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摘要本课题的目的是结合太阳能热水器的具体应用，设计一种用于太阳能热水器的检测控制系统，以更好的实现对太阳能热水器的监控与控制。
太阳能热水器作为太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用。
根据太阳能热水器特点以及对控制器的要求，本文提出了一种基于单片机AT89C52的太阳能热水器智能控制器的设计方法。
本文在分析了解太阳能热水器及其控制器的发展和市场分布状况的基础上，描述了太阳能热水器控制器的组成及其工作原理。
论文完成了控制器的硬件设计和软件设计。
在硬件设计中，利用AT89C52单片机作为控制的中心环节，控制整个系统运作。
利用温度传感器DS18B20和分段式水位传感器作为水温水位测量环节，并将测量结果送单片机进行处理。
利用DS12887作为时钟芯片，以实现时间以及日期的显示。
选用液晶显示模块12864显示水温水位时间及日期，显示部分是人机交换的重要媒介之一。
在软件设计部分采用模块化结构，完成了包括主程序，水位检测子程序、LCD显示等子程序的设计。
系统主程序主要完成一些初始化功能，温度的检测以及控制辅助加热系统，同时完成信号转换及送显示功能；水位检测子程序完成水位测量及送数据功能；显示子程序完成水温水位及时间日期的显示功能；键盘扫描子程序实现功能转换及水温水位时间的设定。
论文通过对整体设计方案，硬件电路，软件程序的设计分析，实现了太阳能热水器的水温水位的检测与控制，具有实际的意义。
关键词：太阳能热水器；传感器；DS12887；单片机； FYD12864-0402BIAbstractThe purpose of this study is to introduce a kind of solar water heater detection based on the application of solar water heater，achieving to do the better monitoring and controling of the solar water heater. Solar water heater，as one of the most common use of the solar energy utilization. The economic benefit is obviously and the popularization and application is rapidly. According to the characteristics of solar water heater and the requirement of the controller，here shows a design method of the solar water heater intelligent controller based on the clock chip DS12887.In the analysis of the article about solar water heaters and control of the development and market condition on the basis of distribution, solar water heaters of the controller and the principle of work. The papers finish the control of the hardware and software design. In hardware design of AT89C52 monolithic integrated circuits to control center segments of the whole system. Use of the temperature sensors DS18B20 and sectional form sensors to measure the level as the water, and measurements taken for processing monolithic integrated circuits. Use DS12887 as the clock, to realize the time and date display. Use LCD modules 12864 show that the level of time and date, the display is part of the exchange of one