基于单片机的热水器温度控制系统

PAGEPAGE1基于单片机的热水器温度控制系统小小暖和东华理工设计(论文)基于单片机的热水器温度控制摘要温度是日常生活中不可缺少的物理量，温度在各个领域都有积极的意义。许多行业中以及日常生活中都有大量的用电加热设备，如用于加热处理的加水器，用于的电热水器及各种不同用处的温度箱等，采取单片机对它们进行控制具有控制方便、简单、灵敏性大等特点，而且还能够大幅提升被控系统的性能，进而能被大大提升产品的质量。因而，智能化温度控制技术正被广泛地应用。本温度设计采取如今流行的AT89C51单片机为控制器，用PID控制方法，再配以其他电路对热水器的水温进行控制。本文关键词语:89C51;PID;温度控制I1/41页东华理工设计(论文)ABSTRACTTemperatureisessentialphysicalindailylife,andinvariousfieldshaspositiveimplications.Alotofbusinessesanddailyliveshavealotofelectricheatingequipment.Suchaselectricwaterheaterforbathingandvarietyofdifferentusesofthetemperatureboxes.MCUtocontrolthemwitheasytocontrol,simple,flexibilityandothercharacteristics,alsocansignificantlyimprovetheperformanceofthecontrolledsystem,whichcanbegreatlyimprovedproductquality.Therefore,intelligenttemperaturecontroltechnologyisbeingwidelyused.ThetemperaturecontroldesignusesthenowpopularAT89C51MCUcontroller,withPIDcontrolmethod,whichtogetherwith浏览331赞148时间2022-12-25酒酿圆子珺这是一篇完好的，但是知道字数有，只能发这么多，应该对你有帮助。基于单片机的智能热水器控制系统摘要伴随人类的科技发展，人们的物质享受提升到了一个新的档次，如今的家居都在朝着智能化的方向研究发展，热水系统作为人生活中的不可缺少的家里面使用电器之一，它的使用决定着一个人的生活质量。早在几年前，智能家居便走进了人们的生活，如小爱同学和天猫精灵，它们都走在了智能的前沿。智能系统乃是集机械、电气工程、材料化学、运筹学、数学、哲学之大成的产品。智能化家居也随之逐步进入我们的生活，而本设计恰是应时代需求应运而生的智能化控制的家居的衍生品。本设计的内容为能够不使用长长的信号传输线的情况下利用WIFI进行无线传输信号的智能热水器，它经过改良后能够让人们辞别单一的加热功能，加载多个模块使得它能够进行音乐播放，加热，恒定温度锁定，闪烁灯光等功能。它使用近期比较热门的单片机作为控制单元，而且配合各种传感器以及各种不同功能的模块互相配合进行工作，以实现其功能。硬件的这个方向，本次做完控制模块、模块，恒温模块等一系列硬件设备的安装调整；软件方面，本文以52单片机为平台实现了传感器信号的收集和处理，根据传感器信息设计了热水器的基本运行形式，利用单片机接口与Python语言互相配合进行程序设计，实现了无线智能热水器的基本设计要求。本文关键词语：52单片机，智能，热水器，DS18B20DesignofIntelligentWaterHeaterControlSystemAbstractThecontentofthisdesigntodonotusethelongvideosignaltransmissionlineusingWIFIwirelesstransmissionsignalundertheconditionoftheintelligentwaterheater,itpassesthroughtheimprovedcanletpeoplebidfarewelltothesingleheatingfunction,andmakesitpossibletoloadmultiplemodulesformusicplayback,heatingtime,constanttemperaturelocking,flashinglights,andotherfunctions.ItUSEStherecentlypopularsinglechipmicrocomputerasthecontrolunit,andwithavarietyofsensorsandavarietyofdifferentfunctionsofthemoduleworkwitheachother,inordertoachieveitsfunctions.Inthisdirectionofhardware,theinstallationandadjustmentofaseriesofhardwaredevicessuchascontrolmodule,timingmoduleandconstanttemperaturemodulehavebeencompleted.Intermsofsoftware,thispapertakes52single-chipmicrocomputerastheplatformtorealizetheacquisitionandprocessingofsensorsignals.Accordingtothesensorinformation,thebasicoperationmodeofwaterheaterisdesigned.Theinterfaceofsingle-chipmicrocomputerandPythonlanguageareusedtocarryoutprogramdesign,andthebasicdesignrequirementsofwirelessintelligentwaterheaterarerealized.Keywords:52SCM,intelligence,waterheater,DS18B201绪论1.1智能热水器在我们的生活中，热水器渐渐成为城市居民必不可少的电气设备.这么多年的进步和技术沉淀，这个热水器行业也源源不断推出不同功能的产品种类，热水器的种类各种各样，从最开始的燃气热水器，一直到至今的天然气热水器、烧电热水器、太阳光能热水器等。各类的水器都有他自己的市场地位。就以热水器的使用感受来看，产品款式多的真是琳琅满目，当然用着也很舒适。即使智能的家居和物联网的最新概念，智能水平也会大大提升，给人类的生活带来很大的知足感。如今的热水器正向着安全的，节能的，稳定的，高效率的，人性化的方面猛速前进。1.2单片机MCU是具有编程和外部电路设计,体型不大，功耗十分低的小型计算机，能完成各种智能控制任务。由于单片机技术的飞速发展，那么多的消费产品开始使用各种类型的单片机作为控制核心，用完类和机器之间沟通互动。并用自己程序和里面作获取想要知道的内容。愈加符合人和智能化的家用电器作控制。热水器之中，单片机被广泛用作控制的中心。用类似的温度传感器对热水器进行温度控制，能够实现高精度，而且做完了了从最开始旋钮调整到数调整方向的渐渐变化，同样，单片机用不一样的传感器控制和呈示热水器的各类运行状态，并在缺水，过热等的情况下面向用户人呈示声音光亮以警报防止发生意外事故并阻拦人使用。为了安全所提出的智能热水器控系统以52系列地单片机为控核心，可通过温度传感器和水的位置传感器检测热水器的状况，并通过对按钮和显示影像屏与用户进行交互。准时加热和自动恒温特性。同样，也有设置过热和缺水的警报，为了人方便。这个装配成本低，实用感在生活中较好，调控热度高低较好。1智能热水器控制系统的总体设计方案此次所提到的智能热水器控制系统重要是实现对温度的自行控、按时加热控和智能警报的作用，所以智能热水器控系统重要分为控制、显示、信息输入、加热、声光报警等这部分模块构成。1.1方案的分析与选择对于主控制芯片，此解决方案选择了最简单的8位52系列单片机，该单片机能够完全知足该系统的要求，而且性能可靠且成本低廉。除此之外，由于52系列单片机在学领域的基本状态，因而它们在使用和编程方面相对纯熟，极大地缩短了开发周期并更有效地完成了设计工作。