苏ICP备112451047180号-6
采用热传感器的水阀控制系统
摘要：随着计算机控制技术的应用发展，水温控制已经在工业领域中得到了广泛的应用，并取得了巨大的经济和社会效益。在不同的领域内，由于控制环境、目标、成本等因素，需要针对其具体情况来设计系统结构和功能，以取得最佳的控制效果。其中，恒温环境的自动化控制技术在工业生产和商业运营的一个重要研究。
关键词：传感器；单片机；控制水阀
Hot water valve control system using sensors
Abstract：With the application of computer control technology, temperature control has been widely used in the industrial field, and has made great economic and social benefits. In different areas, because of the control environment, goals, costs and other factors, the need for their specific circumstances to design the system structure and function, in order to obtain the best control effect. Among them, an important research technology in industrial production and business operations automation environment thermostatic control.
Keywords: Sensor, MCU, control valve
毕业设计书目录
第一章 引言
1.1采用热传感器的水阀控制系统课题的背景及意义...........................4
1.2采用热传感器的水阀控制系统目前国内外研究现状.........................5
1.2.1恒温龙头...........................................................6
1.3采用热传感器的水阀控制系统课题研究的内容.............................7
第二章 采用热传感器的水阀控制系统的总体设计
2.1硬件架构.............................................................7
2.2软件架构.............................................................8
2.2.1在STM32处理器上移植μC/OS-Ⅱ操作系统内核.......................8
2.2.2μC/GUI在STM32上的移植..........................................8
2.2.3应用软件设计.....................................................8
2.3本章小结.............................................................10
第三章 采用热传感器的水阀控制系统的硬件设计
3.1 MSP430简介............................................................11
3.1.1单片机电路.......................................................12
3.2单片机最小系统设计.....................................................13
3.2.1STM32F103系列单片机..............................................13
3.2.2STM32单片机最小系统..............................................17
3.3温度采集电路...........................................................19
3.4系统供电电源设计.......................................................19
3.4.1各模块电源设计要求...............................................19
3.4.2电源管理.........................................................19
3.5. 控制芯片R61509V介绍..................................................20
3.5.1 硬件电路设计.....................................................20
3.5.2 触摸按键电路设计.................................................21
3.6 WTC6106BSI的技术机理及特点............................................21
3.6.1 WTC6106BSI的硬件连接............................................22
3.7步进电机电路设计.....................................................23
3.7.1步进电机简介.....................................................24
3.7.2步进电机电路.....................................................25
3.8 电磁阀控制...........................................................26
3.9其他相关电路.........................................................27
3.10本章总结............................................................28
