高性能多功能热水箱控制系统设计(附件)【字数：8195】
摘 要本课题主要对一款使用STC89C51单片机作为主控的高性能多功能热水箱系统进行了设计和研发，通过软硬件系统的分别设计，实现了对热水箱内温度数据的快速高精度检测，能够通过数字信号形式将检测到的温度值送入到高性能的微处理器芯片中进行快速的处理，微处理器通过对当前温度的获取从而判定下一个是否需要启动或者关闭加热器从而维持箱内温度数值的稳定，与此同时系统还能够在热水箱工作异常时进行明显的报警信号生成，并且通过高清晰度的液晶屏将热水箱内的各项数据显示给使用者。本次毕业设计在对这种型号的高性能多功能热水箱系统的驱动控制上，结合硬件电路系统的设计情况，通过C程序语言搭建了多个驱动程序模块，使用KEIL平台实现了对软件程序的构建和编译，实现了软硬件的相结合工作。本课题还对这种型号的高性能多功能热水箱进行了测试工作，使得系统在正常运行状态中表现出的缺陷和设计不当之处进行了修改和完善，最后能够使这款系统具备较高的性能指标，非常适合进行普及，有利于提升类似产品的工作性能。
目录
一、 引言 1
（一） 高性能多功能热水箱的发展背景 1
（二） 高性能多功能热水箱的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 高性能多功能热水箱的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） LCD1602液晶显示屏简介 4
（四） DS18B20传感器简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
（六） HK4100F继电器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 智能热水箱主控电路设计 6
（二） 热水箱的液晶显示电路设计 7
（三） 水温采集电路设计 7
（四） 水温异常报警电路设计 8
（五） 加热器控制电路设计 8
四、 系统软件设计 10
（一） 高性能多功能热水箱的主程序流程设计 10
（二） 热水箱的液晶显示子程序流程设计 10
（三） 水温采集子程序流程设计 11
（四） 水温异常报警子程序设计 12
（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
五） 加热器控制子程序流程设计 13
五、 实物制作与安装 14
总结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
引言
高性能多功能热水箱的发展背景
本论文将要研发的的是一种可以实现高清晰度液晶显示、高性能的温度检测、发出报警信号和继电器驱动等功效的高性能多功能热水箱系统，通过对图书馆和互联网上大量的资料进行查阅后我们可以得知，所谓的高性能多功能热水箱实际上是一种内部以微处理器作为控制核心，并在片外配合丰富的功能模块而形成的一种电子控制系统，它的工作过程受到软件代码的严格控制，当今市场上的高性能多功能热水箱软硬件内部主控芯片已普遍的在使用三十二位微处理器了，这是当今科研能力发展的趋向，并且也是为了满足用户日益提升的使用需求，不仅这样，众多高级别性能的高性能多功能热水箱结构框架已经开始使用多核并行的控制模式，通过对丰富的产品进行文献探索能够知道，低端级别的高性能多功能热水箱在当前市面上已经不再具备竞争力了，和中高端产品作比较，在价格方面这两者之间相差不大，而中高端高性能多功能热水箱在性能方面却遥遥领先于低端产品，究极原因主要是因为，随着科技水平的巨大进步，半导体技术取得了革命性的进步，批量生产十六位和三十二位微型控制器的价格被控制的很低，就以STM32等型号的微处理器来说，其内部近似集成了电子系统中所有经常使用的外围模块，如A/D器件、数模转换器和中断捕捉等，这么丰富的模块被集成在单片微型控制器芯片中，成本没有增加很多，反而逐渐靠近传统八位机，因此使用这一些具备高端性能的微处理器来担任核心芯片，在增加产品性能的同时，亦在持续降低研发成本，使得产品具备更高的竞争能力，高性能多功能热水箱在最近几年中的快速进步发展与电子技术有着紧密的联系，伴随着人工智能、大规模集成技术、传感器技术的飞速发展，这些相关的学科在最近几年中被大范围的应用在高性能多功能热水箱等控制系统中，外形体积不断缩小而且效果更加精确的智能传感器被大批量的推向市场。
高性能多功能热水箱的国内外发展现状
