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热水器的温度水位控制系统的设计.docx
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![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85474102/bg1.jpg)
1 引言
随着人们生活水平的不断提高,热水器已经走进了千家万户。近些年来自动
控制 的迅速发展带动了热水器行业的产业升级,智能家居也已经从理念开始逐
[1]
渐变成现实。实现温度和水位的自动化控制对热水器行业的发展来说是十分重要
的,自动化控制技术在生活中的很多领域也都会使用到。
早期的时候因为技术问题,水温和水位的参数控制存在许多缺点 ,不仅成
[2]
本高、精度低,而且系统不稳定,电路的设计也十分复杂,一般都是在锅炉厂房
里应用的比较多。伴随着电子技术的迅猛发展和应用,基于单片机的嵌入式控制
系统正逐渐从工业应用拓展到生活中的各个领域,温度和水位的智能化控制技术
也越来越成熟,传统热水器存在的温度水位控制缺点也慢慢的得到完善 ,特别
[3]
是数字传感器的发展,可以说是解决了检测参数精度低这个主要问题。我们在对
落后的设备进行改进时,通常都会采用基于单片机的方式,之所以选择用单片机
来完成热水器的温度水位控制系统的设计,是因为嵌入式系统的设计有着其独特
的优点,可以将温度和水位这两个模块的传感器放在一起,既提高了设备的自动
化程度又在一定程度上延长了设备的使用寿命 ,性价比非常高。
[4]
1.1 电热水器发展现状
热水器的发展经历了从上世纪末单一的燃气热水器到太阳能热水器再到现
在市场上各式各样的电热水器,可以说是热水器行业的一次次产业革命。和传统
的燃气式或者太阳能热水器相比,电热水器更加安全、方便,十分适合现代化的
城镇居家生活。
根据调查显示,有超过一半的家庭都考虑过要更换热水器,这就说明在未来
的几年里,热水器行业还会保持一个良好的发展前景。就实际使用情况来看,太
阳能热水器存在安装位置局限性的弊端,使用范围狭窄,多适用于农村,且受天
气影响的程度很大。而燃气热水器存在的问题更大,不仅安装麻烦,还不易调节
温度,最主要的是在使用过程中还会产生危害人体健康的气体。参照中国商业联
合会的统计结果显示,传统的燃气热水器在市场份额上已经被电热水器超越了,
电热水器市场在中国的发展伴随着国家电网的发展以及中国近些年来房地产产
业的火爆发展,在未来几年将保持持续良好的发展势头 。
[5]
随之人们消费水平不断提高,对产品功能的要求也会越来越多,随之相关技
术的越来越成熟,应用的领域越来越广泛,热水器的发展方向将主要以下面几点
为核心:
(1)数字化:手动旋钮调节方式存在很多不足之处,比如温度调节不准,
不能直观的观察温度变化,数字化调节方式简单直接,还有显示屏可以时时观察
温度和水位的变化。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85474102/bg2.jpg)
兼容性也很好 。
[6]
图 2-1 系统总体设计框架图
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85474102/bg3.jpg)
STC89C52 是采用 5V 电压来供电,系统通电后单片机开始工作,单片机读
取到温度传感器和水位传感器采集到的数据后,再结合初始设置的限值进行分
析,并将检测结果通过液晶显示屏显示出来,在单片机在对比数据后会根据设置
的数值选择是否进行温度补偿或者水位补偿 。
[8]
2.2 主控芯片的选择
在经过详细的参数及功能对比之后决定采用 STC89C52 单片机,该单片机是
宏晶科技在 STC89C51 基础上改进设计的一款性能十分优良 CMOS8 位微控制
器,具有很多 51 单片机所没有的独特功能。STC89C52 单片机的工作模式大体
上可以分为三种:掉电模式 、空闲方式和正常工作模式,通用 I/O 口有 4 组一
共 32 个,其中 P0 口在作为总线使用的时候可以不接入上拉电阻,但作为 I/O 口
使用时必须接入上拉电阻,单片机集成 512 字节的 RAM,供用户使用的应用程
序空间为 8K 字节。
2.3 温度水位控制系统的选择
经过详细的资料搜集和对比之后,对温度水位控制系统的设计采用传感器
的方案,温度控制采用体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,高精度的 DS18B20
温度传感器来完成温度采样,采样后的温度数值经过单片机的 I/O 口送入单片机
进行数据分析和处理,进而完成对水温的检测和控制 ,利用按键进行对热水器
[9]
温度初始值的设置,当热水器内水的温度值不在设定的区域值区间内,这时蜂鸣
器开始报警,通过这种方法就可以让温度在一个稳定的范围内维持不变。
在选择水位控制系统设计方案的时候,有很多满足系统设计需要的传感器可
以选择,但这些传感器的性价比都不是很高,通过对比后来采用了 Water Sensor
水位传感器,它是原理是利用裸露在外的平行导线的线迹来测量流水量大小,进
而来分析出水位,将采集到的水量信息转换成模拟信号,然后再传送到单片机进
行后续数据分析,此传感器简单易用,性价比较高,非常适合此次的设计。
3 硬件设计
3.1 单片机最小系统
STC89C51 单片机最小系统主要包含单片机、复位电路和晶振电路。在给单
片机上电或电压不稳的时候,需要复位电路来延时以保证单片机可以等到电压稳
定后正常工作。我们知道单片机电路是由一个个门电路组成,晶振的作用就是给
单片机提供工作信号脉冲。在焊接时要注意引脚的连接,单片机最小系统电路图
如图 3-1 所示:
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