基于STC12C5A60S2單片機(jī)對(duì)智能熱水器的應(yīng)用提高系統(tǒng)

王驥豪++李莎

摘 要：通過(guò)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(guò)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(lái)越重要的角色，越來(lái)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(wèn)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(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生過(guò)燒的后果，浪費(fèi)電能事小，造成安全問(wèn)題事大。

2 智能熱水器的創(chuàng)新點(diǎn)

通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)基于STC12C5A60S2的熱水器的溫度和液位顯示及簡(jiǎn)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(guò)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(lái)。接下來(lái)從以下幾點(diǎn)說(shuō)出該改進(jìn)系統(tǒng)給人們帶來(lái)的便利：①熱水器自動(dòng)加水，從而減少了過(guò)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(guò)高或者過(guò)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(lái)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(kāi)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(wú)法正常工作。電源模塊如圖2所示。

（3）DS18B20溫度傳感器電路。DS18B20：?jiǎn)慰偩€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(guò)液晶顯示屏觀察到太陽(yáng)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(guò)數(shù)字信號(hào)的變化來(lái)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(lái)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(wèn)利用這種方式。既可以簡(jiǎn)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(guò)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^(guò)高而溢出，因?yàn)樗贿^(guò)低而過(guò)燒的情況，節(jié)省能源，保證用戶安全的問(wèn)題，有效的解決了加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生的過(guò)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(kāi)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(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010.

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：國(guó)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(jiǎn)介：王驥豪（1994-），男，安徽肥東人，學(xué)生，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制。