如今国内外的大大小小的研发机构非常多，因为市场对于更加智能化的中高端高性能多功能热水箱供求逐渐增加，市场潜力特别大，因此很多企业看到了这种机遇，将更多的目光关注到中高端高性能多功能热水箱的研发领域，愈来愈多的企业和科研单位将目光更多的投入到了了研究性能更高的高性能多功能热水箱，该资料显示出现该现象的关键原因可以归结为两类，首先是随着最近几年科学技术水平的不断发展，使用者早已越来越不能满足于现有产品所表现出的性能，而且功能过于单一，用户迫切想得到一款使用体验更加高端的高性能多功能热水箱产品。另外一个原因是微处理器技术的不断发展，使中高等级别的微处理器芯片成本不断下降，技术人员将更多的精力投入到使用这些新型的中高端微处理器芯片来开发更多类型的高性能多功能热水箱。
本文主要研究内容
经过上文对这种型号的高性能多功能热水箱系统的发展历史以及现状的简要描述，接下来将开始进行设计工作，通过对国内外资料的详细查阅，可以得知目前市面上高性能多功能热水箱系统的类似产品种类很多，本次毕业设计结合了大量优秀的设计方案，确立了本文的研发内容：
1、实现将高性能多功能热水箱系统的参数显示功能，能够较高的清晰度将重要参数反馈给使用者；
2、实现温度传感器驱动电路设计，通过STC89C51单片机单总线的驱动控制，实现对温度数据的快速获取；
3、配置蜂鸣器驱动电路，使得STC89C51单片机能够通过高低电平信号实现对蜂鸣器的启闭，从而实现报警信号的输出和停止工作；
4、设计继电器驱动电路，通过STC89C51单片机对高低电平信号的输出，能够实现对继电器的闭合和启动动作进行灵活控制；
方案设计及元器件选择
高性能多功能热水箱的方案设计
本论文要想实现这种型号的高性能多功能热水箱系统的所有功能，并且需要将性能指标实现到最大程度，为此设计了一款较为合适的系统方案，选用STC89C51单片机来当作主控单元，如下图中的系统结构框图所示，各个电路模块将在STC89C51单片机最小系统电路的控制下完成工作，STC89C51单片机的作用是执行用户代码，通过各个GPIO管脚实现对外部电路的驱动控制。为了能够使得系统快速获取到热水箱内的实时温度数据，本课题配置了下图中的DS18B20数字温度传感器电路，单片机将通过单总线接口对该传感器进行驱动从而能够快速得到温度值；为了能够使得系统灵活的控制热水箱内的温度大小，本课题将通过大功率继电器模块启闭加热器的方案来实现对热水箱的加热，从而控制温度；为了能够实现对用户设置的热水箱温度数值的保存，从而使得系统掉电后不会是的用户数据的丢失，所以配置了下图中的数据存储电路，通过IIC接口使得该电路与单片机之间进行连接；为了实现当热水箱内温度出现异常时进行清晰的报警功能，本课题配置了异常报警电路，单片机将通过电平信号实现对该电路的启闭控制；为了能够将检测到的热水箱温度数值显示给用户，本课题将通过LCD1602液晶屏来实现该功能。
目录
一、 引言 1
（一） 高性能多功能热水箱的发展背景 1
（二） 高性能多功能热水箱的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 高性能多功能热水箱的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） LCD1602液晶显示屏简介 4
（四） DS18B20传感器简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
（六） HK4100F继电器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 智能热水箱主控电路设计 6
（二） 热水箱的液晶显示电路设计 7
（三） 水温采集电路设计 7
（四） 水温异常报警电路设计 8
（五） 加热器控制电路设计 8
四、 系统软件设计 10
（一） 高性能多功能热水箱的主程序流程设计 10
（二） 热水箱的液晶显示子程序流程设计 10
（三） 水温采集子程序流程设计 11
（四） 水温异常报警子程序设计 12
（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
五） 加热器控制子程序流程设计 13
五、 实物制作与安装 14
总结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
引言
高性能多功能热水箱的发展背景
