《遥控式智能家用电热水器控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遥控式智能家用电热水器控制系统（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、深 圳 大 学本 科 毕 业 论 文（设计）题目: 遥控式智能家用电热水器控制系统 控制器部分 姓名: 专业: 电子科学与技术 学院: 电子科学与技术 学号: 指导教师: 职称： 讲师 20 年 5 月 19 日深圳大学本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目 遥控式智能家用电热水器控制系统控制器部分 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。 毕业论文（设计）作者签名：方军 日期： 2
2、0 年 5 月 20 日目录1绪论51.1电热水器发展现状和课题的意义52总体方案设计62.1功能需求分析62.2总体方案63控制器硬件设计83.1硬件总体设计83.2各硬件模块的设计83.2.1单片机电路83.2.2温度检测和显示电路93.2.3水位检测和显示电路113.2.4实时时钟和显示电路143.2.5电源、加热和报警电路164控制器软件设计194.1软件主程序设计194.2中断函数程序流程214.3各功能模块程序设计224.3.1水温检测程序流程224.3.2水位检测程序流程224.3.3实时时钟程序流程235软硬件调试255.1仿真平台介绍255.2仿真步骤255.3仿真结果255
3、.4硬件调试266总结28遥控式智能家用电热水器控制系统控制器部分遥控式智能家用电热水器控制系统控制器部分【摘要】电热水器是家用电器中使用极为广泛的其中一种，由于传统的电热水器的固有缺点，现在市场对于智能电热水器的需求呼声日渐提高。本论文设计的智能家用电热水器的控制系统包括控制器部分和遥控器两部分。控制器是一个以AT89S52芯片为核心的单片机系统，外围电路包括水温传感、水位传感、时钟电路、报警电路、LED显示等模块。控制器的LED上显示时间以及水温信息。通过遥控器可方便地对热水器进行时间及温度的设置，使得热水器的安装不受高度限制。而控制器能于设定的时间开始加热，并且让水温保持在设定的温度上。
4、电热水器控制的人性化和智能化满足人们对于电热水器的现时要求，具有广阔的市场空间。【关键词】电热水器；温度检测；水位检测；智能控制1 绪论1.1 电热水器发展现状和课题的意义以电作为能源进行加热的热水器通常称为电热水器。热水器是一种可供浴室、洗手间及厨房使用的家用电器。目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器。就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制，使用范围狭窄；燃气热水器由于以石油、天然气为燃料，而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求，且不利于环境，因此电热水器越来越受到消费者的青睐【1】。根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量
5、和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。该中心预计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，几年来我国电热水器市场将呈现强劲增长势头【2】。目前，在我国市场上出现电热水器由传统的机械式电热水器和智能电热水器两种。传统的机械式电热水器由于没有MCU芯片的参与,一般只有简单的测量和控制,难以满足人们对现代电器的要求3。市场上的出现的智能电热水器品牌众多，各自产品的功能也是也是十分先进，比如帅康DSF-60DEY型号的电热水器具有微电脑控制功能、三管加热系统、分层精控加热模式，可精确控制加热水量，洗手、洗菜等少量用水时，可仅加热1/4胆水，更加快速便捷。还有海尔FC
6、DJTHMG50型号的电热水器具备远程控制功能，通过因特网、手机短信和移动/固定电话等网络，主人可以在任何时间、任何地点远程操作家里的热水器。它还能够根据用户上一周的用水习惯自动提前加热。西门子DG10120TI型号的电热水器具有ELCB智能安全保护、线路故障保护、防冻结保护、强弱电分离保护、故障自检等众多特点。可以看到目前在我国市场上的的智能电热水器，不管是国内品牌还是国外品牌都具有了很多先进的智能化功能，然而这些产品还没有用到遥控器，这样在使用起来就有些限制，人必须通过接触电热水器才能接触控制电热水器，这就限制了电热水器的安装高度和使用距离。有些是通过微波与电热水器通信，这样固然比遥控器更
7、加方便，通信距离也更远，但是这样做的成本很高，增加人们的购买负担。本课题设计的电热水器的控制器不仅可以让电热水器具备显示温度、显示当前时间、预约加热、报警、防高温、防干烧、恒温多种功能，而且还有遥控器，可以让人们无需接触就可以控制电热水器，同时增加的负担也不大，符合电热水器的发展趋势。这款智能电热水器的控制系统包括控制器和遥控器两部分，分别由我和李浩同学完成，所以在以后的内容中我就重点阐述我负责的控制器部分。2 总体方案设计2.1 功能需求分析作为一款智能电热水器的控制器，它要有一般电热水器的基本加热功能外，还要有一些其他的功能体现它的智能化的特点。所以在此要求的基础上，这款控制器要可以实时检
