家用智能电热水器控制系统设计_谭志强

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 (8)3.1 电源电路 (8)3.2 单片机最小系统说明 (9)3.3 温度检测电路 (10)3.4 人机交互电路 (11)3.4.1 键盘接口电路 (11)3.4.2 显示电路 (12)3.5 红外一体接收模块 (15)3.6 报警电路 (15)3.7本章小结 (16)第4章软件系统设计 (17)4.1 主程序流程图 (17)4.2 液晶显示程序设计 (17)4.2.1写操作时序图 (18)4.2.2 初始化程序 (19)4.2.3 向LCD1602发送数据程序设计 (19)4.3按键扫描程序设计 (19)4.4温度控制程序设计 (20)4.4.1初始化DS18B20 (20)4.4.2读取DS18B20当前温度 (22)4.5控制程序策略设计 (22)4.6本章小结 (24)第5章仿真与调试 (26)第6章总结 (30)致谢 (32)参考文献 (34)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ABSTRACTThis design finishes designing of the household electric water heater control system based on the control of single-chip microcomputer. In this system, STC89C51 single-chip microcomputer 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 microcomputer 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.Keywords: STC89C51, DS18B20, infrared remote control第1章引言随着科学技术的发展，城镇居民家庭多数以更加安全方便的电热水器代替了燃气热水器；从前风光无限的燃气热水器因污染原因和安全问题逐渐退出了我们的视线；新兴的太阳能热水器虽然受到安装条件和天气原因的限制，但其安全、节约、环保的特性广受消费者青睐，发展态势迅猛。

智能化热水器控制系统的设计与实现随着科技的不断进步，越来越多的家庭开始安装智能化家电，其中智能化热水器也逐渐成为一个热点。

智能化热水器不仅具有普通热水器的功能，还能通过智能化控制系统实现远程控制、自动调节水温等特点。

本文将从智能化热水器控制系统的设计和实现两个方面进行阐述。

一、智能化热水器控制系统的设计1. 系统构成智能化热水器控制系统主要由以下五部分组成：嵌入式系统、传感器、通讯模块、数据处理模块和用户终端。

嵌入式系统作为整个系统的核心控制中心进行信号采集和处理；传感器主要采集水温、水位等参数；通讯模块负责向用户终端传输数据；数据处理模块进行数据分析和决策，控制热水器的启停，自动调控水温；用户终端则根据用户需求进行远程控制和监控。

2. 功能设计智能化热水器控制系统应具备以下几个主要功能：1）远程控制：用户可以通过手机APP等手持终端进行远程控制，启停热水器或调节水温等功能。

2）智能化调节：系统根据用户日常使用习惯和所在地区的气候等信息，进行智能化调节，自动调整热水器启停和水温，让用户获得更加优质和舒适的热水体验。

3）故障诊断：系统能够自动检测热水器的状态和健康状况，及时发现故障并进行诊断处理。

4）节能环保：系统设计应注重节约能源和保护环境，降低热水器的能耗，提高能源利用效率。

二、智能化热水器控制系统的实现1. 具体步骤智能化热水器控制系统的实现主要包括以下三个步骤：1）硬件设计：根据系统构成和功能设计，选择合适的硬件设备和电路，进行原型设计和测试。

2）软件设计：根据硬件设计和功能需求，进行嵌入式软件编程、通讯协议开发和云端服务平台构建等方面的工作。

3）系统集成：进行硬件和软件的集成测试，确保系统的功能和性能都能够达到预期要求。

2. 技术选择在具体实现过程中，需要选择合适的技术方案和开发工具。

例如，可以采用ATmega128A系列芯片作为嵌入式系统的核心控制芯片；传感器选择温度传感器和水位传感器等；通讯模块采用GPRS或WIFI等通讯方式；数据处理模块可以采用PID算法等智能算法进行数据分析和控制；用户终端可以采用APP、网页端等不同形态进行访问和监控。

毕业设计（论文）题目智能家用电热水器控制器设计英文并列标题问题 Intelligent home electric water heater controller design二零年月摘要随着计算机技术和电信业的发展，通过电话线进行的远程通信越来越常见。

