目录
摘要 (1)
一引言 (3)
二总体方案设计 (4)
1 系统总体设计 (4)
1.1 系统的工作流程 (4)
1.2 快热式电热水器系统组成框图 (4)
1.3 系统控制算法的设计 (5)
2 硬件方案论证 (6)
2.1 单片机的选择 (6)
2.2温度检测传感器的选择 (6)
2.3传感器输出的放大电路的选择 (7)
2.4 驱动及加热控制电路的选择 (7)
2.5电源电路的选择 (7)
2.6 显示器的选择 (8)
2.7 键盘的选择 (8)
三系统硬件单元电路的设计 (9)
1单片机晶振电路 (9)
2 温度传感器及放大电路设计 (12)
3过零检测电路图的设计 (12)
4 驱动电路的设计 (13)
5显示电路的设计 (14)
四系统的软件设计 (15)
1主程序流程图 (15)
2显示扫描子程序 (16)
3加热控制子程序 (17)
4按键扫描处理子程序 (18)
5温度检测子程序 (19)
五总结 (20)
参考文献 (21)
附录：系统硬件总原理图 (22)
摘要
快热式电热水器与普通电热水器最大的区别在于它取消了储水罐，热水随开随用，无须预热，减少了电能浪费。另外，它还具有体积小，使用安全，安装方便等特点。热水器的种类很多，但快热式热水器也有很多种。
要想设计出较好的快热式电热水器必须要以较强的单片机作为基础，而单片机的发展正好为热水器的开发奠定了前提条件。但也必须有一定的编程能力才能设计出较好的系统来，此设计的综合性也比较强，它不但需要主要学科的支持，也需要其他辅助学科的支持，正体验了一个设计者的综合能力。
本设计的快热式家用电热水器系统采用电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制电路还采用了热敏电阻、放大电路以及转换电路等。并给出了信号流程图并介绍了快热式家用电热水器软件系统。
关键词：快热式电热水器；测温传感器；二分查找算法
Abstract
Fast water heater general electric water heater with the biggest difference is that it canceled the water tanks, hot water anytime with no need for preheating, reducing energy waste. In addition, it is small, safe, and convenient installation. Many different types of water heaters, water heaters, but there are many.
To design a good quick electric water heater must be based on SCM as a strong basis for the development of the microcontroller for the water heater just laid the preconditions for development. But it must have a certain ability to design a programming system better, this design is also more strongly integrated, it not only needs the support of the major disciplines, also need support from other complementary disciplines, is a designer of integrated experience capacity.
The design of the fast thermal water heater system uses a power supply circuit, MCU control, temperature detection circuit, the key input circuit, LED digital tubes and light circuits, alarm circuits and heating control circuit also uses a thermistor, amplifier circuit, and conversion circuit. And gives the signal flow chart and introduced the fast thermal water heater software system.
Keywords: quick hot water heaters; temperature sensor; binary search algorithm
一引言
当今社会大部分人在使用热水器时，基本上都是采用的快热式的。这是因为它给人们带来了极大的方便，人们不再为热水器耗电量大而发愁，所以快热式电热水器走进千家万户应经成为必然的。
我国也在不断大力提倡家庭使用快热式电热水器，这样可以为国家节省很多电能。使用电热水器的方便之处还在于我国的电力来源比较方便，电能是无污染、清洁的，很受人们欢迎。目前市场燃气热水器、太阳能热水器、储水式电热水器遍地开花，然而燃气热水器因其安全隐患及越来越高的使用成本正逐渐淡出热水器市场；而太阳能热水器也因其严格受天气、气候及安装条件影响而很难占有更大市场份额；而目前占主流的储水式电热水器体积庞大、预热时间长、热水储水量有限，已不适用现代生活节奏，于是快热式电热水器以其小巧时尚的外观、比储水式更快的加热速度、比燃气热水器更安全的特点横空出世！在欧洲、东南亚市场热水器发展历程充分证明了这一点。
普通电热水器有如下缺点：
1、热水器长期通电，长期保持在六十度以上高温，发热管易结垢，内胆易漏水，因而较易损坏；
2、管道热水热量损耗大；
3、等候用水时间太长；
4、在热水流出前都必须浪费一定量的冷水，根据管道的长短，一般家庭中冷水损耗量大，基本可达10-25升/次。
而快热式电热水器克服了上述缺点。它有很多优点，如：安全，干净环保；即开即热，3-5秒出热水无须等候，热水使用时间不受限制，想用多久就用多久；用多少烧多少，省电省水，没有损耗；内置温控仪保证温度在30-50度之间，解决温度持续高温导致的结垢漏水问题。
体积小不占空间，其中封闭式（尺寸为：24cm*9.5cm*25cm，类似25×25
的卫生间地砖那么小，纯白色。）可以隐藏在厨柜内，安装方便，特别适合新装修的房子，款式多样，美观实用，也是职工福利和客户礼品的绝佳选择。特别方
便于洗涤，和洗漱，是为现代家居厨房洗涤、卫生间洗漱专业设计生产的快速电热水器，结合了燃气热水器和传统储水式电热水器优点。
这里的快热式热水器的设计要求：（1）必须做到隋开随用，所以这就要求加热功率很大，以至于减少加热时间，所以温度检测元件的快速性就显得很重要。（2）要做到安全可靠，这就要求控制电路要准确及时，防止热水器烧干而引发火灾或出现爆炸危险危及人身安全。
这里之所以设计快热式家用电热水器一是兴趣所致，二是正是看到了它的未来，即将来人们将越来越多的使用它。
二总体方案设计
1 系统总体设计
1.1 系统的工作流程
（1）接通电源
（2）开启电热水器
（3）调节水量。
（4）调节功率
（5）检测出水温度，判断是否继续加热.。
（6）排水。
1.2 快热式电热水器系统组成框图
图2快热式电热水器系统组成框图
1.3 系统控制算法的设计
实验测试后建立的温度/频率表是0—100c温度所对应的频率值。它是一个频率对应于温度递减的非线性函数，在c语言中用一个一维数组b[101]来表示，下标为温度，数组元素为频率值。计算温度采用高效、准确的二分查找法。过程如下：
