触摸式取暖器温控电路的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)

触摸式取暖器温控电路的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

.......... 53 计算机信息工程学院毕业设计说明书 IV 前言 在寒冷的冬天最开心之事莫过于得到春天般的温暖。 在科技不发达的年代人们已经想到各种办法在冬天进行取暖，如：烧材取暖、炕上取暖，进而演变成目前各式各样的由科技催生的产品 —— 取暖器步入千家万户。 综合来看，每年都会由于各种原因而造成暖器所带来的事故。 因此在 21 世纪这种科技高度发展的今天急需运用新技术研发出一种安全、高效、节能的取暖器产品来解决这种状况，触摸式取暖器的研发不仅是技术上的突破，也给对当今取暖器市场注入了新的活力，它给 用户 带来了温暖 和舒适安全的享受 ，大大丰富了人们冬天的生活条 件。 不断的追求新技术的应用是每个行业都关注与研究的重点。 2020 年的冬季来临之际，新一代的取暖器设备 —— 触摸式取暖器应运而生。 该产品一经投入市场就吸引了广大用户的眼光，它全新的操控流程、人性化的使用感受得到人们的广泛亲睐。 经市场论证，该产品已颠覆传统的形式给大家带来了温暖的享受，其独特的性能也使其能抢得市场先机。 触摸式取暖器的研发也是一个大胆的尝试，其取暖过程中自动化 控制 程度较高。 传感器对温度的采集，经过分析是否达到预设温度，再进行温度的调控，这与传统的取暖器有着很大的不同，传统的取暖器不停的加热电阻进 行温度的不断传送，没有这种温度的调控。 该产品不仅是对自身设备的一种保护，更保护了用户的安全与感受。 该产品的研究思想也能应用到其他家居产品上来。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 1 第 1章 绪论 课题背景与现状 时代总是大步的前行 ，在科技高速发展的今天谁站在了科技的前端谁就能占据市场。 各行各业都在面对日趋日益的竞争，大家都在寻求新的出路，特别是电子科技类的公司，不断的运用新技术来推陈出新才是最好的发展之路。 取暖器是一个普通的家用家电设备，在冬天有着一个很大的应用市场，特别是在寒冷的北方，应该来说是家居必备。 传统的取暖器（图 11）实现了温度的采集 与扩散，其对四周的温度是一个不断加热的过程，存在着诸多的隐患，而本产品 —— 触摸式取暖器（图 12）基于此缺陷上进行了大胆的革新，其不仅实现了传统取暖器的功能，也能实现对温度的自动调控，很大程度上满足了用户的需求。 同时，该取暖器还搭配了红外控制模块，无需接触取暖器，在一定的距离之内，通过手中的遥控器就能对取暖器进行设置，达到自己预期的目的。 其独特的自动锁、时钟显示、模式切换都是该产品的亮点。 图 11 触摸式取暖器 图 12 传统取暖器 目前该产品已经得 到市场的认证，其技术也会被不断的应用到相关的领域。 在本文中，会详细的介绍该产品极其运用的相关技术。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 2 开发平台与产品 触摸式取暖器故名思议就是配置了触摸按键的取暖器，当今我们的生活中与触摸设置息息相关，如：手机、平板电脑、音乐播放器等等。 本产品的出现更加接近了我们的生活，其运用了 STM8 单片机的特性设置了表面电容式触摸按键，表面电容按键由一个连接到设备的单端铜电极组成，它不必非常灵敏，因为他仅仅需要感应是否有手指按下或者释放。 该产品就很好的运用了该技术，当然它的魅力不仅在于此，它给我们的生活带来了诸多的可行性。 近年来，基于 STM 系列单片机的应用开发越来越多的深入到我们的日常生活中来。 如：智能家居、医疗设备、公共建设等各个方面。 其低成本、开发周期短、产品可延续性强的优越性都是不言而喻的。 STM8 系列单片机在这些方面表现出了更强的适应力，我们利用其官方提供的资料能更好的进行相关方面的学习与开发。 硬件方面的主要设计就是电路的设计，我们除了触摸模块利用了 STM8 单片机的特性，还应用了 IrDA 红外器件对红外控制模块进行了设计，此举大大的方便了用户的操作。 软件方面我们利用了 COCMIC 官方提供的 CXSTM8 环境结合 ST Visual Develop环境进行 C 语言的编程设计，以此来实现触摸控制。 为了实现该方面的工作，环境的配置是前提，必须首先向 COSMIC 公司申请注册信息，以邮件的方式向该公司发送注册信息，收到回复后将邮件所回复的注册信息复制到注册文件夹中去。 