of the man-machine important vehicle. In software design of structure, use modular completed include the program, the level of the inspection or subroutines LCD display design and so on. The main program of the system performs some of the initialization, the temperature of the inspection and control the heating system and the auxiliary signal to show complete the exercise and function testing programs；the water, the measurement and send data to display the functions；a subroutine to complete the water and time functions of the date display；scan a subroutine into the function and the time set.This paper on the overall design, software, hardware circuit analysis of designs, make the measurement and control of the solar water heater into realize, which has played a significant role in the daily life.Keywords: solar water heater; sensor; DS12887; MCU; FYD12864-0402BII目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1太阳能热水器控制器的发展概况及市场分析 (1)1.1.1发展概况 (1)1.1.2市场分析 (1)1.2太阳能热水器控制器的应用及意义 (1)第2章控制器的组成及工作原理 (3)2.1太阳能热水器的结构及工作原理 (3)2.1.1 太阳能热水器的结构 (3)2.1.2 控制器结构及工作原理 (5)2.2控制器的总体设计 (6)2.2.1设计思想及实现功能 (6)2.2.2方案论证 (6)第3章控制器硬件设计 (8)3.1控制器原理框图 (8)3.2单片机外围电路 (8)3.2.1晶振电路 (9)3.2.2上电复位电路 (9)3.3控制器时钟接口电路设计 (10)3.3.1 DS12887时钟芯片简介 (11)3.3.2 时钟电路 (17)3.4温度检测电路设计 (18)3.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性 (19)3.4.2温度检测电路设计 (20)3.5水位检测及键盘电路设计 (20)3.5.1水位检测电路设计 (20)3.5.2键盘电路的设计 (21)3.5.3总体电路设计 (21)3.7显示接口电路的设计 (21)3.7.1 FYD12864-0402B模块简介 (22)3.7.2 显示电路设计 (26)3.8光电隔离与辅助加热电路设计 (27)第4章控制器的软件设计 (31)4.1主程序设计 (31)4.2水位检测子程序 (33)4.3键盘扫描子程序设计 (33)4.4显示子程序设计 (34)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录1：电路图 (38)附录2：部分程序 (39)第1章绪论1.1太阳能热水器控制器的发展概况及市场分析1.1.1发展概况当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。
家用电热水器人体感应自动断电安全控制器的研究与制作目前，市面上所销售的电加热热水器因安装和使用方便深得老百姓的喜爱。
但由于我国很多建筑电源设计和施工不够规范，电热水器在使用过程中的安全问题在现实生活中尤显非常重要。
标签：热水器；红外接收；人体感应根据我国相关标准要求，电加热热水器在出厂时都安装有防漏电控制部分。
但因操作使用不当或防漏电失灵等原因仍事故不断。
那么怎么才能让既经济又环保的电热水器做到绝对安全，让我们使用起来可以放心呢？为此笔者设计制作了家用电热水器人体感应自动断电安全控制器，在防触电方面能够做到安全可靠。