1）先给定查找的温度最大值Tm和最小值Ti，即确定查找的范围，根据已有的温度表默认最大值Tm=100，最小值Ti=0。
2）假定测的温度Te为最大值与最小值的中间值，即T e=（Tm+Ti）/2
3）将实际测的频率值T0rig与假定温度Te在表格中对应的频率Tab[temp]相比较，如果相等，那么假定温度就是当前实际温度，即完成查找。
4）若T0rig> Tab[temp]，说明实际温度应该在Ti与Te之间，则修改查找范围，令Tm=Te
；同理，若T0rig 还是最小值对应的频率Tab[Ti]，实际温度值取频率更接近的那个值既完成查找。 6）若Tm-Ti.>1则重复第2），3），4），5）步，直到查找完成。 温度检测程序完成温度计算后，便刷新系统当前温度寄存器，并判断有无超温、置位或清除相应的标志位。 2 硬件方案论证 对于快热式家用电热水器来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的所有功能的丛础。硬件的选择和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接的影响，系统的设计成功与否很大程度上取决于硬件系统的设汁。本系统硬件方案论证包括单片机、温度检测传感器、加热控制驱动电路、电源电路、及键盘和显示电路的选择。 2.1 单片机的选择 方案一： 我们知道8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，不实用。 方案二： 因为89C51芯片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash ROM，它能于3V的超低压工作，与MCS-51系列单片机完全兼容，由于89c51单片机成本低廉且工作可靠，采用12MH z的晶振，需所以我们选择89C51作为系统微处理器。 2.2温度检测传感器的选择 温度检测的方法很多，有热点阻，热电偶，热敏电阻，还有专门的集成测温传感器等。 方案一： 热电式传感器是将温度变化转化为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量目的。通常把被测温度的变化转换为敏感元件的电阻变化、电势的变化，再经过相应的测量电路输出电压或电流，然后由这些参数的变化来检测对象的温度变化。热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点。但有变化率非线性，不适合测量高温区等缺点。 方案二： 集成测温传感器如：DS18B20，直接将温度转换为数字信号传送给单片机。这种方法虽然比较先进，但电路也比较复杂成本也较高。 方案三： 温度/频率转化测温法，直接将温度信息转换成频率信号，用单片机测出频率的大小，从而间接测出温度值，温度/频率转换电路简单可靠，成本低廉。所以采用此方案。 2.3传感器输出的放大电路的选择 方案一： 运算放大器LM324带有真差动输入的四运算放大器。该四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它的性能特点是短跑保护输出、真差动输入级、底偏置电流为最大100mA、每封装含四个运算放大器、具有内部补偿的功能、共模范围扩展到负电源、行业标准的引脚排列、输入端具有静电保护功能。但用在本电路中接线较复杂，且价格昂贵所以不用。 方案二： 采用74LS04作为输出放大电路的选择，它还可以作为驱动电路使用，74ls04是TTL电平反相器，使用较经济且性能也很理想，所以在本方案中采用。 2.4 驱动及加热控制电路的选择 方案一： 若干不同功率的电热丝组合而成。但需要几组电热丝和继电器，成本增高且工作可靠性降低，所以不用。 方案二： 通过一个继电器驱动，采用可控硅控制功率，能经受较高的功率，所以可以设置较多的档位，成本大大降低可靠性较高，而且电路简单，所以本方案采用。 2.5电源电路的选择 方案一： 采用干电池，使用方便，安全可靠，但价格昂贵，且使用时间较短，所以不采用。方案二： 市电整流成+5v电压，由于89c51对电源要求不甚严格，市电来源方便，且经稳压 管稳压也较可靠，较经济实惠，所以采用此方案。 2.6 显示器的选择 LED数码管显示器可分为两种显示方式：静态显示和动态显示。 方案一： LED数码管静态显示，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用单片机多个I/O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块，所以排除此方案。 方案二： LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码。采用动态扫描显示，也就是在显示过中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。利用显示器的余晖和人眼的视觉暂留现象，只要每一位显示足够短，则人看到的就是无为数码管同时显示。在动态显示方式下电路设计简单，以采用。 2.7 键盘的选择 方案一：键盘选用行列式键盘，行列式键盘的接口方法，直接接口于单片机的I/O口上。键盘设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接＋5V，被拉在高电平状态。但线路较复杂，价格较昂贵。不适用。 方案二：独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路，常用于需要少量几个按键的计算机控制系统。每个独立式按键单独占用一根输入端口线，各键的工作状态不会相互影响。采用轻触式独立小按钮，即实用又方便，因为本电路对键盘的要求不高，所以采用这种方案。 三系统硬件单元电路的设计 1单片机晶振电路 本系统硬件电路主要包涵:单片机，报警电路、加热控制电路、过零检测电路和温度检测电路等部分。 其中加热部分采用双向二极管控制的热敏电阻，控制方便可靠。 报警电路采用自鸣式报警器。实用也很方便买到。 过零检测部分桥式电路，三极管和一个“非”门组成的电路，灵明度更高。而温度检测部分很重要，所以采用rc震荡电路，和热敏电阻组成的电路进行检测，简单并且成本很低，也很容易实现。 在整个单片机控制系统中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是控制系统中最关键的器件。此系统控制方案简单，数据量也不大，因此选用AT89C51作为控制系统的主机。 AT89C51有40引脚双列直插（DIP）形式。其与80C51引脚结构基本相同， 其逻辑引脚图如图3-1。 图3-1AT89C51逻辑引脚图 各引脚功能叙述如下： 1．电源和晶振 VCC——运行和程序校验时加+5V GND——接地 XTAL1——输入到振荡器的反向放大器 XTAL2——反向放大器的输出，输入到内部时钟发生器 （当使用外部振荡器时，XTAL1接地，XTAL2接收振荡器信号） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。2．I/O（4个口，32根） P0口——8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器（ROM、RAM）时，作地址和数据分时复用。在程序校验期间，输出指令字节（需加外部上拉电路）。P0口（作为总线时）能驱动8个LSTTL负载。 P1口——8位、准双向I/O口。在编程/校验期间，用于输入低位字节地址。P1口可驱动4个LSTTL负载。对于80C51，P1.0——T2，是定时器的计数端且位输入；P1.1——T2EX，是定时器的外部输入端。