人们凡是采用MODEM进行通信，但是在通信数据量不大，对通信速率要求不高的应用场合，我们可以考虑一种DTMF通信方式，它具有接口简单，成本低廉且可靠性高的特点。

本文介绍了一种电话远程控制家用电器的实现方式。

用户可通过任意一部双音频电话（包孕手机、电话分机）对本身家庭安装的家用电器进行开机、停机、设定等操作。

全文分为六章。

第一章介绍系统具体结构及实现方式。

第二章介绍主要芯片。

第三章讲的是从硬件方面分析了课题。

第四章是从软件方面分析了课题。

第五章就是仿真模拟软件的介绍。

设计中，硬件电路设计使用Auto CAD软件；使用C语言软件编写轨范；利用自带仿真软件对电话控制家用热水器仿真。

本设计作为毕业设计标题问题，主要价值在于运用理论与实际相结合。

如前所述，全球都需要高新科技，来带动整个经济的发展。

电话控制家用热水器是自动化生产技术的代表之一，是必弗成少的，在生活方面起着举足轻重的感化。

关键词：远程控制、DTMF通信方式、自动化生产AbstractWith the development of computer technology and telecommunications industries, remote communication via telephone lines are becoming more common. People usually MODEM communication, but not in the amount of communication data, the communication rate of less demanding applications, we can consider a DTMF communication, it has a simple interface, low cost and high reliability. This article describes the implementation of a telephone remote control home appliances. Users can install their own household appliances were starting, stopping, and other operations by setting an arbitrary one pair of tone phone (including cell phones, telephone extension).The full text is divided into six chapters. The first chapter describes the specific structure and implementation systems. The second chapter describes the main chip. The third chapter is talking about the hardware aspects of the analysis of the subject. The fourth chapter analyzes the issue from the software. The fifth chapter is the introduction of simulation software. Design, hardware design using Auto CAD software; software using the C programming language; the use of simulation software that comes with the phone to control domestic water heater simulation.The design as a graduate design topics, the main value lies in the use of a combination of theory and practice. As mentioned above, the high-tech global need to bring the whole economy. Telephone control of household water heater is one of the representatives of automated production technology is essential, plays an important role in life.Keywords: remote control, DTMF communication, automated production.目录第一章绪论 (1)1.1 本文课题研究背景 (1)1.2 电话远程控制电热水器的远程控制的内容 (1)第二章系统具体结构及实现方式 (2)第三章系统硬件设计 (4)3.1 振铃检测电路设计 (4)3.2 电话自动摘机和挂机电路设计 (5)3.3 音频放大电路设计 (6)3.4 DTMF信号解码电路设计 (6)3.5 语音提示电路设计 (7)第四章系统软件设计 (8)4.1 数据的发送与接收的流程图 (8)4.2 暗码修改流程图 (10)4.2.1系统身份认证功能 (11)4.2.2 用户信令解释功能 (11)4.2.3 软件按时功能 (11)4.3 软件设计流程 (12)4.3.1单片机初始化 (12)4.3.2振铃计数模块……………………………………………………………………………………4.3.3语音提示模块……………………………………………………………………………………4.3.4暗码修改模块……………………………………………………………………………………4.3.5控制电器模块……………………………………………………………………………………第五章系统的应用 (16)5.1系统的应用前景………………………………………………………………………………………5.2系统的调试与使用…………………………………………………………………………………第六章总结 (18)致谢…………………………………………………………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………………………………………………第一章绪论1.1 本文课题研究背景二十一世纪是信息时代，各种电信新技术鞭策了人类文明的进步。

目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)1.1 设计的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 毕业设计研究内容、拟解决的主要问题 (2)1.4 毕业设计研究方法、步骤及措施 (2)2 系统硬件方案选择 (3)2.1 硬件方案的选择 (3)2.1.1 主控芯片的选择 (3)2.1.2显示器件的选择 (3)2.1.3 温度传感器的选择 (4)2.1.4 温度设置方式的选择 (4)2.2 系统总体方案 (4)3 系统硬件设计 (5)3.1 STC89C51单片机最小系统的设计 (5)3.2 显示电路模块的设计 (7)3.3 温度采集模块的设计 (8)3.4 红外遥感电路模块的设计 (9)3.5 报警模块电路的设计 (10)3.6 继电器驱动电路设计 (10)3.7 独立按键电路的设计 (11)4 源程序代码的编写 (11)5 结论 (12)参考文献 (13)附录A：仿真电路图 (14)附录B：PCB电路图 (15)附录C：硬件实物图 (16)附录D：C语言程序代码 (17)摘要随着科学技术的不断发展，日常家用电器的不断普及，越来越多的电力电子产品开始走向智能化、自动化。

在推动科学技术发展的同时，也极大方便了人们的日常生活。

这些智能化、自动化电子电力产品中，大部分是以单片机为核心运作的。

本次设计主要介绍一种电热水器温度智能控制系统，以STC89C51单片机为核心，DS18B20温度传感器实时采集温度，以继电器控制加热，LCD1602液晶显示屏作显示板，附几个独立按键进行设置，设计可红外遥控，并加入倒计时功能，以此得出一款智能型电热水器。

关键词：智能；STC89C51单片机；电热水器ABSTRACTWith the continuous development of science and technology，the constant popularity of daily household appliances，more and more electric and electronic products are becoming intelligent and automated. While promoting the development of science and technology，it is also a great convenience to people's daily life. These intelligent, automated electronic power products，most of them operate on the core of a single chip microcomputer．This design mainly introduces a temperature intelligent control system for electric water heater，Taking STC89C51 microcontroller as the core,，DS18B20 temperature sensor real-time collection temperature，relay control heating，LCD1602 LCD display board，with a few independent buttons to set up，design infrared remote control，and add countdown function，In this way an intelligent electric water heater is obtained..Keywords:Intelligence；STC89C51 microcontroller；electric water heater1 引言1.1 设计的背景和意义自19世纪末，第一台热水器诞生之后，热水器开始逐渐进入人们的视野，从最初的工业生产用途到现在的家庭中广泛使用，经过这100多年的发展，热水器进入了电气领域。

智能热水器控制系统的设计与应用随着科技进步，近年来人们的生活水平不断地提高和改善，日常生活中也越来越离不开智能家电。

因此，我们要以更高的要求面对热水器的智能化。

根据《中国家用热水器行业技术路线图》，要将中国电热水器未来的研发的重点以下几个方面：安全可靠，节能环保，舒适健康，结构升级，构建整合和智能化。

在这种背景下，这种设计选择是基于人们对现代家庭便捷舒适和多元化服务的需求。

单片机是一种体积小，功耗低的微控制器。

随着单片机技术的飞速发展，许多电器以单片机为控制核心，并通过相应的内部操作实现智能控制，设备操作因此更加人性智能。

本智能热水器控制系统具有成本低，实用性强，控温精度高的特点。

以单片机为控制核心，通过按键、显示屏、WIFI与使用者人机交互；可以连续稳定地完成热水供应，能定时加热和自动恒温；还具有报警设计，使人们在使用时放松，愉悦，对人们的身体健康有很大好处，并满足人们对现代生活节奏的需求。

