集宁师范学院学报／Ｊｕｎ．２０１５／Ｎｏ．２ 基于单片机智能家用热水器系统设计 杜俊 （乌兰察布市电业局，内蒙古乌兰察布０１２０００） 摘要：近十余年来，单片机技术的发展极为迅速，广泛应用于生产、生活的各个领域。该文所设计的控制 系统采用ＡＴ８９Ｃ５２单片机作为控制核心，由硬件和软件两部分构成。该系统采用模块化设计，由主模块和子 模块构成．子模块的功能，并且通过单片机将各个模块连接起来，形成一个完整的整体。该系统可以实现 对温度的采集与显示、时钟的显示、热水器开机方式的控制等，有很高的实用价值。 关键词：温度传感器；智能热水器；单片机；系统设计 中图分类号：ＴＰ２７３＋．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－３７７１（２０１５）０２－０１０７－０６ １、热水器发展现状和趋势 据不完全统计，城镇居民家庭以电热水器为 求的温度，以体现电热水器所具有的优势。要求 温度传感器转换电路，水温设定与自动调节电 路．单片机输入输出接Ｉ＝Ｉ电路以及显示模块的设 计。其中的难点是实现ＰＩＤ控制温度。 ２．２总体方案设计 主，占总量的６０％以上；太阳能热水器以其环保、 安全、方便的性能受到民众的喜爱，虽受安装条 件的，却依然无法阻止其迅猛发展的态势， 已达到１５％的市场份额；燃气热水器只剩下不到 ２０％的市场占有率；城镇居民多数选择电热水器 和太阳能热水器的原因主要是这两者都比较安 方案设计的总体思路如下：首先通过键盘设 定一个温度值，然后通过温度传感器采集温度， 与设定的温度进行比较，如果温度小于设定值电 热水器开始加热。当水温达到设定值时．则停止 全，燃气热水器存在着很多安全隐患，如燃气泄 漏、燃烧气体污染等，电热水器和太阳能热水器 没有这些安全隐患，因此广大城镇居民更倾向于 电热水器和太阳能热水器。随着科技的不断发 展。更多新的热水器产品被开发出来，研制出了 嵌入式、下置式等多种安装方式的电热水器。而 智能电热水器尤其受到人们的青睐。 ２、总体方案设计 ２．１设计要求 加热，设定的温度和水温通过ＬＥＤ数码管显示 出来。当水温高于某临界温度（如７０。）时，报警器 发出报警．同时中断加热。电路以单片机为核心， 包括温度设定按键模块，ＬＥＤ显示模块，报警和 输出电路等模块组成。其系统模块框图见图２．１ 温度设定 Ｉ Ｉ 温度测量 ｌ 单片机 ｌ 图２．１系统模块框图 制作一款基于单片机控制的电热水器控制 ①温度设定电路。通过一个按键产生脉冲输 入单片机来调节水温的设定值。 系统。使电热水器能快速、稳定的达到人们所需 杜俊（１９８４－），男，硕士，助理工程师，研究方向：电力信息。 ・１０７・ 最后一位为小数点后一位数据。两组共用片达到 动态显示。 图３．４温度显示电路 ３．５自动报警电路 自动报警电路是本设计中的另外一个重要 的部分。在生活中，人们因为不慎被电热水器中 的水烫伤的案例不胜枚举。于是，通过单片机控 制蜂鸣器，当温度达到预设的温度时，单片机对 驱动口输出电平驱动，并通过三极管放大电流驱 动，就使蜂鸣器发出声音。电路图如图３．５。 ４、系统软件设计 在程序中使用死循环的判断方式，蓍 图３．５自动报警电路设计图 匡 去扫描按 键，看是否有键被按下并对其结果进行处理。同 时程序还会完成温度数据的采集、转换和对当前 温度和设置温度的对比等。在编写采集ＤＳ１８Ｂ２０ 数据的函数时运用了ＤＳ１８Ｂ２０的单总线协议，在 读写ＤＳ１８Ｂ２０时，Ｉ／Ｏ口的电平时序尽可能做到 与资料上提供的数据相一致。 ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机作为主控制器．根据读到 的数据判断是否启动测量．或者是否设置温度 值，或者是否关闭显示与声光报警。测量时负责 读取ＤＳ１８Ｂ２０输出的数字信号并进行相应的地 址计算，同时把测量值与设定值做比较，如果在 范围内把温度在液晶上显示。同时如果温度值低 于设定值，则启动太阳能加热。如果温度低于设 定值５度，则自动启动燃气加热，调节水温度。系 统程序结构图如图４．１所示。 图４．１系统程序结构图 ４．２程序设计流程图 ４．２．１主程序流程图 根据系统设计指标，绘制出主程序流程图， 如图４．２所示。 厂 ｌ 开始 ｉ］ 系统初始化 键盘扫描并取键值 Ｎ ＼下：—＞一 —／ Ｙ 接键处理子程序 Ｉ 二二］二二 重新初始化１８Ｂ２０ ｌ ——————————一 进行测温并显示 ｌ ———厂一 ＼温鑫＝度过低—？＞ ／ ＝＝ ： 继电器吸合，启动加热Ｉ 继电器释放，停止加热 图４．２主程序流程图 由程序工作过程可知，首先系统进行初始化 操作，然后进行按键扫描判断。如果有按键被按 下，则进行相应的处理子程序，并重新初始化 ＤＳ１８Ｂ２０。下一步进行温度测试盒显示。如果温度 过低，则吸合继电器，启动加热。否则释放继电 器，停止加热。 ４．２．２按键扫描流程图 测温时首先设置ＤＳ１８Ｂ２０的Ｉ／Ｏ口为高电 平，然后初始化ＤＳ１８Ｂ２０，在成功后ＤＳ１８Ｂ２０接 ・１０９・ 块，硬件部分和软件部分。硬件部分是要找到相 ５、结束语 关的器件。如传感器，数据采集卡等，组建并调试 通过实例证明，和传统仪器相比较，虚拟仪 硬件电路；软件部分要求开发相应程序组建软件 器具有功能多样化、操作简单、容易创建等优点。 调试功能模块。最后将两个模块结合起来进行总 将虚拟仪器技术应用于《电子测量技术》实验教 体调试。经过反复调试修改直至达到最佳方案。 学中，可以起到丰富教学手段、深化学生对仪器 通过项目教学。学生学会如何应用 原理的理解、熟练掌握仪器的使用的作用。在此 ＬＡＢＶＩＥＷ编写应用程序．会调用各种功能软件 基础上，学生还可以学会自己开发软件、构建自 模块构建仪器系统．培养学生的分析问题和解 己的虚拟仪器，从而培养学生的创新能力、实践 决问题能力。 能力。虚拟仪器必将成为实践教学现代化的发展 方向，具有广泛的应用前景。 参考文献： ［１］唐求，腾召胜，黄鸿呜．基于ＬａｂＶＩＥＷ的多功能虚拟示波器设计［Ｊ］．微计算机信息，２００７，（０１）：１５１—１５２ ［２］张学军，回文静．基于虚拟仪器的实验教学研究［Ｊ］．仪器仪表用户，２０１１，（Ｏ１）：５７—５９． ［３］刘玉秋，曹生现．虚拟仪器技术课程教学实践研究［Ｊ］．实验技术与管理，２０１０，（０６）：１５６—１５７，１８３． ［４］张立学．