这时，读两个特殊输入引脚的输出锁存器应由程序置1。 P2口——8位、准双向I/O口。当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。在编程/校验期间，接收高位字节地址。P2口可以驱动4个LSTTL 负载。 P3口——8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。P3口提供各种替代功能。在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置1。P3口可以输入/输出4个LSTTL负载。 3．串行口 P3.0——RXD（串行输入口），输入。 P3.1——TXD（串行输出口），输出。 4．中断 P3.2——INT0外部中断0，输入。 P3.3——INT1外部中断1，输入。 5．定时器/计数器 P3.4——T0定时器/计数器0的外部输入，输入。 P3.5——T1定时器/计数器1的外部输入，输入。 6．数据存储器选通 P3.6——WR低电平有效，输出，片外存储器写选通。 P3.7——RD低电平有效，输出，片外存储器读选通。 7．控制线(共4根) 输入： RST——复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 EA/Vpp——片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。在编程时，其上施加21V的编程电压。 注意：在加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 输入、输出： ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出。ALE以1/6的振荡频率稳定速率输出，可用作对外输出的时钟或用于定时。在EPROM编程期间，作输入，输入编程脉冲（PROG）。ALE可以驱动8个LSTTL负载。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 注意：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 输出： PSEN——片外程序存储器选通信号，低电平有效。在从片外程序存储器取址期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。PSEN可以驱动8个LSTTL负载。 2 温度传感器及放大电路设计 温度/频率变换电路由多谐振荡器组成，R24是一个热敏电阻，当温度变化是引起它的阻值变化，因而电流发生变化，从而振荡器的输出频率发生变化，所以通过频率值可以求得温度值。它的电路如图3-2所示： 图3-2 温度传感器及放大电路 3过零检测电路图的设计 此电路应用三极管的通断来引发输出脉冲的有无，每当三极管接通时电路输出一个正的脉冲，而当三级管截止时不输出脉冲，以此来控制双向晶闸管的导通。它的电路如图3-3所示： T1 220V 220/9v 图3-3过零检测电路 加热控制驱动电路：通过光耦二极管来控制加热丝的导通，而加热电阻通过发光二极管来显示加热于否，当加热时二极管发光，而不加热时二极管不发光，其中利用热继电器来控制电路的通断，当通电时它的常开触头闭合，电路接通，电热丝加热，否则电路断开。它的熔断丝选为110度的热保险丝，控制加热温度。电路如图3-4所示： 007 2 图3-4加热控制驱动电路图 报警器驱动电路，电路图如图3-5所示： 图3-5报警器驱动电路 数码管显示电路的设计是采用双向共阳极串行接口电路，用来显示加热档位，直观性更强。它的电路图如图3-6所示： 图3-6 显示电路 四系统的软件设计 单片机的快热式家用电热水器的设计主要包括主程序、显示扫描、按键扫描子程序、加热控制子程序和温度检测子程序。要想实现预设计的功能软件的设计至关重要，应认真考虑。 1主程序流程图 由于51系列单片机没有停机命令，所以可以利用主程序设置死循环反复运行各个任务。将实用的子程序放在内部。根据CPU的运行时间计算总的运行时间。程序流程图如图 4.1所示： 图 4.1 主程序流程图 2显示扫描子程序 显示扫描子程序完成两位共阳数码管的扫描显示任务。下图即为显示扫描子程序流程图如图4-2所示： 图4-2 显示扫描子程序 3加热控制子程序 加热控制子程序通过控制继电器的通断来决定是否给电热丝通电加热，而加热的功率大小则由双向可控硅的导通角来决定。系统程序利用外中断INT1检测市电的过零点，检测到过零点后，立即根据设定的加热档位给定时器T1赋一个延时参数，并打开定时器T1，允许其中断如图4-3所示： 图4-3加热控制子程序 4按键扫描处理子程序 按键扫描子程序负责逐个扫描档位+键、-键和开关键是否被按下，若有键被按下，则作出相应处理。按键扫描处理子程序流程图如4-4所示： 图4-4按键扫描处理子程序 5温度检测子程序 此程序的目的是用来检测水温并传给相应的控制机构进行控制，它的可靠性直接关系到整个控制系统的精密程度。它的程序流程图如图4-5所示： 图4-5 温度检测子程序流程图 电热水器设计说明书 毕业设计设计题目电热水器外壳模具设计学院：机电工程学院学生姓名：林春专业班级：08模具设计与制造班学号：2008301214指导教师：梁丰2011 年05 月29 日毕业设计目录摘要 (2) ABSTRACT ............................................... ........ 3 第一章绪论.................................................... 4 第二章塑件结构分析............................................ 5 第三章制品材料选择.......................................... 7 丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物.................... 7 聚苯乙烯............................................. 7 双酚A型聚碳酸酯. (8) ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：.......................... 9 ABS的注射成型工艺参数...................................... 9 注塑机型号的初选.......................................... 10 第四章注射模的结构设计.......................................12 分型面的选择 (12) 确定型腔的数量及排列方式................................. 13 模架的选择................................................ 14 第五章浇注系统的设计..........................................15 第六章主流道设计.............................................16 第七章分流道设计..............................................17 第八章浇口设计 (18) 毕业设计第九章推出系统的设计........................................19 第十章冷却系统的设 摘要 随着科学技术和生产的快速发展，在生活中，温度成为了频繁出现的词汇。