牛云-
东华理工大学毕业设计(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。很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热热水器，用于洗浴的电热水器及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅提高被控系统的性能，从而能被大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地应用。
本温度设计采用现在流行的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。
关键词:89C51; PID; 温度控制
I
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东华理工大学毕业设计(论文)
ABSTRACT
Temperature is essential physical in daily life ,and in various fields has positive implications.A lot of businesses and daily lives have a lot of electric heating equipment.Such as electric water heater for bathing and variety of different uses of the temperature boxes. MCU to control them with easy to control,simple,flexibility and other characteristics,also can significantly improve the performance of the controlled system,which can be greatly improved product quality. Therefore,intelligent temperature control technology is being widely used.
The temperature control design uses the now popular AT89C51 MCU controller,with PID control method, which together with
瑞瑞爱吃桃-
这是一篇完整的，但是知道字数有限制，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，现在的家居都在朝着智能化的方向研究发展，热水系统作为人群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、哲学之大成的产物。智能化家居也随之逐渐进入我们的生活，而本设计正是应时代需求应运而生的智能化控制的家居的衍生品。
本设计的内容为可以不使用长长的视频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，它经过改进后可以让人们告别单一的加热功能，加载多个模块使得它可以进行音乐播放，加热定时，恒定温度锁定，闪烁灯光等功能。它使用最近比较热门的单片机作为控制单元，并且配合各种传感器以及各种不同功能的模块相互配合进行工作，以实现其功能。
硬件的这个方向，本次做完控制模块、定时模块，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采集和处理，根据传感器信息设计了热水器的基本运行模式，利用单片机接口与Python语言相互配合进行程序设计，实现了无线智能热水器的基本设计要求。
关键词：52单片机，智能，热水器，DS18B20
Design of Intelligent Water Heater Control System
Abstract
The content of this design to do not use the long video signal transmission line using WIFI wireless transmission signal under the condition of the intelligent water heater, it passes through the improved can let people bid farewell to the single heating function, and makes it possible to load multiple modules for music playback, heating time, constant temperature locking, flashing lights, and other functions. It USES the recently popular single chip microcomputer as the control unit, and with a variety of sensors and a variety of different functions of the module work with each other, in order to achieve its functions.
In this direction of hardware, the installation and adjustment of a series of hardware devices such as control module, timing module and constant temperature module have been completed. In terms of software, this paper takes 52 single-chip microcomputer as the platform to realize the acquisition and processing of sensor signals. According to the sensor information, the basic operation mode of water heater is designed. The interface of single-chip microcomputer and Python language are used to carry out program design, and the basic design requirements of wireless intelligent water heater are realized.
Key words: 52 SCM, intelligence, water heater, DS18B20
1 绪论
1.1 智能热水器
在我们的生活中，热水器慢慢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，产品样式多的真是琳琅满目，当然用着也很舒服。即便智能的家居和物联网的最新概念，智能程度也会大大提高，给人类的生活带来很大的满足感。现在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，功耗特别低的小型计算机，能完成各种智能控制任务。由于单片机技术的飞速发展，那么多的消费电子产品开始使用各种类型的单片机作为控制核心，用完成人类和机器之间沟通互动。并用自己程序和里面操作获取想要知道的内容。更加符合人群和智能化的家用电器操作控制。 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，可以实现高精度，并且做完了了从最开始旋钮调整到数调整方向的慢慢变化，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况，并在缺水，过热等的情况以下向用户人群呈示声音光亮以警报防止发生意外事故并阻止人群使用。为了安全所提出的智能热水器操控系统以52系列地单片机为操控核心，可通过温度传感器和水的位置传感器检测热水器的状态，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，为了人群提供方便。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
