f5015a3型号热水器温度控制系统的设计与调试
日期 摘 要随着时代的进步，科技的发展，每家每户几乎都安装了热水器，而热水器也逐渐走向智能化。F50-15A3热水器作为一种热水器，因其加热速度快，体积小，安全节能等优点深受消费者欢迎。 目前，大多数F50-15 A3热水器智能化程度较低，处于手动调温阶段。 导致使用者不能够更加方便的使用热水器，若有一个完整的温控系统，那将会使用户更加便捷的使用热水器。根据现今F50-15A3热水器中存在的不足，向着智能调温方向发展，本文设计了F50-15A3热水器的恒温控制系统，概括起来有以下几点（1）采用数字PID程序控制系统，实时进行温度控制，在使用中进行全程控制调节。（2）用16位单片机DS18B20温度传感器，对热水器水的温度进行实时测量控制。（3）采用LCD1602液晶显示屏，进行热水器水温的显示。让用户实时了解水温，也提高了使用的安全性。摘 要 1
目 录
第1章 绪论 2
1.1课题研究背景 2
第2章 温度控制系统总体方案设计 3
2.1系统微处理器方案的选择 3
2.2温度检测模块方案的选择 4
2.3温度控制模块电路方案选择和演示 4
2.4 温度设定模块电路方案的选择 5
2.5温度显示模块电路方案选择 6
2.6加热器方案的选择 7
第3章 系统模块电路设计 8
3.1系统电源模块电路设计 8
3.2温度检测模块电路设计 8
3.3温度控制模块电路设计 9
3.4温度设置模块电路设计 9
3.5温度报警模块电路设计 10
3.6温度显示模块电路设计 10
第4章 系统仿真调试 11
4.1仿真软件Proteus简介 11
4.2系统仿真调试过程 11
4.3系统仿真调试结果 13
第5章 总结 14
参考文献 15
谢 辞 16
第1章 绪论
1.1课题研究背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
/> 随着科学的进步，人们生活水平的提高。目前，热水器已经成为人们比不可少的电器之一。比如，人们在忙碌了一天之后，回到家能有一个舒适的热水澡。又比如，在寒冷的冬天，一个热水器它能提供一个比家更温暖的环境，让你抵御寒冷的冬天。可以说，热水器已经成为人们的必须品。已经与人们的生活密不可分了。
温度控制的作用很大，就是控制热水器里面水的温度，还有漏电保护作用和和水位指示作用。温度控制系统是热水器的核心系统[1]。
本文以F5015A3型号热水器为研究对象。热水器由以下部分组成：外壳，温度显示器，出水管，进水管。其如图11所示。
图11 F5015A3型号热水器
本文内容：主要研究F5015A3型号热水器的温度控制系统，以及系统各个温度模块的组成和各个模块的详细电路程序。本文主要有五个部分组成，绪论，系统总体设计方案与论证，各模块电路详情设计，系统仿真调试和总结。其中系统总体方案包括六个模块：1.温度显示模块，2.温度检测模块，3.温度设置模块，4.温度控制模块，5.加热器模块，6.系统处理器模块。
第2章 温度控制系统总体方案设计
F5015A3型号热水器由六大模块组成：1.温度显示模块，2.温度检测模块，3.温度设置模块，4.温度控制模块，5.加热器模块，6.系统处理器模块。其如图21所示。现对六个模块的设计方案进行选择。
图21 热水器温控系统组成
2.1系统微处理器方案的选择
在设计微处理器模块的时候有两种设计方案：一是采用凌阳单片机，二是采用AT89S52单片机，下面分别对两种方案进行介绍：
方案一：采用凌阳单片机
凌阳单片机使用的是16位CPU内核处理器，使用的是模块式集成系统，具有较强的物理性能和较高的抗干扰性，但价格比较昂贵，并不适合刚接触的用户去使用，所以并不推荐使用[2]。
方案二：采用AT89S52单片机
AT89S52是美国所生产的，能耗较低，价格比较便宜，而且更容易控制更复杂的电路，对于初学者更容易上手使用，操作简单明了，在实际使用中比较受欢迎。具有较高的认知度和认可度[3]。
