王驥豪++李莎

摘 要：通過對(duì)當(dāng)前戶外熱水器的分析，設(shè)計(jì)了一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)為處理器的低功耗、高性能的智能熱水器，通過對(duì)水溫和液位的檢測(cè)，能自動(dòng)對(duì)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(jì)，其功能更強(qiáng)且更加的人性化。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2；智能化；自動(dòng)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(chǎng)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(shí)候不能方便的使用。雖然熱水器具有輔助加熱的功能，有時(shí)候可能因?yàn)榧訜釙r(shí)間過長而產(chǎn)生過燒的后果，浪費(fèi)電能事小，造成安全問題事大。

2 智能熱水器的創(chuàng)新點(diǎn)

通過設(shè)計(jì)一個(gè)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(jìn)行溫度檢測(cè)和液位檢測(cè)。檢測(cè)后，將檢測(cè)到的信息傳送給單片機(jī)，單片機(jī)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(xiàng)目將家居生活與智能控制聯(lián)系起來。接下來從以下幾點(diǎn)說出該改進(jìn)系統(tǒng)給人們帶來的便利：①熱水器自動(dòng)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(shí)提高節(jié)能減排的意識(shí)，系統(tǒng)采用低功耗的控制，避免能源的浪費(fèi)。

3 智能熱水器的整體設(shè)計(jì)方案

智能熱水器主要是由主控系統(tǒng)、檢測(cè)單元、電源管理模塊、執(zhí)行機(jī)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(cè)量機(jī)構(gòu)，檢測(cè)溫度和液位是否過高或者過低，檢測(cè)到之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(jī)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(jī)最小系統(tǒng)模塊，電源模塊、傳感器檢測(cè)模塊、LCD液晶顯示模塊。下面分別介紹STC12C5A60S2單片機(jī)的概述、電源模塊、傳感器檢測(cè)模塊、LCD液晶顯示模塊。

（1）STC12C5A60S2單片機(jī)的概述。STC12C5A60S2單片機(jī)是宏晶公司最新STC12系列單片機(jī)，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(jià)比。STC12有非常強(qiáng)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(dú)立電源給整個(gè)系統(tǒng)供電，提高供電可靠性。同時(shí)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(cè)量范圍為-55℃-125℃[1]。DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理比其他幾個(gè)模塊要難，因此在溫度的編程上花的時(shí)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。可以有效的將水位的信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，并且利用單片機(jī)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(hào)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(diǎn)陣液晶顯示器進(jìn)行監(jiān)控顯示，利用單片機(jī)的數(shù)據(jù)口控制液晶顯示器，即將液晶作為外部存儲(chǔ)設(shè)備來使用，配置好讀寫及控制信號(hào)的時(shí)序，指定指針即可實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶的讀寫訪問利用這種方式。既可以簡化了對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

通過實(shí)驗(yàn)，可以使熱水器保持在穩(wěn)定控制的范圍內(nèi)，可以解決因?yàn)樗贿^高而溢出，因?yàn)樗贿^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(shí)間不能控制而產(chǎn)生的過燒。因?yàn)樗疁夭皇芸刂贫斐蓪?duì)身體的傷害。同時(shí)將智能化與人們的實(shí)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(jì)的開始，系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的完善，后期將設(shè)計(jì)熱水器的環(huán)境測(cè)量功能。

參考文獻(xiàn)：

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

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目：基于STC12C5A60S2單片機(jī)對(duì)智能熱水器的應(yīng)用提高系統(tǒng)（編號(hào)：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(jī)控制。