遠(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

仇婷

【摘 要】近年來，隨著人們生活水平的不斷提升，科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，智能家電逐漸走進(jìn)人們生活中，為人們提供了很多的便捷。遠(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)是以單機(jī)片技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)由控制器STC 89 C 52RC單片機(jī)、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(shè)計(jì)滿足功能需求。本文深入探究了遠(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，并對(duì)系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，旨在通過合理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效提升人們生活質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程智能；家用；電熱水器；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；單片機(jī)；溫度傳感器

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。現(xiàn)代人們生活的節(jié)奏較快，對(duì)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(bào)道因燃?xì)鉄崴鲗?dǎo)致的爆炸及中毒事故；而儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能控制，被人們所青睞。遠(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)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(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)所采用的單機(jī)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(guān)信息，而GSM模塊（西門子公司）的TC 35主要是通過手機(jī)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(jìn)行水溫信息的采集工作，利用單片機(jī)STC 89 C 52RC進(jìn)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(shí)器可以將矩陣鍵盤以及GSM模塊單片機(jī)手機(jī)短信信息進(jìn)行掃描，依照掃描結(jié)果對(duì)繼電器通斷進(jìn)行控制，利用GSM模塊將用戶水溫情況發(fā)送至所設(shè)置的手機(jī)號(hào)碼中[1]。

遠(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能如下：設(shè)置電熱水器的報(bào)警溫度，通過設(shè)置按鍵，可以進(jìn)行溫度加減來設(shè)置溫度上限和下限的報(bào)警數(shù)值。一般情況下，溫度精度可以達(dá)到0.1毒，所測量的范圍在0°-99°之間；通過按鍵實(shí)現(xiàn)電熱水器中繼電器的手動(dòng)接通和手動(dòng)斷開；在達(dá)到一定溫度值后，系統(tǒng)可以自動(dòng)的啟動(dòng)電熱水器，在熱水器溫度低于所設(shè)置的下限值時(shí)，電熱水器的繼電器會(huì)自動(dòng)的接通，在熱水器溫度高于所設(shè)置的上限值時(shí)，電熱水器的繼電器會(huì)自動(dòng)的斷開，并向設(shè)置手機(jī)號(hào)傳送信息，提示水已經(jīng)加熱完畢；利用手機(jī)短信功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)手機(jī)短信發(fā)送“開”時(shí)，可以自動(dòng)接通繼電器，當(dāng)發(fā)送“關(guān)”時(shí)，則自動(dòng)斷開繼電器，當(dāng)發(fā)送“溫度”時(shí)，則會(huì)以短信形式傳送實(shí)時(shí)溫度信息。

二、遠(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)中硬件設(shè)備由單片機(jī)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(jī)小系統(tǒng)

復(fù)位電路以及品振組成了單片機(jī)小系統(tǒng)，在單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部已有時(shí)鐘振蕩的電路，在組件單片機(jī)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(jī)可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘電路功能。系統(tǒng)單片機(jī)時(shí)鐘的頻率可以設(shè)置在12 MHZ，單片機(jī)復(fù)位引腳的設(shè)置可以通過按鍵，在必要時(shí)重新啟動(dòng)單片機(jī)。電熱水器系統(tǒng)中單片機(jī)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(shí)能夠減少功能耗損，系統(tǒng)資源十分豐富，價(jià)格相對(duì)較低。

（二）溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(diǎn)，顯示屏自帶字符儲(chǔ)存庫，結(jié)合要求初始化系統(tǒng)，設(shè)置顯示內(nèi)容以及顯示位置，即可將數(shù)字、字母和符號(hào)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(jī)P0端口進(jìn)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(jìn)行連接，且特殊功能RS與單片機(jī)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(duì)比度和亮度等，電路電阻數(shù)值為2K。

（三）電源模塊設(shè)計(jì)

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

（四）溫度傳感器設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)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(dǎo)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(guān)信號(hào)，其具有耗能較低、體型微小、抗干擾能力較強(qiáng)、性能較好等特點(diǎn)。溫度傳感器DS 18 B2和單片機(jī)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(shí)，I/O線需要在轉(zhuǎn)換溫度過程中提供相應(yīng)能量，利用VDD外部電源或者寄生內(nèi)部電源來實(shí)現(xiàn)功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要將單機(jī)片P2.4端口和數(shù)據(jù)線相連接，在單片機(jī)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(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中矩陣鍵盤設(shè)計(jì)中，具有手動(dòng)開啟和關(guān)閉熱水器加熱功能，鍵盤中設(shè)有刪除、取消、增加、減小、設(shè)置等功能鍵和數(shù)字鍵，且按鍵對(duì)應(yīng)單片機(jī)P1.0-P1.7端口。在系統(tǒng)正常啟動(dòng)情況下，單片機(jī)端口可以處于高電平的狀態(tài)，如果按下某個(gè)按鍵，則會(huì)連通兩端按鍵，拉下單片機(jī)連接端口，從而單片機(jī)可以將按鍵動(dòng)作準(zhǔn)確捕捉。

（六）繼電器設(shè)計(jì)

單片機(jī)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(shè)計(jì)研究

在總系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)是核心組成部分，合理的軟件設(shè)計(jì)可以將硬件資源充分利用起來，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)期功能。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序過程中，需要將各個(gè)模塊進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，如：初始函數(shù)設(shè)計(jì)、DS 18 B 20函數(shù)設(shè)計(jì)、定時(shí)器函數(shù)設(shè)計(jì)、LCD 1602函數(shù)設(shè)計(jì)、GMS函數(shù)設(shè)計(jì)以及按鍵掃描函數(shù)設(shè)計(jì)等。在軟件程序中各函數(shù)調(diào)用中，應(yīng)初始化各個(gè)端口和定時(shí)器，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。在循環(huán)系統(tǒng)中利用標(biāo)志位來判斷系統(tǒng)模式是處于正常運(yùn)行還是調(diào)節(jié)，對(duì)掃描函數(shù)進(jìn)行快速執(zhí)行。如系統(tǒng)處于正常運(yùn)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(yuǎn)程智能家用電熱水器控制系統(tǒng)由多個(gè)小系統(tǒng)組建而成，其各個(gè)系統(tǒng)具有不同的功能，利用手機(jī)短信功能能夠遠(yuǎn)程的控制熱水器開關(guān)，使用戶能夠及時(shí)查看熱水器水溫。通過傳感器能夠?qū)λ疁剡M(jìn)行檢測，并將數(shù)據(jù)傳達(dá)至單片機(jī)系統(tǒng)中，自動(dòng)啟動(dòng)和斷開系統(tǒng)。通過實(shí)踐證明，智能熱水器具有反應(yīng)靈活、調(diào)試方便等特點(diǎn)，安全穩(wěn)定，可以為人們生活帶來很大方便。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

[3] 閆曉陽，李晗.基于單片機(jī)的智能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017.