基于51系列单片机热水器温度控制系统设计
摘要：这个温度控制系统的灵感来源是每个家庭都会有的一种装置，热水器。它是在普通热水器的基础上进行升级和改进。具体的使用方法还有他的具体功能等，会在本次设计后面的几个部分来具体讲解。因为这个系统并不是简简单单的理论而已，所以我们现在有两个大部分，一个是硬件的设计，然后在硬件的基础上在进行软件的开发设计。当两个部分都做完之后，会将两个部分结合，会对硬件和软件结合后的运行状态作分析，若是融合得很完美，没有出现错误和一些Bug的话就可以去具体的实施了。若是因为硬件或者软件的一些问题使这个装置不能完美运行，那就重新修改，使其用最完美的姿态呈现出来。我希望这个热水器可以为人们做出改变，让他们可以因为这个热水器而过的更加的舒适，更加的开心。而且我的本意就是要把这个系统推向所有的层次，包括老人小孩都可以完美运用，最重要的是大大提高了安全性和实用性，也能为广大群众节约时间提高生活质量。
关键词：智能温控系统；热水器；
Design of temperature Control system based on 51 Series single Chip Microcomputer
Abstract:This temperature control system is inspired by a device that every home has, the water heater. It is upgraded and improved on the basis of ordinary water heaters. The concrete use method also has his concrete function, will be in this design later several parts to explain in detail. Because this system is not a simple theory, so we now have two large parts, one is the hardware design, and then on the basis of the hardware software development design. When the two parts are finished, the two parts will be combined, and the operation state of the hardware and software will be analyzed. If the integration is perfect, there will be no output. Now error and some Bug words can go to the concrete implementation. If the device does not work perfectly because of hardware or software problems, modify it to present it in the most perfect manner. I hope that this water heater can make changes for people, so that they can pass through because of the water heater more comfortable, more happy. And my intention is to push the system to all levels, including the elderly and children can be used perfectly, the most important thing is to greatly improve the safety and practicality, but also to save time for the masses to improve the quality of life.
Keywords:Intelligent thermostatic water valve system;water heater