定时预约及远程控制功能，使用效率高又能节约能源的同时又有很好的性能，具有很高的实际应用价值。

国内外研究状况和成果如今的热水器行业难以取得实质性的突破。

而剩下可行的途径便只有抓住人性化需求。

国外对智能电热水器的主要研究成果西门子能够保证出水温度均匀恒定，究其原因是采用了最新的温度控制技术；开发了安全专家，不仅有防漏电装置，安全电流还能自我检测，人与电源被双重保险完全隔离，以防止发生事故。

完善的节能系统完美融合了各种节能细节，还可以实时、定时和自动加热。

国内对智能热水器的主要研究成果：一些热水器品牌已急于推出新技术，例如双管加热，3D快速加热，增加变频能力，防漏电器和提前预约。

主要提升方向是更加安全节能、提高出水量等。

海尔热水器在行业内遥遥领先，其拥有智能加热、预约技术，综合保温技术，防电壁挂炉等技术。

其配备了完善的安全预警系统，使用户的安全性真正得到了全面、系统的保护。

如今，学者们仍不满足于中国已有的研究成果，依旧在寻求技术突破。

家用热水器智能控制装置设计与实现【摘要】本设计针对市场上智能热水器功能不完善、不环保等问题基于51单片机进行技术研制。

该终端由DS18B20温度传感器、DS1302实时时间芯片等模块组成，完成定时烧水和控制水温的功能，解决无法控制热水器的运行而导致的电能过度浪费的问题，并且研制实物终端，并且进行运行测试。

【关键词】51单片机，DS18B20，DS1302，智能控制Design and realize the intelligent controlequipment of domestic water heaters【Abstract】The design for intelligent water heater on the market the function is not perfect, not environmental protection issues such as technology based on 51 single chip microcomputer is developed.The terminal by DS18B20 temperature sensor, such as chip DS1302 real-time time module, complete timing the function of the water and control the water temperature, solution to control the operation of the water heater and lead to excessive waste of electricity problems, and develop physical terminal, and run the tests.【Key Words】51 SCM，DS18B20，DS1302，Intelligent control目录第1章绪论 (6)1.1 选题的背景和意义 (6)1.1.1 背景 (6)1.1.2 目的及意义 (6)第2章系统总体设计 (8)2.1 系统设计要求 (8)2.2 系统研究思路 (8)2.3 系统设计框图 (9)第3章元器件介绍及功能 (10)3.1 AT89S52 (10)3.1.1 功能特性描述 (10)3.1.2 管脚描述 (11)3.2 DS18B20数字温度传感器 (12)3.2.1 功能特性描述 (12)3.2.2 管脚描述 (14)3.3 DS1302实时时钟芯片 (15)3.3.1 功能特性描述 (15)3.3.2 管脚描述 (15)3.4 LCD1602点阵字符液晶显示屏 (16)3.4.1 功能特性描述 (16)3.4.2 管脚描述 (16)3.5 继电器 (17)3.5.1 功能特性描述 (17)第4章系统硬件设计 (18)4.1 单元电路设计 (18)4.1.1 电源电路 (18)4.1.2 单片机电路 (18)4.1.3 按键接口电路 (19)4.1.4 温度检测电路 (20)4.1.5 实时时钟电路 (20)4.1.6 液晶显示电路 (21)4.1.7 驱动加热电路 (21)4.2 总电路图 (22)第5章系统软件设计 (23)5.1 开发环境Keil uVision3介绍 (23)5.2 单元程序流程图 (24)5.2.1 主程序流程图 (24)5.2.2 读温度子程序流程图 (25)5.2.3 读当前时间子程序流程图 (26)5.2.4 液晶显示子程序流程图 (27)5.2.5 驱动加热子程序流程图 (28)5.3 程序详细关键代码 (29)5.3.1 main.c部分 (29)5.3.2 ds18b20.c部分 (32)5.3.3 lcd1602.c部分 (35)5.3.4 ds1302.c部分 (37)总结 (40)图目录图2.1 系统总体设计图 (9)图3.1 AT89S52管脚图 (12)图3.2 DS18B20管脚图 (14)图3.3 DS1302管脚图 (15)图3.4 LCD1602管脚图 (17)图4.1 电源模块电路图 (18)图4.2 单片机模块电路图 (19)图4.3 按键模块电路图 (19)图4.4 温度检测模块电路图 (20)图4.5 实时时钟模块电路图 (20)图4.6 液晶显示模块电路图 (21)图4.7 驱动加热模块电路图 (21)图4.8 总电路图 (22)图5.1 主程序流程图 (24)图5.2 读温度子程序流程图 (25)图5.3 读当前时间子程序流程图 (26)图5.4 液晶显示子程序流程图 (27)图5.5 驱动加热子程序流程图 (28)第1章绪论1.1 选题的背景和意义1.1.1 背景电能的应用技术种类多范围广，主要包括电能光热发电技术、光伏发电技术以及电能光热利用技术。