原理是：人体辐射的红外光被人体感应自动断电安全控制器红外接收窗口接收到后，人体红外热信号通过红外组件转换为电信号触发IC555构成的施密特触发器控制器控制电路，推动双组四触点继电器动作，自动断开电热水器的电源，使电加热热水器使用过程中完全和220V交流电隔离，从而确保使用者在使用过程中在防触电方面的绝对安全。
试验结果表明，在使用者没有进入使用区域时，双组四触电常闭触点一直接通为热水器正常加热供电，当使用者进入使用区域后控制器红外组件接收到使用者人体所辐射的红外光，从而为后续IC555触发电路提供信号，使控制器工作推动继电器动作，这时继电器常闭触点完全斷开，达到安全使用的目的。
当使用者离开使用现场后，因为红外组件收不到红外热信号，后续控制器失去控制信号，继电器不能得电，当延时结束后，继电器因失电常闭触点重新闭合继续为热水器供电。
下面简要介绍一下红外接收组件的结构原理红外接收组件主要由光学菲涅尔透镜系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和控制电路等几部分组成。
电热水器在使用过程中人体所辐射的红外光透过红外组件的菲涅尔透镜聚集在红外探测元上，其特殊结构也产生交替变化的红外辐射强弱交替信号，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；控制器设计的核心是热释电红外传感器器件，把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为自动控制功能的实现打下基础。
电子电路实验实验总结报告题目名称：家用电热水器控制器学生：学号：学生：指导教师：验收日期：电工电子实验教学中心制摘要用清洁能源电能进行加热的热水器被称作电热水器。
电热水器与燃气热水器、太阳能热水器是目前市场上畅销的三大热水器种类。
近年来，由于电热水器使用安全、用电方便快捷、加热迅速、价格便宜等方面的优势，人们对电热水器喜爱甚佳，市场销售历年居首，目前电热水器几乎成为家用电器必备之一。
本文介绍一种储水式电热水器的控制器，其主要功能有进水设置与显示、进水控制、温度设置与显示、温度控制及自动报警等功能。
本文先介绍了家用电热水器控制器总体方案设计，按照功能及技术性能指标要求，采用自上而下的设计方法对进水控制器和温度控制器的电路结构进行分析和设计，详细的介绍了两种控制器的工作原理；接着介绍了进水控制器的设计与仿真，进水控制器由水位预置电路、进水状况检测电路及电磁阀控制电路等电路组成，用Multisim软件完成了对各部分电路的仿真检验，检验了进水控制器设计的正确性；接着对温度控制器设计进行介绍，温度控制器由温度传感器电路、A/D转换电路、温度预置电路、加热器控制电路、时钟电路及数码管显示电路等电路组成，用软件Multisim完成了对各部分电路仿真检验，检验了温度控制器的设计的正确性；再对进水控制器硬件电路进行安装和调试，完成了进水控制器所要求的功能和技术指标。
因次，从控制器的电路设计和仿真的结果和电路的安装和调试的情况来看，本文所介绍的家用热水器控制器的设计是成功的，完全实现了所要求的指标，验证了电路的可行性。
目录第1章热水器控制器整体设计 (1)1.1题目简介 (1)1.2功能及技术性能指标要求 (1)1.3进水控制器电路结构及工作原理 (2)1.4温度控制器电路结构及工作原理 (3)第2章进水控制器电路设计与仿真 (5)2.1水位预置电路 (5)2.1.1 手动脉冲信号产生电路 (5)2.1.2 预置编码电路 (5)2.1.3 译码驱动显示电路 (6)2.1.4 仿真结果 (7)2.2进水状况检测电路 (8)2.2.1 电路设计 (8)2.2.2 仿真结果 (9)2.3电磁阀控制电路 (9)2.3.1 优先编码电路设计 (9)2.3.2 状态比较电路设计 (9)2.3.3 继电器开关电路设计 (10)2.3.4 仿真结果 (11)2.4进水控制器仿真结果 (11)第3章温度控制器电路设计与仿真 (14)3.1温度传感器电路 (14)3.1.1 温度/电压变换电路 (14)3.1.2 测量放大器电路 (15)3.1.3 仿真结果 (15)3.2A/D转换电路 (16)3.2.1 电路设计 (16)3.2.2 仿真结果 (17)3.3温度预置电路 (17)3.3.1 手动脉冲产生电路设计 (17)3.3.2 计数器电路设计 (18)3.3.3 仿真结果 (19)3.4加热器控制电路 (19)3.5时钟电路 (21)3.5.1 电路设计 (21)3.5.2 仿真结果 (22)3.6数码管显示电路 (23)3.7温度控制器仿真结果 (23)第4章家用电热水器控制器测试 (25)4.1水位预置情况 (25)4.2进水状况检测情况 (25)4.3电磁阀控制情况 (26)4.4温度传感器情况 (27)4.5A/D转换电路情况 (27)4.6温度预置情况 (28)4.6加热器控制情况 (28)实验总结 (29)参考文献 (30)附录 (31)附录一家用电热水器控制器（进水控制器）元器件明细表 (31)附录二家用电热水器控制器（进水控制器）实物照片 (32)附录三实验日志 (33)第1章热水器控制器整体设计1.1 题目简介以清洁能源电能进行加热的热水器称为电热水器。