第一章绪论
1.1发展背景
在现在科技高速发展的社会中，掌握科技就是掌握便利掌握主动权，只有在科技的推动下社会发展才会更加快速。温度是工业生产过程中和我们日常生活中常见的变量。例如：在工业生产中简单的蒸馏环节都需要控制解热速度，因为液体在进行加热的时候温度并不完全均匀,越靠近热源温度越高虽然有对流作用,但对流本身的动力来源就是温度差加热越猛烈,温度差就越大,高温区域的温度就会越多地超过蒸馏温度,使更高沸点的物质也气化逸出,从而对蒸馏效果不利。再例如：我们生活中随处可见的各类蔬菜水果养殖大棚，它们和温度也是息息相关，因为蔬菜水果等植物农作物生长需要适合的温度，温度低了，植物会因为寒冷而枯萎，若的温度太高的话，植物也会死亡。水果蔬菜一般在20度到35度阶段适合生长。夏天阳光好的大棚温度会高达50度的高度或更高的温度，会使瓜果蔬菜热伤害或热死，所以就需要调节温度。这些，都需要科技来支持。
在电子产品中，目前使用的比较多的就是单片机，而且温度控制等相关的产品也越来越多。随着控制温度的产品范围越来越广，可以运用在各种场所和各种环境下的温度控制器也就慢慢的被开发了出来。按照目前来看，国内外温度控制器品牌琳琅满目，各种类型，各种作用的都有许多。目前比较常见几类控制器有突跳式，液涨式等这几类，日常生活中随处可见，正是因为使用的大众化，使用的那么广泛所以我们才要使温度控制器更加的完美，更加的方便，以至于成为老弱妇孺皆可用的一项温度控制器。
单片机为什么会如此受欢迎，是因为它的设计理念和设计方法是全新的，它是从根本上开始改变。以前，模拟电路和数字电路能做的它现在都能做，而且还会做得更好，更完美。大到一艘大航母或者天上的卫星，小到孩子普通的智能小玩具。这一切的种种都离不开单片机。所以种种看来单片机才是目前科技发展的主流，我这次以单片机的形式做毕业设计也是基于这个考虑，希望单片机的发展会越来越好，越来越完美。
1.2 发展意义
在我们的生活中，浴室这个地方遍布各个地方，规格各不相同，但是统一的就是需要调节水温，但是对于水温的控制每个地方都有自己的办法。对于水温加热这方面有许多方法，有的是电力加热，有煤炭加热，还有的用木材来加热，这些就会对能源造成不可避免的浪费。对于温度检测这方面，各个浴室使用的方法也有许多差异，高端一点的就是温度传感器，但是更多的就是用人体的触感来感知水的热度，人体感知来判断的话具有极大的随意性并且偏差性也很大，众所周知，人体感知温度的冷热程度是因人而异，有些人对于热水的承受能力比较强，有些人比较弱，所以这个方法无法用来满足大众的普遍需求，而且这样的话也会或多或少的浪费了最为珍贵的水资源，这是我们所不提倡的。并且最重要的是如果是人体感知的话，那肯定要有一位专门负责的人员在场，防止温度有太大的变化。所以，现在需要一种合理的，安全的，节能减排的一个温度控制设备，既要节能减排，又要舒适安全，这是本次温度控制系统所设计的重中之重。
因为现在的人们都希望享受生活，对生活的品质要求也越来越高。所以就更加的迫切出现可以为人们省出更多空间更多时间的设备。医院中的热水器，它的使用性也得到了提高，方便了病人与医护人员的使用。酒店的热水器大大提高了安全性和可靠性，为乘客提供了安全保障。但这些热水器也或多或少的存在着一些问题，解决这些问题，非智能化的单片机莫属。本次系统的设计就是依靠热水器的基础上改变它，让人们省去了等待的时间，省去了调水温的时间，也不会为了水一会热一会冷的状态而发愁。也会大大提高安全性和舒适性，满足所有年龄的人群，是一款真正的大众化的设计。在近几年的热水器中，他们的控制器技术也在一步一步的增强。几乎每年都有创新，每年都会有改革，在一次一次的改革中，热水器也变得越来越先进，越来越智能化。其实，我们仔细想想，从刚开始的少部分家庭安装热水器，到后来慢慢的大部分人家有热水器，发展到现在，可以说热水器已经是家庭必备了。所以我们更要去完善它，去改进它，让人们用起来更加的舒适，更加的放心。最主要的是我们要研究开发出来一个节能减排的控制器，因为我们要跟得上现在发展的主流方向，要和国家倡导的方向相一致，也为了地球更加美好做出一点绵薄之力。能源消耗量越少越好，因为这样的产品必定是以后的产品必须的特质。为了人类，为了地球，我们需要这样一款产品。所以我会更加努力，我们一起努力，朝着这个方向去做，即使做的不完美，有那么一点瑕疵，但是呢为了人们的生活品质和环境的改善，更加先进的温控器很有必要。