温度测量与控制也成为了生活生产中重要的一部分。在化工、石油、冶金等生产领域的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。除了这些部门之外，温度控制系统还广泛应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统。 本文所设计的电热水器温度控制系统就采用AT89C51单片机为控制核心，利用AT89C51现有的接口来连接外围硬件模块,并通过DS18B20温度传感器准确的检测出当前的温度、DS1302实时时钟芯片实现显示时间的功能，并将所测到的温度数据传送给单片机进行分析处理。并由LCD1602液晶屏显示温度值及实时时间。其中，系统软件设计中，分别预先设计好所需温度的上下限数值，并通过该上下限控制蜂鸣器的报警，再通过继电器的通断来决定电热丝是否加热，实现对温度的简单控制，达到预先设置范围内。 关键词：AT89C51单片机，温度控制，LCD显示 Abstract With the rapid development of science and technology and production, andin life, the temperature has become a frequently occurring words. Temperature measurement and control of production has also become an important part of life. Physical processes and chemical reactions in the chemical, petroleum, metallurgy and other production areas, the temperature is often a very important quantity that needs to be controlled accurately. In addition to these sectors, the temperature control system is also widely used in other areas, is a very versatile class of industrial control systems. In this paper, the design of the electric water heater temperature control system using AT89C51 microcontroller core, use AT89C51 existing interfaces to connect peripheral hardware module, and through DS18B20 temperature sensor accurately detects the current temperature, DS1302 real-time clock chip display function, and the measured temperature data to the microcontroller for analysis. By LCD1602 display and real-time temperature. Among them, the system software design, pre-designed upper and lower limit values were good the desired temperature, and through the upper and lower control buzzer alarm, and then through the relay off to determine whether the heating wire heating, simple control of the temperature reach the pre-set range. Keywords: AT89C51 microcontroller, temperature control, LCD display 快热式电热水器 摘要： 本文介绍的是一种以52单片机为控制器，加上温度检测电路、红外遥控输入电路、电源电路、加热控制电路、1602液晶显示电路、蜂鸣报警器电路等外围电路构成的快热式家用电热水器的系统。该系统能设定功率档位，并且通过红外遥控可以调节不同的功率档位，同时它也可以自动进行功率档位的转换，以及自我保护的功能和报警功能。 关键词：单片机、温度检测、加热控制、1602液晶显示 Abstract: This paper is a kind of with 52 singlechip controller, add temperature detection circuit, infrared remote control input circuit, the power supply circuit, heating control circuit, 1602 LCD display circuit, bees alarm circuit and other peripheral device consisting of KuaiReShi household electric water heater system. This system can set up power gear, and through infrared remote control can adjust different power gear, at the same time it also can automatic power gear conversion, and self protection function and alarm function. Keywords: MCU、temperature detecting、heating control、02 LCD display 基于单片机 即热式电热水器设计 摘要 即热式电热水器与普通电热水器最大的区别在于它取消了储水罐，热水随开随用，无须预热，减少了电能浪费。另外，它还具有体积小，使用安全，安装方便等特点。热水器的种类很多，但即热式热水器也有很多种。 要想设计出较好的即热式电热水器必须要以较强的单片机作为基础，而单片机的发展正好为热水器的开发奠定了前提条件。但也必须有一定的编程能力才能设计出较好的系统来，此设计的综合性也比较强，它不但需要主要学科的支持，也需要其他辅助学科的支持，正体验了一个设计者的综合能力。 本设计的即热式家用电热水器系统采用电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制电路还采用了热敏电阻、放大电路以及转换电路等。并给出了信号流程图并介绍了即热式家用电热水器软件系统。 关键词：即热式电热水器；测温传感器；二分查找算法 目录 一引言 (1) 二总体方案设计 (2) 1 硬件方案论证 (2) 2 系统总体设计 (5) 3 系统控制算法的设计 (5) 三系统硬件单元电路的设计 (6) 1单片机晶振电路 (6) 2 温度传感器及放大电路设计 (9) 3过零检测电路图的设计 (10) 4 驱动电路的设计 (10) 5显示电路的设计 (12) 四系统的软件设计 (12) 1主程序流程图 (12) 2显示扫描子程序 (13) 3加热控制子程序 (14) 4按键扫描处理子程序 (15) 5温度检测子程序 (16) 五总结 (18) 参考文献........................................................................................................... 