第四章 采用热传感器的水阀控制系统的软件设计
4.1温度采集程序设计.....................................................29
4.1.1 DS18B20温度传感器的测温时序.....................................29
4.1.2 DS18B20驱动程序的实现...........................................20
4.2触摸屏程序设计.......................................................31
4.2.1 触摸屏触摸信号采集时序..........................................31
4.2.2触摸屏驱动程序设计..............................................32
4.3 触摸点校验.........................................................32
第五章 总体小结与致谢.....................................................31
第六章参考文献.........................................................33
第七章 附录............................................................34
第一章 引言
1.1采用热传感器的水阀控制系统课题的背景及意义
随着生活水平的提高还有家用电器的普及，热水器的使用也越来越广泛。但目前大多数热水器需要手动去调节水温，我们往往要通过不断的调节混水阀的冷热水输出比例来获得适宜的水温。为了方便人们更好的使用热水器，本文采用热传感器的水阀控制系统来方便用户的盥洗，并且操作简单，安全稳定，界面美观。
通过市场调查可知，热水器市场呈现电热水器、燃气热水器和太阳能热水器三分天下的局面，其它类型的热水器如即热式热水器和热泵热水器还处于产品发展和市场积累阶段。对比各种热水器，燃气热水器在使用中存在安全隐患，据统计，因燃气泄漏导致的伤亡事故人数已上升至非正常死亡人数排名的第三位；压缩式热泵热水器系统复杂，技术上仍不成熟，初始投资费用太高；太阳能热水器受地域、气候、建筑层次等因素制约较大，同时经常会造成水资源的极大浪费。因电网供电能力的加强以及管道煤气、液化石油气涨价等因素的影响，越来越多的家庭选用电热水器作为家庭卫浴器具。但是目前家用热水器大多为机械式控制热水器，即通过手动调节控温把手来改变热水器出水温度，人们往往要通过不断地调节混水阀来调节冷热水的输出比例，从而获得适宜的水温。而且当水温不能满足自身需要时，又需要手动调节冷热水的输出比例。这样用户在操作上就存在很多不便，而且水温的忽冷忽热也会对用户使用时造成不适，同时电热水器还存在漏电、出水过热等安全隐患。
为了解决以上问题，本文设计了一种恒温热水器。本文分析了恒温热水器的原理及发展现状，同时给出一种恒温混水阀控制器的设计方案及其实现。
热水器行业发展至今，无论在技术领域还是市场方面，都尤为成熟。但即便如此，随着人们消费水平和沐浴要求的不断提高，热水器技术的不断创新依然是企业争夺市场和消费者的最有利手段。恒温热水器的出现就是热水器市场的一大创新。
恒温热水器是指在进水流量和进水温度以及燃气压力有所变化的情况下，仍能保持用户所设定的出水温度恒定出水的热水器。从日常的使用功能上来鉴别，真正的恒温热水器在家庭的多路供水系统中，无论水温、水流、水压怎么变化，其出水温度都应与用户设定温度保持基本一致。采用热传感器的水阀控制系统是指在进水温度、进水流量以及水压有所变化的情况下，仍能保持用户所设定的出水温度基本恒定。
采用热传感器的水阀控制系统属于典型的家居卫浴恒温系统。恒温控制的精确性稳定性及实时性是控制系统设计需要考虑的主要问题，也是该控制系统设计的难点。根据对出水温度的要求，选用作为DS18B20温度传感器；考虑到恒温混水阀系统的控制精度和稳定性，采用合适的步进电机控制恒温混水阀系统的转动工作；通过对电磁阀的控制来实现热水器供水系统的出水开关；人机交互界面通过MCU控制具有触摸屏功能的TFT屏实现。
1.3采用热传感器的水阀控制系统课题研究的内容
本文首先对热水器这一产业背景进行分析，对各类热水器进行简单介绍，根据当前相关的技术背景及用户使用需求，提出了设计一款恒温混水阀控制器的构想。其中涉及到的技术有恒温混水阀技术、触摸屏技术、嵌入式操作系统及图形支持系统等最新技术，本文对相关技术进行详细分析，最后选择合适的技术进行恒温混水阀控制器的设计。
根据需求分析进行总体方案的设计，包括对各模块硬件电路的选择、控制器硬件布局设计和控制器整体的系统构架。然后设计控制器的软、硬件结构，完成了一款恒温混水阀控制器样机的设计。
在硬件电路设计上，以STM32系列微处理器为控制核心，设计外围控制电路及显示电路，主要有触摸屏电路、触摸按键电路、温度采集电路、TFT液晶屏电路、电机控制电路、电磁阀控制电路、报警电路和电源电路等。
控制器软件设计包括操作系统软件的移植及应用软件的设计。首先在STM32处理器上移植μC/OS-Ⅱ操作系统，在该平台上完成相关硬件设备的驱动程序设计和控制器应用程序的编写，从而实现对热水器的恒温控制；同时移植嵌入式图形用户界面系统μC/GUI到处理器平台上，实现友好的人机界面设计。
参考文献
[1] 张红梅，王磊杰．AT89S52与LED驱动S6B0724的应用[J]．电子质量，2008（5）：13-16．
[2] 赵亮．液晶显示模块LCD1602应用[J]，电子制作，2007（3）：58-59．
[3] 张春峰，邹新杰，余张国．基于ATMEGA16的智能控制器的开发研制[J]，微计算机信息，2007，，23（8）：123-124．
[4] 侯振鹏．嵌入式C语言程序设计-使用MCS-51[M]，北京：人民邮电出版社，2006：117，119．
[5] 李朝青．单片机原理及接口技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2005：374-378．
[6] 华南农业大学工程学院．Lab2000 系列单片机实验系统实验指导[M]，广州：华南农业大学出版社，2006：19，65．
[7] Konrad King．SQL编程实用大全[J]．杜大鹏，译，北京：中国水利水电出版社，2005，35（257）：1-2．[8] T.Parsons. The Social System. New York: Free Press, 1961: P36-45.