第二章 系统的总体设计
2.1系统简介
我所设计的此次温控系统主要是根据日常生活中的一些问题而设计的，它可以用在多种场所，可以用在商业性的公共浴室或者其他大型的用于洗浴淋浴的社会和私人场所，也可以用于家庭内部使用，总体来说就是安全，方便。这个温控系统可以用来完全的控制热水度数和出水量，而且可以实时监控，随时关闭与开启。这种设计杜绝了温度变化过大和用人体测试水温的弊端。而且在原有的基础上实现节能减排。这个系统的运行模式就是把水温升高，升到使用者设定的值，使人们不再依靠自身和其他的方法去手动调控水温。而且老少皆宜，上手轻松。烧水速度和出水量也会比一般的热水器要快和大。不过也有美中不足。就是在洗澡之前要提前几分钟的时间留给热水器烧水。我相信这个温度控制系统可以让人们的安全更加的有保障，让人们的生活更加有质量。
2.2 开发工具
我这次系统的研发使用了几个主要的开发工具，首先是KEIL C51软件，然后用到了我们使用比较多的C++程序开发软件还有一个Cadence Allegro
KEIL C51程序开发软件
与汇编做对比的话，C语言会更加的有优势， 不管是完善性还是在结构和可读性，还是C语言更胜一筹，还有可维护性，C语言也是会更好。你若是准备用C语言作为来编程的话，那我就会推荐你使用Keil，因为Keil很突出，而且它的使用更加的容易入手，而且窗口管理体系非常的灵活和方便，会让人更加容易去控制。
C++程序开发语言
C++是在C语言的基础之上进行的升级，它相比较C语言来说更加的方便和灵活。它是Web平台的动态网站开发技术。按照目前的发展水平来说，已经算是很完美了，因为它很实用，作为学生来说，用C++的话最为合适，不管是界面还是应用，这个还是更胜一筹的。
Cadence Allegro
这个cadence电子设计自动化产品在整个行业里面也算得上是佼佼者，他们系统的内容包含了许多许多，可以满足一般的需求，像他们公司系统级的设计，还有仿真和硬件建模在行业里面都是很不错的，像作用的验证还有逻辑的集成等等都处于领先地位。所以导致了世界上许多的公司标准都是以cadence公司来对比，这就更加说明了他们公司的强大，所以我会选择用这款产品来作为论文的设计工作。
2.3 需求分析
在我准备论文题目之前我仔细考虑了好久，最终确定这个方案之前我还对于用户需求了解过一点，所以我最终确定了，我的设计方向。首先是热水器的一些相关问题，热水器在目前的市场上特别热销，因为根据数据显示，销售数据一直在增高。其实，我们仔细想想，从刚开始的少部分家庭安装热水器，到后来慢慢的大部分人家有热水器，发展到现在，可以说热水器已经是家庭必备了。但是这就吱声了另一个问题，就是因为畅销，所以各种各样的热水器都出现了，犹如雨后春笋一样冒出了头，就是因为这样，使我们的选择性大大的变多，随之而来的问题就是该如何选择呢，因为我们所能了解的只是一些浅显的知识而已，难免会有些人买来之后会因为各种各样的原因让自己的使用体验极差，完全不是自己想象中的样子。当然了，我也针对这一问题做出了总结，分为了几点，方便，舒适，水量和易操作。我也为此进行了一次问卷调查，其中百分之三十二的人对热水器有一定的研究，可以自己选择，还有百分之五十三的人只是了解，并不深入，如果让自己去选择特别适合自己的话还是有一定的难度，然而还百分之十五的人，是一点都不懂热水器，对于热水器的了解只局限于平时的使用而已。所以更要设计一款容易对比，易于介绍，易于操作的产品出来。
现在家庭的普遍热水器分为三种，使用最多的是电热水器，其次是比较环保的燃气热水器，最后是最为环保的太阳能热水器。这三种热水器都有一个共同点，就是你没法完全的掌控出水的温度，所以，需要你用身体来感受水温，就是因为一次一次的调试，所以，这样会损失好多好多的水资源，造成了严重的浪费。而且最重要的是万一冷水因为各种原因突然没有了或者因为冷水没有即使补充导致没有了冷水，这样的话可能就会出现烫伤的情况，而且和外界的原因也息息相关，天气冷了和天气热了都会导致水温的变化，所以更加需要一款适合的温控系统出现。而且特别是用水量特别大的场所，常常因为水压出现各种问题，导致出现了许多许多使用体验不佳的人群。所以设计一套系统就是要全方面的，具体化的了解用户的想法和各种能出现的问题。所以设计之前进行调查就会显得格外的重要。