这样可以得到一年的免费应用权，利用该软件进行项目的开发与学习。 该编译环境有着强大的编译能力，识别错误能力很强，能使程序员第一时间发现错误并去纠正。 利用 ST 公司的仿真器进行仿真学习，能观察到程序进程，各步骤变量与参数的变化，更加利于产品的开发。 该产品就是基于这些技术的 前提下而研发的，简便 安全 的操作 深得 广大用户喜爱 ，倾倒后自动断电的设置与儿童锁加大了该产品的安全性，对流式加热空气中的温度也使用户感觉更加舒适。 设计 需求 为了达到使产品的成功实现，需要做大量的工作。 最主要的是实现触摸控制，关系到软、硬件两个方面的设计。 其市场目的显而易见，对传统的取暖设备进行更新，顺应广大用户的需求，实现高效、节能、人文关怀的理念。 对于该课题的研究就具有很深刻的学习意义，意法半导体的 STM8 系列 8 位 MCU 为工业 生产以及家电应用 提供 了良好 的解决方案，学习该方面的内容能应用到我们生活中来，与日常 生产息息相关。 最新 的 MCU 结合 了 3 级 流水线 的 架构，使 STM8S 系列 MCU 具 有 最优益的性能。 对其开发环境的学习也比较直观易用，缩短了产品的上市时间。 由于环境的不断恶化、能源危机的加重，显然传统的燃火取暖、纯电阻加热取暖计算机信息工程学院毕业设计说明书 3 会进一步加重该情况的恶化，所以能够实现对温度的调节控制的取暖器产品具有其现实意义， 它具有以下几个方面的优点 ： （１） 全新的体验 —— 触摸式按键 这是本产品最大的亮点，取代了以往的按钮设置，防止了按钮由于塌陷、破裂等带来的不便，该触摸式按键无需按到一定的力度使两电极融合，只需表面电容感应到是否有手指的 接触，从而延长了按键的生命周期。 （２） 更加安全节能的保护闪 防倾倒设置和儿童锁为该产品提供了一层安全保障。 采用重力感应技术设计了防倾倒装置，取暖器在不经意间或其他不可知情况下倾倒时，该产品会自动断开电源，防止意外发生也节约了能源。 儿童锁是为了防止不知情人员随意调控按键，造成不必要的麻烦，一但锁定后，其他操作无效，除非解锁。 （３） 温度的随心所欲 这个技术和空调、冰箱等温度的设置有几乎相同的道理。 首先设置一个自己预期的温度，由温度传感器收集外界温度信息，当外界温度低于此设置温度，取暖器开始供热，直到达到该预设温度，然后 停止加热。 （４） 时间的任意掌握 这包含了定时开关机，在 24 小时内可以设定任意时间进行开关机，照顾了用户的体验。 同时该取暖器还配备了实时时钟，可以知道当时的具体时间。 （５） 分时段工作 本产品可以按时间段进行工作。 在 24 小时内可以按外界的温度设定出自己所预期的温度，然后取暖器进行自动调节，免除用户每次使用时进行设置的烦恼。 综上所述，本课题的主要内容是：  第二章会对触摸式取暖器的设计方案进行深入的分析，以实现满足要求的可行性方案。  第三章对触摸式取暖器的各组成部分进行概述，梳理清其组成框架及其各部分的主要原理，以及对硬 件电路进行设计，包括控制电路及电源电路等各个方面的设计。  第五章对软件方面的设计，利用相关编译环境实现触摸程序，包括温度的调节与校正、时间的调节与校正、 温度的采集 等。  第六章对所设计的产品进行安装配置与调试、进行仿真、检查其存在的不足并修正。 本章小结 本章主要从当今取暖器市场现状与课题设计现状展开了分析，揭示了传统取暖器存在的缺点，进而提出了该设计的思想，从而付诸产品的实现，其特点决定了其优势也是意料之中的。 之后也规划了一下本文后期的内容。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 4 第 2章 设计方案 设计概述 本产品设计属于单片机应用的开发。 进行该产品 设计最关键、最重要的一步是单片机控制总体方案的选择与确定。 它的好坏，直接决定了整个取暖器的性能及用户体验感受。 主要是根据用户的需求、硬件的性能以及技术等方面而确定总体方案的设计。 产品设计方法大致如下：根据预期的要求，首先确定出采用何种单片机已使其有更好的性能、更易于开发且效益最优；再者是根据所选的主控芯片，搭配相应的元件，使之能够配套操作；电路的设计也是决定一个电子产品好坏的依据，软件是实现一切操作的前提，我们将会在接下来的两章详细分析。 除此之外我们在确定总体方案之前，还得考虑其可行性与现实意义。 此产品为 一家用电器，满足用户的需求是其根本的目的。 对于如何 才 可以 达到 预期 的效果，这就对我们的设计方案提出了一系列相关的问题。 