单片机的智能热水器设计(附件)
摘 要在科学技术快速发展的今天，人类文明也有了很大的进步，同时人类对物质生活和精神享受也看的也来也重要，因此电子产品的出现收到了广大人民群众的欢迎。热水器是一种可供卫生间、浴室等实用为人们的日产生活提供热水的电器。伴随着人们日常生活的改善，市场上那些传统的热水器已经渐渐不能满足人们日常追求，电子产品的智能化发展成为人们追求的主要目标。而这次的研究课题就是利用单片机作为控制系统，研究并设计一款更加适合人们日常生活的智能热水器。硬件电路方面是以单片机最小系统为基础，结合一些外围电路，来共同构成智能热水器系统。并针对电路中所用到的主要芯片进行了详细的介绍，主要包括STC89C51、DS18B20等。近十余年来,单片机技术的发展极为迅速,广泛应用于生产、生活的各个领域。该文所设计的控制系统采用AT89C52单片机作为控制核心,由硬件和软件两部分构成。该系统采用模块化设计,由主模块和子模块构成,子模块的功能独立,并且通过单片机将各个模块连接起来,形成一个完整的整体。该系统可以实现对温度的采集与显示、时钟的显示、热水器开机方式的控制等,有很高的实用价值。?本产品的另一个亮点在于人们可以根据自己的需要，提前通过按键来随意手动设置水要达到的温度值，可靠性和准确性都有很大的
目录
1 绪论 1
1.1 选题的背景、目的及意义 1
1.2 国内外研究状况和成果 1
1.3 研究设想和实验设计 1
2 硬件系统设计 3
2.1 方案验证 3
2.2 硬件系统设计 4
2.2.1 电源电路 7
2.2.2 键盘接口电路 8
2.2.3 报警电路 9
2.2.4温度检测电路 9
2.2.5 水位监测电路 10
2.2.6水位传感器 11
2.2.7 红外一体接收电路 12
2.2.8显示电路 12
3 软件系统设计 16
3.1主程序设计方案 16
3.2 系统子程序设计 16
3.2.1 按键子程序 16
3.2.3 报警子程序 18
3.2.4水位监测子程序 18
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
软硬件联调 20
4.1设计实物图 20
4.2加水状态 20
4.3加热状态 21
4.4停止加热状态 21
5总结 22
参考文献 23
致 谢 25
附录1 26
附录2 27
1 绪论
1.1 选题的背景、目的及意义
随着科技的日新月异，在今天越来越多的科技成果被应用于电子产品的制造当中，这不再是一个简单的电子产品，二是科学技术的象征。因此电器智能化进入人们的日常生活已成了必然趋势。正是在这样的背景下，我决定以单片机为基础，结合一些外围电路，来研究一个新型的、智能化的电热水器。
本课题将人们对现在家庭舒适、便利、智能化、信息化作为研究的目标，采用STC89C51单片机作为核心控制器，可以自动检测水位、水温，当达到设定条件时还可以自动加水、加热。相比于传统的热水器做到了更加的人性化，而且可以时刻保持着热水的供应，使人们随时能够安心、舒适的享受沐浴，更加的有利于人们的身体健康。本设计还带有自动断电功能，当水位、水温达到设定值时就会自动断电，停止工作，真正实现了节能化，绿色环保。
1.2 国内外研究状况和成果
电热水器行业经历了在2013年生产和销售的鼎盛时期和在2014年的低谷时期。收到外界需求市场和房地产市场等外界因素的而影响，电热水器行业在2014年的需求量明显缩水，热水器的智能化研究，就是要根据现在人们生活的需要来设计一款更受欢迎的热水器，以此来提高市场的需求量。
智能化热水器带有四个独立的按键，可以根据季节和每个人需要的水温不同来手动设置预加热水温的上限值和下限值，真正做到了根据人们的设置主动提前加热，在人们有需要的时候及提供热水，让使用者随时享用热水，省去了很多不必要的麻烦，让人们使用的舒心、使用的放心。
就现在的研究现状来看，虽然说国内的研究成果跟国外还有很大的差距，但是学者们也在不断地寻找技术的突破，比如海尔就走在了同行的前面。近日，海尔推出了一款全新产品——银海象A6智能专家，成为国内第一款具备记忆和计算能力双重智能的热水器。????
