王驥豪++李莎

摘 要：通過對當(dāng)前戶外熱水器的分析，設(shè)計了一種基于STC12C5A60S2單片機為處理器的低功耗、高性能的智能熱水器，通過對水溫和液位的檢測，能自動對熱水器內(nèi)溫度和液位的控制。介紹了工作原理、軟硬件的設(shè)計，其功能更強且更加的人性化。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2；智能化；自動控制；微電子技術(shù)；LCD1602顯示

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.008

1 引言

隨著生活水平的提高，熱水器在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，越來越受到人們的青睞。目前市場上的熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一，操作復(fù)雜，控制精度低，可靠性差的問題。我們看到的很多控制器只有溫度和水位顯示的功能，卻不能有效的控制。這就導(dǎo)致了熱水器在陰天的時候不能方便的使用。雖然熱水器具有輔助加熱的功能，有時候可能因為加熱時間過長而產(chǎn)生過燒的后果，浪費電能事小，造成安全問題事大。

2 智能熱水器的創(chuàng)新點

通過設(shè)計一個基于STC12C5A60S2的熱水器的溫度和液位顯示及簡單的控制系統(tǒng)，利用集成的溫度傳感器和液位傳感器分別進行溫度檢測和液位檢測。檢測后，將檢測到的信息傳送給單片機，單片機經(jīng)過相應(yīng)的處理控制溫度和液位并且在液晶上顯示。該項目將家居生活與智能控制聯(lián)系起來。接下來從以下幾點說出該改進系統(tǒng)給人們帶來的便利：①熱水器自動加水，從而減少了過程中人力的消耗；②為了保證系統(tǒng)更加人性化，熱水器上用戶界面采用矩陣鍵盤和液晶顯示界面，調(diào)節(jié)范圍變大，控制更加全面；③同時提高節(jié)能減排的意識，系統(tǒng)采用低功耗的控制，避免能源的浪費。

3 智能熱水器的整體設(shè)計方案

智能熱水器主要是由主控系統(tǒng)、檢測單元、電源管理模塊、執(zhí)行機構(gòu)、顯示模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)主要以溫度傳感器和液位傳感器為測量機構(gòu)，檢測溫度和液位是否過高或者過低，檢測到之后，系統(tǒng)會自動的加水保溫。還可以利用矩陣鍵盤來調(diào)節(jié)用戶所需要的水位和溫度閾值。人機交互更加和諧，這也是該熱水器與其他傳統(tǒng)熱水器的不同之處。

4 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及各部分功能

硬件電路分為單片機最小系統(tǒng)模塊，電源模塊、傳感器檢測模塊、LCD液晶顯示模塊。下面分別介紹STC12C5A60S2單片機的概述、電源模塊、傳感器檢測模塊、LCD液晶顯示模塊。

（1）STC12C5A60S2單片機的概述。STC12C5A60S2單片機是宏晶公司最新STC12系列單片機，具有杰出的低功耗控制以及眾多的外設(shè)，最重要的是其性價比。STC12有非常強大的外設(shè)功能。片內(nèi)大容量2048字節(jié)的SRAM，10位的ADC等等。且非常方便調(diào)試，而且依然支持串口下載，還有就是STC12C5A60S2的中文支持，資料開源，功耗低。

（2）電源模塊。本系統(tǒng)采用雙獨立電源給整個系統(tǒng)供電，提高供電可靠性。同時使用多組電源分別供電。由于各系統(tǒng)中存在不同的功耗，所以在大功耗的設(shè)備中，采用穩(wěn)壓芯片穩(wěn)到所需要的電壓，否則系統(tǒng)無法正常工作。電源模塊如圖2所示。

（3）DS18B20溫度傳感器電路。DS18B20：單總線數(shù)字溫度傳感器，可以用數(shù)據(jù)線供電。測量范圍為-55℃-125℃[1]。DS18B20的讀寫時序和測溫原理比其他幾個模塊要難，因此在溫度的編程上花的時間也比較多。傳感器得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同。加入此模塊可以讓使用者通過液晶顯示屏觀察到太陽能水溫度的變化。

（4）液位傳感器電路?？梢杂行У膶⑺坏男盘栟D(zhuǎn)變成模擬信號，并且利用單片機內(nèi)部的ADC，直接將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，通過數(shù)字信號的變化來反饋控制熱水器的水位的變化，從而有效保持在允許的范圍內(nèi)。

（5）LCD1602液晶顯示。LCD1602顯示：為了更直觀的監(jiān)控室內(nèi)各環(huán)境變化，系統(tǒng)采用16*2點陣液晶顯示器進行監(jiān)控顯示，利用單片機的數(shù)據(jù)口控制液晶顯示器，即將液晶作為外部存儲設(shè)備來使用，配置好讀寫及控制信號的時序，指定指針即可實現(xiàn)對液晶的讀寫訪問利用這種方式。既可以簡化了對液晶的操作，只需指定讀寫數(shù)據(jù)指針就可以完成操作，而且提高了讀取的速度。

5 實驗結(jié)果和分析

通過實驗，可以使熱水器保持在穩(wěn)定控制的范圍內(nèi)，可以解決因為水位過高而溢出，因為水位過低而過燒的情況，節(jié)省能源，保證用戶安全的問題，有效的解決了加熱時間不能控制而產(chǎn)生的過燒。因為水溫不受控制而造成對身體的傷害。同時將智能化與人們的實際生活相結(jié)合，大大方便了人們的生活。關(guān)于智能熱水器的提高系統(tǒng)僅僅是設(shè)計的開始，系統(tǒng)還需要進一步的完善，后期將設(shè)計熱水器的環(huán)境測量功能。

參考文獻：

[1]程院蓮.基于單總線器件DS18B20的智能溫度測量[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010.

項目經(jīng)費：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目：基于STC12C5A60S2單片機對智能熱水器的應(yīng)用提高系統(tǒng)（編號：201610379023）

作者簡介：王驥豪（1994-），男，安徽肥東人，學(xué)生，研究方向：單片機控制。