此次制作所提到的智能热水器控制系统主要是实现对温度的自行操控、按时加热操控和智能警报的作用，所以智能热水器操控系统主要分为控制、显示、信息输入、加热、声光报警等这部分模块组成。
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，该单片机可以完全满足该系统的要求，并且性能可靠且成本低廉。此外，由于52系列单片机在电子学领域的基本状况，因此它们在使用和编程方面相对熟练，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点矩阵液晶都是可以完成显示操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特别喜欢被用于呈示较少的图案字样。因此选择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，并且用户更容易接受。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，并且该系统处于试验调试阶段，因此选择了最简单的按钮。
传感器信息平时输入通常分两个地方，第一个地方是温度信息输入，热度传感器平时用于通告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拟量，因此只能在进行相应的A/D转换后才能转换，这很麻烦，因为数字温度传感器的温度测量范围宽广，并且单片机节省了通信。直接输出资源，数字量和外围电路非常简单，并且与此概述一致。
同样的时候，引进来专门用的的时钟芯片DS18B20以完成正确的定时加温时，将为微操控器用来给它们俩作参照。为了确保用户安全，增加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，为完成正确的定时加温，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，增加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为操控中心，一般用DS18B20单数线数字样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给用戸输入，配置眼下系统时刻、要一些热度定时、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，有必要对所使用的各个模块的组件举行具体的选择，并对组件的数据手册、操作纲要、认认真真领会各个组件的机能、操作要领、硬件的连接基本情况等。
1.3.2 控制模块
本设计使用处理器STC89C52RC，主控制核心是52系列单片机，采用CMOS技术构建的8位处理器，CPU可以正常运行，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。要创建主导模块，您需要将最小系统的最外部电路配置为单芯片计算机（主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
本设计采取LCD1602液晶屏幕上,是一个袖珍和高度集成的液晶显示器,可以显示的字母,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,必须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，并且操作简单。集成显示模块可以参考用户手册中引脚的特定定义，“硬件设计”部分详细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。在与读写操作有关的编程中，您需要参考时序图并进行必要的调整以选择单晶振荡。
LCD1602有属于本身的数字符号库，这样的话简易了人群的开创，平时也节约了MCU程序的存储空间，不用在程序中数字符号呈示。如下方图1.5所呈视
1.5 LED1602液晶显示流程图
1.3.3 输入模块
对于单片机，用户必须通过执行相关的命令输入进行配置。单片机必须对热水器的热水温度进行测试，观察热水是否少水，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，电子水位开关通知是否有水。
命令输入模块由四个独立的键组成。单个按钮的触摸模式对于低级很有用。在正常的系统开放状态下，单片机上相应的端口保持高电平。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，所以微控制器可以捕获主要任务。这四个独立的键是配置功能、键值增加、键值减少和这四个功能定义的确认。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态。之后，利用行中相应数量的按钮构造对的应答逻辑，为用户提供完整的参考号配置功能。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电子的水位置传导按钮。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。当判断有水存在时，芯片会发射出与电压源电压类似的高电平。如果确定没有水，芯片可以发射零伏。将数字ghost数据线连接到地线。
1.3.4 警报模块
在实现设定时间功能时，该系统使用专用的DS1302时钟芯片来准确提供详细的日期和时间概念。同时，配置3个LED灯和一个蜂鸣器以形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保持芯片，它可以通过一个简单的串行端口与单个芯片通信，该芯片具有自己的独立时钟电路和31个静态RAM。字节，可以提供单片机的详细时钟信息，例如日期，年，月和日，时，分和秒，可以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，它使用三根数据线连接到微控制器的相应端口，分别是复位，数据和串行时钟。芯片的平时正常工作功率特别低，并在保存起来和记载日子和时刻数据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下图片1.6 所呈示。
图 1.6 DS18B20 的封装和管脚定义
使用时，必须将芯片连接到32.768 KHz晶体振荡器，这需要简单的外围电路。如下图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中用的LED灯和微型蜂鸣器，结构简单且好理解电路的特性。用LED灯的时候，要当心选择的颜色，并要来根据最大地电流限制，再加上能相配的限流R，以用来保护LED灯在平时正常电压电流。
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，通常它可能会发出声音。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含一个晶体振荡器，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之间添加一个反馈环路，以构建最小的MCU系统，以MCU可以获取时钟信号。通常用反馈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。在此构造中，微控制器的时钟速率设置为12MHz，并且相应的重置按钮设置为微控制器的重置引脚，以便用户可以重置微控制器。必要时。对于系统的每一个传感器接触口，还必须为每个传感器，电源和数据线接口标明。最不大的系统可以构造在所有都有可以用的板子上，也可以用焊接在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 2.1 MCU 最小系统和接口电路