南京工程学院本科毕业设计（论文）题目：电热水器控制系统设计专业：自动化（数控技术）班级： K数控092 学号：*********学生姓名：指导教师：起迄日期： 2013.2.20～2013.6.08 设计地点：基础实验中心C302Graduation Design (Thesis)Design of Control System for Electric Water HeaterBySupervised byAssociate Prof.Department of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune，2013南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文)摘要电热水器作为人们生活中不可或缺的家用电器之一，对我们的生活水平有着重要的影响，常用的热水器主要分为以下三种：燃气式热水器，太阳能热水器以及电热水器。
太阳能热水器虽然有没有污染的优点，但是其使用受到天气与位置的较大限制，加之其不能对温度进行有效控制；燃气热水器虽然不用受到上面的限制，但是人们通常会对其使用过程中的一些危险，如一氧化碳中毒和燃气泄漏的担心，加之其安装过程非常繁琐，也渐渐淡出人们的视线；而电热水器在具有其上优点的同时，其安装十分方便，同时在当今时代，电热水器的各方面的研发已经十分的成熟，安全性也能很好的得到保证。
而随着科技的发展，传统的机械式控制系统一难以满足人们对高生活水平的要求，而在微处理器技术、传感器技术的进一步成熟的现今社会，电热水器开始摒弃传统的机械式的控制方式，转而采用全新的控制方式，，以微处理器为核心，通过传感器测温，然后再通过显示屏显示，辅以友好的人机界面，从而实现热水器的智能使控制方法。
本论文完成的控制系统是利用AT89S52单片机作为控制核心的，然后利用其现有接口外接各种硬件模块，主要有：温度测量电路，实时时钟电路，键盘，看门狗电路，加热开关，LED显示电路。
电热水器温度控制器设计作者：李陇森王超狄生明来源：《新教育时代·学生版》2017年第09期摘要：设计一种智能家用电热水器温度控制系统。
以STC89C52单片机作为控制核心，使用C语言编写程序。
使用按键键盘设定温度，温度可以精确到0.1摄氏度，并使用LED灯显示，能够精确提供用户所需温度的温水。
采用DS18B20采集温度，使用LED灯显示，精确的显示出采集的水温。
当所需温度高于当前采集的水温时，使用继电器控制外接加热源，当所需温度低于当前采集的水温时，继电器断开不加热。
当所需温度高于采集温度时，继电器吸合开始加热，基本实现了智能控制功能。
关键词：单片机 DS18B20 热水器温度控制引言随着人们生活水平的提高，热水器在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，越来越受到人们的青睐。
由于燃气热水器易受水压限制，而且安全性较差，每年使用燃气热水器造成的爆炸、中毒等事故也屡有所闻。
消费者对燃气热水器怀有一定的惧怕感，所以燃气热水器渐渐淡出市场，而智能电热水器越来越受到人们的认可。
传统的电热水器水温控制系统功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，然而采用单片机的电热水器水温控制系统功能多样化、精度高、抗干扰能力强。
电热水器水温控制系统是以STC89C52单片机作为主控制元件来能实现热水器里的水温显示在数码管，采用继电器实现自动控制加热的装置，对提高人们生活质量和工作效率具有非常重要的意义。
[1]一、设计内容电热水器温度控制系统以单片机味控制核心，主要由DS18B20温度传感器、数码管显示模块、继电器、功能按键等组成。
以STC89C52单片机作为控制核心，使用C语言编写程序。
使用按键键盘设定温度，温度可以精确到0.1摄氏度，并使用LED灯显示，能够精确提供用户所需温度的温水。
采用DS18B20采集温度，使用LED灯显示，精确的显示出采集的水温。
当所需温度高于当前采集的水温时，使用继电器控制外接加热源，当所需温度低于当前采集的水温时，继电器断开不加热。