1.3 研究设想和实验设计
STC89C51是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 4k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，全双工串行口。STC89C51使用了经过改造后的MCS—51内核，包括了很多传统51系列单片机所不具备的功能。片内集成有Flash程序存储器、AD、PWM模块等，能够与普通的51单片机完全兼容。因此，我采用STC89C51单片机作为控制核心，以单片机最小系统为基础，结合按键模块、温度数据采集模块、继电器模块等共同构成智能热水器系统，统一由+5V直流电源供电[1]。
具体实验设计：
由于STC89C51单片机需要直流+5V电源供电[2]，因此需要制作一个5V的直流稳压电源，电源采用220V交流市电，经过整流桥后输出+15V交流电压[3]，再经稳压芯片7805后输出+5V电压。由于电子产品容易受到外界的干扰，需要单独之制造一个稳压电源。电路的硬件部分，由单片机最小系统配以水位监测电路、加水、加热电路、温度检测电路、报警电路、红外遥控电路等构成。根据单片机的型号采用了一个12MHz晶振和两个30μF的陶瓷电容组成振荡电路，复位电路采用上电复位与按键复位相结合的方式。另外，设立“设置”“加”“减”“确定”四个独立按键，通过P1口的扫描查询来判断按键是否按下。系统的红外遥控功能与按键功能相似，在周围10米范围之内可以通过红外遥控器代替按键远距离控制热水器的工作，使电热水器使用起来更加的安全和方便。
系统在上电开始工作后，首先检测“设置”按键有没有被按下，如果有被按下接下下来就会检测加减键进行温度范围值的设置。然后进入程序内部运行，当水位监测电路检测不到水位，则始终不会加热，并且自动加水，当水位监测到有水、温度传感器DS18B20采集到的水温值低于设定的温度下限值时，继电器自动吸合，同时相应的指示灯亮起，代表开始加热。水温达到规定范围，继电器自动关断，表示加热停止。可以通过按键手动设置预加热时间。
2 硬件系统设计
2.1 方案验证
热水器行业市场在经过了2014年的低谷之后，已经渐渐的开始发展起来了，产品的类型也在不断地增多，目前市场上已经出现了燃气式、电热式、太阳能等多种类型。
本课题主要的研究目的是想以STC89C51为基础，结合外围扩展电路来设计一款智能热水器，要实现的主要功能有：
LCD1602液晶显示当前的水温、认为设定的水温的上下限值、定时的时间。
设置四个功能键，依次为设置按键、加键、减键、确定键，通过按键可以调 整水温的上下限值、定时时间[4]。
目录
1 绪论 1
1.1 选题的背景、目的及意义 1
1.2 国内外研究状况和成果 1
1.3 研究设想和实验设计 1
2 硬件系统设计 3
2.1 方案验证 3
2.2 硬件系统设计 4
2.2.1 电源电路 7
2.2.2 键盘接口电路 8
2.2.3 报警电路 9
2.2.4温度检测电路 9
2.2.5 水位监测电路 10
2.2.6水位传感器 11
2.2.7 红外一体接收电路 12
2.2.8显示电路 12
3 软件系统设计 16
3.1主程序设计方案 16
3.2 系统子程序设计 16
3.2.1 按键子程序 16
3.2.3 报警子程序 18
3.2.4水位监测子程序 18
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
软硬件联调 20
4.1设计实物图 20
4.2加水状态 20
4.3加热状态 21
4.4停止加热状态 21
5总结 22
参考文献 23
致 谢 25
附录1 26
附录2 27
1 绪论
1.1 选题的背景、目的及意义
随着科技的日新月异，在今天越来越多的科技成果被应用于电子产品的制造当中，这不再是一个简单的电子产品，二是科学技术的象征。因此电器智能化进入人们的日常生活已成了必然趋势。正是在这样的背景下，我决定以单片机为基础，结合一些外围电路，来研究一个新型的、智能化的电热水器。
