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1、 目 录摘要IABSTRACTII引言11 智能热水器控制系统的总体设计方案11.1 方案的分析与选择11.2 系统总体设计概述21.3 各功能模块介绍3控制模块3显示模块3输入模块5其它模块61.4 本章小结82 硬件电路的设计与实现82.1 单片机最小系统硬件电路设计82.2 显示模块硬件电路设计82.3 温度传感器DS18B20电路设计92.4 电子式水位开关硬件电路设计102.5时钟芯片电路设计102.6声光报警电路设计112.7按键设置模块电路设计112.8电源和开关模块设计122.9本章小结123 热水器控制系统的软件设计与算法实现123.1 软件总体流程图133.2 显示模块程序
2、设计143.2.1 写命令子函数14写数据子函数143.3 温度传感器模块程序设计153.4 时钟芯片相关程序设计163.5 按键设置程序设计163.6 主程序和中断效劳程序设计173.7本章小结174 测试、总结与评价174.1 软件平台仿真测试174.2 面包板电路搭建测试184.3 系统方案总结与评价195 完毕语19参考文献20致21 / 基于51单片机的智能热水器控制系统摘 要随着科技的进步和人们生活水平的不断提高，热水器越来越普遍地走进千家万户，给人们的生活带来了极大的方便。同时，人们对热水器的智能化和平安性都提出了更高的要求。这就要求热水器具有一个智能控制系统，能够自动获取当前水
3、温和水位信息，判断实际温度与预设温度关系，从而实现加热的自动控制。本文提出了一种基于51单片机的智能热水器控制系统的解决方案，该方案采用DS18B20单线数字温度传感器来对水温进展检测，使用DS1302时钟芯片实现计数和定时功能，同时参加了水位判断和报警设计。用户通过按键和显示屏来完成系统的参数设置，从而实现定时加热、自动恒温等功能。关键词：单片机，热水器，控制，DS18B20The intelligent water heater control system based on 51 single chip microcomputerAbstractWith the progress of
4、science and technology and the continuous improvement of peoples living standard, the water heater is more and more widely into the thousands, has brought great convenience to peoples life.At the same time, people also hope that the water heater is not just simply by switch or button commands, to he
5、at water, also can according to the people set the temperature of the automatic constant temperature, timing, heating, automatic judgment function such as water level, the water heater of intelligence and security are put forward higher requirements.This requires a water heater has a intelligent con
6、trol system, can automatically access to current information, water temperature and water level determine the actual temperature and the preset temperature relations, so as to realize the automatic control of heating.This paper puts forward a kind of intelligent water heater control system based on
7、51 single chip solution, the scheme adopts DS18B20 single line digital temperature sensor to test the water temperature, using DS1302 clock chip realize counting and timing functions, at the same time joined the water judgment and alarm design.The user through the buttons and screen to complete the
8、system parameter setting, so as to realize the function such as timing, automatic constant temperature heating.Key Words：single chip microcomputer, water heater, control, DS18B20引言随着人们对生活质量的要求不断提高，热水器逐渐成为了城市居民生活的一个不可或缺的东西。经过多年的开展和技术积累，整个热水器行业也不断涌现出新的产品，热水器的种类也越来越多，从最初的燃气热水器一家独大，到现在的燃气热水器、电热水器、太阳能热水器
