基于STM32的遠程智能電熱水器控制系統設計

齊延興　楊雪銀　王增玉

摘 要：研究并設計了一款以STM32單片機為核心的遠程智能電熱水器控制系統。該系統以DS18B20數字式溫度傳感器實時檢測水溫，通過GSM模塊TC35實現了手機與STM32的無線通信，可對電熱水器進行遠程監控，提高了人們的生活質量，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：STM32;電熱水器;無線通信

中圖分類號：TM925文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.005

Design of Remote Intelligent Electric Water Heater Control System Based on STM32

Qi Yanxing， Yang Xueyin， Wang Zengyu

（School of Automation and Electrical engineering， Linyi University， Linyi? 276005，China）

Absrtact：This paper designed a remote intelligent electric water heater control system based on STM32 single chip microcomputer. This system used DS18B20 digital temperature sensor to detect water temperature in real time， and realized wireless communication between mobile phone and STM32 through GSM module TC35， which can monitor electric water heater remotely and improve people's quality of life.

Key words： STM32; electric water heater; wireless communication

1 研究意義

隨著人們物質生活水平的不斷改善和提高，對于生活舒適程度的要求也越來越高，因此，眾多的智能家居控制系統進入人們的生活。但由于熱水器種類眾多，控制方式不統一，因此，智能家居控制系統很少包含對于熱水器的控制模塊[1-3]。

現今，由于燃氣式熱水器容易受水壓限制，且安全性較差，易出現中毒、爆炸等事故，而太陽能熱水器易受天氣的影響，因此儲水式電熱水器的應用越來越多。為滿足人們對高質量生活的需求，設計了一款可以實現遠程控制的智能電熱水器控制系統，使人們回家后即可洗舒服的熱水澡。

2 硬件設計

該系統的被控對象是家用儲水式電熱水器，被控參量是溫度，要根據鍵盤的輸入信息或遠程控制信息對加熱器進行實時控制，因此，是一個以微處理器為核心，應用傳感器技術和無線通信技術的實時控制系統[4-6]。為實現上述功能，同時便于實現通信功能和以后升級的需要，本系統選用STM32單片機作為控制核心，以DS18B20數字式溫度傳感器采集溫度信息，以西門子公司的GSM模塊TC35進行遠程通信，以LCD12864實時顯示相應信息。系統的工作過程為：STM32單片機不斷掃描鍵盤輸入信息和GSM模塊的短信收發，根據掃描到的信息來控制加熱器，并通過GSM模塊發送數據到用戶手機。系統的結構框圖如圖1所示。

2.1 微處理器STM32

為了便于實現通信功能和以后升級的需要，本設計選用了32位嵌入式單片機STM32，具體型號為STM32F103RBT6。

該單片機是意法半導體公司推出的一款超低功耗32位微處理器，工作頻率高達72 MHz。片內具有20 KB的SRAM和64 KB的FLASH，以及眾多的增強I/O接口。所有外設可通過兩條APB總線相連，且都可匹配標準的通信接口。

2.2 溫度檢測與控制

溫度檢測采用防水式數字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20是美國DALLAS半導體公司推出的“一線式”接口的溫度傳感器，可直接將溫度轉化為數字信號。測溫范圍為-55～125 ℃。在-10～85 ℃范圍內精度為±0.5 ℃。為提高溫度檢測的精度，采用兩個DS18B20檢測兩點的溫度。兩個DS18B20并聯在唯一的三線上，實現方便。同時，為了滿足人們方便洗浴和節省能源的要求，可以選擇全桶或半桶加熱，因此，采用上下兩組共四只DS18B20完成溫度的檢測。DS18B20可以采用外部電源，也可用內部寄生電源，為提高可靠性采用外部電源供電，同時，數據線通過10K上拉電阻以提供足夠能量。

加熱器采用交流220 V供電，故需要加固態繼電器。即利用單片機控制繼電器，由繼電器的接點接通加熱器。

溫度檢測與控制電路如圖2所示。

2.3 GSM模塊

GSM模塊選用西門子的TC35，可工作在900 kHz和1800 kHz兩個頻段。TC35主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、電源模塊、閃存、ZIF鏈接器、無線接口等部分組成，具有信號傳輸快、性能穩定、功耗低等特點。該模塊有半速、全速和增強型全速三種速率供選擇，可工作于通話模式、空閑模式和省電模式。同時，該模塊支持232/TTL電平的串口連接，可通過USB轉232模塊或USB轉TTL模塊連接電腦，應用方便[7-8]。

通過手機短信息實現遠程控制，控制指令使用“密碼+指令”的格式發送。STM32通過GSM模塊接收短信數據，然后進行數據的識別、處理。若密碼正確，則按照接收到的信息完成相應的控制功能[4，5]。

手機向本系統發送“開”可以接通繼電器使加熱器工作;發送“關”可以切斷繼電器停止加熱。同時，本系統會定時向手機發送當前溫度及其它工作狀態。TC35電路原理圖如圖3所示。

2.4 顯示模塊

信息的顯示采用LCD液晶屏，具體型號為LCD12864。LCD12864是帶中文字庫的具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，可以顯示8×4行的16×16點陣漢字，也可完成圖形顯示?？梢愿鶕枰獙崟r顯示溫度、時間、日期或其它信息。

3 軟件設計

遠程智能電熱水器控制系統軟件采用C語言編寫，采用模塊化程序設計，包括主程序、溫度檢測控制子程序、顯示子程序、GSM通信程序。系統的工作流程為：啟動系統后進行初始化，對各項參數進行檢測，若溫度超限則報警，同時將報警信息發送到手機。系統根據收到的短信或鍵盤輸入的相應指令完成對應的控制功能。系統主程序流程圖如圖4所示。

4 總結

通過對基于STM32的遠程智能儲水式電熱水器控制系統的研究和設計。本系統以STM32F103RBT6單片機為核心，對電熱水器的溫度及運行狀況進行檢測與控制，并通過GSM通信實現遠程監控。該系統經調試和長期運行后，各項指標穩定可靠，且操作簡便、成本低、易升級，具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

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