因为方案二使用的单片机成本低，而且能够控制更复杂的电路。综合比较以上两个选项，选择选项二
2.2温度检测模块方案的选择
设计温度检测模块时可以有两种设计方案：使用数字温度芯片DS18B20和使用热电偶，介绍如下：
方案一：采用数字温度芯片DS18B2
当进行温度测量时，采用单线数据传输，易实现信号的数字化，执行效率高，损耗较小，可与各种逻辑算法和算术算法进行运算，使用较为方便。常用于工业测温方面，使用DS18B20芯片，可以使测量结果更加稳定。因为它的物理化学特性比较稳定，可以作为测温器件[4]。
方案二：采用热电偶
当使用热电偶进行电路测温时，要检测的地方可以使用低温电偶进行测量。热电偶所产生的热电势是通过单一导体产生的温差电势和两种不同的金属导体通过接触的接触电势所组成的。工作范围大，体积小是使用热电偶测温的优点。然而，还存在诸如易受外部因素和低输出电压影响的缺点。
综合上面两种方案，虽然方案二的热电偶测量范围大，体积小，但容易受到外界因素的影响，而且输出电压较低。方案一的测量元器件稳定，简单。显然方案一比较适合。
2.3温度控制模块电路方案选择和演示
在设计温度控制模块电路的时候有两种设计方案：采用PID控制，采用自动控制，具体如下：
方案一：采用PID控制
PID调节器是一种线性调节器，是一种技术成熟的简便控制方法，能满足简单及一般的工业控制方法，原理易理解，适应性范围大，操作简单。但也有其缺点：若改变了设置好的参数，则PID控制的质量会达不到预期的效果。
方案二：采用自动控制
单片机从DS18B20温度芯片所测得的温度值，然后再通过事先编好的程序，得出是否要启动加热棒进行加热，这种控制的特点是，实时性好，可靠性好，价格廉价，不需要进行人为控制[5]。
总之，尽管PID控制简单，实用且广泛使用，若改变了设置好的参数，则PID控制的质量会达不到预期的效果。所以采用方案二较为合适。
2.4 温度设定模块电路方案的选择
设计温度设置模块电路时有两种不同的设计方案：使用矩阵键盘和使用独立按钮，介绍如下：
方案一：采用矩阵键盘
矩阵键盘又被称作为行列式键盘。4x4行和列可以形成具有16个按钮的键盘，属于行列式结构，当按键较多时，该键盘大大减少了输入/输出口的占用。其结构如图22所示。
目 录
第1章 绪论 2
1.1课题研究背景 2
第2章 温度控制系统总体方案设计 3
2.1系统微处理器方案的选择 3
2.2温度检测模块方案的选择 4
2.3温度控制模块电路方案选择和演示 4
2.4 温度设定模块电路方案的选择 5
2.5温度显示模块电路方案选择 6
2.6加热器方案的选择 7
第3章 系统模块电路设计 8
3.1系统电源模块电路设计 8
3.2温度检测模块电路设计 8
3.3温度控制模块电路设计 9
3.4温度设置模块电路设计 9
3.5温度报警模块电路设计 10
3.6温度显示模块电路设计 10
第4章 系统仿真调试 11
4.1仿真软件Proteus简介 11
4.2系统仿真调试过程 11
4.3系统仿真调试结果 13
第5章 总结 14
参考文献 15
谢 辞 16
第1章 绪论
1.1课题研究背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
/> 随着科学的进步，人们生活水平的提高。目前，热水器已经成为人们比不可少的电器之一。比如，人们在忙碌了一天之后，回到家能有一个舒适的热水澡。又比如，在寒冷的冬天，一个热水器它能提供一个比家更温暖的环境，让你抵御寒冷的冬天。可以说，热水器已经成为人们的必须品。已经与人们的生活密不可分了。
温度控制的作用很大，就是控制热水器里面水的温度，还有漏电保护作用和和水位指示作用。温度控制系统是热水器的核心系统[1]。