错误!未定义书签。附录：系统硬件总原理图. (19) 毕业设计论文 基于51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计 目录 摘要……………………………………………………………………..I Abstract…………………………………………………………………..II 第一章：绪论 1.1 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析 1.2 太阳能热水器的应用及意义 第二章：太阳能热水器的组成及工作原理 2.1 系统总体结构设计 2.2 太阳能热水器组成及原理 2.3 主要芯片的结构与特点 2.3.1 DS12887实时时钟芯片简介 2.3.2 80C51单片机结构特点 2.3.3 数字温度传感器DS18B20主要特性及测温原理 第三章：太阳能热水器硬件设计 3.1 太阳能控制器硬件结构 3.2 控制器实时时钟接口电路设计 3.3 水位检测和温度检测接口电路设计 3.4 看门狗和复位接口电路设计 3.5 键盘和显示接口电路设计 3.5.1 键盘电路 3.5.2 显示接口电路 3.6 光电隔离与辅助加热电路设计 第四章：控制器的软件设计 结束语 参考文献 致谢 附录 太阳能热水器智能控制器的设计 摘要 太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应用，在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于DS12887的太阳能热水器智能控制器的设计方法，给出了系统硬件设计及软件实现方法。 全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太阳能的利用和前景发展状况。第二部分包括第二章，描述太阳能系统组成及工作原理。第三部分包括第三、四章硬件设计及电路原理和软件设计，分别介绍了传感器的特点及应用、一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理，这也是此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。 关键词：太阳能热水器;传感器; 模糊控制; 实时时钟;单片机 Design of intelligent controller for Solar Water Heater Abstract Solar Water Heater is popular with its pretty benefits, Based on author’s real experience on Solar Water Heater design, this article describes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar、sensor、Single Chip 电热水器哪个牌子好 电热水器使用时要防漏电保安全电热水器漏电问题是每个使用者都不能忽视的, 所以在购买时就应该格外小心, 一定要多打听,首先是品牌，新浪装修抢工长为您提供最安全实用的电热水器 电热水器已经越来越受到大家的欢迎，一般家庭都会安装一台，不管什么牌子，什么类型。即使没安装，在生活中也会有用电来加热水这么一件事，所以，电热是大趋势！ 本篇说说电热水器在选购上的一些问题吧。在网上有很多人分享了这方面的经验，为了不重复，就从本人的经验出发，讲讲在选购电热水中的一些小小误区吧，以供大家参考！ 关于电热水器买哪个牌子好，我就不推荐什么了，网上已经说得很多了。这些要综合自己的预算和最终要达 到的效果去选择牌子吧。不是说大品牌就什么都好，小品牌就一无是处。在技术层面来说，电热水器也没什么技术瓶颈啊，不管哪个牌子，技术原理都是那样的，有些为了忽悠消费者，炒概念的很多！所以，选择你信赖的厂家就行了，没必要担心这担心那的，关键不是牌子，是你的使用体验。 关于电热水器省不省电的问题。在这里提一些误区吧，经常听到人家说这个电器耗电，那个不耗电的说法。他们的评价标准很简单，看这个电器的功率，呵呵，极大的误区。就像储水式热水器，功率普遍在1500-3000W之间，而即热式热水器，就要高得多5000-8000W。就冲着这个，人们就说还是储水式热水器省电，即热式热水器耗电。大家要知道，电器的用电量，是由很多因素决定的，其中主要有，电器的效率，电器的功率，电器使用时间的长短。用电量的多少一般是这三个指标的乘积。所以，单从功率上来看，哪种类型的电热水器比较省电，还真不好说哦！ 更多电热水器那个好的分析尽在新浪装修抢工长。 目录 摘要....................................................................................................................................... I ABSTRACT .......................................................................................................................... II 第1章引言 . (1) 第2章系统功能需求分析与设计方案选择 (3) 2.1 系统功能需求分析 (3) 2.2 方案选择 (3) 2.3 本章小结 (6) 第3章硬件系统设计 (7) 3.1 电源电路 (7) 3.2 单片机最小系统说明 (8) 3.3 温度检测电路 (9) 3.4 人机交互电路 (10) 3.4.1 键盘接口电路 (10) 3.4.2 显示电路 (10) 3.5 红外一体接收模块 (12) 3.6 报警电路 (13) 3.7本章小结 (13) 第4章软件系统设计 (14) 4.1 主程序流程图 (14) 4.2 液晶显示程序设计 (14) 4.2.1写操作时序图 (14) 4.2.2 初始化程序 (15) 4.2.3 向LCD1602发送数据程序设计 (16) 4.3按键扫描程序设计 (16) 4.4温度控制程序设计 (17) 4.4.1初始化DS18B20 (17) 4.4.2读取DS18B20当前温度 (18) 4.5控制程序策略设计 (18) 济南大学泉城学院毕业设计 题目基于单片机的热水器控制系统设计学院工学院 专业电气工程及其自动化 班级1302班 学生李燕 学号2013011198 指导教师张兴达魏志轩 二〇一七年五月十六日 摘要 随着国民经济的迅猛发展，人们对生活质量的要求越来越高。作为日常的家用电器，热水器成为了人们的关注对象之一。传统的热水器只具有简单的加热、加水、亮灯指示等功能，难以满足人们的需求。针对这一问题，本设计提出了一款基于单片机的热水器控制系统。 本次设计主要分为硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包含了AT89S52单片机、电源电路、显示电路、指示灯电路、测温电路、水位检测电路、报警电路、遥控接收电路、注水继电器控制电路、复位电路、晶振电路、按键电路。软件系统设计主要运用了C语言编写程序，KEIL软件和PROTEUS软件联合进行仿真。旨在设计出一款可用遥控器自由设置温度范围和预约时间、LCD1602液晶显示温度和时间，且具备报警功能的智能热水器，热水器在工作时加热、加水、缺水等具有相应的指示灯，当热水器的水位达到水位上限时，蜂鸣器开始报警。