2.2 显示模块硬件电路设计
在这次实验中，选择字符LCD1602作为呈示设备，将LCD1602的数据引脚一起连到MCU的P0端口。即，P0.0至P0.7分别对应于以1602展示的8个数据线（DB0至DB0）。 DB7用连上。如图 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地端可以调整呈示模块呈示的数字符号的光亮度和对比度。在现实电线路中，用了十千Ω的蓝白R102。当用手转动，就可以更改字符的样式。
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。将数据线直接连接到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，数据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 电子式水位置开关硬件电路设计
用电子水位置导通按钮做成是否缺水的指示判定，这个电按钮在如果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微电平。高的电平就是电压源，因此电压源要用为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电子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连到用数据互换的MCU上，看图片呈示 2.5 所示，收集标签分开是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DS18B20 The clock chip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
高亮度和长寿命的LED灯用于照明警报和提示，常见的阳极连接方法，单片机提供低水平照明。装配3LED光泡，串联接51ΩR ，D1用于指示增加热度状况，D2用来看水位状况，D3用来看热度状况。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指示灯电路
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 四个独立的按钮的设计，将一个端子接地并按下后，降低单片机的端口级别，并完成主动作捕捉。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。如果想方便控制，需加一个电源总的开关，并且使用LED指示灯来指示电源。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更加出色。
软件系统的主要设计思想是：
1开系统电源后，将呈示目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、响应按键操作。如果有一些人群碰到下配置灯按钮时，您可以执行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。完整的软件系统圈主要包括通用初始化功能，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，例如读取传感器状态，智能温度判定，警报处理决策，键盘扫一扫，以完成系统预期的操作功效。
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
呈示模块程序主要包括初始化、命令子函数和写数据子函数，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 写数据子函数
图3.3子函数流程图
另外，必须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，以配置适当的光指示呈示管理。
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Temperature sensor的基本功能装配中，它用于热度采集并管理。热度写入功能包含写入成数和不成数那部分，分析DS18B20的数据格局，写下正确的热度和因变量。基本功能开发包含模的块开始化的功能、单独线串行的传递信息延迟功效 、所有线信息的装配、byte数传递、byte数收到等很多局部。从主程序中调用这些功能，并与LCD display功能的配合用来以完成各种各样的效果，例如温度显示和判断。
3.4 按键设置程序设计
按钮设置程序主要是按钮扫秒的方法。由于键子的扫秒的逻及更加繁琐，因此不仅需要辨认碰下的键数，哪个键，还需共同LCD呈视功能来展示不一样的按钮数和当时的情况，并控制光标位置和打开和关闭LCD1602 ，提示用户进行设置。按钮扫一扫配置过程里分别成为一个子功效，在主要软件中巡回挪用。在行使按键编排动手活动中，因为用了的是呆板按键，出现在癫动的征像，形成测验不却准或碰下的数的误会，正常来用癫动方法，把过去的时间，确保按钮的数正确。按钮正常是四，配置按下面的按钮、确定正确的按碰键子、键子数增多和键子值变少。用来变化量SELT 表达配置按钮的状况，并设计全面变Select记载的装配按钮被按下的次数，将不同的时间与不同的装配功能进行比较，具有按钮功能的效果。当装配按钮所触摸的按钮的频率为1时，请沿光标方向调整时间功能，并记住要进入调整模式。当按按钮的数为二时，光标指引向调好定时作用.当击按钮数量为三时，光标指引向配置热度作用。当按数为四时，请勿标记调整形式并返回正常模式.当使用更改量ENTER显示确认按钮的状态时，请使用Enter记录按钮被按下的次数。Enter的每次访问，都要先开始检验Select的改动数量，确准Select处于功能设置模式，然后显示不同的内容，并控制光标的移动根据不一样功能模下按动确认按钮的数，判定系统在当前要修正的数据是哪个，要不要不调试了，返回平常良好状态。通过设置按钮和确认按钮按动次数，构造系统在调试模式下的每个固定调试的状态，Select与Enter数并在一起就判定了眼下修正地数。看对于这个按钮数量增大和按钮对的数变的少的按键，两个按钮按动的时候，用假设条件去判Select_nu和 Enter_nu 的数的配合状况，贯行相对照的数增加 一 或是数据减少一 的做法。由于键子盘检测巡回进行，连着按增加或减小按键可以实现连起来调配的作用。同时，要看每个数的范围，位置不超出设置范围内。图3.5所示
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选取AT89C52单片机作为控制器,为家用电热水器设计了智能控制系统.利用键盘设定所需温度,通过单片机的CAN总线技术以及检测元件DS18B20来实现对热水器温度的检测和控制.当实际温度低于设定温度时,单片机控制加热开关进行加热;当实际温度高于设定温度时,加热开关断开,该系统基本实现了对热水器的智能控制功能.
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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。很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热热水器，用于洗浴的电热水器及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅提高被控系统的性能，从而能被大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地应用。