基于STM32的远程智能电热水器控制系统设计

2024.11.03

齐延兴　杨雪银　王增玉

摘要：研究并设计了一款以STM32单片机为核心的远程智能电热水器控制系统。该系统以DS18B20数字式温度传感器实时检测水温，通过GSM模块TC35实现了手机与STM32的无线通信，可对电热水器进行远程监控，提高了人们的生活质量，具有广泛的应用前景。

关键词：STM32;电热水器;无线通信

中图分类号：TM925文献标识码：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 研究意义

随着人们物质生活水平的不断改善和提高，对于生活舒适程度的要求也越来越高，因此，众多的智能家居控制系统进入人们的生活。但由于热水器种类众多，控制方式不统一，因此，智能家居控制系统很少包含对于热水器的控制模塊[1-3]。

现今，由于燃气式热水器容易受水压限制，且安全性较差，易出现中毒、爆炸等事故，而太阳能热水器易受天气的影响，因此储水式电热水器的应用越来越多。为满足人们对高质量生活的需求，设计了一款可以实现远程控制的智能电热水器控制系统，使人们回家后即可洗舒服的热水澡。

2 硬件设计

该系统的被控对象是家用储水式电热水器，被控参量是温度，要根据键盘的输入信息或远程控制信息对加热器进行实时控制，因此，是一个以微处理器为核心，应用传感器技术和无线通信技术的实时控制系统[4-6]。为实现上述功能，同时便于实现通信功能和以后升级的需要，本系统选用STM32单片机作为控制核心，以DS18B20数字式温度传感器采集温度信息，以西门子公司的GSM模块TC35进行远程通信，以LCD12864实时显示相应信息。系统的工作过程为：STM32单片机不断扫描键盘输入信息和GSM模块的短信收发，根据扫描到的信息来控制加热器，并通过GSM模块发送数据到用户手机。系统的结构框图如图1所示。

2.1 微处理器STM32

为了便于实现通信功能和以后升级的需要，本设计选用了32位嵌入式单片机STM32，具体型号为STM32F103RBT6。

该单片机是意法半导体公司推出的一款超低功耗32位微处理器，工作频率高达72 MHz。片内具有20 KB的SRAM和64 KB的FLASH，以及众多的增强I/O接口。所有外设可通过两条APB总线相连，且都可匹配标准的通信接口。

2.2 温度检测与控制

温度检测采用防水式数字式温度传感器DS18B20。DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的“一线式”接口的温度传感器，可直接将温度转化为数字信号。测温范围为-55～125 ℃。在-10～85 ℃范围内精度为±0.5 ℃。为提高温度检测的精度，采用两个DS18B20检测两点的温度。两个DS18B20并联在唯一的三线上，实现方便。同时，为了满足人们方便洗浴和节省能源的要求，可以选择全桶或半桶加热，因此，采用上下两组共四只DS18B20完成温度的检测。DS18B20可以采用外部电源，也可用内部寄生电源，为提高可靠性采用外部电源供电，同时，数据线通过10K上拉电阻以提供足够能量。

加热器采用交流220 V供电，故需要加固态继电器。即利用单片机控制继电器，由继电器的接点接通加热器。

温度检测与控制电路如图2所示。

2.3 GSM模块

GSM模块选用西门子的TC35，可工作在900 kHz和1800 kHz两个频段。TC35主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、电源模块、闪存、ZIF链接器、无线接口等部分组成，具有信号传输快、性能稳定、功耗低等特点。该模块有半速、全速和增强型全速三种速率供选择，可工作于通话模式、空闲模式和省电模式。同时，该模块支持232/TTL电平的串口连接，可通过USB转232模块或USB转TTL模块连接电脑，应用方便[7-8]。

通过手机短信息实现远程控制，控制指令使用“密码+指令”的格式发送。STM32通过GSM模块接收短信数据，然后进行数据的识别、处理。若密码正确，则按照接收到的信息完成相应的控制功能[4，5]。

手机向本系统发送“开”可以接通继电器使加热器工作;发送“关”可以切断继电器停止加热。同时，本系统会定时向手机发送当前温度及其它工作状态。TC35电路原理图如图3所示。

2.4 显示模块

信息的显示采用LCD液晶屏，具体型号为LCD12864。LCD12864是带中文字库的具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，可以显示8×4行的16×16点阵汉字，也可完成图形显示。可以根据需要实时显示温度、时间、日期或其它信息。

3 软件设计

远程智能电热水器控制系统软件采用C语言编写，采用模块化程序设计，包括主程序、温度检测控制子程序、显示子程序、GSM通信程序。系统的工作流程为：启动系统后进行初始化，对各项参数进行检测，若温度超限则报警，同时将报警信息发送到手机。系统根据收到的短信或键盘输入的相应指令完成对应的控制功能。系统主程序流程图如图4所示。

4 總结

通过对基于STM32的远程智能储水式电热水器控制系统的研究和设计。本系统以STM32F103RBT6单片机为核心，对电热水器的温度及运行状况进行检测与控制，并通过GSM通信实现远程监控。该系统经调试和长期运行后，各项指标稳定可靠，且操作简便、成本低、易升级，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]张逢雪，王香婷，王通生，等.基于STM32单片机的无线智能家居控制系统[J].自动化技术与应用，2011，30（8）：98.

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[4]龚跃玲，汪玲彦.基于STM32的USB OTG数据通信的实现[J].硬件纵横，2011，20（10）：32.

[5]王子琪.无人值守粮食仓储电子系统的研究设计[J].天津职业学院联合学报，2018，20（4）：120.

[6]李阳辉.基于STM32和GSM的温度远程监控系统设计[J].自动化与仪器仪表，2015（1）：56.

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[8]刘凯，谭文群，王伟鹏，等.基于GSM网络的多通道水中油在线监测系统研究[J].科技广场，2016（8）：86.

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