通过仿真与调试及实物制作，本次设计的热水器控制系统能够实现预设功能，本设计为进一步研究、应用提供了一定的数据参考。 关键词：单片机；传感器；热水器 ABSTRACT With the rapid development of the national economy, people's quality of life requirements are getting higher and higher. As a daily household appliances, water heaters have become one of the people concerned about the object. The traditional water heater only has a simple heating, water, light instructions and other functions, it is difficult to meet people's needs. Aiming at this problem, this design presents a intelligent control system of water heater based on single chip microcomputer. This design is divided into hardware system design and software system design. Hardware system design mainly includes the AT89S52 microcontroller, power circuit, display circuit, indicator circuit, temperature measurement circuit, water level detection circuit, alarm circuit, remote control receiver circuit, water injection relay control circuit, reset circuit, crystal circuit, key circuit. Software system design mainly uses the C language program, KEIL software and PROTEUS software joint simulation. Designed to design a free remote control can set the temperature range and appointment time, LCD1602 liquid crystal display temperature and time, and have the alarm function of intelligent water heater, water heater in the work of heating, water, water and other indicators with the corresponding, when When the water level of the water heater reaches the upper limit of the water level, the buzzer starts to alarm. Through the simulation and debugging and in-kind production, this design of the water heater control system can achieve the default function, the design for further research, application provides a certain data reference. Key words:Single-chip; sensor; water heater 摘要 这次的设计采用ATEML公司生产的AT89S51单片机为核心来设计智能电热水器。本设计也对单片机控制电热水器实现智能化的可能性进行了分析，利用温度传感器、水位检测装置、等来完成本设计。 设计分成两个部分，在硬件设计方面，主要对单片机最小系统及其扩展、电源电路、键盘显示及接口电路、LED显示电路、水温检测电路、加热电路等进行了详细介绍。还详细介绍了设计中应用到的主要芯片的性能和特点，包括AT89S51、74LS240、DS18B20、74HC245等。在软件设计方面，采用汇编语言编程，是由于其易于为单片机所识别，执行速度快。 该智能电热水器设计完善，实现方案简单易行。采用软件设计来控制，可以实现智能检测水位及水温，智能加热，并且提高了整机的可靠性及准确性。 关键词：单片机; 电热水器; 智能; I ABSTRACT This design USES ATEML company produces the AT89S51 as the core to design intelligent electric water heater. The design of single-chip microcomputer control and the possibility of electric water heater realize intelligent analyzed, using temperature sensors, water level detection equipment, etc to complete the design. Design is divided into two parts, in terms of hardware design, mainly to the single chip minimize system and its extension, power supply circuit, keyboard display and interface circuit, the LED display circuit, water temperature detection circuit, heating circuit described in detail. Also introduces the main application to design characteristics and properties of the chip, including AT89S51, 74LS240, DS18B20, 74HC245 etc. In software design, use assembly language programming, is due to its easy to identify, execution by MCU fast speed. This intelligent electric water heater design perfect, the implementation scheme is simple. Using software designed to control, can realize intelligent detection levels and water temperature, intelligent heating, and improve the machine's reliability and accuracy. Keywords: single-chip microcomputer; Electric water heater; intelligence; II 目录摘要I ABSTRACTI 第1章引言1 第2章系统功能需求分析与设计方案选择2 2.1 系统功能需求分析2 2.2 方案选择3 2.3 本章小结6 第3章硬件系统设计6 3.1 电源电路6 3.2 单片机最小系统说明8 3.3 温度检测电路9 3.4 人机交互电路10 3.4.1 键盘接口电路10 3.4.2 显示电路11 3.5 红外一体接收模块13 3.6 报警电路14 3.7本章小结14 第4章软件系统设计15 4.1 主程序流程图15 4.2 液晶显示程序设计16 4.2.1写操作时序图16 4.2.2 初始化程序17 4.2.3 向LCD1602发送数据程序设计18 4.3按键扫描程序设计18 4.4温度控制程序设计19 4.4.1初始化DS18B20 (19) 4.4.2读取DS18B20当前温度20 4.5控制程序策略设计20 4.6本章小结22 第5章仿真与调试23 第6章总结27 致28 参考文献29 附录1 摘要 本设计完成了基于单片机控制的家用电热水器控制系统的设计。