电热水器控制系统设计与优化随着科技的不断发展，电热水器已经成为现代家庭中必不可少的电器之一。

为了提高电热水器的使用体验和能效，设计一个高效且智能化的控制系统，对于用户来说至关重要。

本文将探讨电热水器控制系统的设计与优化方法，以提升其性能和用户体验。

首先，我们要考虑的是电热水器的温度控制。

传统的电热水器通常使用机械式温控器，但这种控制方式不够智能化且调节精度较低。

为了改进这一问题，我们可以采用数字化温控系统。

数字化温控系统采用传感器实时监测水温，并通过微控制器来精确控制加热元件的开关。

这种系统不仅可以实现精确的温度控制，还可以根据用户需求预设水温，提供个性化的热水服务。

其次，我们可以考虑加入智能化的节能功能。

电热水器通常在用户不使用的时候也会不断保持加热状态，这会造成能源的浪费。

为了解决这一问题，我们可以在控制系统中增加定时开关功能。

用户可以根据自己的使用习惯设定电热水器的工作时间段，电热水器将在设定的时间自动开启和关闭。

这样一来，就可以避免无谓的能源消耗，提高了电热水器的能效。

此外，电热水器控制系统还可以与智能家居系统相连，提供更便捷的控制方式。

通过与智能家居设备（如智能手机、智能音箱等）连接，用户可以随时随地监控和控制电热水器。

例如，用户可以通过手机APP远程开启电热水器，确保有足够的热水准备好。

同时，智能家居系统可以根据用户的习惯和需求，智能调节电热水器的工作模式，提供更加贴心和个性化的服务。

值得注意的是，为了确保电热水器的安全性，控制系统应该具备多重安全保护机制。

例如，系统应该能够监测温度过高并及时切断电源，以防止发生火灾等意外事故。

此外，系统还应该具备漏电保护功能，确保用户的人身安全。

除了基本的设计要求外，我们还可以通过一些优化方法进一步提升电热水器的性能。

首先，我们可以采用优质的加热元件，提高加热效率和使用寿命。

传统的加热元件通常使用铜管或不锈钢线圈，但这些材料的导热性较差。

我们可以考虑采用高导热材料（如铝合金）来替代传统材料，从而提高加热效率和均匀性。

家用智能电热水器控制器(完整)编号审定成绩大学毕业设计论文设计论文题目学院学生姓名专业班级学号指导教师答辩组负责人填表时间年月重庆邮电大学教务处制摘要随着人们生活质量的提高人们对电热水器的要求越来越趋向于智能化和数字化论文首先结合当前电热水器的发展现状和发展趋势介绍了电热水器控制器研究的目的及意义在确定控制参数的基础上详细介绍了控制器的各功能组成模块及工作原理根据电热水器工作原理进行控制器的硬件电路设计和软件设计最后深入介绍了控制器的调试方法和过程以及对整个控制器的设计与实现工作进行总结硬件电路设计中充分利用51单片机的特点主要对水温控制水位控制和漏电检测模块进行了详细地分析设计其中通过采用自制分段式水位传感器实现了水位测量的低成本设计对水温控制进行了完整的理论分析和算法设计测量精度达到±1℃通过分析漏电检测原理在理论计算基础上设计了漏电检测电路软件部分在硬件平台的基础上实现电热水器的控制工作包括液晶显示程序按键扫描程序水位控制程序温度控制程序漏电检测程序以及声音提示程序等本系统在软硬件设计的基础上使用了计算机仿真演示通过计算机仿真该控制器可以实现对水位控制温度控制等功能并能动态监测电热水器工作状况这也验证了此设计的正确性关键词电热水器AbstractWith the improvement of quality of peoples lives peoples demand for water heaters tend to be more intelligent and digital Among them whether the electric water heater controller performance is good or not is not only the embodiment of the water heater performance but also related topersonal safety and other important content Therefore the electric water heater controller design is not only the need of intelligent water heater but also is an important part of electric water heaterFirstly with the electric water heaters current development situation and trend the purpose and significance of the electric water heater controller was introduced in this paper Based on determining the control parameters the functional component and the working principle of the controller were introduced in detail The controller hardware and software were designed by knowing the working principle of the water heaters Finally the paper described the debugging process and method in detail the design and implementation of the control system also was summarized Full use of features 51MCU in hardware design mainly analysis the water temperature control water control and leakage detection module in detail Among them the water temperature control for a complete theoretical