遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)設計探究

仇婷

【摘 要】近年來，隨著人們生活水平的不斷提升，科學技術也在不斷進步，智能家電逐漸走進人們生活中，為人們提供了很多的便捷。遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)是以單機片技術為基礎，系統(tǒng)由控制器STC 89 C 52RC單片機、溫度傳感器DS 18 B 20、液晶顯示屏LCD 1602、GSM模塊以及矩陣鍵盤組成，從而保障系統(tǒng)設計滿足功能需求。本文深入探究了遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，并對系統(tǒng)軟件和硬件設計進行研究，旨在通過合理系統(tǒng)設計，有效提升人們生活質(zhì)量。

【關鍵詞】遠程智能；家用；電熱水器；控制系統(tǒng)；設計；單片機；溫度傳感器

隨著現(xiàn)代技術的不斷發(fā)展，在各行各業(yè)中的應用越來越廣泛?，F(xiàn)代人們生活的節(jié)奏較快，對生活質(zhì)量要求逐漸提升。傳統(tǒng)熱水器易受到水壓影響，且安全性能無法得到較好保障，近年來新聞媒體上經(jīng)常報道因燃氣熱水器導致的爆炸及中毒事故；而儲水式熱水器在使用過程中可以減少廢氣產(chǎn)生，為人們提供大量熱水，可以實現(xiàn)系統(tǒng)智能控制，被人們所青睞。遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程設置溫度、監(jiān)控和控制系統(tǒng)，從而滿足人們的品質(zhì)生活。

一、遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設計

遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)所采用的單機片為51系列的STC 89 C 52RC，其是系統(tǒng)的控制核心部分，數(shù)字溫度傳感器為DS 18 B 20，其能夠獲取系統(tǒng)溫度相關信息，而GSM模塊（西門子公司）的TC 35主要是通過手機短信的方式來控制系統(tǒng)，液晶顯示屏LCD 1602可以將數(shù)據(jù)顯示出來，并通過矩陣鍵盤來輸入信息。利用溫度傳感器DS 18 B 20進行水溫信息的采集工作，利用單片機STC 89 C 52RC進行數(shù)據(jù)采集和讀取，利用顯示屏來顯示熱水器內(nèi)水溫度。通過中斷定時器可以將矩陣鍵盤以及GSM模塊單片機手機短信信息進行掃描，依照掃描結(jié)果對繼電器通斷進行控制，利用GSM模塊將用戶水溫情況發(fā)送至所設置的手機號碼中[1]。

遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能如下：設置電熱水器的報警溫度，通過設置按鍵，可以進行溫度加減來設置溫度上限和下限的報警數(shù)值。一般情況下，溫度精度可以達到0.1毒，所測量的范圍在0°-99°之間；通過按鍵實現(xiàn)電熱水器中繼電器的手動接通和手動斷開；在達到一定溫度值后，系統(tǒng)可以自動的啟動電熱水器，在熱水器溫度低于所設置的下限值時，電熱水器的繼電器會自動的接通，在熱水器溫度高于所設置的上限值時，電熱水器的繼電器會自動的斷開，并向設置手機號傳送信息，提示水已經(jīng)加熱完畢；利用手機短信功能對系統(tǒng)進行控制，當手機短信發(fā)送“開”時，可以自動接通繼電器，當發(fā)送“關”時，則自動斷開繼電器，當發(fā)送“溫度”時，則會以短信形式傳送實時溫度信息。

二、遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)硬件設計

在控制系統(tǒng)中硬件設備由單片機AT 89 C 51、測溫電路AD590、液晶顯示屏LCD 1602、GSM模塊以及矩陣鍵盤、電源穩(wěn)定器LM 7805以及繼電器組成，電路原理如下圖所示：

（一）單片機小系統(tǒng)

復位電路以及品振組成了單片機小系統(tǒng)，在單片機系統(tǒng)內(nèi)部已有時鐘振蕩的電路，在組件單片機小系統(tǒng)過程中，將XTA L1以及XTA L2之間添加反饋電路即可，單片機可以實現(xiàn)時鐘電路功能。系統(tǒng)單片機時鐘的頻率可以設置在12 MHZ，單片機復位引腳的設置可以通過按鍵，在必要時重新啟動單片機。電熱水器系統(tǒng)中單片機STC 89 C 52RC所采用CMOS工藝的八位處理器，其工作性能穩(wěn)定可靠，在工作時能夠減少功能耗損，系統(tǒng)資源十分豐富，價格相對較低。

