1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的热水器自动控制系统所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要本文分为 7 个章节，主要从硬件和软件两方面详细介绍了基于 AT89S52 单片机的热水器自动控制系统的设计，以及设计要求中的仿真，制板过程。整体的系统设计分为以下几个模块：单片机最小系统、温度采集、LCD 液晶显示、报警电路、继电器控制加热、红外线遥控。硬件线路连接以及软件控制都附以详细介绍。整个系统的实现，首先系统设定温度范围，通过温度传感器 DS18B20 采集温度，由 LCD1602 液晶显示。采集到的温度与系统设定的温度作比较，若不在设定范围内，
2、蜂鸣器就会发生报警。此次设计基本上满足了温度检测与报警的要求,创新点在于设计了一个红外线遥控模块，对于单片机各种功能按键都可进行红外实现。关键词:温度采集;DS18B20;LCD1602;红外遥控;IIAbstractThis paper is divided into seven chapters to introduce, mainly from the hardware and software aspects of the design of the water heater automatic control system based on AT89S52.And it also i
3、ntroduces the design requirements of the process of simulation and the system board procedure. Overall system design is divided into the following modules: smallest single-chip systems, temperature acquisition, LCD liquid crystal display, alarm circuit, relay control heating and infrared remote cont
4、rol. Hardware and software control line connection are attached to detail.To complete the whole system, first of all, system sets temperature range ,and collect s the temperature by DS18B20.The LCD1602 displays the result. Temperature collected compares with the set temperature,and if the temperatur
5、e collected is not within the set range, the buzzer alarm will occur. The design basically meet the requirements of design. Besides, an infrared remote control module is the innovation in this design.All of keys function can available by infrared remote control.Keywords: temperature acquisition; DS1
6、8B20; LCD1602; IR remote control;III目录第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 设计要求 .3第 2 章 系统总体设计 .52.1 系统结构设计 .52.2 方案论证与选择 .6第 3 章 系统硬件设计 .83.1 单片机最小系统 .93.2 键盘接口电路 .103.3 报警电路 .113.4 DS18B20 温度采集电路 .123.5 LCD1602 液晶显示电路 .143.6 继电器电路 .153.7 红外线遥控电路 .16第 4 章 系统软件设计 .194.1 系统整体软件设计 .194.2 DS18B20 温度采集软件设计 .
7、204.3 LCD1602 液晶显示软件设计 .224.4 红外线软件设计 .24第 5 章 系统实现与测试 .275.1 Proteus 硬件仿真 .275.2 Protel 画板制图 .275.3 系统测试 .29结论 .34参考文献 .35致 谢 .36附录 .37IV基于单片机的热水器自动控制系统1基于单片机的热水器自动控制系统第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景及意义自古，取暖保温就是人类发展中一项重要保障生存生活的条件。当前社会，热水器更是作为人们生活中不可或缺的家用电器之一，影响着人们生活的质量。浴室，洗手间以及厨房等家庭用水的地方，都有热水器的存在。第一次和第二次工业革命的成
