單片機技術下家用電熱水器控制儀表設計

謝宗波

【摘 要】新時代下，我們的生活水平顯著提升，幾乎在每個家庭中都安裝了家用熱水器。通過分析熱水器行業發展，集安全、節能、舒適、便利于一身是對當前家用熱水器的一個主要要求。所以，我們必須要從熱水器的制造方面下功夫進行研究。對此，文章就單片機技術下家用電熱水器控制儀表設計的內容進行了探究分析。

【關鍵詞】單片機技術；家用；電熱水器；控制儀表設計

我們主要以某款單片機為研究核心，將一款家用電熱水器控制儀表設置了出來。通過Protel軟件將原理圖設計出來，之后通過Keil與實物軟件對儀表進行調試分析。此儀表利用對水溫變化的控制以及對溫度的檢測，從而保證很多智能環節都在單片機的輔助下完成。

一、研究背景及技術概述

我們以單片機為核心，將家用電熱水器控制儀表設計出來，文章主要以STC89C52型號的單片機為研究對象。其中，有以下幾個組件包含于此儀表內：（1）4位數碼管。其中，預設水溫會通過兩位數碼管顯示出來；實際水溫再通過另外兩位數碼管顯示。其中，在0-99℃控制具體水溫顯示范圍，在±1℃控制其精度，在40-80℃間控制預設溫度。如果用戶預設的溫度高于具體溫度1℃時，會吸合繼電器，將電加熱打開；相反，用戶預設的溫度低于采樣得到的具體溫度，且低于1℃時，就會斷開繼電器，電加熱就會暫停。（2）設置兩個程序按鍵。溫度鍵，這個鍵子每被按下一次，這樣會自動增加用戶預設溫度1℃，在向80℃增加了用戶預設溫度后，就會向40℃跳轉預設溫度，隨后對接下來的+循環鍵進行按動操作。溫度“-”鍵，每當這個鍵子被按下以后，會自動將用戶的預設溫度縮減1℃。如果在40℃控制用戶預設溫度，這樣會向80℃自動轉換預設溫度，從而向下一個“-”循環處轉變。（3）設置面板指示燈。將220V電源接通，這時會點亮此指示燈；（4）設置電路報警系統。過低或者過高的溫度都會自動報警。若是檢測溫度低于0℃或者高于85℃時，報警器自動響起。

由主函數、顯示函數、具體溫度與預設溫度比函數共同構成了主函數程序，用戶利用按鍵將自身所需的溫度設定出來，并且，預設溫度利用數碼管顯示出來。

二、具體的設計方式方法分析

（一）確定設計圖

單片機控制模塊、控制輸出電路、溫度采集電路、按鍵電路以及顯示電路等是此系統的主要構成部分。下圖為基本的系統框架圖，在合理的溫度內控制單片機檢測按鍵電路溫度。同溫度采集電路互相通訊，然后對彼此數據進行交換，隨后將控制輸出電路以及顯示電路驅動打開，主要由電源、數字溫度傳感器、電阻等一同構成了溫度采集電路。有兩個獨立按鍵組成了按鍵電路；由四位數碼管、74LS138、74HC573構成了顯示電路，由電阻、繼電器、二極管以及三極管一同構成了輸出控制電路。并且，由單片機最小系統構成了STC89C52控制模塊。

（二）設計硬件系統

文章所研究的家用電熱水器控制儀表系統主要由DS18B20溫度采集電路、控制輸出電路、電源電路、設置按鍵電路、數碼管顯現電路構成。通過protel99se將系統原理圖繪制出來，如下圖所示：

圖三為顯示電路，在對八段四位數碼管進行應用時，就會有位選與段選的劃分情況出現，這時可通過外部驅動電路以及單片機對要求點亮的數碼管進行選擇，其中，數碼管的位選用74LS138進行選擇，數碼管的段選用74HC573進行選擇，進而將點亮所需的段與位發光二極管進行選擇。

其中有一個最下系統電路存在于家用熱水器控制儀表內，其中，10uf電容并聯電路以及5V電壓連接復位按鍵是其主要構成部分，將它們與單片機的RET腳連接起來，并且與10K的下拉電阻連接，在程序進入死循環或者出現錯誤時，可以將復位按鍵按下去，從而達到復位系統的目的，然后重新打開啟動程序。

其中，單片機IO口輸入功能在此設計中被有效展現了出來。在一起連接四個按鍵的一端，并且與地連接，將另外一端分別和STC89C52單片機的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3的端口連接到一起，并且，10K的上拉電阻施加到上面。如果均在高壓狀態下控制四個IO口，這樣就表明沒有有效的按下按鍵，如果在低電壓狀態內控制了IO口，這樣就表明成功按下了所連接按鍵。下圖為按鍵電路。

（三）設計系統軟件

首先對按鍵函數進行設計，其次，對顯示函數進行設計；最后設計實際溫度與預設溫度的對比函數。用戶利用按鍵將適宜的溫度設置出來，隨后通過顯示電路將用戶預設溫度顯示出來。利用STC89C52和DS18B20數字傳感器間的單線通訊，從而對實際溫度進行采集，隨后單邊機將數碼管驅動起來，從而將采集的具體溫度顯示出來。然后利用函數的比較，對比分析實際溫度和預設溫度的大小，最后分析有無必要將繼電器打開持續完成加熱。主要由DS18B20函數、按鍵函數、顯示函數、主函數以及延時函數等一同構成了所設計的家用熱水器控制儀表。利用顯示函數、按鍵函數完成相關分析、判斷，從而將相應的功能在家用熱水器控制儀表內有效的展現出來。

其中，都是由主函數與多個子函數構成了各個程序，并且，在主函數內將各個子函數的功能展現出來。基于這種設計，預設溫度主要利用按鍵函數表示出來。對于實際溫度以及預設溫度用顯示函數顯示出來，對于有吸合繼電器的情況可以通過繼電器函數進行判斷分析。

三、結語

文章從具體情況入手，將一種實用、簡單的家用熱水器控制儀表設計了出來。通過連接起數字溫度傳感器、繼電器、單片機、按鍵、數碼管以及其他硬件，構成一個先進、多樣化的家用熱水器管控系統。通過pro-tel99se軟件繪制出家用電熱水器控制儀表原理圖，然后根據具體情況制作出相應的樣機；在編寫與調試程序時，主要通過Keil軟件來實現和完成，通過燒錄軟件向單片機內錄制程序，并且達到測量實物的目的，然后按照具體的測試結果，不斷的對程序進行調試和修改，從而將具體的設計方案制定出來。

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