对于显示模块，LED液晶显示器，LCD1602字符液晶和LCD12864点矩阵液晶都是能够完成显示作的简单紧凑型显示设备。LED液晶显示器的里面的构造非常简易，LCD1284更喜欢被用在呈示图片和影像方面，LCD1602十分喜欢被用于呈示较少的图案字样。因而选择LCD1602字符液晶。往内输入的模块一般情况下有用户消息从外部送到内部也有传感器消息从外部送到内部。在输入用户信息方面，使用键盘比使用旋钮更易于控制，而且用户更容易承受。用配置相对映的调整按钮，可很好的正确地做到想要的热度。当然，有各种类型的按钮，例如机械按钮和电容按钮，而且该系统处于试验调试阶段，因而选择了最简单的按钮。传感器信息平常输入通常分两个地方，第一个地方是温度信息输入，热度传感器平常用于通告MCU眼下的水的热度以进行自动温度控制，第二个地方就是水的位置信息输入。是为了告知微控制器缺水警报的目的。由于热度传感器，通常情况能在热敏R和数字热度传感器DS18B20之间来进行选配。由于热敏R可靠性低且输出为模仿量，因而只能在进行相应的A/D转换后能力转换，这很麻烦，由于数字温度传感器的温度测量范围宽广，而且单片机节省了通信。直接输出，数字量和外围电路非常简单，而且与此概述一致。同样的时候，引进来专门用的的时钟芯片DS18B20以完成正确的加温时，将为微控器用来给它们俩作参照。为了确保用户安全，增长了声音和视觉警报提示模块，以在加热和供水不足时发出提示。同样的，为完成正确的加温，引入了一般专们用的构造时刻芯片DS18B20，为微小控制器呈示日子和时刻基本提示。为了确保用户的安全，增长了声光报警提示模块，在缺水，缺水的情况下显示提示信息。1.2系统总体设计概述系统以52这个系列MCU为控中心，一般用DS18B20单数线数字款式热度传感器得到热度讯息，用DS18B20时钟芯片为单片机呈现数作为参照对象，呈示这部分用LCD1602，用机械钮键的方法供应用戸输入，配置眼下系统时刻、要一些热度、水的热度配置等方面，做完对所有控制器的管理。系统所有的构造框图如此图1.1所示。图1.1系统整体框图1.3各功能模块介绍为了顺顺利利的完成整个单片机系统的设计，有需要对所使用的各个模块的组件举行详细的选择，并对组件的手册、作纲要、认认真真领会各个组件的机能、作要领、硬件的连接基本情况等。1.3.2控制模块本设计使可用之处理器STC89C52RC，主控制核心是52系列单片机，采取CMOS技术构建的8位处理器，CPU能够正常运行，具有相当稳定的运行性能和低功耗。该命令系统与现有的8052微控制器内核完全兼容，并具有2K+EEPROM存储。要开创建立主导模块，您需要将最小系统的最外部电路配置为单芯片计算机〔重要具有晶体振荡和恢复电路〕，以使单芯片计算机正常工作。1.3.2显示模块本设计采用LCD1602液晶屏幕上,是一个袖珍和高度集成的液晶显示器,能够显示的字母,数字,符号,等,其特点是低功耗,体积小,光模块,并将自己的字符库,必需根据需要初始化开发显示的实现，设置相关的显示位置和显示内容，而且作简单。集成显示模块能够参考用户手册中引脚的特定定义，“硬件设计〞部分具体介绍了与单个芯片的特定连接。当LCD初始化时，5V电源模块1602显示MCU及其最小系统和电源接口，温度传感器模块，声光报警模块，水位传感器模块，按键输入，时钟电路。在与读写作有关的编程中，您需要参考时序图并进行需要的调整以选择单晶振荡。LCD1602有属于自己的数字符号库，这样的话简易了人的创始，平常也节约了MCU程序的存储空间，不消在程序中数字符号呈示。如下方图1.5所呈视1.5LED1602液晶显示流程图1.3.3输入模块对于单片机，用户必需通过履行相关的命令输入进行配置。单片机必需对热水器的热水温度进行测试，观察热水能否少水，并在传感器连接的情况下输入信号。输入模块为客户订单输入、热量输入、缺水信号输入。命令向内输入时，由四个单独的按钮完成，热度输入由DS18B20完成，水位开关通知能否有水。命令输入模块由四个的键构成。单个按钮的触摸形式对于低级很有用。在正常的系统开放状况下，单片机上相应的端口坚持高电平。这个时候触碰键钮，单个键钮的两端连接并接收。这个水平下降到地面，所以微控制器能够捕获重要任务。