温控系统是我们在此着重研究的，所谓的温控就是其可以而不需要人为的操作自动感受 外界温度的变化而做出相应的控制。 用户能够根据自身需求对预期温度进行设置，当温度传感器采集到的室外温度未达到预设的温度值时，通过单片机的控制使加热部件工作，从而达到预期温度并稳定在这个值附近；若室外温度已经达到了预先设置好的温度，则通过单片机控制使加热部件停止工作。 实现触摸按键的技术是通过单片机检测相应的变化来感知触摸 ，电阻的变化 通过 传感器件感知，经过触摸其表面时，它的电阻值发生相应的变化。 触摸表面也有要求，通过PCB 实现，触摸面要有良好的尺寸和形状。 当用户接触到触摸面时，电平信号发生改变，根据该信号，可获得一个直流电压，此电压随着电容的改变而变化，通过检测此电压就可产生触摸 /不触摸的信号。 方案比较 方案一：选用 C8051F 系列芯片为内核，外围电路包括外部晶振、电容式传感器、LED 液晶 显示 模块、触摸按键、红外器件、蜂鸣器、温度传感器。 优点：外围电路无需 A/D 转换模块，方便了硬件的设计，缺点： C8051F 系列 微控制芯片 内 部 A/D 比较少，价格较高，造成成品的增加。 【 2】 方案二：选用 STM32F10X 系列芯片为内核，外围电路包 含 电容式传感器、 A/D转换模块、触摸按键、 LED 显示模块、红外器件、蜂鸣器。 优点： STM32F10X 系列芯片内置温度传感器，有着 很好 的实时功能、 优异 的功耗控制，易于开发。 缺点：硬件设施要求较高，外围电路设计 过于 复杂，成本偏高。 方案三：选用 STM8S105K4 单片机作为内核，外围电路包括触摸按键、 A/D 转换模块、 IrDA 红外器件、 LED 液晶模块、温度传感器、蜂鸣器。 优点： STM8S105K4 芯片抗干扰能 力强、内置高精度 RC 振荡器 以及 电可擦 除 可编程只读存储器 、开发方便、系统成本较低，性价比较高。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 5 图 21 外围电路框架图 综合来看，从硬件电路设计、软件编程、功耗、性价比、开发周期等方面来看，方案三达到最优，故在此产品中我们 采用方案三进行研发设计。 设计要求 本产品设计的核心是 STM8S105K4 单片机的应用的开发，在此之前我们学习了该单片机的相关知识，其在 ST Visual Develop 和 Cosmic CxSTM8 环境下进行编写和仿真调试。 故涉及到量大方面的内容：一，硬件电路的设计；二，软件的编程实现。 我们在后面两章会详细介绍到。 本设计中的工作主要有如下五 个方面：  传感器对温度的采集和测量  分时间段的对温度控制  温 度 控 制 电路板的设计  触摸按键的程序处理  红外遥控电路 的设计 在实际的应用中，我们需要产品达到手动模式（即触摸 模式）和遥控模式两种模式的自由切换， 它 内容 具体 如下： ：这就是所谓的触摸模式，当用户亲自操作时，当人体触摸到接触键盘表面时，控制芯片检测到有效触摸信号传给单片机， 控制芯片 在接收到该触摸信号之 后，执行相应的功能操作，并做出相应的反应表示确认。 ：该模式即使用遥控器进行相应的操作，给用户带来了便利。 遥控器发出的红外线信号，被红外线接收头接收到，经检测后，送至单片机处理，单片机收到相应的遥控信号后，执行相应的功能操作，并做出相应的回应表示确认。 ，温度传感器通过检测到周围环境 温度，温度信号经感应后送单片计算机信息工程学院毕业设计说明书 6 机进行 A/D 转换。 一方面，温度值送至显示电路显示，另一方面，根据按键的操作以及预期温度的设定，通过控制继电器控制加热体的开启与关闭，并能保持在温度范围之内， 以 达到预 设的 目标温度。 本章小结 本章为一过渡章节，为引出接下来的硬件、软件的设计。 首先主要将几种方案进行了简要的分析，确定出了其该选用的核心芯片及外围设备，在各个角度的考虑前提下，我们最终确定了实现较为简便、经济效益最优的方案。 最后，我们对方案的配置也作了具体介绍。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 7 第 3章 各组成部分概述及硬件设计 STM8S 系列单片机 STM8S 系列单片机 概述 STM8S 系列产品（表 31）是意法半导体于 2020 年推出的针对工业生产和电子电器研发的微型控制芯片。 表 31 STM8S系列产品型号 系列 型号 STM8S105xx STM8S105K4, STM8S105K6, STM8S105S4, STM8S105S6,。