8、果使人类对化石燃料有了充分的认识与利用，但由于近年来环境的污染，在使用化石燃料方面人类有了更多的顾忌。环境恶化，化石燃料的有限资源，使得人类在新能源的研发方面有了突飞猛进的发展。天然气与太阳能就是可再生资源中的的两大类。现在市场的常用热水器有太阳能式、燃气式、以及电热水器。太阳能热水器一经生产得到了大量的推广，低层楼的小区，农村家家户户几乎都有安装，这种热水器在夏天或者南方太阳充足的光照下，使用非常方便，而且环保，不产生任何污染。但是随着现代城市的发展，高层楼用户越来越多，对于太阳能热水器的安装是一项很大的挑战，并且到了冬天，尤其是北方用户，室外温度过低，光照不充足，安置在室外的太阳能热水器中
9、的水容易结冰，冻坏内胆。另外太阳能热水器也不能对水温进行有效控制。这些都是导致太阳能热水器的发展遇到了瓶颈，停滞不前的重要因素，所以在之后的发展中太阳能热水器在市场中也很难再增加它的比例份额了。天然气的开采使用，也使燃气式热水器曾经占据市场很大份额，但是安装和使用过程中危险系数较高，并且使用成本也很高，所以渐渐淡出人们的视线，使用的用户越来越少。随着嵌入式系统方面的智能化微型化，电热水器在人们的生活中渐渐普及。虽然在用电量方面消耗比较大，但是相对于前面两种热水器而言，优点立显，使用快捷方便，可以自主控制加热温度，即用即开，完全克服了前两种热水器的缺点。科技的高速发展，尤其是微处理器和传感器方面
10、的进一步成熟，热水器采用了全新的控制方式，利用温度传感器采集温度，通过核心系统的内部处理，用液晶显示屏显示出来，并且可以人工调整设定温度以及其他因素，实现了热水器的智能控制。使用的用户越来越多。此次设计的目的是针对市场上的一些热水器结构进行学习模仿以及改进，使热水器的使用更加优化简洁人性，本次设计采用单片机技术来实现。基于单片机的热水器自动控制系统2单片机应用技术在现代来看应用非常广泛，现代工业自动化，电子电器，通信及物联网领域等等，生活中各方面都有单片机的存在，比如家用电视，冰箱，洗衣机，马路上的信号灯，都有单片机的身影，同时，为了学习 ARM 嵌入式，FPGA 技术等等，学习好单片机技术就
11、更为重要，因为单片机的学习会为这些技术打下很坚实的学习基础。单片机技术在现代来说占有很重要的地位，但是感觉学习过相关书籍之后仍旧似懂非懂，书中的知识着重来讲单片机的原理架构以及各种汇编指令等等，对于单片机的开发设计很少，在平时的实验中也都是做一些简单的实验，无法综合起来，遇到一个具体的项目茫然无从下手，所以这一次毕设选择单片机的开发，设计一套热水器的自动控制系统来提高单片机的知识技能，巩固四年来的硬件软件知识。随着单片机的广泛普及应用，现有的单片机功能已经渐渐跟不上技术革新的发展，因此当前国内外的很多电气公司，以及一些半导体厂商都在不断地改善，并且开发单片机的新工作性能，争取使得单片机控制能力
12、更强，体积更小以适应更加微型的操作环境，降低使用成本，发展非常迅速。单片机之所以能被广泛应用，主要是因为它具有以下特点：1.功能较齐全，抗干扰能力很强，应用可靠。2.简单应用，使用方便，易于普及。单片机技术是一门较易掌握的技术，应用系统设计、组装、调试已是一件容易的事情，可以通过学习很快的掌握相关知识。3.发展迅速，前景广阔。4.嵌入容易，用途广泛。在单片机出现以后，电路的组成和控制方式都发生了很大变化，简化了线路的复杂性，提高了电路的可靠性，并且测控功能的绝大部份都已经由单片机的软件程序实现。随着科技的发展，嵌入式系统广泛应用于生活，工业，科技中。嵌入式系统是计算机硬件与软件相结合，形成一个
13、专门的算法系统，来完成特定的功能。这个系统是整个大系统或者一个完整电子设备中的一部分，用于进行系统内部与外界的交互工作，它受时间和环境的影响，可以实现无人工干预下的自动实时监测和控制。科技的迅速发展，各种传感器的问世，使得嵌入式系统的设计变得更加多元化，例如光敏、声敏、气敏以及各种化学类传感器等等。而温度采集系统的智能化、数字化、微型化更是基于各种温度传感器不断生产与优化。在嵌入式系统的基础上发展起来的温度检测系统，应用在各种工业生产、科学研究和人们的生活领域中。工业生产过程中，温度的监控至关重要，保证生产温度在合适的条件下，是生产能够顺利进行的一个重要条件，这样产品的质量才基于单片机的热水器
