触摸式取暖器温控电路的设计与实现Word文档格式.docx
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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。
2013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。
第1章绪论
1.1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1-1）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1-2）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1-1触摸式取暖器图1-2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。
1.2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STVisualDevelop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。
1.3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。
1.4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。
第2章设计方案
2.1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。
2.2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。
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。
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。
图2-1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。
2.3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STVisualDevelop和CosmicCxSTM8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：
1.手动模式：
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。
2.遥控模式：
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。
3.预置温度后，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。
2.4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。
第3章各组成部分概述及硬件设计
3.1STM8S系列单片机
3.1.1STM8S系列单片机概述
STM8S系列产品（表3-1）是意法半导体于2009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3-1 STM8S系列产品型号
系列
型号
STM8S105xx
STM8S105K4,STM8S105K6,
STM8S105S4,STM8S105S6,
STM8S105C4,STM8S105C6
STM8S系列产品创造了8位微控制器的崭新时代，它的CPU性能可以达到20MIPS、电压范围在2.95至5.5V之间，提供了当前的8位单片机控制系统向更低的电压值转变。
130nm非易失性存储器嵌入到最新产品中，它是现有8位微控制芯片的存储技术比较先进的，并且可达到30万次擦写极限的EEPROM数据写入操作。
它包括10位数字/模拟转换器的功能，可达16条通道，使数模转换时间小于3微秒；
配置可用于捕获/对比、马达控制和PWM功效的先进的16位控制定时器。
其余外设还包含CAN2.0B接口、SPI端口、一个I2C端口、两个通信接口。
STM8S系列微型控制芯片与STM32系列32位的微型控制芯片的外设定义相同。
这种外设定义的相同帮助了不同产品之间进行相互兼容，使产品的设计更灵活变通。
它使用的代码也能够移植到STM32研发平台上，使之获得更高的操作性能。
除此之外，使用STM8S装配和包装也完全兼容的引脚，提供给开发者更多的自由发挥空间，优化了引脚数量以及周边绩效。
另外，平台化设计决策也与引脚的兼容有很大的关联，它能够节省上市时间，并优化产品的升级进程。
3.1.2STM8S主要特点:
（１）速度达20MIPS的高性能内核
（２）抗干扰能力强，品质安全可靠
（３）130纳米的制造工艺，性价比优异
（４）4K~128K的程序空间范围,芯片引脚20脚~80脚
（５）系统成本低，内置高精度RC振荡器和电可擦可编程只读存储器
（６）开发容易，拥有本地化工具支持
此外，STM8S系列产品包括“STM8S20x增强型产品”和“STM8S10x入门型产品”，如表3-2所示：
表3-2STM8S产品入门级与增强型对照表
相同点
不同点
4~128k字节Flash
STM8S20x增强型产品线：
STM8核心：
24MHz
多达64字节SRAM
多达2K字节内置EEPROM
CAN2.0B
第二个UART
UART（LIN/7816/IrDA）
400KHZ多主I2C接口
多达32个16位定时器
8位基本定时器
10MHZ的SPI
独立型和窗口型2个看门狗
1/2/4kHz的蜂鸣器接口
STM8S10x入门型产品：
16MHz
多达2K字节SRAM
内置EEPROM多达1K字节
自动唤醒单元
16kHz或128kHz内部RC振荡器
10位的ADC高达16位通道
SWIM单线调试模块
由上表我们可以清晰的看出STM8S系列的基本型（入门级）产品和增强型产品的相同点与区别，我们用户可以根据自身需求选择合适的产品进行开发利用。
3.1.3STM8S主要应用:
●汽车电子系统的安全传感器，执行器，微控制器，自动导航系统，车辆控制，汽车收音机
●电机控制，空调，感应，测量仪器，不间断电源等工业应用
●家电，家庭自动化，加热/通风空调，电视机等家用设备
●电动玩具、通信设备、自动贩卖机、监视设备等消费电子
●血压测量仪、血糖测量仪、自动监控仪器、紧急求助装置等医疗设备。
3.1.4STM8S开发套件
ST单片机套件是ST公司为STM8系列微型控制芯片和STM32微型控制芯片的初学者而设计的，适合于各种不同学习、开发的需求，用户能够全方面地感受到STM8S和STM32各自的优缺点，在使用或学习中能很好地在8位系统和32位系统之间进行切换，满足学习者由低端到中高端的使用和开发学习需求。
这个开发套件是三合一的套件，它包括STM8S105S6T6体验板、STM32F103C8T6体验板以及一个ST-LINK调试器，它是一个可在线升级的固件。
每个组成部分在该三合一套件中的都能够拿来单独利用，特别是ST-LINK调试器可以供使用者拿来调试自己的板子，从而给用户带来很大的活动空间。
在此我们着重介绍一下ST-LINK仿真器（图3-1），它是此仿真学习过程中必不可少的一个套件，有以下几个特点：
●所有的JTAG仿真接口的STMF3210xxx系列微控制芯片和所有的SWIM仿真接口的STM8S系列微控制芯片都被支持
●配备USB
升级会员 