摘  要

热水器作为一种家用电器，出现在人们的生活之中。按能源分可以分为电热水器，燃气热水器，太阳能热水器等等。热水器给人们的生活带来方便的同时也暴露了其本身的一些缺陷，如不能预设水温水位，或不能远程操作，给用户的实际体验造成了一系列负面效果。

本次设计采用STC90C516RD+芯片作为控制芯片，外部设置语音模块，红外模块，矩阵键盘模块，温度模块，压力传感模块，LCD显示模块，以及时钟模块。完成一个电热水器工作的模拟控制器，也即为一个热水器客户端的设计。本次设计实现了预设温度，水位，以及时间的设定，有矩阵键盘和红外键盘两种操作方式，实时LCD显示温度，时间，以及水位，更有人性化的语音播报提示和报警功能。作为一个控制端，模拟控制加热，降温，加水等动作，并有相应提示。

引言

    随着科技发展的日新月异，单片机的应用已经逐渐地渗透在人们的生活当中。从简单的电子钟，电子表，到一些复杂的设计项目，都离不开单片机的身影。而热水器，作为已经普及的大众化家用电器，给人们的生活带来了无数的便利。但是随着时间的过去，人们对热水器的要求也越来越高，传统的热水器往往达不到人们的需求。

所以，具有更多更强大的功能的热水器控制器是本次设计的目标。本次设计需要完成传统热水器控制端没有实现的内容，它应该是一个能远程操作，能实时显示，能报警，能控制加热加水，并具有一定提示的简单易操作的热水器控制器。

本次设计采用STC90C516RD+的型号的单片机作为控制芯片，模拟了热水器控制端的工作情况。设计中采用了NOKIA5110LCD作为显示屏，模拟实际的热水器操作界面。以DS18B20作为水温的探测元件，以压力传感器作为水位的探测元件，实现了实时的水温和水压检测，完成了传统热水器控制端所不能达到的水温与水压控制。本次设计采用了DS1302时钟芯片，用来实现设计计划中的时钟模块，并且可以设定指定的时间后加热加水，给人们的使用带来了方便。本次模拟热水器控制器的设计中，加入了红外键盘和矩阵键盘两种操作方式，用户既可以近距离地用矩阵键盘来控制热水器的工作，也可以在远处通过遥控器实现相同的功能。控制器工作时，有相对应的语音提示，操作简单，易懂。

本次设计仅仅模拟了热水器控制器的工作，并未设计实际的加热，降温，加水的电路，通过模拟表述控制器的模拟工作逻辑即可。

1.系统整体方案设计

1.1 系统整体方案

本设计由于不需要考虑周边因素，不需要设计对应的加热加水电路，仅需要模拟逻辑，实现对应功能。因此采用直流5V的电压作为电源电压，感应采用DS18B20采集温度，水位通过对应的水压来获得，得到的压力值通过A/D转换，传入单片机中，作为考察水箱中水位是否正常的标志。如果温度过低过高，或者水位过低，将会通过电磁继电器来模拟开关动作，并赋予相对应的灯光显示。

关于热水器控制器的时间设定，采用DS1302时钟芯片来提供，时钟芯片相对于单片机自身的定时器，其精确度会提升很多，而且时钟芯片采用电池供电，当所有系统电源关闭（即模拟断电）后，时钟依旧能够正常显示正确时间。配合时钟芯片，完成关于时间，温度，水位的预设功能，提前加热，提前放水。

显示部分作为设计的一个大模块，占有很大的比重。本次热水器控制器的设计，采用了NOKIA5110显示屏，NOKIA5110性价比高，一次性能显示15个汉字，30个字符。仅需四根I/O线，即可实现驱动，性价比高，反应速度快，是显示屏中的不二之选。

本次设计采用矩阵键盘和红外键盘两个部分。既可以近距离控制，也能实现远程操作。

1.2 单片机的选择

本次设计需要的是一个功能强大，成本低，易更换的单片机作为控制芯片。由于本次设计涉及的芯片有A/D转换芯片，时钟芯片，语音芯片，并有其他模块，代码量较多，所以需要一个拥有大程序容量的芯片。

