智能加热系统的设计与实现

【摘要】随着科学技术的发展，以及人们生活水平的提高，人们多生活的要求也是不段提高，家电的控制系统从手动到自动化，再到智能化的发展是趋势，本文实用度出发，设计出一个新的智能的加热控制系统，能够更好的实现人性化的控制。

【关键词】加热系统；智能化；单片机；传感器

一、引言

智能系统是指通过计算机技术，实现人类的一些智能的行为。随着科学技术的发展，尤其是近年来，计算机技术的发展，计算机已经完全能够实现很多自动化的功能。在此基础上，发展智能化，已经是大的趋势。人们现在的生活水平也不段的提高，对生活质量的要求也是不段的变化，从手动到自动化，再到智能化。所以现在智能产品的研究和生产也出现了新的发展机遇，本论文从实际的用途和发展出发，详细描述智能加热系统在家庭中的应用。

二、智能加热系统的基本结构

智能加热系统只要依靠各种传感器，采集运行设备的信息，然后通过处理器，进行控制，实现智能化和个性化，方便控制和安全。基本组成包括：水位检测模块，温度检测模块，功能控制模块，处理器，显示模块，加热模块，报警模块。其基本组成如图1。

水位检测模块：通过水位的传感器，测量加热前的水量。防止干加热，引起安全事故。检测信号以开关量送入处理器。

温度检测模块：检测加热后水的温度，分为0℃-100℃。把检测的物理量送入处理器比较得到温度值。

功能控制模块：只要包括洗澡功能键，洗碗功能键，开水功能键。

处理器：根据外部的传感器的信息，产生相应的控制信号，并控制电磁阀，实现相应的功能控制。

显示模块：

（1）按键的功能显示；（2）温度的功能显示。

加热模块：通过电热丝加热。

报警模块：当功能完成时的报警。

三、智能加热系统的工作原理

智能加热系统的处理器采用的是单片机，由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。单片机的特点是：（1）系统结构简单，使用方便，实现模块化；（2）单片机可靠性高，可工作到百万小时而无故障；（3）处理功能强，速度快；（4）低电压，低功耗，便于生产便携式产品；（5）控制功能强；（6）环境适应能力强。通过单片机的可编程控制，我们可以实现不同的功能控制。在现在的技术条件下，单片机通过GMS/3G网络，可以实现家电统一的智能化控制。

其电路的原理图如图2所示。

在原理图中，基本的工作原理如下：

电源部分：本系统需要5V的直流稳压电源。在设计中，采用的是桥式整流，电容滤波，三端稳压官稳压电路。在整流前用变压器降压，得到10V的小正弦交流电，然后再用桥式整理电路，得到9V的脉动直流电，再经过大电容的滤波，可以得到12左右的平滑支流电，但是单片机的要求比较高，所以再用CW7805进行稳压，可以得到5V直流电源，为了防止电路接通的波动，在后面再加小电容进行消振。

温度控制部分：有温度+控制按钮和温度控制—按钮。温度控制+按钮接单片机的P32端口，每按一次，温度就会+1。温度—控制按钮接单片机的P34端口，每按一次，温度就会-1。

功能选择按键：（1）开水功能：开水功能按钮接单片机的P00端口，当按下开水键，任务就加热水至100℃。首先会选择水位的位置1（低水位），然后单片机控制进水电磁阀，水量增加，此时水位检测会开始工作，当水位没到位置1时，则继续进水，若水量已经达到位置1，水位检测开关会给单片机P00一个开关信号，此时单片机就控制加热电磁阀进行加热。温度检测模块开始工作，当温度小于100℃时，则继续控制电热丝加热，若温度已经达到，温度控制模块会给单片机P20的端口一个信号，则停止加热，并同时P25端口给报警模块信号，进行报警，表示动作完成。（2）洗澡功能：洗澡功能按钮接单片机的开水功能按钮接单片机的P01端口，当按下开水键，任务就加热水至60℃，冬天和夏天对水温度的要求不同，在此时可以选择温度+或温度—的按钮调节自己认为适当的水温。首先会选择水位的位置3（高水位），然后单片机控制进水电磁阀，水量增加，此时水位检测会开始工作，当水位没到位置3时，则继续进水，若水量已经达到位置3，水位检测开关会给单片机P01一个开关信号，此时单片机就控制加热电磁阀进行加热。温度检测模块开始工作，当温度小于60℃时，则继续控制电热丝加热，若温度已经达到，温度控制模块会给单片机P20的端口一个信号，则停止加热，并同时P25端口给报警模块信号，进行报警，表示动作完成。（3）洗碗功能：洗碗功能按钮接单片机的开水功能按钮接单片机的P02端口，当按下开水键，任务就加热水至70℃，若需要的话，在此时可以选择温度+或温度—的按钮调节自己认为适当的水温。首先会选择水位的位置2（中水位），然后单片机控制进水电磁阀，水量增加，此时水位检测会开始工作，当水位没到位置2时，则继续进水，若水量已经达到位置2，水位检测开关会给单片机P02一个开关信号，此时单片机就控制加热电磁阀进行加热。温度检测模块开始工作，当温度小于70℃时，则继续控制电热丝加热，若温度已经达到，温度控制模块会给单片机P20的端口一个信号，则停止加热，并同时P25端口给报警模块信号，进行报警，表示动作完成。

温度检测模块：温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。本设计产用的是DS18S20数字温度传感器，DS18S20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围为-55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃，工作电源：3～5V/DC，在使用中不需要任何元件，测量结果以9～12位数字量方式串行传送。利用温度传感器，就可以把水温的结果传送给单片机的P20端口。

水位检测模块：液位传感器是一种测量液位的传感器.本设计产用的液位传感器是一种三水位电磁式传感器。分别为：位置1（底位）、位置2（中位）、位置3（高位）。通过传感器产生开关信号，分别接入单片机的P03、P04、P05。

显示模块：在本系统中有两部分的显示。（1）用LED灯显示基本功能按键，当不同的功能键按下时，相应的指示灯会亮，表示工作状态。（2）两个七段数码管的显示。在系统中，温度的高低可以通过两个七段数码管显示出来。在只这里，数码管采用的是共阴极的接法，高电平有效。单片机的从温度传感器得到数据，再把信息送给74LS48译码器，通过编译后，点亮数码管，显示此时的温度。显示模块接的端口分别是P10至P15。

报警模块：当完成功能后，单片机通过P26端口给报警模块信息。报警模块会控制相应的器件，进行报警。

四、结束语

随着科技的发展，智能的家电控制系统的产生不时代的趋势，本加热系统的设计是在此的一个方面。智能化的控制系统将为我们的生活提供更美好的环境。

参考文献

[1]李全利.单片机原理及接口技术[M].高等教育出版社，2003：181-184.

[2]尹建华.微型计算机原理与接口技术（第二版）[M].高等教育出版社，2008，1.

[3]孙涵芳，徐爱卿.MCS-51/96系列单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，1998，7.

作者简介：谭海刚（1983—），男，湖南会同人，助教，主要研究方向：电子通信。