本论文将要研发的的是一种可以实现高清晰度液晶显示、高性能的温度检测、发出报警信号和继电器驱动等功效的高性能多功能热水箱系统，通过对图书馆和互联网上大量的资料进行查阅后我们可以得知，所谓的高性能多功能热水箱实际上是一种内部以微处理器作为控制核心，并在片外配合丰富的功能模块而形成的一种电子控制系统，它的工作过程受到软件代码的严格控制，当今市场上的高性能多功能热水箱软硬件内部主控芯片已普遍的在使用三十二位微处理器了，这是当今科研能力发展的趋向，并且也是为了满足用户日益提升的使用需求，不仅这样，众多高级别性能的高性能多功能热水箱结构框架已经开始使用多核并行的控制模式，通过对丰富的产品进行文献探索能够知道，低端级别的高性能多功能热水箱在当前市面上已经不再具备竞争力了，和中高端产品作比较，在价格方面这两者之间相差不大，而中高端高性能多功能热水箱在性能方面却遥遥领先于低端产品，究极原因主要是因为，随着科技水平的巨大进步，半导体技术取得了革命性的进步，批量生产十六位和三十二位微型控制器的价格被控制的很低，就以STM32等型号的微处理器来说，其内部近似集成了电子系统中所有经常使用的外围模块，如A/D器件、数模转换器和中断捕捉等，这么丰富的模块被集成在单片微型控制器芯片中，成本没有增加很多，反而逐渐靠近传统八位机，因此使用这一些具备高端性能的微处理器来担任核心芯片，在增加产品性能的同时，亦在持续降低研发成本，使得产品具备更高的竞争能力，高性能多功能热水箱在最近几年中的快速进步发展与电子技术有着紧密的联系，伴随着人工智能、大规模集成技术、传感器技术的飞速发展，这些相关的学科在最近几年中被大范围的应用在高性能多功能热水箱等控制系统中，外形体积不断缩小而且效果更加精确的智能传感器被大批量的推向市场。
高性能多功能热水箱的国内外发展现状
如今国内外的大大小小的研发机构非常多，因为市场对于更加智能化的中高端高性能多功能热水箱供求逐渐增加，市场潜力特别大，因此很多企业看到了这种机遇，将更多的目光关注到中高端高性能多功能热水箱的研发领域，愈来愈多的企业和科研单位将目光更多的投入到了了研究性能更高的高性能多功能热水箱，该资料显示出现该现象的关键原因可以归结为两类，首先是随着最近几年科学技术水平的不断发展，使用者早已越来越不能满足于现有产品所表现出的性能，而且功能过于单一，用户迫切想得到一款使用体验更加高端的高性能多功能热水箱产品。另外一个原因是微处理器技术的不断发展，使中高等级别的微处理器芯片成本不断下降，技术人员将更多的精力投入到使用这些新型的中高端微处理器芯片来开发更多类型的高性能多功能热水箱。
本文主要研究内容
经过上文对这种型号的高性能多功能热水箱系统的发展历史以及现状的简要描述，接下来将开始进行设计工作，通过对国内外资料的详细查阅，可以得知目前市面上高性能多功能热水箱系统的类似产品种类很多，本次毕业设计结合了大量优秀的设计方案，确立了本文的研发内容：
1、实现将高性能多功能热水箱系统的参数显示功能，能够较高的清晰度将重要参数反馈给使用者；
2、实现温度传感器驱动电路设计，通过STC89C51单片机单总线的驱动控制，实现对温度数据的快速获取；
3、配置蜂鸣器驱动电路，使得STC89C51单片机能够通过高低电平信号实现对蜂鸣器的启闭，从而实现报警信号的输出和停止工作；
4、设计继电器驱动电路，通过STC89C51单片机对高低电平信号的输出，能够实现对继电器的闭合和启动动作进行灵活控制；
方案设计及元器件选择
高性能多功能热水箱的方案设计
本论文要想实现这种型号的高性能多功能热水箱系统的所有功能，并且需要将性能指标实现到最大程度，为此设计了一款较为合适的系统方案，选用STC89C51单片机来当作主控单元，如下图中的系统结构框图所示，各个电路模块将在STC89C51单片机最小系统电路的控制下完成工作，STC89C51单片机的作用是执行用户代码，通过各个GPIO管脚实现对外部电路的驱动控制。为了能够使得系统快速获取到热水箱内的实时温度数据，本课题配置了下图中的DS18B20数字温度传感器电路，单片机将通过单总线接口对该传感器进行驱动从而能够快速得到温度值；为了能够使得系统灵活的控制热水箱内的温度大小，本课题将通过大功率继电器模块启闭加热器的方案来实现对热水箱的加热，从而控制温度；为了能够实现对用户设置的热水箱温度数值的保存，从而使得系统掉电后不会是的用户数据的丢失，所以配置了下图中的数据存储电路，通过IIC接口使得该电路与单片机之间进行连接；为了实现当热水箱内温度出现异常时进行清晰的报警功能，本课题配置了异常报警电路，单片机将通过电平信号实现对该电路的启闭控制；为了能够将检测到的热水箱温度数值显示给用户，本课题将通过LCD1602液晶屏来实现该功能。
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