温度控制器实验报告目录一、实验概述 (2)1. 实验目的 (2)2. 实验设备与材料 (2)3. 实验原理 (3)二、实验内容与步骤 (4)1. 实验内容 (5)1.1 温度控制器的基本操作 (6)1.2 温度控制器的参数设置与调整 (7)2. 实验步骤 (8)2.1 安装温度控制器 (9)2.2 校准温度计 (9)2.3 设置温度控制器参数 (11)2.4 观察并记录实验数据 (13)2.5 分析实验结果 (13)三、实验数据与结果分析 (14)1. 实验数据 (15)1.1 温度控制器的温度读数 (17)1.2 温度控制器的设定温度 (18)1.3 温度控制器的实际输出温度 (19)2. 结果分析 (19)2.1 温度控制器的性能评价 (20)2.2 温度控制器在不同条件下的适应性分析 (21)四、实验结论与建议 (22)1. 实验结论 (23)2. 实验建议 (24)一、实验概述本实验旨在通过设计和制作一个温度控制器，让学生了解温度控制器的基本原理、结构和工作原理，并掌握温度控制器的制作方法。
学生将能够熟练掌握温度控制器的设计、制作和调试过程，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
本实验的主要内容包括，在实验过程中，学生将通过理论学习和实际操作相结合，全面掌握温度控制器的相关知识和技能。
1. 实验目的本实验旨在探究温度控制器的性能及其在实际应用中的表现，通过一系列实验，了解温度控制器的控制原理、操作过程以及性能特点，验证其在实际环境中的温度控制精度和稳定性。
本实验也旨在培养实验者的实践能力和问题解决能力，为后续相关领域的深入研究和实践打下坚实的基础。
2. 实验设备与材料温度控制器：作为实验的核心设备，本实验选择了高精度数字式温度控制器，具备较高的稳定性和精确度，能够确保实验结果的可靠性。
恒温箱实验箱：为了模拟不同的环境温度，采用了具有温控功能的恒温箱或实验箱。
通过调节箱内的温度，可以观察温度控制器在不同环境下的表现。
西安邮电学院测控仪器课程设计报告书题目：电热水器的设计系部名称：信息与控制系学生姓名：刘志伟（01）王宇（07）付国伟（13）李航（35）专业名称：测控技术与仪器班级：测控0504班时间：2007年12月10日至12月 21日电热水器的设计一、设计目的：用热电式传感器（热敏电阻）设计一个电热水器。
当热水器内的水温低于950 C时，控制电路给出信号使电热水器电源接通，给水加热，加热时红色指示灯亮；当热水器内的水温达到950 C使，控制电路自动切断热水器电源，停止给水加热，使其处于保温状态，停止加热时，黄色指示灯亮。
二、设计要求：（1）可控制电热水器电源接通或断开。
（2）可显示相应的控制状态。
三、设计器材：四、设计方案及分析（包含设计电路图）1、LM324的功能及引脚：LM324 是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
如图1所示：图1其内部的四个运算放大器, A, B, C, D 以及引脚功能如下：LM324中的每一组运算放大器可用图2所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
图22、继电器的继电特性：电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通。
一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。
当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。
我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性（参考图3）。
释放值xf与动作值xx的比值叫做反馈系数，即 Kf= xf /xx触点上输出的控制功率Pc与线圈吸收的最小功率P0之比叫做继电器的控制系数，即Kc=PC/P0图33、负温度系数热敏电阻（NTC）极其特性：NTC具有很高的负温度系数，特别实用于-100——3000 C之间测温。
课程设计电热水器控制系统课程名称单片机原理及应用技术学生学院信息工程学院专业测控技术与仪器(计算机测控) 班级2010级(1)班学号3110002441学生姓名彭港健指导教师邓耀华/王桂棠2012 年 06 月 21 日摘要在本次课程设计中，根据课题要求，我们组员通过查找资料、分析、讨论，最终确定下本方案。
本方案主要功能是实时检测水温，当温度低于60度是自动加热，高于90度是停止加热，实现智能控制热水器的储水量。
在满足基本功能的前提下，为了能使电路简单，反应快速，并尽量减低成本。
电源选用5V直流电压。
而从方案设计、分析，比较确定方案，到确定参数，并在原来的基础上考虑添加扩展功能，理论计算分析，以及电路原理图的绘制，电路板的焊接调试，最后的撰写设计报告，我们小组各成员一起协商讨论，分工合作，终于圆满地完成了本次的课程设计。
