基于单片机的电热水器控制系统设计（有完整资料）

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编号：

T3992405M

设计简介：

本设计是基于STM32的电热水器控制系统，主要实现以下功能：

1.可通过热敏电阻检测温度
2.可通过PID进行温度加热
3.水位过低自动加水，到达高水位自动停止
4.可设置定时加热
5.可选择热水、常温水，按键控制放水，水位过低不防水
6.按键可设置各项阈值
7.可通过显示屏显示各项参数
8.可通过WIFI模块连接云平台

电源： 5V
传感器：热敏电阻（NTC B3950）、非接触水位传感器（D1CS- D）、电流传感器（INA219）、时钟模块（DS1302）
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：水泵（N-Mos驱动）、加热片（N-Mos驱动）
人机交互：独立按键
通信模块：WIFI模块（ESP8266-12F）

标签：STM32、OLED12864、NTC B3950、D1CS- D、INA219、DS1302、N-Mos、独立按键、ESP8266-12F

题目扩展：智能空调系统、智能排风扇系统、智能油烟机

基于 STM32 的电热水器控制系统设计与实现

一、主控部分

核心：STM32 单片机

功能：获取输入数据、内部处理、控制输出

二、输入部分

1. 水位传感器模块：获取电热水器内的实时水位
2. 电流检测模块：检测电热水器运行时的电流状态
3. 时钟模块：获取网络时间，用于时间关联功能（如定时加热等）
4. 热敏电阻模块：检测电热水器内水的实时温度
5. 独立按键：用于切换系统界面、控制热水器设备运行、设置温度等参数阈值
6. 供电电路：为整个电热水器控制系统供电

三、输出部分

1. OLED 显示模块：显示系统名称、实时水温、加热档位及参数阈值设置界面
2. MOS 管控制模块（3 个）：分别控制加热装置、水泵的运行
3. 继电器控制模块：（根据系统需求扩展控制功能，如控制电源通断、辅助设备运行等）
4. 声光报警模块：当检测到水位、电流、水温等数据异常时，触发声光报警
5. 云平台连接模块：实现与云平台的数据交互，连接手机 APP，支持远程监控与控制

第 5 章 实物调试

5.1 整体实物构成

该设计的主要硬件包括 STM32F103C8T6 单片机最小系统板，是控制核心，负责处理各类数据与控制指令；非接触式水位传感器，用于检测水位变化，为系统提供水位信息；电流检测模块，实时监测电路电流，保障用电安全；ESP8266-12F 无线通信模块，实现电热水器联网与远程控制；时钟模块，确保系统时间的精准；还有继电器、按键、指示灯等，分别用于控制电路通断、人工操作输入以及状态指示。

焊接流程方面，先对焊接工具如电烙铁、焊锡丝等进行准备。从较小的元件开始焊接，比如电阻、电容这类贴片元件，将元件放置在电路板对应焊盘上，用电烙铁蘸取少量焊锡，轻轻点在焊盘上固定元件，再焊接另一引脚确保牢固。接着焊接芯片类元件，像单片机、模块等，要注意引脚顺序和对齐，先焊接对角引脚固定位置，再逐一焊接其余引脚。之后焊接继电器、按键等较大元件。焊接完成后，仔细检查焊点是否有虚焊、连焊情况。

焊接注意事项有，焊接前确保电路板和元件干净无杂质，避免影响焊接效果。电烙铁温度要合适，一般控制在 300-350℃，温度过高可能损坏元件，过低则会造成焊接不牢。焊接芯片时，要特别注意静电防护，可佩戴防静电手环，防止静电击穿芯片。焊接继电器等有极性要求的元件，要保证极性正确。最后，焊接过程中要注意安全，避免电烙铁烫伤自己，妥善放置焊接工具和材料。整体实物如图 5-1 所示：

图 5-1 整体实物图

5.2 阈值设置功能测试

阈值设置功能依托按键操作实现，在界面 4 可通过按键 2（界面 0 切换模式后进入界面 4）使温度阈值 + 10、按键 3（界面 0 切换控制模式后进入界面 4）使温度阈值 - 10；在界面 5，按键 2（界面 0 切换模式后进入界面 5）让电流阈值 + 10，按键 3（界面 0 切换控制模式后进入界面 5）令电流阈值 - 10，以此精准调整温度与电流的临界值，保障系统在对应条件触发下，如温度、电流异常时，能按预设逻辑执行保护或调节动作，适配不同使用场景对温度、电流安全及功能需求的把控。阈值设置功能图如下图 5-2 所示。

图 5-2 阈值设置功能测试图

5.3 自动模式功能测试

该设计围绕水位、电流、加热等要素实现智能控制。水位方面，实时监测水位，低于阈值自动加水，高于则停止，且水位过低时禁止加热，保障设备安全；电流超限（大于阈值），蜂鸣器报警并断电，避免异常用电风险；自动模式下，按设定时段控制加热，让设备按需运行，通过多条件联动，实现对电热水器等设备的智能、安全管控。自动模式功能如下图 5-3 所示：

图 5-3 自动模式功能测试图

第 6 章 软件调试

6.1 软件介绍

Proteus 8.15 是一款由 Labcenter Electronics 开发的电子设计自动化（EDA）软件。它集电路仿真、PCB 设计和微控制器调试于一体，广泛应用于嵌入式系统开发等领域。该软件拥有丰富元件库，包含超 50000 种元器件，支持模拟 / 数字电路协同仿真，集成逻辑分析仪等虚拟仪器。它还内置 8051、ARM 等微控制器模型，支持与 Keil 等编译器联调。此外，Proteus 8.15 可实现从原理图到 PCB 的自动布局布线，并生成 3D 模型。其界面直观，支持工具栏和快捷键个性化定制，还提供电压探针等调试工具，方便用户分析电路行为。软件介绍如图 6-1 所示：

图 6-1 软件介绍图

6.2 阈值设置功能测试

该基于 STM32 的电热水器控制系统的设置阈值功能通过按键操作实现。用户可借助按键对温度阈值、电流阈值等各项参数进行灵活设定，例如设定温度阈值以控制加热启停，设定电流阈值以保障系统用电安全。系统将 NTC 热敏电阻采集的实际温度等参数与设定阈值对比，当实际参数超出阈值时，会触发相应的保护或调节机制，同时所有阈值设置及运行参数均可在显示屏上直观显示，方便用户随时查看与调整，助力电热水器实现精准、安全的智能化控制。阈值设置功能图如下图 6-2 所示。

图 6-2 阈值设置功能测试图

6.3 断电预警功能测试

该电热水器控制系统的电流超限预警与断电功能，通过电流检测模块实时采集电流数据。当电流超过设定阈值时，系统首先触发声光报警（蜂鸣器鸣叫、红色 LED 灯闪烁），同时控制断电模块动作，切断加热回路以保障安全。电流参数及超限状态可在显示屏和虚拟终端同步显示，实现电流异常的及时预警与可靠断电保护，避免因电流过载引发设备故障或安全隐患。断电预警功能如下图 6-3 所示：

图 6-3 断电预警功能测试图