摘要：随着计算机控制技术的应用发展，水温控制已经在工业领域中得到了广泛的应用，并取得了巨大的经济和社会效益。在不同的领域内，由于控制环境、目标、成本等因素，需要针对其具体情况来设计系统结构和功能，以取得最佳的控制效果。其中，恒温环境的自动化控制技术在工业生产和商业运营的一个重要研究。
关键词：传感器；单片机；控制水阀
Hot water valve control system using sensors
Abstract：With the application of computer control technology, temperature control has been widely used in the industrial field, and has made great economic and social benefits. In different areas, because of the control environment, goals, costs and other factors, the need for their specific circumstances to design the system structure and function, in order to obtain the best control effect. Among them, an important research technology in industrial production and business operations automation environment thermostatic control.
Keywords: Sensor, MCU, control valve
毕业设计书目录
第一章 引言
1.1采用热传感器的水阀控制系统课题的背景及意义...........................4
1.2采用热传感器的水阀控制系统目前国内外研究现状.........................5
1.2.1恒温龙头...........................................................6
1.3采用热传感器的水阀控制系统课题研究的内容.............................7
第二章 采用热传感器的水阀控制系统的总体设计
2.1硬件架构.............................................................7
2.2软件架构.............................................................8
2.2.1在STM32处理器上移植μC/OS-Ⅱ操作系统内核.......................8
2.2.2μC/GUI在STM32上的移植..........................................8
2.2.3应用软件设计.....................................................8
2.3本章小结.............................................................10
第三章 采用热传感器的水阀控制系统的硬件设计
3.1 MSP430简介............................................................11
3.1.1单片机电路.......................................................12
3.2单片机最小系统设计.....................................................13
3.2.1STM32F103系列单片机..............................................13
3.2.2STM32单片机最小系统..............................................17
3.3温度采集电路...........................................................19
3.4系统供电电源设计.......................................................19
3.4.1各模块电源设计要求...............................................19
3.4.2电源管理.........................................................19
3.5. 控制芯片R61509V介绍..................................................20
3.5.1 硬件电路设计.....................................................20
3.5.2 触摸按键电路设计.................................................21
3.6 WTC6106BSI的技术机理及特点............................................21
3.6.1 WTC6106BSI的硬件连接............................................22
3.7步进电机电路设计.....................................................23
3.7.1步进电机简介.....................................................24
3.7.2步进电机电路.....................................................25
3.8 电磁阀控制...........................................................26
3.9其他相关电路.........................................................27
3.10本章总结............................................................28
第四章 采用热传感器的水阀控制系统的软件设计