analysis and algorithm design measurement accuracy of ±1℃ through the use of home-made sub-type level sensors level measurement and display to achieve a low-cost design By analyzing the leakage detection principle we design the leakage detection circuit based on the theoretical calculation Software components could control the electric water heaters based on the hardware platform which includes liquid crystal display program key scanner water level control procedures temperature control procedures leakage test procedures and procedures for voice promptsThe system use computer simulation shows based on hardware and software design Through computer simulation the controller can realize the water level detection temperature detection and other functions and can dynamically monitor the working conditions of electric water heaters which also verified the correctness of this designKey wordsElectric water heater leakage detection temperature control water line control目录前言1第一章绪论 2第一节电热水器发展现状及发展趋势 2一电热水器发展现状 2二电热水器控制技术历程及趋势 2第二节课题研究的目的及意义3第三节本文研究的主要内容 4第四节本章小结 5第二章系统总体设计 6第一节系统概述 6第二节硬件总体选型7一主要元器件选型原则7二主要元器件选型 7第三节软件总体设计8一单片机系统资源分配8二系统软件总体设计9第四节本章小结10第三章系统实现11第一节硬件设计11一电源电路设计11二单片机最小系统电路设计12三人机交互电路设计13四水位控制电路设计14五温度控制电路设计16六漏电检测电路设计17七声音提示模块19第二节软件设计19一液晶显示程序设计19二按键扫描程序设计22三水位控制程序设计23四温度控制程序设计23五漏电检测及声音提示程序设计26 六控制策略程序设计26第三节本章小结28第四章系统测试与分析29第一节硬件调试29一静态调试29二动态调试30第二节软件调试30一先独立后联机31二先分块后组合31三先单步后连续31第三节仿真演示32一仿真软件简介32二系统仿真测试过程33第四节本章小结35第五章结论36致谢37参考文献38附录40一英文原文40二英文翻译46三系统电路51四源程序52五其它65前言随着国民经济的快速发展热水器已经成为人们生活中必不可少的家用电器之一电热水器具有无污染安全保温时间长使用方便等优点越来越受到消费者的青睐有专家预计借家电下乡等国家政策扶持农村三四级市场的拓展以及行业技术升级企业管理升级2010年至2015年我国电热水器的需求量将呈现递增趋势市场保有量将呈现较为平稳的增长态势[1]目前市场上有两种电热水器连续水流式和贮水式前者虽具有加热速度快和体积小等优点但功率太大大多数家庭的供电线路难以承受而市场上贮水式电热水器大多数采用机械式控制器存在控温精度低加热时间长可靠性差功能单一操作复杂控制不方便等不足很多控制器只具有水位和温度显示功能不具有控制功能另外电热水器安全也是大问题普通电热水器多采用外配漏电保护器有漏电发生时切断电源但一般漏电保护器质量参差不齐漏电保护可靠性差需要用户人工定期测试保护可靠性这样用户无法实时知道漏电保护器的可靠性针对上述情况利用单片机作为控制器的核心可设计出一种多功能的电热水器控制器本文设计了一种智能电热水器微控制器可以实现人机交互水位控制温度控制和漏电实时检测若漏电时可同时切断加热管及控制器电源并发声报警提示热水器干烧报警控制器故障指示等多种实用功能方便用户使用绪论电热水器发展现状及发展趋势一电热水器发展现状经过20多年的发展整个热水器行业已经从最初的小而少发展到现在的大而多产品类型也随着技术不断成熟由最初的燃气热水器独领风骚发展到今天的燃气式电热式太阳能空气源热泵等多种类型随着全球经济快速发展中国电器制造业的迅猛发展及城市建设步伐的不断加快为热水科技产业带来了无限商机目前创新安全节能高效已成为热水器行业间竞争的焦点及发展趋势据调查中国热水器的普及率只有0％左右目前466％的居民家庭表示要在未来5年中购买或更换热水器未来5年内我国城市热水器需求量将平稳增长达到4660万台热水器行业即将迎来新一轮的消费高峰据国务院发展研究中心市场经济研究所推出的中国城市热水器市场研究咨询报告显示未来三年我国热水器市场将继续保持平稳发展的态势年增长保持在％左右目前市场上的电热水器分连续水流式和贮水式前者虽具有加热速度快和体积小的优点但需要的功率大大多数家庭供电线路难以承受而市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善而且精度低可靠性差生活质量的提高使得消费者对电热水器功能提出延伸至全新的概念层面热水器技术未来将继续朝着以下几个方面发展智能化从最初的手动旋钮调节发展到如今数字化调节方式节能技术从最初机械结构上的保温节能到控制技术上的定时加热或分步加热技术转变由于在水温很高时热量流失较快所以未采用该类技术的产品需要长时间在高温区反复加热不仅启动频繁而且耗电量很大如果用户可根据自己的实际需要设定好规定时段以进行定时倒计时加热则能将保温