市场上许多相关产品都能实现水温的灵活控制，但市场显然对性能指标和数据处理速度有着更高的要求。为了提升整体的数据处理速度采用STC89C51单片机为主要控制芯片，通过合理的电路结构搭建，使得主控微处理器能够与它片外的LCD1602液晶屏幕、DS18B20传感器、有源蜂鸣器和继电器等器件实现高效高正确性的通信，从而能够保证整个硬件系统高效率工作，而在软件系统方面则通过从上而下的设计方法将每一个功能进行流程图的绘制，将功能执行过程中的重要节点进行分析，大幅度提升程序执行的效率。本课题所设计的这款智能热水箱系统具有更高的性能指标，能够进行快速高精度检测，通过数字信号形式将检测到的温度值送入到高性能的微处理器芯片中进行快速处理。
目录
引言
（一） 智能热水箱的发展背景和国内外发展现状。
（二） 本文主要研究内容
一、 智能热水箱的方案设计
二、 系统硬件设计
（一） 智能热水箱主控电路设计
（二） 热水箱的液晶显示电路设计
（三） 水温采集电路设计
（四） 水温异常报警电路设计
（五） 加热器控制电路设计
三、 系统软件设计
（一） 智能热水箱的主程序流程设计
（二） 液晶显示子程序流程设计
（三） 温度采集子程序设计
（四） 水温异常报警子程序设计
（五） 加热控制子程序流程设计
四、 仿真系统设计
总结
参考文献
致谢
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序
引言
智能热水箱的发展背景和国内外发展现状
智能热水箱系统历经了多个有代表性意义的阶段，首先在单片机等微处理器芯片研发和应用技术还没有普及甚至是没出现之前，智能热水箱系统的研发人员只能够在种类较少的数字集成芯片中找寻到一些功能较为简单的逻辑门芯片、译码或者解码芯片，通过数十个这种功能较为简单的数字芯片进行电路搭建，构建出一个电路形式非常复杂的智能热水箱系统架构，虽然电路架构看起来非常复杂，但 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
是最终能够实现的功能却非常简单，此时的智能热水箱系统外形体积较为庞大，大多数资料表示工程师最为头疼的就是当智能热水箱系统出现故障时，故障排查工作以及维修非常麻烦，需要对硬件电路架构中的各个节点进行逐一排查，需要消耗较多的时间才能够找寻到问题的所在。在上世纪八十年代前后低性能的单片机等微处理器芯片被研发出来，伴随着微处理器芯片一同出现的是最新版本的C语言编程语言，单片机系统研发人员将这种最初适用于unix系统开发的高级语言，率先引入到了单片机系统开发领域，将C语言能够直接操作底层硬件的属性加以使用，由于可以直接操作单片机芯片中的各种类型的寄存器，因此就能够使得单片机按照C语言程序代码的控制而实现工作，这样设计人员就能够将设计灵感通过C语言程序代码进行转换，从而实现单片机控制系统的各种智能功能。
与此同时国内技术在这段时间处于飞速发展的状态，国内外大多数的研发厂家和爱好者都越来越喜欢采用32位微处理器（STM32、ARM7以及ARM9等）芯片来作为主控部分，并且选用性能更加强大的传感器来采集信号，从而实现性能更为强大的智能热水箱系统。现在智能热水箱对于水温的控制和测量精度稍有些不足，传感器要更灵敏的检测温度得到合适的出水温度，还需要更强的处理速度。
本文主要研究内容
本课题为这款智能热水箱系统的主控核心选用的是目前市面上性价比较高的STC89C51单片机芯片，通过高性能的全数字式的微处理器芯片进行控制和合理的电路结构搭建，使得主控微处理器能够与它片外的LCD1602液晶屏幕、DS18B20传感器、有源蜂鸣器和继电器等器件实现高效高正确性的通信，这款基于STC89C51单片机作为主控的智能热水箱系统将实现如下功能指标：
1、能够将智能热水箱系统的重要运行参数通过高清晰度液晶显示效果展示出来；
2、能够使用单片机构建数据接口驱动DS18B20温度传感器，实现不低于0.5摄氏度的温度检测精度；
3、能够实现有源蜂鸣器驱动电路，并且通过C语言的配置，实现STC89C51单片机对该电路的控制；
4、能够在STC89C51单片机的控制下实现继电器内部线圈的供电状态，在C语言程序中能够灵活改变继电器的工作状态；
智能热水箱的方案设计
根据现在需要，需实现STC89C51单片机的主控功能，还需要将图中的复位电路和晶振电路两个子模块与STC89C51单片机芯片进行连接，由于STC89C51单片机是主控核心，所以各个功能子模块都与主控微处理器之间有信号交互。
具体结构框图如下图，为了能够使得系统快速获取到热水箱内的实时温度数据，采用了下图中的DS18B20数字温度传感器电路，单片机通过单总线接口对该传感器进行驱动从而能够快速得到温度值；为了能够使得系统灵活的控制热水箱内的温度大小，采用大功率继电器模块启闭加热器的方案来实现对热水箱的加热，从而控制温度。为了能够实现对用户设置的热水箱温度数值的保存，使得系统掉电后不会把用户数据丢失，配置了下图中的数据存储电路，并通过IIC接口使得该电路与单片机之间进行连接；为了实现当热水箱内温度出现异常时进行清晰的报警功能，配置了异常报警电路，通过电平信号实现对该电路的启闭控制；为了能够将检测到的热水箱温度数值显示给用户，将通过LCD1602液晶屏来实现该功能。


图11 智能热水箱系统结构图
系统硬件设计
智能热水箱主控电路设计
STC89C51单片机简介
STC89C51单片机是一款非常适合本智能热水箱系统的微处理器，主要性能表现在对于大量数据的快速运算方面，这主要得益于其内部高性能的RAM模块，虽然这个RAM的容量大小只有256字节，但是它对数据的传输速度极高，能够远远满足CPU对于数据的请求速度，这项性能能够保证本课题将要设计的智能热水箱系统表现出对外部信号快速的反应能力，具有极快的响应速度。
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图21 STC89C51单片机
最小系统电路设计
最小系统电路的主要设计点是复位和晶振电路，随后将这两个部分与STC89C51单片机芯片进行正确连接即可将最小系统构建出来，从而实现对周围电路模块的驱动。

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