14、自动控制系统3能够得到充分的保证。科学研究对于温度的变化更是十分严谨，一点细微的温度差异就可能使一个耗费大量心血的科研颗粒无收。而自动控温系统可以对环境进行实时监控，通过系统设定可以对温度进行调整，以保证整个工作环境的温度，使得企业或者研究得以顺利的进行下去，使生产等工作更加自动化和智能化。温度控制在生活中最主要的表现就是对水温的控制，例如鱼缸，家用热水器等，都需要对水温进行检测控制，达到更加优质的生活。基于以上现状的分析，本课题将以单片机为控制核心，模仿并且改善基础热水器加热系统，实现对热水器的自动控制系统，仅对热水器的加热系统部分做研究设计，对于一个完整热水器上水方面的系统控制另外研究开发
15、。1.2 设计要求1.熟练使用 Keil 进行程序编译，Protues 进行硬件仿真，Protel 画板制图。2.利用防水温度传感器与单片机相连，实现温度采集；3.利用按键设置水温的控制范围；4.可以显示和设置开启时间，预约多少分钟后开启加热；5.可以显示当前的温度值和设置的上下限值，当温度低于下限时，气动加热，当温度高于上限时，停止加热；6.红外线遥控部分具备按键的全部功能。基于单片机的热水器自动控制系统4第 2 章 系统总体设计2.1 系统结构设计 设计的整体思想如下：系统开启后，人工设置所需要控制的温度范围，通过键盘输入需要的温度值，确定测量温度的范围，存取 AT89S52 单片机的指定
16、单元中。利用温度传感器 DS18B20 对水温进行实时采集，送入单片机指定单元中，并保存，与系统刚开始设定的温度值进行运算比较，得出最终结果从而确定继电器的通断，利用 220V 的交流加热装置对水温进行加热，控制其在系统设定的范围内。并辅以报警，红外线遥控等额外功能，使得设计更加智能化。系统结构图如图 2.1 所示。原理图如图 2.2 所示。按键输入 报警电路AT89S52 单片机 继电器温度采集液晶显示红外线遥控图 2.1 系统结构框图基于单片机的热水器自动控制系统5图 2.2 系统原理图2.2 方案论证与选择通过查阅资料，请教单片机研究方向的老师，确定了 51 单片机为这次系统设计的核心处
17、理器。20 世纪 80 年代以来，单片机发展迅速，各国芯片公司都生产了各式各样的单片机系列，例如 Intel 公司的 MSC-48、MSC-51，Motorola 公司的6801、6802，Zilong 公司的 Z8 系列，Rockwell 公司的 6501、6502 等等。此外，荷兰的 Philips 公司，日本的 NEC 公司，日立公司等也相继推出了各自的产品。我国深圳宏晶科技公司研发的 STC 系列单片机在国内市场也受到了众多好评。在众多的衍生机中，Atmel 公司的 AT89C5x/AT89S5x 系列，尤其是AT89C51/AT89C52 和 AT89S51/AT89S52 在 8
18、位单片机市场中占有较大的市场份额。Atmel 公司在 1994 年以 E2 PROM 技术与 Intel 公司的 80C52 内核的使用权进行交换，形成了片内带有 Flash 存储器的 AT89C5x/AT89S5x 系列单片机。AT89C5x/AT89S5x 系列与 MCS-51 系列在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。此外，某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器 WDT、ISP 及 SPI串行接口技术等。片内 Flash 存储器允许在线（+5V）电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。另外，AT89C5x/AT89S5x 单片机还支持由软件选择的两种节电工作方式，非常适于低功耗
19、的场合。与 MCS-51 系列的 87C51 单片机相比，AT89C51/AT89S51 单片机内 4KBFlash 存储器取代了 87C51 片内的4KBEPROM。AT89S51 片内的 Flsah 存储器可在线编程或使用编程器重复编程，且价格比较低。基于以上书中的介绍，并且通过查看数据手册，对比其他品牌，此次设计便选择了 Atmel 公司的 AT89S52 单片机，它的特点如下：1.片内可编程 Flash 存储器的容量变为 8K2.拥有双数据指针 DPTR、看门狗定时器3.具有低功耗空闲工作方式和掉电工作方式4.工作频率的上限为 33KHz。5.在线编程的便捷使得下载线电路更加简单，每一次的程序下载与调试不必将单片机从万用板上拔下，这样使得程序调试变得更加方便，另外还大大延长了单片机的寿命。此次设计一个非常重要的模块就是温度采集。温度传感器在系统中占有非常重要的地位，所以选择合适的温度传感器尤其重要。本设计采用 DS18B20，因为其低廉的价格，满足设计要求，由于没有普通传感器需要附有的 A/D 电路设计硬件路，所以硬件电路的设计更简单。市场上的 DS18B20 的外观也有多种样式，选