耗电降至最低安全稳定性由于电热水器不同于一般的家电产品涉及到人身安全所以安全问题一直是各大厂家考虑的重点随着现在各种安全技术在电热水器设计中的普遍应用用电环境的日益规范以及国家对电热水器实行强制认证安全技术已经成为衡量电热水器的重要标准其中安全技术主要体现在能自动检测热水器是否处于正常工作状态并具有调温恒温防干烧防超高温防漏电等多项自检功能使用户在使用过程中安全更有保障此外随着无线通信技术的发展无线远程控制也将是新一代电热水器的发展方向用户可以通过任何一部双音频固定电话或手机遥控热水器的开关温度设定等并可查询热水器的工作状态课题研究的目的及意义传统家用电器较为典型的有空调机电冰箱吸尘器电饭煲洗衣机消毒碗柜等新型家用电器有电磁炉微波炉电烤箱等无论是新型家用电器还是传统家用电器其整体技术都在不断地提高其中外观材料工艺结构器件原理功能及微电子技术的应用都有很大的变化因此家用电器的总体水平和品质呈不断上升趋势家用电器的进步关键在于采用了计算机控制技术从而使家用电器从一种机械式的用具变成了一种具有智能的设备智能家用电器体现了家用电器目前最新的面貌和水平嵌入式家用电器由于单片机有体积小功能强可靠性高的明显特点因而可以构成一个体积很小的控制器并嵌入到家用电器内部以单片机为核心所构成的控制器可以看作是家用电器的一个零件这种结构方式就产生了嵌入式家用电器嵌入式家用电器有两种不同的类型一种是非智能式的家用电器一种是智能式的家用电器嵌入式非智能家用电器也称电脑型家用电器在这种家用电器中单片机只对家用电器进行功能性的控制也就是说其控制作用只是实现家用电器的基本功能过去的电脑型电热水器就是很典型的非智能家用电器在这种电热水器中单片机是不考虑热水器量的多少它只是控制电阻丝加热当的水温达到一定温度时则马上停止全功率加热进入低功率保温单片机的存在只是设置了延时开关红绿灯状态显示等一些辅助性的功能并没有实质性的改进这类家用电器虽然有单片机这样的嵌入式器件存在但其控制功能未能反映人类的任何智能性活动所以一般称为非智能家用电器嵌入式智能家用电器也简称为智能家用电器在这种家用电器中单片机不单对家用电器的基本功能进行控制而且还模拟人智能活动的过程对热水器进行温度水量和稳定性进行控制本课题研究有如下的重要意义有助于提高电热水器整体性能可以提高电热水器使用的安全性现了电热水器智能化的发展方向有助于改善人们生活质量本文研究的主要内容本设计首先介绍了电热水器控制器的系统组成和工作原理在确定工作原理的基础上引出了电热水器控制装置的硬件设计主要有直流稳压电源设计单片机最小系统电路设计人机交互电路设计水位控制电路设计水温控制电路设计和漏电检测电路设计其中详细分析了电源电路中各个器件的作用功率器件的驱动电路设计过程和漏电检测电路的理论计算根据电热水器功能实现的需要进行控制器的控制策略与软件设计主要包括主程序设计和中断程序设计其中主程序设计有水位控制程序设计水温控制程序设计人机交互的程序设计和漏电检测及声音提示程序设计最后介绍了控制器的调试方法和调试过程结尾论述了主要结论通过对各方面资料整理分析总结结合电热水器控制原理本论文提出了一种电热水器控制器系统的设计方案其内容分为以下几个方面第一章结合当前电热水器的发展现状和发展趋势介绍了电热水器控制器研究的目的及意义第二章总体介绍了智能电热水器控制器硬件和软件知识包括系统模块框图主要元器件选型以及主程序流程图等第三章分别从硬件和软件两个方面详细介绍了智能电热水器控制器的实现第四章通过焊接的电路按照提出的测试方法对控制器功能进行测试和分析并运用仿真软件进行仿真演示第五章总结了本次毕业设计所做的主要工作和系统设计中的不足本章小结本章首先介绍了热水器发展现状尤其是中国电热水器的发展现状接着又介绍了未来电热水器的发展趋势引出了研究电热水器控制器设计的目的和意义最后总体介绍了本论文研究的主要内容系统总体设计系统概述智能电热水器控制器以下简称控制器用于控制热水器在安全状态下工作控制热水器水位水温度并且将检测到的信号测量值通过液晶显示屏显示实现电热水器的控制功能根据控制器所需完成的控制功能控制系统模块框图如图21所示包括电源模块51单片机最小系统模块人机交互模块水位控制模块温度控制模块漏电检测以及声音提示模块等七个模块其中电源模块为系统提供12V和5V电源51单片机最小系统模块是整个系统的核心控制部分用于完成系统的控制功能人机交互模块实现单片机和外部的信息传递包括液晶显示模块和按键模块通过这两个模块进行系统控制策略的选择水位控制模块实现水位的检测和控制包括水位检测电路和电磁阀控制电路温度控制模块实现温度的检测和控制包括温度检测电路和加热电路漏电检测模块用于检测是否漏电使热水器在安全的状态下使用声音提示用于发音提示热水器当前状态图21系统模块框图本系统采用51单片机为核心控制器对整个系统进行控制其控制过程如下首先通过人机交互模块设定系统的控制策略接着通过水位控制模块对电磁阀进行进水控制同时通过水位检测模块检测水箱中水位然后通过温度控制模块对加热电阻进行控制同时通过温度检测模块检测水箱中温度并实时通过显示模块将水位温度信号测量值发送给液晶显示屏显示实现对热水器的控制硬件总体选型一主要元器件选型原则元器件选择必须要紧密结合功能需求和应用对象主要元器件的选择在考虑满足功能需求的同时还必须要保证在特定环境下的稳定性能同时还必须尽量降低成本CPU的选择具备以下特点存储器空间至少大于4K具有至少一个外部中断源具有至少一个定时计数器可编程IO口液晶显示屏要求编程简单能显示温度和水位等信息价格低廉水位监测装置要求安装简单价格低廉温度传感器要求低电压供电测温范围宽安装简单还要求数据为串行方式以节约单片机端口资源漏电检测模块中需要漏电电流互感器由于泄漏电流通常为毫安级且必须用一匝穿芯的结构用常规互感器在如此小的安匝数下很难进行测量二主要元器件选型STC89C52RC该芯片是ST公司生产的基于51内核的8位微处理器片内有8K的Flash3个定时器计数器2个外部中断32个可编程IO线8个中断源一个串口通信模块等资源[3]可以满足本系统CPU的要求LCD1602显示2行每行16个字符每个字符由5×7点阵构成[4]DS18B20-55℃～125℃可编程为9位～12位转换精度测温分辨率可达00625℃分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中掉电后依然保存[5]由于使用单总