STC单片机采用串口方式进行下载，烧录程序，容易进行软件的维护。STC公司下的STC90C516RD+更是拥有64K的FLASH程序存储器，满足本次设计的要求，所以主控制芯片选用STC90C516RD+。

1.3 系统整体模块化设计

本毕业设计利用温度传感器进行温度检测，以单片机为控制核心，实现温度值设定、分析与转换、判断阈值、报警处理、控制信号输出。整个系统具有温度监测、温度上下限报警、温度设定与显示、时间数码显示，适当的语音提示等功能。因此，本次设计中，硬件模块大致上分为：时钟模块，温度传感模块，压力传感模块，矩阵键盘模块，显示模块，继电器模块和语音模块。

至此基本的元器件都已经确定，那么将进行整个系统模块化的拼接。通过预计划的功能实现目标，整个系统需要读取时钟芯片的数据，需要读取温度传感器所采集到的水温，压力传感器所采集到的水压变化，以及用户自己控制的矩阵键盘或者红外键盘的键值。单片机需要根据所接收到的这五个数据，来控制模拟的开关（电磁继电器），控制NOKIA5110的显示界面，控制语音模块的语音播报。

1.硬件部分

2.1 单片机以及最小系统

单片机是继集成了微处理器，集成了存储器和各种输入/输出接口的芯片。它是一种可编程的微处理器，51单片机是一个系列的8位单片机。本次设计采用的单片机是STC公司出品的STC90C526RD+芯片，其中16是指程序存储器的容量，RD+是表示内部RAM为1280B。此种芯片兼容传统的8051单片机，工作电压在3.3V到5.5V之间，工作的频率在0-40MHz，拥有大容量64K的FLASH程序存储器，3个定时器，8个中断源^[1][2]。

单片机主要管脚功能如下所示：

VSS：单片机的地线，接入GND即可。

VCC：单片机的电源线，接入电源正极即可，本次设计中电源正极为5V。

P0口：双向8位三态I/O口，内部没有上拉电阻。

P1和P2口：准双向8位I/O口，可由程序控制每个引脚高低电平。

P3口：除了能当做普通的I/O口外，还有第二功能，当作为普通I/O口时，与P1口类似，当用作第二功能时每个管脚定义如下。

P3.0：用作第二功能时为串行输入口RTD。

P3.1：用作第二功能时为串行输出口TXD。

P3.2：外部中断0口，本次设计中外部中断0口接入了红外接收头。

P3.3：外部中断1口，用法与外部中断0口相同。

P3.4：定时器0外部输入端。

P3.5：定时器1外部输入端。

P3.6：外部数据存储器写入脉冲。

P3.7：外部数据存储器读取脉冲。

XTAL1，XTAL2：时钟管脚，为单片机工作提供时钟源。

RET：复位引脚，连续输入两个以上的高电平有效。

单片机最小系统指的是能使单片机工作的最小电路。单片机的最小系统主要包含了时钟电路，复位电路两部分。

时钟电路是为单片机提供时钟源的电路，为单片机提供运行的时钟，如果时钟为0的话，单片机就不会工作。单片机的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，另一种是外部时钟方式：采用外部时钟方式时，单片机的XTAL1应该接地，XTAL2输入外部时钟信号，对应的采用内部时钟方式时，需要在XTAL1和XTAL2之间外接晶振和振荡电容，一般的，振荡电容为30pf^[4][9]。本次设计中采用的晶振是11.0592MHz的晶振。

单片机的复位电路一般采用按键上拉复位的方式，复位后程序计数器从0000H开始，即从头执行程序，用来完成单片机初始化和复位的操作。

除了时钟电路和复位电路以外，单片机最小系统需要人为街上电源，地线，以及EA/VPP线。EA管脚为单片机程序的管脚，当此管脚为高电平的时候，单片机从内部的程序存储器读取程序，当有外部扩展的ROM时，单片机先读内部的程序存储器，读完后再读外部的程序存储器。由于此次设计中需要单片机一直读取内部程序存储器，所以设计中需要将此管脚接入高电平（VCC）。