基于STM32的遠(yuǎn)程智能電熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

齊延興　楊雪銀　王增玉

摘 要：研究并設(shè)計(jì)了一款以STM32單片機(jī)為核心的遠(yuǎn)程智能電熱水器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以DS18B20數(shù)字式溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測水溫，通過GSM模塊TC35實(shí)現(xiàn)了手機(jī)與STM32的無線通信，可對(duì)電熱水器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了人們的生活質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：STM32;電熱水器;無線通信

中圖分類號(hào)：TM925文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.005

Design of Remote Intelligent Electric Water Heater Control System Based on STM32

Qi Yanxing， Yang Xueyin， Wang Zengyu

（School of Automation and Electrical engineering， Linyi University， Linyi? 276005，China）

Absrtact：This paper designed a remote intelligent electric water heater control system based on STM32 single chip microcomputer. This system used DS18B20 digital temperature sensor to detect water temperature in real time， and realized wireless communication between mobile phone and STM32 through GSM module TC35， which can monitor electric water heater remotely and improve people's quality of life.

Key words： STM32; electric water heater; wireless communication

1 研究意義

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷改善和提高，對(duì)于生活舒適程度的要求也越來越高，因此，眾多的智能家居控制系統(tǒng)進(jìn)入人們的生活。但由于熱水器種類眾多，控制方式不統(tǒng)一，因此，智能家居控制系統(tǒng)很少包含對(duì)于熱水器的控制模塊[1-3]。

現(xiàn)今，由于燃?xì)馐綗崴魅菀资芩畨合拗?，且安全性較差，易出現(xiàn)中毒、爆炸等事故，而太陽能熱水器易受天氣的影響，因此儲(chǔ)水式電熱水器的應(yīng)用越來越多。為滿足人們對(duì)高質(zhì)量生活的需求，設(shè)計(jì)了一款可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的智能電熱水器控制系統(tǒng)，使人們回家后即可洗舒服的熱水澡。

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的被控對(duì)象是家用儲(chǔ)水式電熱水器，被控參量是溫度，要根據(jù)鍵盤的輸入信息或遠(yuǎn)程控制信息對(duì)加熱器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，因此，是一個(gè)以微處理器為核心，應(yīng)用傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)[4-6]。為實(shí)現(xiàn)上述功能，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)通信功能和以后升級(jí)的需要，本系統(tǒng)選用STM32單片機(jī)作為控制核心，以DS18B20數(shù)字式溫度傳感器采集溫度信息，以西門子公司的GSM模塊TC35進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，以LCD12864實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)信息。系統(tǒng)的工作過程為：STM32單片機(jī)不斷掃描鍵盤輸入信息和GSM模塊的短信收發(fā)，根據(jù)掃描到的信息來控制加熱器，并通過GSM模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到用戶手機(jī)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.1 微處理器STM32

為了便于實(shí)現(xiàn)通信功能和以后升級(jí)的需要，本設(shè)計(jì)選用了32位嵌入式單片機(jī)STM32，具體型號(hào)為STM32F103RBT6。

該單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司推出的一款超低功耗32位微處理器，工作頻率高達(dá)72 MHz。片內(nèi)具有20 KB的SRAM和64 KB的FLASH，以及眾多的增強(qiáng)I/O接口。所有外設(shè)可通過兩條APB總線相連，且都可匹配標(biāo)準(zhǔn)的通信接口。

2.2 溫度檢測與控制

溫度檢測采用防水式數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的“一線式”接口的溫度傳感器，可直接將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。測溫范圍為-55～125 ℃。在-10～85 ℃范圍內(nèi)精度為±0.5 ℃。為提高溫度檢測的精度，采用兩個(gè)DS18B20檢測兩點(diǎn)的溫度。兩個(gè)DS18B20并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)方便。同時(shí)，為了滿足人們方便洗浴和節(jié)省能源的要求，可以選擇全桶或半桶加熱，因此，采用上下兩組共四只DS18B20完成溫度的檢測。DS18B20可以采用外部電源，也可用內(nèi)部寄生電源，為提高可靠性采用外部電源供電，同時(shí)，數(shù)據(jù)線通過10K上拉電阻以提供足夠能量。

加熱器采用交流220 V供電，故需要加固態(tài)繼電器。即利用單片機(jī)控制繼電器，由繼電器的接點(diǎn)接通加熱器。

溫度檢測與控制電路如圖2所示。

2.3 GSM模塊

GSM模塊選用西門子的TC35，可工作在900 kHz和1800 kHz兩個(gè)頻段。TC35主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、電源模塊、閃存、ZIF鏈接器、無線接口等部分組成，具有信號(hào)傳輸快、性能穩(wěn)定、功耗低等特點(diǎn)。該模塊有半速、全速和增強(qiáng)型全速三種速率供選擇，可工作于通話模式、空閑模式和省電模式。同時(shí)，該模塊支持232/TTL電平的串口連接，可通過USB轉(zhuǎn)232模塊或USB轉(zhuǎn)TTL模塊連接電腦，應(yīng)用方便[7-8]。

通過手機(jī)短信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，控制指令使用“密碼+指令”的格式發(fā)送。STM32通過GSM模塊接收短信數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的識(shí)別、處理。若密碼正確，則按照接收到的信息完成相應(yīng)的控制功能[4，5]。

手機(jī)向本系統(tǒng)發(fā)送“開”可以接通繼電器使加熱器工作;發(fā)送“關(guān)”可以切斷繼電器停止加熱。同時(shí)，本系統(tǒng)會(huì)定時(shí)向手機(jī)發(fā)送當(dāng)前溫度及其它工作狀態(tài)。TC35電路原理圖如圖3所示。

2.4 顯示模塊

信息的顯示采用LCD液晶屏，具體型號(hào)為LCD12864。LCD12864是帶中文字庫的具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，可以顯示8×4行的16×16點(diǎn)陣漢字，也可完成圖形顯示。可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)顯示溫度、時(shí)間、日期或其它信息。

3 軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程智能電熱水器控制系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，采用模塊化程序設(shè)計(jì)，包括主程序、溫度檢測控制子程序、顯示子程序、GSM通信程序。系統(tǒng)的工作流程為：啟動(dòng)系統(tǒng)后進(jìn)行初始化，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測，若溫度超限則報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息發(fā)送到手機(jī)。系統(tǒng)根據(jù)收到的短信或鍵盤輸入的相應(yīng)指令完成對(duì)應(yīng)的控制功能。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。

4 總結(jié)

通過對(duì)基于STM32的遠(yuǎn)程智能儲(chǔ)水式電熱水器控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)以STM32F103RBT6單片機(jī)為核心，對(duì)電熱水器的溫度及運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測與控制，并通過GSM通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試和長期運(yùn)行后，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定可靠，且操作簡便、成本低、易升級(jí)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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