线通信方式节省IO口资源水位监测装置用8根不锈钢针分别置于水箱内的8种不同高度的位置当某个钢针不接触水面时其输出为高电平当其与水面接触时则输出低电平它们的输出接至CPU的引脚CPU对这些引脚进行判断后送去显示相应的水位值这种方法省去了传统的AD转换器显示共分8档每档为满水位的125[6]漏电互感器简介漏电保护器主要由检测元件中间环节执行机构及自检装置等部分组成漏电保护器的检测元件就是漏电电流互感器检测出的漏电电流信号经中间机构放大推动执行机构动作切掉电源达到安全保护的目的软件总体设计从图21可以看出本应用涉及的输入输出通道较多因此在设计中考虑到了单片机的IO通道的充分利用对于只需要基本输入输出功能的模块尽量不使用单片机特殊功能模块的专用引脚本系统软件部分实现对热水器的控制工作包括人机交互水位的控制温度的选择和安全检测等功能一单片机系统资源分配单片机系统资源分配如表21所示列出了本系统使用52单片机的所有的IO 资源包括人机交互模块水位控制模块温度控制模块漏电检测模块以及声音提示模块等五个模块表21 单片机系统资源分配编号模块名称系统IO资源占用表接口功能定义52单片机接口 1 人机交互模块液晶显示模块P00-P07P34P35 按键扫描P24-P27 2 水位控制模块水位检测P10-P17 电磁阀 P22 3 温度控制模块温度传感器P20 加热电路 P21 4 漏电检测模块外部中断0 P32 5 声音提示模块蜂鸣器控制线P23二系统软件设计时采用模块化程序设计的方法按照系统的结构与各部分的功能将整个程序也划分为多个功能模块部分分别进行编程然后装配在一起系统软件部分主程序流程图如图22所示图22 系统软件部分主程序流程图系统软件部分主要实现对热水器的控制工作由液晶显示程序按键扫描程序水位控制程序温度控制程序漏电检测及声音提示程序和控制策略程序等七个部分组成其中液晶显示程序显示热水器当前温度和水位按键程序用于设置热水器状态水位控制程序控制水箱的水位温度控制程序控制热水器中水的温度漏电检测及声音提示程序用于实时监测热水器安全状态用于当热水器工作异常时声音报警提示作用本章小结本章首先总体对热水器控制器系统进行了描述在确定控制参数的基础上详细介绍了控制器的各功能组成模块及工作原理根据实现功能提出了系统硬件主要元器件选型原则总体描述了选取的主要元器件并对主控芯片的引脚进行定义最后对系统软件部分进行了总体说明根据控制策略设计软件主程序流程图主要包括水位控制程序设计水温控制程序设计人机交互程序设计和漏电检测以及声音报警提示程序设计等系统实现硬件设计本系统硬件部分包括电源电路STC89C52单片机最小系统电路人机交互电路水位控制电路温度控制电路漏电检测电路以及声音提示电路等七部分电源电路为系统提供12V和5V电源人机交互电路负责单片机和外界信息的交流水位控制电路实现控制水的液位温度控制电路实现控制水温度漏电检测电路负责检测热水器是否在安全的状态下运行声音提示电路负责热水器在非安全状态下时发出声响提示用户硬件设计部分主要完成以上电路的设计包括各个电路的理论分析以及各个电路与单片机的连接等等一电源电路设计本系统需要两种电源分别是5V和12V5V用于52单片机人机交互电路温度检测电路水位检测电路漏电检测电路等12V用于温度控制部分继电器线圈和水位控制部分电磁阀本系统12V电源直接通过外接12V的电源得到5V电源通过LM7805稳压芯片将12V电压变成5V图31是电源的原理图图31 12V转5V电源电路图图中D1是防止电源正负极反接接入电路时损坏元件D2的作用是当输入端对地短路时其电位迅速接近零电位而输出端由于有大电容储存很多电荷而来不及释放其电位仍接近输出电压值VO这时电容将通过稳压器的输出调整管释放电荷其PN结在高于7V的反向偏置电压下会被击穿如果有了保护二极管就能及时将电容的电荷释放从而保护了稳压器发光二极管D3起到指示灯的作用在安装时要尽量使滤波电容C1和01uF电容C3靠近稳压芯片这样可以有效地防止瞬态过电压C2用于滤除稳压芯片输出处的纹波[8]二单片机最小系统电路设计STC89C52RC单片机最小系统包括52单片机芯片时钟电路和复位电路本系统52单片机芯片采用STC89C52RC该芯片内部有2个16位向上计数定时计数器有四种工作方式5个中断源一个串口通信接口32个IO口内部RAM有256字节内部ROM有8K字节[9]时钟电路通过内部时钟源提供时钟外部只需要接一个振荡电路振荡电路中的晶振频率是12MHz复位电路采用按键复位方式当单片机复位引脚检测到至少24个时钟周期的高电平时会自动复位系统系统会重新启动[10]STC89C52单片机最小系统设计原理图如图32所示图32 STC89C52单片机最小系统电路图三人机交互电路设计键盘与显示部分是用户和热水器之间进行信息传递的界面用户主要通过键盘实现对热水器的控制操作并通过显示界面了解热水器的工作参数与状态用户通过键盘进行的操作主要有设定水位和水温度显示部分显示设定水位和水温度和当前热水器工作状态另外在用户查看或进行操作设定时提示用户当前显示的是什么数值项1液晶显示电路液晶12端为电源1516为背光电源液晶3端为液晶对比度调节端通过一个10k电阻接地来调节液晶显示对比度液晶5端为读写选择端因为不从液晶读取任何数据只向其写入命令和显示数据因此此端始终选择为写状态即低电平接地液晶6端为使能信号是操作时必需的信号接单片机的P34口其余7～14为数据口接单片机P0口[11]图33 LCD1602的控制电路2按键电路图34 按键电路图四水位控制电路设计根据电热水器功能需要将水位控制电路分为水位检测电路和电磁阀进水电路两部分进行独立设计其中水位检测电路采用自制传感器实现低成本水位检测由于电磁阀的工作电压为12V功率为3W单片机的工作电压为5V电源不兼容且单片机端口输出电流无法直接驱动电磁阀所以需要一个驱动电路来连接单片机和电磁阀1水位检测电路水位检测电路如图35所示水位传感器可以自制用8根不锈钢针分别置于水箱容积的8平分位置在电极间加电流电路简单直流电压通过470K电阻和钢针无水开路有水侧有十几K电阻分压钢针上的压降不大当某个钢针不接触水面时其输出为高电平当钢针与水面接触时则输出为低电平分别接入CPU的P10-P17引脚CPU对这些引脚进行判断后送去显示相应的水位值这种方法省去了传统的AD转换器显示共分8档每档为满水位的125图35 水位检测电路2电磁阀进水电路。

