stc89c51单片机的热水箱控制系统设计与实现
摘 要 本文结合了大学所学的专业知识，设计了一款以STC89C51单片机作为主控核心的热水箱系统，实现了对热水箱水温检测以及水温快速控制等功能，实现了毕业设计预期所设定的各个指标，完成了大学学习生涯里的最后一门作业。本系统的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的热水箱控制市场，能够大幅度降低目前热水箱系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
目录
摘 要 I
第一章 绪论 1
1.1电热水箱系统的发展背景 1
1.2 电热水箱智能控制控制系统的国内外发展现状 1
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 方案选择及元器件介绍 3
2.1 控制器的选取 3
2.2 STC89C51单片机简要介绍 3
2.3 DS18B20传感器概述 4
2.4 HK4100FDC5V继电器介绍 5
2.5 有源蜂鸣器介绍 6
2.5 LCD1602型液晶简介 6
第三章 硬件系统设计 8
3.1 电热水箱系统的硬件结构框图设计 8
3.2 STC89C51单片机最小系统设计 8
3.2.1 复位电路设计 8
3.2.2 时钟电路设计 9
3.3 水温检测电路设计 9
3.4 加热器开关电路设计 10
3.5 超温报警电路设计 11
3.6 显示电路设计 11
第四章 软件系统设计 13
4.1热水箱系统的软件工作流程设计 13
4.2水温检测工作流程设计 13
4.3 加热器开关控制流程图设计 14
4.4 超温报警工作流程设计 15
4.5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
液晶显示流程设计 15
第七章 总结 17
致 谢 18
参考文献 19
附录1 原理图 20
附录2 程序 21
附录3 实物图 33
第一章 绪论
1.1电热水箱系统的发展背景
本课题将要设计的这款电热水箱智能控制控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的电热水箱智能控制控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的电热水箱智能控制控制系统。最早的用于实现加热水功能的机器早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的电热水箱智能控制系统全部采用简单的传统结构或者加热棒来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用传统结构来实现水箱加热或者锅炉房炭烧加热是主流方式，这种传统式电热水箱智能控制系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用传统部件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于传统部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于大部分水箱加热采用锅炉房炭火加热方式，因此需要投入大量的人力物力来照看锅炉的运行情况，使用起来十分不便。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统电热水箱智能控制系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分电热水箱智能控制系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的电热水箱智能控制控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的电热水箱智能控制控制系统突破了传统传统式的单一功能性，不但实现了传统式热水箱的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误电热水箱智能控制产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现电热水箱智能控制控制系统的二次甚至多次升级，这还传统传统式电热水箱智能控制系统所无法实现的，另外由于这种电子式电热水箱智能控制系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的电热水箱智能控制控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款电热水箱智能控制控制系统。
1.2 电热水箱智能控制控制系统的国内外发展现状
电子式电热水箱智能控制系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产电热水箱智能控制系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的电热水箱智能控制控制系统将能够实现更好的水温控制等功能，目前国内外所能实现的最先进电热水箱智能控制系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款具有能够快速调节水温并且温度精度控制在0.05摄氏度的水温加热系统，这款系统的推出实现了水温快速响应和快速进入稳定状态等功能，同时也标志着为了实现更高性能的电热水箱智能控制系统我们有很长一段路要走。
1.3 本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统电热水箱系统的发展基础上，设计出一款能够实现电热水箱功能的智能电热水箱控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对电热水箱系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，课题要求重点完成以下设计内容：
1）确定电热水箱控制系统的设计参数和核心器件；
2）完成电热水箱控制系统的硬件电路设计；
3）完成电热水箱控制系统的软件部分设计；
目录
摘 要 I
第一章 绪论 1
1.1电热水箱系统的发展背景 1
1.2 电热水箱智能控制控制系统的国内外发展现状 1
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 方案选择及元器件介绍 3
2.1 控制器的选取 3
2.2 STC89C51单片机简要介绍 3
2.3 DS18B20传感器概述 4
2.4 HK4100FDC5V继电器介绍 5
2.5 有源蜂鸣器介绍 6
2.5 LCD1602型液晶简介 6
第三章 硬件系统设计 8
3.1 电热水箱系统的硬件结构框图设计 8
3.2 STC89C51单片机最小系统设计 8
3.2.1 复位电路设计 8
3.2.2 时钟电路设计 9
3.3 水温检测电路设计 9
3.4 加热器开关电路设计 10
3.5 超温报警电路设计 11
3.6 显示电路设计 11
第四章 软件系统设计 13
4.1热水箱系统的软件工作流程设计 13
4.2水温检测工作流程设计 13
4.3 加热器开关控制流程图设计 14
4.4 超温报警工作流程设计 15
4.5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
液晶显示流程设计 15
第七章 总结 17
致 谢 18
参考文献 19
附录1 原理图 20
附录2 程序 21
附录3 实物图 33
第一章 绪论
1.1电热水箱系统的发展背景
本课题将要设计的这款电热水箱智能控制控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的电热水箱智能控制控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的电热水箱智能控制控制系统。最早的用于实现加热水功能的机器早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的电热水箱智能控制系统全部采用简单的传统结构或者加热棒来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用传统结构来实现水箱加热或者锅炉房炭烧加热是主流方式，这种传统式电热水箱智能控制系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用传统部件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于传统部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于大部分水箱加热采用锅炉房炭火加热方式，因此需要投入大量的人力物力来照看锅炉的运行情况，使用起来十分不便。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统电热水箱智能控制系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分电热水箱智能控制系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的电热水箱智能控制控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的电热水箱智能控制控制系统突破了传统传统式的单一功能性，不但实现了传统式热水箱的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误电热水箱智能控制产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现电热水箱智能控制控制系统的二次甚至多次升级，这还传统传统式电热水箱智能控制系统所无法实现的，另外由于这种电子式电热水箱智能控制系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的电热水箱智能控制控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款电热水箱智能控制控制系统。
1.2 电热水箱智能控制控制系统的国内外发展现状
电子式电热水箱智能控制系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产电热水箱智能控制系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的电热水箱智能控制控制系统将能够实现更好的水温控制等功能，目前国内外所能实现的最先进电热水箱智能控制系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款具有能够快速调节水温并且温度精度控制在0.05摄氏度的水温加热系统，这款系统的推出实现了水温快速响应和快速进入稳定状态等功能，同时也标志着为了实现更高性能的电热水箱智能控制系统我们有很长一段路要走。
1.3 本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统电热水箱系统的发展基础上，设计出一款能够实现电热水箱功能的智能电热水箱控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对电热水箱系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，课题要求重点完成以下设计内容：
1）确定电热水箱控制系统的设计参数和核心器件；
2）完成电热水箱控制系统的硬件电路设计；
3）完成电热水箱控制系统的软件部分设计；
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