论文总字数：15971字

摘 要

本论文主要叙述了有关家用热水器的温度和高度智能化控制方案，与之前设计相比具有一定的创新。此设计使用目前社会上应用最广泛，且使用非常简单、性能稳定的单片机技术。水的温度与高度等参数信息的采集均使用稳定的传感器技术，保证了系统的精确性，并使得系统的控制很简单方便，用户的使用也简单易学，在很大程度上提高了设计的实用价值。

此策划的温度传感器采用的型号为DS18B20，此种结构简易的温度传感器，不仅仅设计上相对比较精致，而且使用也比较方便。此温度传感器性能非常稳定，使得设计在使用时保证了采集到的数据的准确性，并且为控制系统提供准确、稳定的温度数据，便于控制系统的精确控制。此温度传感器使用简单主要体现在只需要控制系统为其提供一根I/O数据线即可满足此温度传感器的供电和温度传感器与控制系统之间的数据传输。此设计通过性能稳定的单片机，水的高度检测传感器，温度传感器，报警电路，数字化显示管，温度高度控制基本电路、供电电源等来实现智能化控制。

此次设计抓住了热水器原理中最重要的温度、高度控制点，并在之前设计的控制上进行改进，是的整个设计趋向智能化方向发展。并且此设计应用灵活，在此设计的基础上可以稍加修改即可引用到工业生活等各种相似的环境下。我相信在以后的热水器方面，此种控制精度高、稳定性好、设计成本低廉的控制系统会受到越来越多的使用者的青睐。

关键词：单片机；传感器；报警器

Household water heater controller based on the MCU

Abstract

This paper mainly describes the relating to household water heater temperature and highly intelligent of control scheme and design before compared with certain innovation. This design is the most widely used at present in the society, and it is so easy for us to use, stable the performance of the single of the chip technology. Water temperature and height of the parameters such as information collection use stability of the sensor technology, to ensure that accuracy of this system, and the control system is simple and convenient, users are easy to learn, in a great extent improves this design of that practical value.

The design of this temperature about sensor uses the temperature sensor DS18B20 models, this temperature sensor has the advantages of that simple structure, compact design and it is so easy for us to use. This temperature sensor performance is very stable, which makes the design in use to ensure the accuracy of the collected data, and for the control system to provide accurate and stable temperature data, precise control for control system. The temperature sensor using simple is mainly embodied in the control system to provide a piece of I / O data line can meet the data transmission between the temperature sensor is powered up and the temperature sensor and control system. The design of MCU on this stable performance, water height detection sensor, temperature sensor, alarm circuit, digital display tube, temperature, altitude control basic circuit, power is supply, etc to realize that intelligent control.

The design captures the principle of the water heater is one of the most important temperature, height control point, and before the design of the control to improve the and design whole trend of intelligent direction. And the design of flexible application and design on this basis can be slightly modified can refer to industrial life and other similar environment. I believe this water heater in the very future, this control will with high precision and good stability, low design cost control system will be favored by more and more users..

Keywords: singlechip ; sensor ; alarm

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1相关背景情况介绍 1

1.2系统设计方案讨论与选择 1

1.2.1系统设计方案的选择 1

1.2.2热水器的温度控制系统的设计方案讨论 1

1.2.3热水器的水的高度控制系统的设计方案讨论 1

1.2.4数据显示系统的设计方案讨论 2

第二章 系统工作原理 3

2.1温度控制系统 3

2.2水的高度控制系统 3

2.3显示系统 3

2.4报警系统 3

第三章 系统单元电路设计 4

3.1系统功能 4

3.2系统框图 4

3.3介绍AT89S52详情 4

3.4 DS18B20 6

3.4.1 DS18B20的介绍 6

3.4.2 DS18B20与单片机的接口电路 9

3.4.3温度传感器DS18B20的控制方法 9

3.5继电器的工作原理和特性 10

3.6关于LED数码管 10

3.6.1关于LED数码管的简介 10

3.6.2 LED数码管引脚的详细介绍 11

3.6.3编码说明 12

第四章 硬件设计 13

4.1 52单片机最小系统图及简单外部电路 13

4.2 温度传感器DS18B20的硬件原理电路图 13

4.3异常工作预警提示电路 14

4.4显示数码管的硬件原理电路图 14

4.5设定预警温度范围的按键硬件原理电路图 15

4.6水位检测硬件原理电路图 15

4.7水位过限警报硬件原理电路图 15

4.8继电器控制电路原理图 16

第五章 软件调试 18

5.1系统调试过程 18

5.1.1软件调试 18

第六章 系统软件设计 19

6.1系统硬件开机自检程序设计 19

6.2控制系统按键子程序设计流程图 19

第七章 结束语 21

致 谢 22

附录 2

附录一 系统原理图 2

附录二 数码管程序 3

附录三 各控制程序 7

第一章 引 言

1.1相关背景情况介绍

当前社会下生活的人们，生活质量达到了比较高的水平，相对应的生活工作节奏也加快。在日常生活中使用了更方便的自动化、智能化的家用电器设备。热水器就是使用最广泛的其中一种。