系统选STC89C51单片机作为控制器，利用DS18B20数字温度传感器实时检测当前水温，以串行通行的方式反馈给单片机搭建了硬件平台；利用C语言完成温度控制系统软件开发；借助protuse平台进行了模拟仿真，仿真结果表明：该系统实行方案简单易行，可以实现检测水温、加热、红外遥控等功能。 关键词：STC89C51，DS18B20，红外遥控 ABSTRACT This design finishes designing of the household electric water heater control system based on the control of single-chip microputer. In this system, STC89C51 single-chip microputer is used as controller and DS18B20 digital temperature sensor is used to conduct field test of current water temperature. It also uses the way of serial and passage to give feedback to single-chip microputer to set up hardware platform. Besides, C Programming Language is used to develop temperature control system software. It also uses the protuse platform to conduct simulation. The simulation result shows that this system is simple and feasible of this execution program and it also achieves the function of detecting water temperature, heating and infrared remote control and so on. 毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。 除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月 关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据 库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 毕业设计 基于AT89S51单片机的智能电热水器的设计 摘要 本设计采用ATEML公司生产的AT89S51单片机为核心来设计智能电热水器。本设计也对单片机控制电热水器实现智能化的可能性进行了分析，利用温度传感器、水位检测装置、及模数转换器等来完成本设计。在硬件设计方面，主要对单片机最小系统及其扩展、电源电路、键盘显示及接口电路、模数转换电路、水位及水温检测电路、报警电路进行了详细介绍。还详细介绍了设计中应用到的主要芯片的性能和特点，包括AT89S51、74LS377、DS18B20、ADC0809等。在软件设计方面，采用汇编语言编程，是由于其易于为单片机所识别，执行速度快。最后对软件调试进行了误差分析。 该智能电热水器设计完善，实现方案简单易行。采用软件设计来控制，可以实现智能检测水位及水温，智能加热，并且提高了整机的可靠性及准确性。 关键词：单片机，控制，智能 I ABSTRACT As technology make a good progress, the applications of single-chip microcomputer become mature all the time. The single-chip microcomputer integrates the various components in a chip, uses the internal bus structure, reduces the connection in different chips, enhanced greatly the reliability and anti-jamming capability. In the development of single-chip microcomputer, due to its excellent cost performance, high integration, small size, high reliability, it has been used as a control center all the time. Since the birth of single-chip microcomputer, it began to walk into a human’s life, such as washing machines, refrigerators, electronic toys, DMB, which equipped with the single-chip microcomputer, and improved their intelligence, ability. People, who used them, will love them better. The single-chip microcomputer makes human’s life more convenient, comfortable and colorful. As a result, I use single-chip microcomputer to design intelligent electric water heaters. This paper mainly discusses the intelligent electric water heater how to work. To achieve system goals, in deep analysis of the AT89S51, I made a set of simple and practical control system design. The system is mainly to use single-chip microcomputer to control centers, with specific hardware architecture and the corresponding software design, thus the intelligence of the water heater would become true. Keywords: single-chip microcomputer, controller, intelligence II 毕 业 论 文（设计） 课 题基于单片机控制的快热式电热水器设计 学生姓名 院 部电气工程学院 专业班级 指导教师 吴慧 二 ○ 一 五 年 五 月 铜陵学院毕业论文（设计） 基于单片机控制的快热式电热水器设计 摘要 随着现代科技的不断发展进步，人们的生活水平也在不断的提高，方便、快捷、环保的家用电器不断的深入人们的生活，家用电热水器也满足不了这飞速发展的时代了，快热式电热水器的使用逐渐普及开来了。 