关键词：单片机，温度传感器，LED灯，数码管，智能控制AbstractIn this course design, according to the topic request, we members through the search, data analysis, discussion, and finally determined that this scheme. His own cause of the NE555, and the circuit, non-contact switch circuit, alarm analog circuits and power circuit four parts. The main function is clever way to realize the electric fan protection and alarm, namely in hand touches the electric fan metal shell, fan would immediately lose electric and also issued the alarm, has warned not to touch; When people leave a few seconds after about metal shell, fans auto reply operation. Meeting the basic function of the premise, in order to enable circuit is simple and quick response, and try to reduce costs. Choose 6V dc power supply voltage. And the scheme design, analysis, determined scheme, to determine the parameters, And consider adding extended on the basis of original features, theoretical analysis and circuit schematics drawing, welding and debugging of circuit board, the final written design report, our consultations with the members of the group, Division, and finally successfully completed this course design.Keywords: Single-chip microcomputer ,Temperature sensor ,LED lights目录摘要 (I)Abstract (II)目录 .......................................................................................................................................... I II 前言 .. (1)一.方案详解 (2)二.原理流程图 (4)图3 热水系统Protuse仿真原理图 (5)三.器件清单 (6)四.元器件简介 (7)3.1芯片DS18B20 (7)3.1.1 DS18B20的主要特性 (7)3.1.2 DS18B20的外形和内部结构 (8)3.1.3 DS18B20工作原理 (8)3.2 元件8952特性介绍 (10)五.小组作品功能展示 (14)六．热水系统控制源程序 (18)七.遇到的问题与解决方法 (25)八.个人心得体会 (26)前言科学技术的快速发展往往能给人们的生活带来很多便利，科学技术的产物——热水器，就是其中一个。
毕业设计说明书设计题目智能家用电热水器控制器的设计院（系）计算机科学与信息工程学院专业年级级自动化学生姓名学号指导教师职称讲师设计地点重庆工商大学日期 20年5月17日摘要本文阐述了基于单片机（80C52）的智能热水器控制系统的设计过程，硬件部分主要由单片机，电源部分电路，加热及温度调节电路，数码显示器，AD采集电路，pt1000温度传感器，AD7705参考电压，数据存储器电路，等部分组成。
软件部分使用C语言编写，主要完成温度的采集，预定温度的设定，当前温度的显示，加热器的控制等功能，软件调试无误。
电路使用protues画出，并使用ISIS加载软件程序进行仿真运行。