本文以F5015A3型号热水器为研究对象。热水器由以下部分组成：外壳，温度显示器，出水管，进水管。其如图11所示。
图11 F5015A3型号热水器
本文内容：主要研究F5015A3型号热水器的温度控制系统，以及系统各个温度模块的组成和各个模块的详细电路程序。本文主要有五个部分组成，绪论，系统总体设计方案与论证，各模块电路详情设计，系统仿真调试和总结。其中系统总体方案包括六个模块：1.温度显示模块，2.温度检测模块，3.温度设置模块，4.温度控制模块，5.加热器模块，6.系统处理器模块。
第2章 温度控制系统总体方案设计
F5015A3型号热水器由六大模块组成：1.温度显示模块，2.温度检测模块，3.温度设置模块，4.温度控制模块，5.加热器模块，6.系统处理器模块。其如图21所示。现对六个模块的设计方案进行选择。
图21 热水器温控系统组成
2.1系统微处理器方案的选择
在设计微处理器模块的时候有两种设计方案：一是采用凌阳单片机，二是采用AT89S52单片机，下面分别对两种方案进行介绍：
方案一：采用凌阳单片机
凌阳单片机使用的是16位CPU内核处理器，使用的是模块式集成系统，具有较强的物理性能和较高的抗干扰性，但价格比较昂贵，并不适合刚接触的用户去使用，所以并不推荐使用[2]。
方案二：采用AT89S52单片机
AT89S52是美国所生产的，能耗较低，价格比较便宜，而且更容易控制更复杂的电路，对于初学者更容易上手使用，操作简单明了，在实际使用中比较受欢迎。具有较高的认知度和认可度[3]。
因为方案二使用的单片机成本低，而且能够控制更复杂的电路。综合比较以上两个选项，选择选项二
2.2温度检测模块方案的选择
设计温度检测模块时可以有两种设计方案：使用数字温度芯片DS18B20和使用热电偶，介绍如下：
方案一：采用数字温度芯片DS18B2
当进行温度测量时，采用单线数据传输，易实现信号的数字化，执行效率高，损耗较小，可与各种逻辑算法和算术算法进行运算，使用较为方便。常用于工业测温方面，使用DS18B20芯片，可以使测量结果更加稳定。因为它的物理化学特性比较稳定，可以作为测温器件[4]。
方案二：采用热电偶
当使用热电偶进行电路测温时，要检测的地方可以使用低温电偶进行测量。热电偶所产生的热电势是通过单一导体产生的温差电势和两种不同的金属导体通过接触的接触电势所组成的。工作范围大，体积小是使用热电偶测温的优点。然而，还存在诸如易受外部因素和低输出电压影响的缺点。
综合上面两种方案，虽然方案二的热电偶测量范围大，体积小，但容易受到外界因素的影响，而且输出电压较低。方案一的测量元器件稳定，简单。显然方案一比较适合。
2.3温度控制模块电路方案选择和演示
在设计温度控制模块电路的时候有两种设计方案：采用PID控制，采用自动控制，具体如下：
方案一：采用PID控制
PID调节器是一种线性调节器，是一种技术成熟的简便控制方法，能满足简单及一般的工业控制方法，原理易理解，适应性范围大，操作简单。但也有其缺点：若改变了设置好的参数，则PID控制的质量会达不到预期的效果。
方案二：采用自动控制
单片机从DS18B20温度芯片所测得的温度值，然后再通过事先编好的程序，得出是否要启动加热棒进行加热，这种控制的特点是，实时性好，可靠性好，价格廉价，不需要进行人为控制[5]。
总之，尽管PID控制简单，实用且广泛使用，若改变了设置好的参数，则PID控制的质量会达不到预期的效果。所以采用方案二较为合适。
2.4 温度设定模块电路方案的选择
设计温度设置模块电路时有两种不同的设计方案：使用矩阵键盘和使用独立按钮，介绍如下：
方案一：采用矩阵键盘
矩阵键盘又被称作为行列式键盘。4x4行和列可以形成具有16个按钮的键盘，属于行列式结构，当按键较多时，该键盘大大减少了输入/输出口的占用。其结构如图22所示。
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