4.1温度采集程序设计.....................................................29
4.1.1 DS18B20温度传感器的测温时序.....................................29
4.1.2 DS18B20驱动程序的实现...........................................20
4.2触摸屏程序设计.......................................................31
4.2.1 触摸屏触摸信号采集时序..........................................31
4.2.2触摸屏驱动程序设计..............................................32
4.3 触摸点校验.........................................................32
第五章 总体小结与致谢.....................................................31
第六章参考文献.........................................................33
第七章 附录............................................................34
第一章 引言
1.1采用热传感器的水阀控制系统课题的背景及意义
随着生活水平的提高还有家用电器的普及，热水器的使用也越来越广泛。但目前大多数热水器需要手动去调节水温，我们往往要通过不断的调节混水阀的冷热水输出比例来获得适宜的水温。为了方便人们更好的使用热水器，本文采用热传感器的水阀控制系统来方便用户的盥洗，并且操作简单，安全稳定，界面美观。
通过市场调查可知，热水器市场呈现电热水器、燃气热水器和太阳能热水器三分天下的局面，其它类型的热水器如即热式热水器和热泵热水器还处于产品发展和市场积累阶段。对比各种热水器，燃气热水器在使用中存在安全隐患，据统计，因燃气泄漏导致的伤亡事故人数已上升至非正常死亡人数排名的第三位；压缩式热泵热水器系统复杂，技术上仍不成熟，初始投资费用太高；太阳能热水器受地域、气候、建筑层次等因素制约较大，同时经常会造成水资源的极大浪费。因电网供电能力的加强以及管道煤气、液化石油气涨价等因素的影响，越来越多的家庭选用电热水器作为家庭卫浴器具。但是目前家用热水器大多为机械式控制热水器，即通过手动调节控温把手来改变热水器出水温度，人们往往要通过不断地调节混水阀来调节冷热水的输出比例，从而获得适宜的水温。而且当水温不能满足自身需要时，又需要手动调节冷热水的输出比例。这样用户在操作上就存在很多不便，而且水温的忽冷忽热也会对用户使用时造成不适，同时电热水器还存在漏电、出水过热等安全隐患。
为了解决以上问题，本文设计了一种恒温热水器。本文分析了恒温热水器的原理及发展现状，同时给出一种恒温混水阀控制器的设计方案及其实现。
热水器行业发展至今，无论在技术领域还是市场方面，都尤为成熟。但即便如此，随着人们消费水平和沐浴要求的不断提高，热水器技术的不断创新依然是企业争夺市场和消费者的最有利手段。恒温热水器的出现就是热水器市场的一大创新。
恒温热水器是指在进水流量和进水温度以及燃气压力有所变化的情况下，仍能保持用户所设定的出水温度恒定出水的热水器。从日常的使用功能上来鉴别，真正的恒温热水器在家庭的多路供水系统中，无论水温、水流、水压怎么变化，其出水温度都应与用户设定温度保持基本一致。采用热传感器的水阀控制系统是指在进水温度、进水流量以及水压有所变化的情况下，仍能保持用户所设定的出水温度基本恒定。
采用热传感器的水阀控制系统属于典型的家居卫浴恒温系统。恒温控制的精确性稳定性及实时性是控制系统设计需要考虑的主要问题，也是该控制系统设计的难点。根据对出水温度的要求，选用作为DS18B20温度传感器；考虑到恒温混水阀系统的控制精度和稳定性，采用合适的步进电机控制恒温混水阀系统的转动工作；通过对电磁阀的控制来实现热水器供水系统的出水开关；人机交互界面通过MCU控制具有触摸屏功能的TFT屏实现。
1.3采用热传感器的水阀控制系统课题研究的内容
本文首先对热水器这一产业背景进行分析，对各类热水器进行简单介绍，根据当前相关的技术背景及用户使用需求，提出了设计一款恒温混水阀控制器的构想。其中涉及到的技术有恒温混水阀技术、触摸屏技术、嵌入式操作系统及图形支持系统等最新技术，本文对相关技术进行详细分析，最后选择合适的技术进行恒温混水阀控制器的设计。
根据需求分析进行总体方案的设计，包括对各模块硬件电路的选择、控制器硬件布局设计和控制器整体的系统构架。然后设计控制器的软、硬件结构，完成了一款恒温混水阀控制器样机的设计。
在硬件电路设计上，以STM32系列微处理器为控制核心，设计外围控制电路及显示电路，主要有触摸屏电路、触摸按键电路、温度采集电路、TFT液晶屏电路、电机控制电路、电磁阀控制电路、报警电路和电源电路等。
控制器软件设计包括操作系统软件的移植及应用软件的设计。首先在STM32处理器上移植μC/OS-Ⅱ操作系统，在该平台上完成相关硬件设备的驱动程序设计和控制器应用程序的编写，从而实现对热水器的恒温控制；同时移植嵌入式图形用户界面系统μC/GUI到处理器平台上，实现友好的人机界面设计。
参考文献
[1] 张红梅，王磊杰．AT89S52与LED驱动S6B0724的应用[J]．电子质量，2008（5）：13-16．
[2] 赵亮．液晶显示模块LCD1602应用[J]，电子制作，2007（3）：58-59．
[3] 张春峰，邹新杰，余张国．基于ATMEGA16的智能控制器的开发研制[J]，微计算机信息，2007，，23（8）：123-124．
[4] 侯振鹏．嵌入式C语言程序设计-使用MCS-51[M]，北京：人民邮电出版社，2006：117，119．
[5] 李朝青．单片机原理及接口技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2005：374-378．
[6] 华南农业大学工程学院．Lab2000 系列单片机实验系统实验指导[M]，广州：华南农业大学出版社，2006：19，65．
[7] Konrad King．SQL编程实用大全[J]．杜大鹏，译，北京：中国水利水电出版社，2005，35（257）：1-2．[8] T.Parsons. The Social System. New York: Free Press, 1961: P36-45.