关键词： 80C52；模块；自能热水器控制系统目录摘要 (I)引言 (1)一、概述 (1)1、智能热水器的历史与发展 (1)2、本设计主要的研究内容 (2)3、系统总体方案设计 (2)4、AT89C52简介 (3)二、硬件设计 (3)1、单片机的选择 (3)2、电源部分电路 (4)3、加热及温度调节电路 (4)3、数码显示器 (4)4、AD采集电路 (4)5、pt1000温度传感器 (5)6、AD7705参考电压 (5)7、数据存储器电路 (5)三、软件设计 (8)1、主程序设计 (8)2、温度设定 (10)3、设定温度的存储流程图 (11)4、采集温度流程图 (12)5、温度显示设计 (13)6、温度控制流程图 (14)四、系统抗干扰及可靠性分析 (14)1、硬件抗干扰技术 (14)（1）抑制干扰源常用措施 (15)（2）切断干扰传播途径措施 (15)（3）提高敏感器件的抗干扰性能 (16)2、软件抗干扰技术 (17)致谢 (18)参考文献： (19)引言热水器一直是人类不可或缺的家用电器，随着科技的发展，热水器也经理了更新换代，现在智能热水器已经可以进入了家家户户，他的高性能，方便，可靠被人们深受好评，这里给大家介绍一下我自己设计的智能热水器。
电子电路实验实验总结报告题目名称：家用电热水器控制器学生：学号：学生：指导教师：验收日期：电工电子实验教学中心制摘要用清洁能源电能进行加热的热水器被称作电热水器。
电热水器与燃气热水器、太阳能热水器是目前市场上畅销的三大热水器种类。
近年来，由于电热水器使用安全、用电方便快捷、加热迅速、价格便宜等方面的优势，人们对电热水器喜爱甚佳，市场销售历年居首，目前电热水器几乎成为家用电器必备之一。
本文介绍一种储水式电热水器的控制器，其主要功能有进水设置与显示、进水控制、温度设置与显示、温度控制及自动报警等功能。
本文先介绍了家用电热水器控制器总体方案设计，按照功能及技术性能指标要求，采用自上而下的设计方法对进水控制器和温度控制器的电路结构进行分析和设计，详细的介绍了两种控制器的工作原理；接着介绍了进水控制器的设计与仿真，进水控制器由水位预置电路、进水状况检测电路及电磁阀控制电路等电路组成，用Multisim软件完成了对各部分电路的仿真检验，检验了进水控制器设计的正确性；接着对温度控制器设计进行介绍，温度控制器由温度传感器电路、A/D转换电路、温度预置电路、加热器控制电路、时钟电路及数码管显示电路等电路组成，用软件Multisim完成了对各部分电路仿真检验，检验了温度控制器的设计的正确性；再对进水控制器硬件电路进行安装和调试，完成了进水控制器所要求的功能和技术指标。
因次，从控制器的电路设计和仿真的结果和电路的安装和调试的情况来看，本文所介绍的家用热水器控制器的设计是成功的，完全实现了所要求的指标，验证了电路的可行性。
目录第1章热水器控制器整体设计 (1)1.1题目简介 (1)1.2功能及技术性能指标要求 (1)1.3进水控制器电路结构及工作原理 (2)1.4温度控制器电路结构及工作原理 (3)第2章进水控制器电路设计与仿真 (5)2.1水位预置电路 (5)2.1.1 手动脉冲信号产生电路 (5)2.1.2 预置编码电路 (5)2.1.3 译码驱动显示电路 (6)2.1.4 仿真结果 (7)2.2进水状况检测电路 (8)2.2.1 电路设计 (8)2.2.2 仿真结果 (9)2.3电磁阀控制电路 (9)2.3.1 优先编码电路设计 (9)2.3.2 状态比较电路设计 (9)2.3.3 继电器开关电路设计 (10)2.3.4 仿真结果 (11)2.4进水控制器仿真结果 (11)第3章温度控制器电路设计与仿真 (14)3.1温度传感器电路 (14)3.1.1 温度/电压变换电路 (14)3.1.2 测量放大器电路 (15)3.1.3 仿真结果 (15)3.2A/D转换电路 (16)3.2.1 电路设计 (16)3.2.2 仿真结果 (17)3.3温度预置电路 (17)3.3.1 手动脉冲产生电路设计 (17)3.3.2 计数器电路设计 (18)3.3.3 仿真结果 (19)3.4加热器控制电路 (19)3.5时钟电路 (21)3.5.1 电路设计 (21)3.5.2 仿真结果 (22)3.6数码管显示电路 (23)3.7温度控制器仿真结果 (23)第4章家用电热水器控制器测试 (25)4.1水位预置情况 (25)4.2进水状况检测情况 (25)4.3电磁阀控制情况 (26)4.4温度传感器情况 (27)4.5A/D转换电路情况 (27)4.6温度预置情况 (28)4.6加热器控制情况 (28)实验总结 (29)参考文献 (30)附录 (31)附录一家用电热水器控制器（进水控制器）元器件明细表 (31)附录二家用电热水器控制器（进水控制器）实物照片 (32)附录三实验日志 (33)第1章热水器控制器整体设计1.1 题目简介以清洁能源电能进行加热的热水器称为电热水器。
由于对环境无污染，能源充足，响应快，用热水方便，安装简单，因此颇受青睐。
