章系统硬件设计3.1元器件的选择3.1.1单片机的选择单片机的
15、选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，本设计选择AT89S52作为主控芯片。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用4。AT89S52芯片具有以下特性：1、与MCS-51单片机产品兼容；2、8K字节在系统可编程Flash存储器；3、1000次擦
16、写周期；4、全静态操作：0Hz-33MHz；5、三级加密程序存储器；6、32个可编程I/O口线；7、三个16位定时器/计数器；8、六个中断源；9、全双工UART串行通道；10、低功耗空闲和掉电模式；11、掉电后中断可唤醒；12、看门狗定时器；13、双数据指针；14、掉电标识符。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52的引脚说明如下：AT89S52单片机的40个引脚有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚5。图2 AT89S52引脚图DIP封装P0口：P0口