本课题将人们对现在家庭舒适、便利、智能化、信息化作为研究的目标，采用STC89C51单片机作为核心控制器，可以自动检测水位、水温，当达到设定条件时还可以自动加水、加热。相比于传统的热水器做到了更加的人性化，而且可以时刻保持着热水的供应，使人们随时能够安心、舒适的享受沐浴，更加的有利于人们的身体健康。本设计还带有自动断电功能，当水位、水温达到设定值时就会自动断电，停止工作，真正实现了节能化，绿色环保。
1.2 国内外研究状况和成果
电热水器行业经历了在2013年生产和销售的鼎盛时期和在2014年的低谷时期。收到外界需求市场和房地产市场等外界因素的而影响，电热水器行业在2014年的需求量明显缩水，热水器的智能化研究，就是要根据现在人们生活的需要来设计一款更受欢迎的热水器，以此来提高市场的需求量。
智能化热水器带有四个独立的按键，可以根据季节和每个人需要的水温不同来手动设置预加热水温的上限值和下限值，真正做到了根据人们的设置主动提前加热，在人们有需要的时候及提供热水，让使用者随时享用热水，省去了很多不必要的麻烦，让人们使用的舒心、使用的放心。
就现在的研究现状来看，虽然说国内的研究成果跟国外还有很大的差距，但是学者们也在不断地寻找技术的突破，比如海尔就走在了同行的前面。近日，海尔推出了一款全新产品——银海象A6智能专家，成为国内第一款具备记忆和计算能力双重智能的热水器。????
1.3 研究设想和实验设计
STC89C51是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 4k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，全双工串行口。STC89C51使用了经过改造后的MCS—51内核，包括了很多传统51系列单片机所不具备的功能。片内集成有Flash程序存储器、AD、PWM模块等，能够与普通的51单片机完全兼容。因此，我采用STC89C51单片机作为控制核心，以单片机最小系统为基础，结合按键模块、温度数据采集模块、继电器模块等共同构成智能热水器系统，统一由+5V直流电源供电[1]。
具体实验设计：
由于STC89C51单片机需要直流+5V电源供电[2]，因此需要制作一个5V的直流稳压电源，电源采用220V交流市电，经过整流桥后输出+15V交流电压[3]，再经稳压芯片7805后输出+5V电压。由于电子产品容易受到外界的干扰，需要单独之制造一个稳压电源。电路的硬件部分，由单片机最小系统配以水位监测电路、加水、加热电路、温度检测电路、报警电路、红外遥控电路等构成。根据单片机的型号采用了一个12MHz晶振和两个30μF的陶瓷电容组成振荡电路，复位电路采用上电复位与按键复位相结合的方式。另外，设立“设置”“加”“减”“确定”四个独立按键，通过P1口的扫描查询来判断按键是否按下。系统的红外遥控功能与按键功能相似，在周围10米范围之内可以通过红外遥控器代替按键远距离控制热水器的工作，使电热水器使用起来更加的安全和方便。
系统在上电开始工作后，首先检测“设置”按键有没有被按下，如果有被按下接下下来就会检测加减键进行温度范围值的设置。然后进入程序内部运行，当水位监测电路检测不到水位，则始终不会加热，并且自动加水，当水位监测到有水、温度传感器DS18B20采集到的水温值低于设定的温度下限值时，继电器自动吸合，同时相应的指示灯亮起，代表开始加热。水温达到规定范围，继电器自动关断，表示加热停止。可以通过按键手动设置预加热时间。
2 硬件系统设计
2.1 方案验证
热水器行业市场在经过了2014年的低谷之后，已经渐渐的开始发展起来了，产品的类型也在不断地增多，目前市场上已经出现了燃气式、电热式、太阳能等多种类型。
本课题主要的研究目的是想以STC89C51为基础，结合外围扩展电路来设计一款智能热水器，要实现的主要功能有：
LCD1602液晶显示当前的水温、认为设定的水温的上下限值、定时的时间。
设置四个功能键，依次为设置按键、加键、减键、确定键，通过按键可以调 整水温的上下限值、定时时间[4]。
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