在日常的快节奏的生活中，人们对家电的要求不仅是达到最基本的使用要求，更希望家电设备可以稳定的自动控制。因生活需要增加，与之相关的科技也在进步，热水器也可以使用相关科技使其达到自动控制水温、水位等。单片机技术到现在为止已经是使用最广泛的一种技术，成本低廉，性能稳定，各种优点结合起来使之成为我们技术应用的首要选择。

现在普遍使用的单片机技术已经不仅仅局限于工业，更多的是应用在生活中过来，广泛的应用到家电技术上。水温和高度的控制也可以使用单片机来实现，大大的改善了人们的生活质量。并且此种技术可以推广至更多家电上来，实现家电的自动化、智能化。

单片机技术与过去的模拟电路相比，不仅电路简单，成本低廉，而且控制更加精确、稳定，用户使用更加简单。在日常生活中为人们生活水平的增高提供更多帮助。

1.2系统设计方案讨论与选择

1.2.1系统设计方案的选择

方案一：使用传统的模拟电路，主要由放大和比较电路、系统功能控制电路、温度测量控制等电路组成。此方案可以实现所需设计功能，但是整体成本高昂，使用稳定性差，并且电路设计复杂，易出现差错，维修时也比较麻烦。

方案二：使用基础单片机控制，主要是由简单的按键控制电路，继电器开关电路，单片机、数据采集、数模转换等电路系统组成。结构简单，整体造价低廉，操作方便，精度高，系统稳定性好。

以上两种方案均能达到设计目的。但是比较两种方案，方案一采用传统的模拟电路来设计，使用稳定性差，并且电路设计复杂，易出现差错，很难显示稳定的温度，系统精度会随着环境温度的改变而改变。方案二采用的是基础单片机设计电路，通过简单的程序即可达到对温度的精确控制的设计要求，不但可以清楚简单的用数字显示温度，并且使用单片机来实现水的加热和停止更有效。综合上述两种方案的优缺点，方案二是来实现家用热水器控制器设计的最佳选择。

1.2.2热水器的温度控制系统的设计方案讨论

传统的模拟电路实用热电阻来测量温度，此种测量方式需要为其提供转换电路，才能进一步的计算出水温，这样的设计达不到比较高的测量精度，并且方案设计复杂。与之相比由单一的单片机和独立的传感器就可以设计出更简单易操作的精确的采集温度数据的电路系统使。

1.2.3热水器的水的高度控制系统的设计方案讨论

家用热水器中主要部分分为水的温度和高度两个方面的控制，这两个参数是最为重要的，对这两个参数均使用独立的传感器进行采集和传输，上面已经决定使用采用DS18B20作为温度传感器，通过翻阅资料并与上网查询，得知测量水的高度的传感器有很多，比如浮球式液位传感器，但是不满足设计成本低廉这一条；再查看经常实用的其它传感器，压力传感器可以实现设计所需的测量水位的要求，但是仍然不满足设计成本低廉这一条；于是再三思量，本设计决定利用水的导电性这一特点，将水的高度分为三等，以导线与之连接固定作为负极使用，与电源正极构成回路，在根据电路要求增加元件来实现电平的转换，结合单片机的数据传输与存储功能来实现设计要求。

1.2.4数据显示系统的设计方案讨论

为了更便于用户使用，此设计使用直观的数码液晶显示器来显示主要数据，独立的显示系统可以满足设计的显示要求，并且设计简单，使用方便。除去便捷的显示系统，此设计也提供了广泛使用的按键作为调节温度报警值使用。根据设计功能要求，此种按键共提供3个。综上，整个设计中充分考虑到用户的使用体验方面，是的设计更加的人性化。

第二章 系统工作原理

2.1温度控制系统

温度控制系统的设计要求是：能够准确测量、稳定传输、可设置限制保护、具有报警功能。达到这些要求就可以实现安全有效的温度采集与自动控制，并且在系统无法正常工作时通过报警提醒人工操作控制。

2.2水的高度控制系统

水的高度控制系统能进行水的高度的控制，通过制定的电源回路系统对水的高度进行采集，然后通过P2口将所采集的信息传给单片机计算、比较，最后以数字的形式显示，设有2个档位，在热水器中水的高度过低、过高或者控制系统错误时，报警系统都会给出报警信号，最后实现自动、稳定的控制水的高度。

2.3显示系统

显示系统采用数字化显示器显示水的温度，同时用3个LED来显示水的高度，观看方便、操作简单。

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