9、等多种热水器都有一定的市场占有率。在热水器的使用效果上，功能也越来越丰富，使用更加人性化，甚至结合最新的智能家居和物联网理念，智能化程度大大提高，给人们的生活带来了极大的方便。现在的热水器向着平安、节能、稳定、高效、人性化的方向快速开展着。单片机是一种微控制器，体积小、功耗低、通过编程和外围电路设计，可以完成多种智能控制任务。随着单片机技术的迅速开展，越来越多的家用电器采用各种型号的单片机为控制核心，来完成和人类的交互，并通过相应的程序和部运算，实现一些智能化的控制，使家用电器的操作更加人性化，控制更加智能化。在热水器中，也广泛采用了单片机作为控制核心，通过相应的温度传感器，在热水器的温度控制
10、上到达了更高的精度，完成了从最初的旋钮调节逐渐向数字化调节方向转变。同时，通过不同的传感器，由单片机控制并指示热水器的各种工作状态，在发生缺水、水温过热等情况时及时向用户给出声光报警，从而防止发生意外，保障了用户的平安。本文所提出的智能热水器控制系统，以51系列单片机为控制核心，通过温度传感器、水位传感器感知热水器状态，并通过按键、显示屏和用户进展人机交互，实现了定时加热、自动恒温的功能，同时也有过热、缺水的报警设计，给用户带来方便。本设计具有本钱低、实用性强、温度控制精度高的特点。1智能热水器控制系统的总体设计方案本设计所提到的智能热水器控制系统主要是实现对温度的自动控制、定时加热控制和智能
11、报警的功能，因此，智能热水器控制系统主要分为控制模块、显示模块、信息输入模块、加热模块、声光报警模块等几局部构成。1.1方案的分析与选择对于主控芯片，本方案选择最简单的8位51系列的单片机，性能可靠，本钱低，完全可以满足本系统的要求。而且由于51系列的单片机在电子相关专业中的根底性地位，对其使用和编程都比拟熟练，可以极大缩短开发周期，更好地完成设计任务。对于显示模块，LED液晶显示屏、LCD1602字符型液晶、LCD12864点阵型液晶三者都是简单的、小型的显示器件，均可完成显示任务。LED液晶显示的容过于简单，LCD1284更适合显示图像类信息，而LCD1602非常适合显示少量的、丰富的字符
12、信息。因此，选择LCD1602字符型液晶。对于输入模块，分为用户信息输入和传感器信息输入。用户信息输入方面，使用按键进展输入要比旋钮更容易控制，用户也更易于承受，通过设置相应的调节按键，可以十分准确地定位到用户所希望到达的温度。当然，按键也有机械按键、电容按键等许多不同的种类，因为本系统处于实验调试阶段，应选取最简单的机械按键。传感器信息输入分为两个局部，第一局部是温度信息输入，使用温度传感器，用于告诉单片机当前的水温，实现温度的自动控制；第二局部是水位信息输入，使用水位传感器，用来告诉单片机水量信息，到达缺水报警的目的。温度传感器一般有热敏电阻和数字式温度传感器DS18B20可供选择。热敏电
13、阻的可靠性差，且输出的是模拟量，需要进展相应的A/D转换后才能输入，比拟麻烦，而相比之下，数字式温度传感器测温围宽、以单线串行方式与单片机进展通信，节约了单片机的I/O口资源，且直接输出数字量，外围电路简单，因此最符合要求。水位信息输入只需考虑是否是缺水状态，因此只要对是否缺水给出一个电平信息即可，直接封装一个断触电点，一端接地，当有水时，单片机对应端口被拉低，无水时端口电平被拉高，来完成是否缺水的判断即可。同时，为了实现准确的定时加热功能，引入专门的时钟芯片DS1302进展计时，为单片机提供日期和时间基准。为了保证使用者的平安，参加声光报警提示模块，在加热、缺水时给出提示。1.2 系统总体设
14、计概述本系统采用51系列单片机为控制核心，以DS18B20单线数字式温度传感器获取温度信息，采用DS1302时钟芯片为单片机提供日期基准，显示方面采用LCD1602液晶显示屏，以机械按键的形式供用户输入，设置当前的系统时间、定时加热的开场时间、水温设定等，来完成整个控制器的控制工作。系统整体的结构框图如下列图1.1所示。5V电源模块1602显示单片机及其最小系统及电源接口温度传感器模块水位传感器模块声光报警模块按键输入时钟电路图1.1 系统整体框图1.3 各功能模块介绍要顺利完成整个系统的设计工作，就要对所采用的各个模块的元器件进展具体的选型，并通过元器件的数据手册、操作说明的资料，详细地了解
15、各个元器件的性能、操作方法、硬件连接要求的容。控制模块本设计采用的主控芯是51系列的单片机处理器STC89C52RC，这是一款采用了CMOS工艺进展生产的8位处理器，该处理器具有相当可靠的工作性能，正常工作的功耗极低，而且有着相当丰富的系统资源，片的程序存储空间到达了4K、具有512字节的RAM空间，可以满足大多数的程序要求。指令系统完全兼容传统的8051单片机核，有2K+的EEPROM存储空间。要建立完整的控制模块，还要为单片机配置其最小系统的外围电路，主要包括晶振和复位电路，单片机才能正常的工作。1.3.2 显示模块本设计所采用的LCD1602液晶显示屏，是一种小型的、集成度很高的液晶显示屏，可以显示字母、数字、符号等，其特点是功耗低、体积小、轻薄、模块化，而且由于其自带字符库，在显示方面的实现上只需要按照要求对其进展初始化、设定相关的显示位置和显示容即可，操作简单。作为一个集成化的显示模块，其相应的管脚的具体定义可以查阅操作手册获取，而与单片机的具体连接方式将在硬件设计局部详细介绍。如下列图1.2所示为LCD1602的控制器接口的时序说明，在液晶的初始化、读写操作的相关的编程中，要参考该时序图，结合单片机晶振的选取情况作出必要调整，只有正确的时序才能保证单片机给出正确的控制指令。图1.2