这四个的键是配置功能、键值增长、键值减少和这四个功能定义确实认。这里的四个按钮使用软件算法编程ghost程序来扫描按钮的状况。之后，利用行中相应数量的按钮构造对的应答逻辑，为用户完好的参考号配置功能。大多数热输入模块都是单导线数字热传感器。型号是DS18B20。在DS18B20的核心中，序列要求的单线传输协议。在水位置信号传输中，选择装有bz2401的水位置传导按钮。电源的电压范围为5v-24v，一般有三根线，即电源线、地线和信号线。这种产品通常在内部装有检测水的位置信号的芯片，并由芯片在内部进行处理。当判定有水存在时，芯片会发射出与电压源电压类似的高电平。假如确定没有水，芯片能够发射零伏。将数字ghost线连接到地线。1.3.4警报模块在实现设间功能时，该系统使用专用的DS1302时钟芯片来精确具体的日期和时间概念。同时，配置3个LED灯和一个蜂鸣器以构成声光信号和警报模块。DS1302是DALLAS公司生产的一种慢速充电时钟坚持芯片，它能够通过一个简单的串行端口与单个芯片通信，该芯片具有自己的时钟电路和31个静态RAM。字节，能够单片机的具体时钟信息，例如日期，年，月和日，时，分和秒，能够自动处理每个月的天数和and年，以确保精度日期记录。在硬件中，它使用三根线连接到微控制器的相应端口，分别是复位，和串行时钟。芯片的平常正常工作功率十分低，并在保存起来和记载日子和时刻期间消代的功率根本不到一兆瓦。其封存装形式和管脚定义看以下图片1.6所呈示。图1.6DS18B20的封装和管脚定义使用时，必需将芯片连接到32.768KHz晶体振荡器，这需要简单的外围电路。如以下图1.7所示，它是一个经典的用来应用电线路。图1.7一种典型的DS1302应用电路图一般声音和光亮警报模块顶用的LED灯和微型蜂鸣器，构造简单且好理解电路的特性。用LED灯的时候，要留神选择的颜色，并要来根据最大地电流，再加上能相配的限流R，以用来保卫LED灯在平常正常电压电流。蜂鸣器不能由单片机端口直接供电。您需要通过三极管激活蜂鸣器来放大三极管的相应模型，例如9012、8550和其他模型，通常它可能会发作声音。图1.6所示1.6蜂鸣器2硬件电路的设计与实现2.1单片机最小系统硬件电路设计很小的单个芯片系统包括一个晶体振荡器，一个恢复位电路等。MCU中已经存在时钟振荡电路。我们需要在引脚XTAL1和XTAL2之间一个反应环路，以构建最小的MCU系统，以MCU能够获取时钟信号。通常用反应环路是一个石英晶体振荡器和2个30μF并联电容器。电容值根据晶体的频率进行调整。在较小的MCU系统电路中，石英晶体振荡器的频率越高，MCU内部时钟信号的周期短，速度更快从MCU贯行命令。在这里构造中，微控制器的时钟速率设置为12MHz，而且相应的重置按钮设置为微控制器的重置引脚，以便用户能够重置微控制器。需要时。对于系统的每一个传感器接触口，还必需为每个传感器，电源和线接口标明。最不大的系统能够构造在所有都有能够用的板子上，可以以用焊接在PCB板子上的完成品模块，其硬件原理图片如下面图片2.1所呈示。图2.1MCU最小系统和接口电路2.2显示模块硬件电路设计在此次实验中，选择字符LCD1602作为呈示设备，将LCD1602的引脚一起连到MCU的P0端口。即，P0.0至P0.7分别对应于以1602展现的8个线〔DB0至DB0〕。DB7用连上。如此图2.2所示，特殊功能端子RS，RW和E通过网络标签分别连接到P1.0，P1.1和P1.2。模块的VEE地端能够调整呈示模块呈示的数字符号的光亮度和比照度。在现实电线路中，用了十千Ω的蓝白R102。当用手迁移转变，就能够更改字符的款式。图2.2显示模块和接口电路2.3温度传感器DS18B20电路设计DS18B20温度传感器和MCU中间的连接较简。将线直接连接到MCU的P2.1端口〔网络签标DQ〕，电源和地线也连到MCU主板上，这个时候，线所用电源电压通过四点七千电阻上拉。图2.3温度传感器和接口电路2.4式水位置开关硬件电路设计用水位置导通按钮做成能否缺水的指导断定，这个电按钮在假如有水的时候输出的高电平，在没有液体情况的时候出口是低下卑微电平。高的电平就是电压源，因而电压源要用为5V，传递数具线和迪线连接到单芯片计算电脑的主电路板上〔看下面2.4图〕。