远程智能家用电热水器控制系统设计探究

仇婷

【摘 要】近年来，随着人们生活水平的不断提升，科学技术也在不断进步，智能家电逐渐走进人们生活中，为人们提供了很多的便捷。远程智能家用电热水器控制系统是以单机片技术为基础，系统由控制器STC 89 C 52RC单片机、温度传感器DS 18 B 20、液晶显示屏LCD 1602、GSM模块以及矩阵键盘组成，从而保障系统设计满足功能需求。本文深入探究了远程智能家用电热水器控制系统结构和功能，并对系统软件和硬件设计进行研究，旨在通过合理系统设计，有效提升人们生活质量。

【关键词】远程智能；家用；电热水器；控制系统；设计；单片机；温度传感器

随着现代技术的不断发展，在各行各业中的应用越来越广泛。现代人们生活的节奏较快，对生活质量要求逐渐提升。传统热水器易受到水压影响，且安全性能无法得到较好保障，近年来新闻媒体上经常报道因燃气热水器导致的爆炸及中毒事故；而储水式热水器在使用过程中可以减少废气产生，为人们提供大量热水，可以实现系统智能控制，被人们所青睐。远程智能家用电热水器控制系统可以实现远程设置温度、监控和控制系统，从而满足人们的品质生活。

一、远程智能家用电热水器控制系统结构和功能设计

远程智能家用电热水器控制系统所采用的单机片为51系列的STC 89 C 52RC，其是系统的控制核心部分，数字温度传感器为DS 18 B 20，其能够获取系统温度相关信息，而GSM模块（西门子公司）的TC 35主要是通过手机短信的方式来控制系统，液晶显示屏LCD 1602可以将数据显示出来，并通过矩阵键盘来输入信息。利用温度传感器DS 18 B 20进行水温信息的采集工作，利用单片机STC 89 C 52RC进行数据采集和读取，利用显示屏来显示热水器内水温度。通过中断定时器可以将矩阵键盘以及GSM模块单片机手机短信信息进行扫描，依照扫描结果对继电器通断进行控制，利用GSM模块将用户水温情况发送至所设置的手机号码中[1]。

远程智能家用电热水器控制系统需要实现的功能如下：设置电热水器的报警温度，通过设置按键，可以进行温度加减来设置温度上限和下限的报警数值。一般情况下，温度精度可以达到0.1毒，所测量的范围在0°-99°之间；通过按键实现电热水器中继电器的手动接通和手动断开；在达到一定温度值后，系统可以自动的启动电热水器，在热水器温度低于所设置的下限值时，电热水器的继电器会自动的接通，在热水器温度高于所设置的上限值时，电热水器的继电器会自动的断开，并向设置手机号传送信息，提示水已经加热完毕；利用手机短信功能对系统进行控制，当手机短信发送“开”时，可以自动接通继电器，当发送“关”时，则自动断开继电器，当发送“温度”时，则会以短信形式传送实时温度信息。

二、远程智能家用电热水器控制系统硬件设计

在控制系统中硬件设备由单片机AT 89 C 51、测温电路AD590、液晶显示屏LCD 1602、GSM模块以及矩阵键盘、电源稳定器LM 7805以及继电器组成，电路原理如下图所示：

（一）单片机小系统

复位电路以及品振组成了单片机小系统，在单片机系统内部已有时钟振荡的电路，在组件单片机小系统过程中，将XTA L1以及XTA L2之间添加反馈电路即可，单片机可以实现时钟电路功能。系统单片机时钟的频率可以设置在12 MHZ，单片机复位引脚的设置可以通过按键，在必要时重新启动单片机。电热水器系统中单片机STC 89 C 52RC所采用CMOS工艺的八位处理器，其工作性能稳定可靠，在工作时能够减少功能耗损，系统资源十分丰富，价格相对较低。

（二）温度显示系统设计

控制系统中液晶显示屏LCD 1602具有集成度较高、体型较小特点，显示屏自带字符储存库，结合要求初始化系统，设置显示内容以及显示位置，即可将数字、字母和符号显示出来，该系统操作十分简单便捷。系统中的LCD 1602显示屏引脚可以与单片机P0端口进行连接，也可以看做是P0.0-P0.7和LCD 1602中DB0-DB7数据线进行连接，且特殊功能RS与单片机P2.5端口连接、RW与P2.6端口连接、E与P2.7端口连接，VO端能够调节显示屏中字符对比度和亮度等，电路电阻数值为2K。

（三）电源模块设计

系统中设置5V单片机电压，采用LM 7805二端继承供电系统。

（四）温度传感器设计

远程智能家用电热水器系统中温度传感器为DS 18 B2，其最早由美国半导体公司DALLAS推出的，其能够支持温度总线，通过转化温度信息处理相关信号，其具有耗能较低、体型微小、抗干扰能力较强、性能较好等特点。温度传感器DS 18 B2和单片机相连接过程中，需要能够实现DS 18B 20和微型处理器双向通讯的线路。DS 18B 20在转换温度时，I/O线需要在转换温度过程中提供相应能量，利用VDD外部电源或者寄生内部电源来实现功能。在系统设计中需要将单机片P2.4端口和数据线相连接，在单片机主板处连接地线和电源，利用电源电压在数据线上通过10K电阻，从而提供充足能量。

（五）矩阵键盘设计

在系统中矩阵键盘设计中，具有手动开启和关闭热水器加热功能，键盘中设有删除、取消、增加、减小、设置等功能键和数字键，且按键对应单片机P1.0-P1.7端口。在系统正常启动情况下，单片机端口可以处于高电平的状态，如果按下某个按键，则会连通两端按键，拉下单片机连接端口，从而单片机可以将按键动作准确捕捉。

（六）继电器设计

单片机P3.3端口可以控制系统连接和断开，如果P3.3端口所输出的是高电平，在接通继电器后，则热水器保持加热状态；如果P3.3端口所输出的是低电平，在断开继电器后，则热水器停止加热。

三、控制系统软件设计研究

在总系统中软件设计是核心组成部分，合理的软件设计可以将硬件资源充分利用起来，从而实现系统预期功能。在设计系统软件程序过程中，需要将各个模块进行合理设计，如：初始函数设计、DS 18 B 20函数设计、定时器函数设计、LCD 1602函数设计、GMS函数设计以及按键扫描函数设计等。在软件程序中各函数调用中，应初始化各个端口和定时器，進入循环系统。在循环系统中利用标志位来判断系统模式是处于正常运行还是调节，对扫描函数进行快速执行。如系统处于正常运行模式，则可以将温度函数显示出来。

四、结语

综上所述，远程智能家用电热水器控制系统由多个小系统组建而成，其各个系统具有不同的功能，利用手机短信功能能够远程的控制热水器开关，使用户能够及时查看热水器水温。通过传感器能够对水温进行检测，并将数据传达至单片机系统中，自动启动和断开系统。通过实践证明，智能热水器具有反应灵活、调试方便等特点，安全稳定，可以为人们生活带来很大方便。

【参考文献】

[1] 刘海锋.远程智能家用电热水器控制系统的设计[J].电子世界，2017.

[2] 谭志强，杨俊杰，楼志斌，魏春娟.家用智能电热水器控制系统设计[J].仪表技术，2016.

[3] 闫晓阳，李晗.基于单片机的智能热水器控制系统设计[J].科学技术创新，2017.