（二）溫度顯示系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)中液晶顯示屏LCD 1602具有集成度較高、體型較小特點，顯示屏自帶字符儲存庫，結(jié)合要求初始化系統(tǒng)，設置顯示內(nèi)容以及顯示位置，即可將數(shù)字、字母和符號顯示出來，該系統(tǒng)操作十分簡單便捷。系統(tǒng)中的LCD 1602顯示屏引腳可以與單片機P0端口進行連接，也可以看做是P0.0-P0.7和LCD 1602中DB0-DB7數(shù)據(jù)線進行連接，且特殊功能RS與單片機P2.5端口連接、RW與P2.6端口連接、E與P2.7端口連接，VO端能夠調(diào)節(jié)顯示屏中字符對比度和亮度等，電路電阻數(shù)值為2K。

（三）電源模塊設計

系統(tǒng)中設置5V單片機電壓，采用LM 7805二端繼承供電系統(tǒng)。

（四）溫度傳感器設計

遠程智能家用電熱水器系統(tǒng)中溫度傳感器為DS 18 B2，其最早由美國半導體公司DALLAS推出的，其能夠支持溫度總線，通過轉(zhuǎn)化溫度信息處理相關信號，其具有耗能較低、體型微小、抗干擾能力較強、性能較好等特點。溫度傳感器DS 18 B2和單片機相連接過程中，需要能夠?qū)崿F(xiàn)DS 18B 20和微型處理器雙向通訊的線路。DS 18B 20在轉(zhuǎn)換溫度時，I/O線需要在轉(zhuǎn)換溫度過程中提供相應能量，利用VDD外部電源或者寄生內(nèi)部電源來實現(xiàn)功能。在系統(tǒng)設計中需要將單機片P2.4端口和數(shù)據(jù)線相連接，在單片機主板處連接地線和電源，利用電源電壓在數(shù)據(jù)線上通過10K電阻，從而提供充足能量。

（五）矩陣鍵盤設計

在系統(tǒng)中矩陣鍵盤設計中，具有手動開啟和關閉熱水器加熱功能，鍵盤中設有刪除、取消、增加、減小、設置等功能鍵和數(shù)字鍵，且按鍵對應單片機P1.0-P1.7端口。在系統(tǒng)正常啟動情況下，單片機端口可以處于高電平的狀態(tài)，如果按下某個按鍵，則會連通兩端按鍵，拉下單片機連接端口，從而單片機可以將按鍵動作準確捕捉。

（六）繼電器設計

單片機P3.3端口可以控制系統(tǒng)連接和斷開，如果P3.3端口所輸出的是高電平，在接通繼電器后，則熱水器保持加熱狀態(tài)；如果P3.3端口所輸出的是低電平，在斷開繼電器后，則熱水器停止加熱。

三、控制系統(tǒng)軟件設計研究

在總系統(tǒng)中軟件設計是核心組成部分，合理的軟件設計可以將硬件資源充分利用起來，從而實現(xiàn)系統(tǒng)預期功能。在設計系統(tǒng)軟件程序過程中，需要將各個模塊進行合理設計，如：初始函數(shù)設計、DS 18 B 20函數(shù)設計、定時器函數(shù)設計、LCD 1602函數(shù)設計、GMS函數(shù)設計以及按鍵掃描函數(shù)設計等。在軟件程序中各函數(shù)調(diào)用中，應初始化各個端口和定時器，進入循環(huán)系統(tǒng)。在循環(huán)系統(tǒng)中利用標志位來判斷系統(tǒng)模式是處于正常運行還是調(diào)節(jié)，對掃描函數(shù)進行快速執(zhí)行。如系統(tǒng)處于正常運行模式，則可以將溫度函數(shù)顯示出來。

四、結(jié)語

綜上所述，遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)由多個小系統(tǒng)組建而成，其各個系統(tǒng)具有不同的功能，利用手機短信功能能夠遠程的控制熱水器開關，使用戶能夠及時查看熱水器水溫。通過傳感器能夠?qū)λ疁剡M行檢測，并將數(shù)據(jù)傳達至單片機系統(tǒng)中，自動啟動和斷開系統(tǒng)。通過實踐證明，智能熱水器具有反應靈活、調(diào)試方便等特點，安全穩(wěn)定，可以為人們生活帶來很大方便。

【參考文獻】

[1] 劉海鋒.遠程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)的設計[J].電子世界，2017.

[2] 譚志強，楊俊杰，樓志斌，魏春娟.家用智能電熱水器控制系統(tǒng)設計[J].儀表技術，2016.

[3] 閆曉陽，李晗.基于單片機的智能熱水器控制系統(tǒng)設計[J].科學技術創(chuàng)新，2017.