8、测水温并显示；它还要提供给用户水箱内水位的信息，并在水位过低时给出警示，确保加热安全；同时它还要能够满足用户“预约”的要求。除以上功能外，这款控制器还要有一些确保使用安全的功能，它要可以防止干烧，防止水温过高，可以恒温、调温；同时这款电热水器的使用条件要用更大的自由度，它可以放在相对较高的位置，这样直接触摸控制就很不方便，所以就要有一个遥控器。根据以上要求，本课题设计的智能电热水器的控制器要实现的功能归纳有以下几个：（1) 对温度精确控制,可用高清晰度的数码管进行实时显示；（2) 可靠的水位采集电路，实时采集水位供查询时进行显示，当水位过低时给出 提示并停止加热，防止干烧；（3) 具有定时定温
9、加热功能，用省时节能的方式准时加热到特定温度，既可免去 等待烧水的时间,又避开用电高峰,节约电费；（4) 自动检测热水器是否处于正常工作状态，并具有调温、恒温、防干烧、防超高温等多项自检功能，使用户在使用过程中安全更有保障；（5) 配备遥控器，操作更加方便。2.2 总体方案依据上面的功能要求，控制器的整体结构可以分为以下几个部分：单片机、水温检测和显示电路模块、水位检测和显示电路模块、实时时钟电路模块、报警电路模块、电源电路和加热电路模块。具体的电路结构如图2-1。单片机电源温度检测AD转换水位采集红外接收电路遥控器报警器温度显示时间显示加热电路水位显示图2-1 电路结构图3 控制器硬件设计3
10、.1 硬件总体设计单片机选用AT89S52，这种单片机的优点众多，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，是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器【4】。具体功能如下：（1) 8K字节可编程Flash存储器，至少1000次擦写周期。（2) 全静态操作：0Hz33Hz。频率范围更大，速度更快。（3) 256字节RAM，32个双向I/O口。（4) 8个中断源，包括3个定时器/计数器中断、2个外部中断和2个串行中断， 完 全可以满足对中断源的要求。AT89S52的8K字节的Flash存储器可以满足程序大小的需要，而32个双向I/O口也可以满足各个电
11、路模块对于数据口的要求，同时中断个数也能够满足系统的要求【5】。对于水温模块可以采用一个DS18B20温度传感器采集水温信息；水位检测模块将采用一个简易的水位检测电路和一个ADC0804A/D转换芯片将采集的水位信号传给单片机；对于时钟电路，将采用一个DS1302实时时钟芯片产生准确的时钟信号；各个电路模块的显示部分将通过LED数码管显示的方式给予显示；报警电路将用一个蜂鸣器与单片机连接；电源电路将使用一个220V/9V变压器、电桥、7805芯片，最后输出5V的可用电压；加热电路将用一个光电耦合器芯片MOC3023和加热丝相连，这样可以满足单片机对加热电路的控制，加热时用的是220V的市电。3
12、.2 各硬件模块的设计3.2.1 单片机电路单片机电路如图3-1所示，电路中比较重要的就是晶振的选择，我在这里选择12MHz的，这样单片机执行一条指令刚好是1us。因为一条指令周期=机器周期12，而机器周期刚好是所选晶振的周期，这里就是us，所以可以得到以上结果。图3-1 单片机电路3.2.2 温度检测和显示电路要实现温度检测的作用最简单而且最有效的办法就是运用一个温度传感器，让温度传感器检测的水温信号传给单片机，由单片机来分析处理。温度传感器种类众多，主要有四种类型：热电偶、热敏电阻、光纤温度传感器和集成温度传感器，集成温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。热电偶温度传感器的优点是：测
13、量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响；测量范围广，常用的热电偶从-50+1600均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）；构造简单，使用方便，热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。但是热电偶传感器也有缺点：它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，不适合测量微小的温度变化，而且输出的是模拟电信号。热电阻温度传感器的优点是抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压、使用寿命长，缺点是通过的电流有限，因为自身的热噪声会影响测量精度，还有就是输出的也是模拟电信号。光纤温度传感器有体
14、积小，灵敏度高，工作可靠、抗电磁干扰的优点，但是它的电路复杂、造价高。集成温度传感器准确度更高，体积更小，功耗更低，线性好，使用时电路简单更加适合在集成电路系统中应用。集成温度传感器又有模拟输出的和数字输出的。模拟温度传感器是将温度信号转化成电压或者电流信号输出；数字温度传感器的输出不是电压或电流式模拟信号，而是直接在传感器内部将模拟信号转变成数字信号直接输出。考虑到搭建温度检测电路的简便性和易用性，我选择数字式的集成温度传感器，因为它相比其他类型的温度传感器，它的体积更小、功耗很低、灵敏度更高，而且电路简单，之所以没有选择模拟式温度传感器是因为数字式输出的直接是数字信号，而数字信号是可以直接被单片机接收并处理的，模拟信号则需要再经过AD转换（模数转换）才能被单片机接收处理，这样就无疑增加了电路的复杂度、程序的复杂性和温度检测的灵敏度和精度，又会增加电路的成本。基于以上理由选择数字式温度传感器是最好的。在数字式温度传感器中我选择具有代表性的DS18B20温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司的产品，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，并