单片机是本设计的核心控制器，辅以键盘、显示器等智能一体化。本设计使用的是AT89C51单片机来控制电路。本设计主要分为两个部分，硬件电路设计和软件仿真。硬件电路设计主要包括加热控制电路，报警电路，LED显示，温度监控等，本设计使用双向可控硅，用单片机通过光耦给可控硅触发信号，可控硅的导通角就会随之变化,从而控制电热丝的有效加热功率，并且串联105℃的熔丝来防止温度过高时加热管干烧；软件包括主程序的设计，温度检测程序设计，频率测温程序设计，显示扫描程序的设计等，程序主要由C语言编写，并给出了仿真图设计。 这种快热式电热水器，即开即热，使用安全方便，省时省电，适应于当前快节奏的生活，有着十分可观的发展前景。 关键字：单片机；双向可控硅；电热水器；温度 学生姓名：陈涛课程题目：基于单片机控制的快热式电热水器设计 ABSTRACT With the continuous progress of science and technology, people's living level also in continuous improvement, convenient, fast, environmentally friendly home appliances into people's lives, home electric water heater also meet era of the rapid development of the, fast heating type electric water heater use grew in popularity to open the. SCM is the core of the design controller, with keyboard, monitor and other intelligent integration. This design uses AT89C51 microcontroller to control the circuit. This design is mainly divided into two parts, hardware and software. Hardware mainly includes heating control circuit and alarm circuit, LED display, temperature monitoring, using a bidirectional thyristor, MCU through the coupler to SCR trigger signal, control thyristor conduction angle, and control the effective electric wire heating power, and series 105 DEG C molten wire to prevent high temperature heating tube dry burning. The software includes the main program design, temperature detection program design, frequency temperature program design, showing scanning program design, program mainly by the C language compilation, and gives some program flow diagram design. This fast thermal electric water heater, that is, the heat, the use of safe and convenient, save time and power, adapted to the current fast-paced life, has a very considerable development prospects. Keywords: single chip microcomputer, bidirectional SCR, electric water heater, temperature 1引言 现在热水器大部分都是快热式热水器，它给我们的生活带来了极大的便利，这使是它走进千家万户成为必然 目前燃气式热水器因为它的安全隐患和越来越高的成本正在逐渐退出热水器市场。而太阳能热水器虽然环保无污染，但它寿诞天气。气候及安装条件的严格限制。很难占据更大的市场份额。目前主流的贮水式电热水器，体积庞大、预热时间长、热水储量有限，已经不适合现代生活的节奏。于是，快热式热水器小巧时尚的外观，安全可靠的性能让它有着广泛的发展和应用前景。 普通电热水器有以下几个缺点：首先，因为电热水器长期通电，保持60度以上的高温，发热管容易结垢，内胆容易漏水，比较容易损坏。我们学校的电热水器经常因为结垢堵塞出水口水流越来越小，给师生的饮水带来不便；其次，管道及水箱本身热量损耗大，等候热水所用时间较长；再次，在热水流出前都必须浪费一定量的冷水，根据管道的长短，这样既不环保，又不经济。 而快热式热水器克服了上述缺点。它安全、干净、环保、即开即热。3—5秒出热水，无需等候，热水使用时间不受限制。 2系统总体方案 功能要求 用2位数码管显示出水温度，能显示设定功率档位。 温度检测显示范围00~99℃，精确度±1℃。 设置3个功率档位指示灯，1~4档一个灯亮，5~8档两个灯亮，9档3个灯全亮。0档无功率输出，档位灯不亮。 设置3个轻触按钮，分别为电源开关键、“+”键和“-”键。加热功率分0~9档，按“+”键依次递增至9档，按“-”键依次递减至0。0-9档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。 出水温度超过65℃时停止加热，并蜂鸣报警，温度降到45℃以下时恢复。 内胆温度超过105℃时停止加热，防止干烧。 方案论证 按快热式电热水器的功能要求，决定采用如图2.1所示的模块组成系统，即电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制电路。 图2.1 快热式电热水器系统组成框图 快热式电热水器为了达到“快热”的效果，取消了储水罐，使冷水在在进入加热管后立即被加热，这就要求加热管有较大的功率，家用电热水器一般采用方便可靠的电热丝加热方法。根据热学及流体力学原理结合实际实验室测试，可以得到水温与流量、加热功率之间的关系如表2.1。 表2.1中所列水温值和流量值可以满足大多数家庭用户使用要求，当最大的加热功率为7.5KW时，按220V供电计算电流约为34A，所以要求专线供电。 表2.1 水温与流量、加热功率的关系电热水器设计说明书
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