我在不同的场所和不同年龄段不同性别的的人群中进行了一次调查，调查的方向就是对于热水器的想法和对与热水使用方式。所以最后总结出来一个系统的框架，其中的一些功能就是按照人们的想法来实现它。一是需要自己控制水温，温度可以由自己的喜好来控制，因为每个人的喜好各不相同，所以这一功能尤为重要，也是这次设计的重中之重。二是操作方便，因为我的设计理念就是让各种年龄层次的都会使用并且会熟练地使用。正是因为这两点，才会让人们的使用是按照自己想法，真真正正的智能，真真正正的享受热水带来的快感。
2.4 业务分析
我的想法就是让这个系统的使用不局限，不单调，可以在各种场所各种使用人群中都适用。比如像公共浴室这种公共的场所，节省资源最重要，而且要干净。而在家里呢，就是要舒适，要安全，要享受。所以我根据不同的场所都设计了一款最为适合的系统。使这个系统成为真真正正意义上的为人所产生。
2.5 功能模块分析
按照所调查的情况和业务分析，我已经初步规划了系统的框架。先把我规划和设计的想法表达出来，这样的话你们就会对这个系统有个框架式的了解了。首先呢，温度控制这一块很重要。使用者可以依靠自己的想法来设定温度，当然了，会有一个温度采集的功能。因为这样才能让使用者了解当前的温度，然后按照这个温度来设置。避免了其它的因素出现。若是想要每次都是特定的温度，使用者还可以保存当前设置，如果想要重置，就可以先把原先的设定注销，在重现设置一个新的。这个设计的主要作用就是为人们的生活增添便利，节省时间。
温控系统的主要功能：
（1）水温采集
在使用者即将要来使用热水之前，温控系统会自动的显示目前水箱里面水的温度。给使用者一个直观的了解，以便使用者去设置新的水温。
（2）用户初始设置
使用者看到初始水温之后，可以设置一下热水器，使其成为自己最心仪的状态。
（3）用户使用
使用者根据自己的喜好设置好程序，然后系统会有一个开始加热的选项，点击加热，系统会根据你设定的温度去加热，当水箱里的水温度达到你设定的那个值之后，系统会有一个提示，这时使用者就能知道水已经烧好了，可以使用了。
（4）用户注销
若是因为自身或者外界原因，这个设置值已经不适用了，使用者就可以打开系统，将原先的设定给注销掉，这样就可以将之前的设置给清除掉，也不会影响接下来的设置。为了防止不小心错误使用，我设定了一个询问过程，当你选择注销之后系统会提示你注销之后原先的设定都不复存在，是否确定。
（5）用户修改、重新设置
当使用者点击确定注销后，系统就会变成初始化的样子，然后使用者就可以重新设置了。
目录
第一章 绪论 3
1.1 发展背景 3
1.2 发展意义 4
第二章 系统的总体设计 5
2.1系统简介 5
2.2 开发工具 5
2.3 需求分析 6
2.4 业务分析 7
2.5 功能模块分析 7
2.6 本章小结 8
第三章 系统的硬件设置 9
3.1硬件电路的设计总框图 9
3.2 USB接口模块设计 9
3.3 USB转UART模块设计 9
3.4 80C51单片机模块设计 11
3.5 LCD1602显示电路模块设计 12
3.6 按键模块设计 13
3.7 DS18B20温度传感器模块设计 13
3.8 舵机阀门模块设计 14
3.9 本章小结 14
第四章 系统的程序设计 15
4.1 程序的总设计框图 15
4.2 系统的模块设计框图 16
4.3 LCD程序设计 16
4.4 传感器模板模块程序设计 16
4.5阀门模块设计 16
4.6 本章小结 16
第五章 系统的调试 17
5.1 系统调试 17
5.2 本章小结 17
第六章 总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录 21
参考文献
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[11]谭浩强.C语言程序设计.清华大学出版社，2000.1.
[12]新浪博客.基于DS18B20和单片机的数字温度计设计.2014.6.
[13]道客巴巴.基于单片机的室内环境监控设计.2013.6.