（论文）家用智能电热水器控制器完整编号：审定成绩：XX大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：家用智能电热水器控制器学院名称：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：答辩组负责人：填表时间：年月重庆邮电大学教务处制随着人们生活质量的提高，人们对电热水器的要求越来越趋向于智能化和数字化。

其中，电热水器控制器性能的好坏不仅是电热水器性能好坏的体现，更关系到人身安全等重要内容。

因此，电热水器控制器的设计是智能电热水器的需要，同时也是电热水器的重要组成部分。

论文首先结合当前电热水器的发展现状和发展趋势，介绍了电热水器控制器研究的目的及意义。

在确定控制参数的基础上，详细介绍了控制器的各功能组成模块及工作原理。

根据电热水器工作原理进行控制器的硬件电路设计和软件设计。

最后深入介绍了控制器的调试方法和过程，以及对整个控制器的设计与实现工作进行总结。

硬件电路设计中充分利用51单片机的特点，主要对水温控制、水位控制和漏电检测模块进行了详细地分析设计。

其中，通过采用自制分段式水位传感器，实现了水位测量的低成本设计；对水温控制进行了完整的理论分析和算法设计，测量精度达到±1℃；通过分析漏电检测原理，在理论计算基础上设计了漏电检测电路。

软件部分在硬件平台的基础上实现电热水器的控制工作，包括液晶显示程序、按键扫描程序、水位控制程序、温度控制程序、漏电检测程序以及声音提示程序等。

本系统在软硬件设计的基础上，使用了计算机仿真演示。

通过计算机仿真，该控制器可以实现对水位控制、温度控制等功能，并能动态监测电热水器工作状况，这也验证了此设计的正确性。

【关键词】电热水器漏电检测温度控制水位控制Abstract summarized【Key words】Electric water heater leakage detection temperature controlwater line control目录前言 ................................................................................................................... - 1 - 第一章绪论 ......................................................................................................... - 2 - 第一节电热水器发展现状及发展趋势. (2)一、电热水器发展现状 ............................................................................... - 2 -二、电热水器控制技术历程及趋势 ........................................................... - 2 - 第二节课题研究的目的及意义. (3)第三节本文研究的主要内容 (4)第四节本章小结 (5)第二章系统总体设计 ......................................................................................... - 6 - 第一节系统概述. (6)第二节硬件总体选型 (7)一、主要元器件选型原则 ........................................................................... - 7 -二、主要元器件选型 ................................................................................... - 7 - 第三节软件总体设计.. (8)一、单片机系统资源分配 ........................................................................... - 8 -二、系统软件总体设计 ............................................................................... - 9 - 第四节本章小结.. (10)第三章系统实现 ............................................................................................... - 12 - 第一节硬件设计.. (12)一、电源电路设计 ..................................................................................... - 12 -二、单片机最小系统电路设计 ................................................................. - 13 -三、人机交互电路设计 ............................................................................. - 14 -四、水位控制电路设计 ............................................................................. - 15 -五、温度控制电路设计 ............................................................................. - 17 -六、漏电检测电路设计 ............................................................................. - 18 -七、声音提示模块 ..................................................................................... - 20 - 第二节软件设计.. (20)一、液晶显示程序设计 ............................................................................. - 21 -二、按键扫描程序设计 ............................................................................. - 23 -三、水位控制程序设计 ............................................................................. - 24 -四、温度控制程序设计 ............................................................................. - 24 -五、漏电检测及声音提示程序设计 ......................................................... - 28 -六、控制策略程序设计 ............................................................................. - 28 - 第三节本章小结.. (30)第四章系统测试与分析 ................................................................................... - 31 - 第一节硬件调试.. (31)一、静态调试 ............................................................................................. - 31 -二、动态调试 ............................................................................................. - 32 - 第二节软件调试.. (32)一、先独立后联机 ..................................................................................... - 33 -二、先分块后组合 ..................................................................................... - 33 -三、先单步后连续 ..................................................................................... - 33 - 第三节仿真演示.. (34)一、仿真软件简介 ..................................................................................... - 34 -二、系统仿真测试过程 ............................................................................. - 35 - 第四节本章小结.. (37)第五章结论 ....................................................................................................... - 38 - 致谢 ................................................................................................................. - 39 - 参考文献 ............................................................................................................. - 40 - 附录 ................................................................................................................. - 42 -一、英文原文 (42)二、英文翻译 (48)三、系统电路 (54)四、源程序 (55)五、其它 (78)前言随着国民经济的快速发展，热水器已经成为人们生活中必不可少的家用电器之一。

家用电热水器智能调控技术与方案随着科技的不断发展，智能化技术在各个领域得到了广泛应用。

而家用电热水器作为家庭生活中不可或缺的设备之一，同样受益于智能调控技术的进步。

本文将介绍家用电热水器智能调控技术的现状和发展，并提出相应的智能调控方案。

一、家用电热水器智能调控技术的现状目前，家用电热水器的智能化程度已经有了很大的提升。

传统的机械调控方式正在被数字化、智能化的调控系统所取代。

智能调控技术可以实时监测和控制热水器的状态，让用户可以方便地远程操控热水器，提高用户的使用便利性和舒适度。

现代家用电热水器智能调控技术的发展已经包含了以下几个方面：1. 温度调控的智能化：家用电热水器智能调控技术可以精确控制热水器的温度，用户可以通过智能手机或者其他智能设备设置所需的水温。

此外，智能调控系统还可以通过温度传感器实时监测水温并自动调整，使得用户能够随时享受到所需的热水。

2. 远程控制的智能化：智能调控系统可以通过互联网连接，实现用户对家用电热水器的远程控制。

用户可以通过手机应用程序或者电脑远程监测和设置热水器的工作状态，如调整水温、开关热水器等。

这种智能调控技术提高了用户的使用便捷性，让用户能够在离家外出时提前开启热水器，确保回家时有足够的热水。

3. 智能学习和适应的技术：一些智能调控系统可以学习用户的用水习惯和需求，通过分析数据和模式识别，自动调整热水器的工作模式，提供个性化的热水服务。

这种智能调控技术不仅能够满足用户的需求，还可以优化能源利用，减少不必要的能源浪费。

二、智能调控方案为了进一步推进家用电热水器智能调控技术的发展，提高用户的舒适度和能源利用效率，可以考虑以下几个方面的智能调控方案。

1. 温度智能调控方案：通过使用温度传感器和智能算法，实现对热水器温度的智能调控。

可以根据用户设置的时间表，在用户需要热水的时候自动启动热水器，并根据用户的用水习惯和需求调节水温。

此外，还可以根据室内和室外温度变化自动调整热水器的工作状态，提高能源利用效率。