基于ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟数字示渡器设计［Ｊ］．长沙大学学报，２００８，（０５）：：６６—６８． Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｕｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＹＩＮ Ｘｉａｏ－ｌｕｏ （Ａｎｈｕｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００１ｊ，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，”ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｉｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｒｅ ｌｉｓｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉａｎｃｅ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｏｓｃｉｌｌｏｇｒａｐｈｓ－ｔｈｅ ｃｕｔ——ｄｏｗｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘ— ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｓｔ，ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｃｒｅａｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ，ａｌｌ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅ ａ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｔｒｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ；ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇｓ （上接第１１１页） Ｔｈｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｈｏｔ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔｅｒ ｏｎ ｔｈｅ Ｂａｓｉｓ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｈｉｐ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ．ＤＵ Ｊｕｎ （Ｗｕｌａｎｃｈａｂｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ，Ｗｕｌａｎｃｈａｂｕ ０１２０００，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｔｅｎ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｉｌｙ ｌｉｆｅ． ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｖｅｒｙ ｒａｐｉｄｌｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ＡＴ８９Ｃ５２ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｏｒｌｌｉｎｇ ｃｏｒｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ ｈａｒｄｗａｒｅ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＡＴ８９Ｃ５２ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｗｏ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｈａｒｄｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｆｅｒｓ ｔｏ ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｓ ｉｔｓ ｃｏｒｅ． ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ ｐａｒｔｓ－ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａ ｃｌｏｃｋ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａ ｋｅｙｂｏａｒｄ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｗｉｔｃｈ，ａｎｄ ａ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｉａ ｉｔ．Ｔｈｉｓ ｗｈｏｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｉｔｓ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｏ ｍｏｕｎｔ ｔｈｅ ｃｌｏｃｋ ｄｉｓｐｌａｙ，ａｎｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｗａｙｓ ｏｆ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒｓ；ａ ｓｍａｒｔ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ；ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ・１ｌ５・