网络签标水对映MCU的P2.2端口。图2.4式水位开关接口电路2.5时钟芯片电路设计在时钟芯片DS18B20的3个端口RST，SCLK和I/O连到用互换的MCU上，看图片呈示2.5所示，采集标签分开是RST，SCK.IO，分开是连接到微控制器的P3.7，P3.5和P3.6，实现与单片机的通讯。请看一看DS18B20Theclockchip的传统电路设计方式来构造该整个的基本电路形态。图2.5时钟芯片电路2.6声光报警电路设计警报电路分为光警报和声警报，用于响应系统的各种警报，并通过声和光提醒用户。如2.6声响警报模块的电路的构造，峰鸣器一般用与MCU一样的正5伏电压源，由晶体管9013管控，集电极连接到MCU端口，网络标签为BEEP，与MCU的P2.0端口相对应。图2.6蜂鸣器电路高亮度和长命命的LED灯用于照明警报和提示，常见的阳极连接方法，单片机低水平照明。装配3LED光泡，串连接51ΩR，D1用于指导增长热度状态，D2用来看水位状态，D3用来看热度状态。这3灯连到MCU的P2.5，P2.4和P2.3端口，实现联代功能。图2.7指导灯电路2.7按键设置模块电路设计本系统的时钟设置、其中温度中的设计都是要用按钮来进行的，基本用四个的按钮的设计，将一个端子接地并按下后，降低单片机的端口级别，并完成自动作捕捉。此功能由装配按钮，确认按钮，增值按钮和减值按钮界说，网标签为SELT，ENTER，UP和DOWN，对应接单片机的P1.3、P1.4、P1.5和P1.6四个端口。图2.8键钮模块电路2.8电源和开关模块设计这个系统一般在外部接上正五伏电源来进行工作。假如想方便控制，需加一个电源总的开关，而且使用LED指导灯来指导电源。在电源和地线中间并联2个滤波C，过滤出电源纹波。图2.9电压源模块电路3热水器控制系统的软件设计与算法实现软件设计是整个系统的核心。好的软件设计能使硬件愈加出色。软件系统的重要设计思想是：1开系统电源后，将呈示当前系统时刻的讯息和水的热度讯息；当水温低于设定值时，开始加热。当水热度大于预期值或水量不足时会触发声音和视觉警报。2、响应按键作。假如有一些人碰到下配置灯按钮时，您能够履行3个选项，第一个是设置运行时间，第二个是配置计时器预热的开始和结束时间，第三个是配置温度。范围内的上升和下降极限。软件程序的设计中，它完全结合了模块化设计的思路。完好的软件系统圈重要包含通用初始化功能，LCD1602基本功能，DS18B20基本功能，DS18B20基本功能，按键扫描配置策略基本功能，然后在主程序中调用相关模块的功能，例如读取传感器状况，智能温度断定，警报处理决策，键盘扫一扫，以完成系统预期的作成效。3.1系统总体流程图图3.1系统总体流程图3.2显示模块程序设计呈示模块程序重要包含初始化、命令子函数和写子函数，是系统软件编程的基本库里，是系统软件编程的最关键基本函数：图3.2所示图3.2显示模块程序设计3.2.1写命令子函数1602作业要命令输入并具有自己的命令库。要编写这个命令，您更需要编写一个特殊设定的的写命令子功能。3.2.2写子函数图3.3子函数流程图另外，必需将在时钟装配流程和热度装配流程呈示的情况与人员输入一起编写，以配置适当的光指导呈示管理。3.3温度传感器模块程序设计温度传感器流程图。图3.4所示图3.4温度传感器模块程序设计在Temperaturesensor的基本功能装配中，它用于热度收集并管理。热度写入功能包括写入成数和不成数那部分，分析DS18B20的格局，写下正确的热度和因变量。基本功能开发包括模的块开始化的功能、单独线串行的传递信息延迟成效、所有线信息的装配、byte数传递、byte数收到等许多部分。从主程序中调用这些功能，并与LCDdisplay功能的配合用来以完成各种各样的效果，例如温度显示和判定。3.4按键设置程序设计按钮设置程序重要是按钮扫秒的方法。由于键子的扫秒的逻及愈加繁琐，因而不仅需要分辨体认碰下的键数，哪个键，还需共同LCD呈视功能来展现不一样的按钮数和当时的情况，并控制光标位置和翻开和关闭LCD1602，提示用户进行设置。按钮扫一扫配置经过里分别成为一个子成效，在重要软件中巡回挪用。在行使按键编排动手活动中，由于用了的是呆板按键，出如今癫动的征像，构成考试