当前，市场上销售的电热水器主要有三种：容积式。
按照安装方式可分为壁挂（横式）式电热水器和落地式（竖式）热水器，壁挂式电热水器容积通常为40L-100L，落地式热水器容积通常为100L 以上。
家用储水式电热水器具有安装方便，出水量大，水温稳定等特点，但传统的储水式电热水器加热速度慢，等待时间较长。
即热式。
即热式电热水器一般需20—30A的电流，即开即热，水温恒定，制热效率高，安装空间小。
具有能够即开即热，省时省电，节能环保、体积小巧、水温恒定等诸多优点。
速热式。
一般容量在6L—30L，加热功率较大，约为3.5KW及以上。
加热时间较短，1次预热，即可连续供应热水，无使用人数限制。
具有机械衡温、全自动智能恒温两种保温模式，保护措施较好，使用安全可靠。
近年来，随着电热水器在安全、节能、加热、出水量等方面不断改进，越来越受到人们的青睐，市场销售历年持续增长。
另外，中国未来的电热水器的研发需求还包括安全可靠、节能、低碳环保、舒适健康、产品结构升级、建筑一体化以及智能化七个方面。
因此，家用电热水器将是家庭的家用电器中必备电器产品之一。
本题目结合学生已经掌握的模拟电子技术、数字电子技术理论知识和实验技能，以模拟集成电路和数字集成电路为核心器件，由学生自主完成一种全自动的储水式电热水器控制器的研制。
该控制器可实现对热水器的进水阀门和加热器的自动控制，并提供必要的安全、报警等功能。
1.2 功能及技术性能指标要求家用电热水器控制器包括进水控制和温度控制两部分，它们之间的电路结构相对比较独立。
其功能及技术性能指标要求如下：进水控制：（1）水位预置：从低到高，共5级；（2）水位预置指示：红色发光二极管，5个，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；（3）进水状况检测：从低到高，共6级，其中包括1个水位溢出检测；（4）进水状况指示：绿色发光二极管，5个，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；（5）控制进水电磁阀输出端口：1个，开关量，高电平有效；（6）电磁阀吸合及水位溢出指示：双基色发光二极管，红色亮表示水位已达到溢出位置，绿色亮表示电磁阀吸合。
（7）状态指示一：双基色发光二极管，红色亮表示控制器工作在水位预置状态，绿色亮表示控制器工作在进水状态；温度控制：（8）温度预置及检测围：0℃ ~ 50 ℃；（9）温度测量误差：≤ 1 ℃；（10）温度显示方式：LED 数码管，两位；（11）控制加热器输出端口：1个，高电平有效；（12）状态指示二：双基色发光二极管，红色亮表示控制器工作在温度预置状态，绿色亮表示控制器工作在加热状态。
1.3 进水控制器电路结构及工作原理进水控制器电路由水位预置电路、进水状况检测电路、电磁阀控制电路及电磁阀组成，其电路结构如图1.1所示。
图1.1 进水控制器电路结构框图进水控制器由三部分电路共同协调完成功能，该控制器具有两种工作模式，即预置水位模式和进水模式，可通过预置/进水按键开关进行模式的选择。
当开关处于水位预置状态时，预置状态指示灯亮，按动手动脉冲电路中的脉冲按键，将会产生单个脉冲，由于按动开关会有抖动，因此手动脉冲电路已经利用SR触发器进行消抖，脉冲电路产生的脉冲送至预置编码电路，预置编码电路则开始对电路状态进行编码。
由于水位总共五个水位档，因此，预置编码电路产生的四位二进制码为0001~0101，预置编码电路把输出的二进制码送至译码驱动电路，译码驱动电路对代码进行译码，使之对应的端口以低电平输出，再通过与门的逻辑控制，驱动预置水位指示灯从低水位档向高水位档依次点亮，指示当前所预置的水位高度。
当水位到达第五档之后，再次按动脉冲按键，由于预置编码电路的循环编码，因此水位预置又降为一档，则一档对应指示灯亮。
当开关处于进水状态时，进水状态指示灯亮，如果水箱中的当前水位低于所预置的水位时，状态比较电路输出高电平，通过导通三极管，使继电器线圈电流足够大，使继电器吸合，进水电磁阀被接通并开始工作。
随着水箱中的水位不断升高，放入水箱中的不同高度的微动开关被触发，进水状况指示灯也从开始从低水位档到高水位档依次被点亮，指示当前水箱中的水位高度，同时，优先编码器对微动开关电路的输出状态进行编码。
由于使用的74148优先编码器，因此是低电平有效进行编码。
当水箱中的水位高度和预置水位高度相等时，状态比较电路则输出低电平，三极管截至，继电器断开，电磁阀电路被断开而停止工作。
如果当前水位已经达到预置水位时，且电磁阀还没有停止工作，即电路出现故障，则当水位到达溢出水位高度时，触动到溢出微动开关，强行使继电器电路断开，停止了电磁阀工作，因此可以避免发生水位过高而溢出现象，对热水器具有保护功能。
1.4 温度控制器电路结构及工作原理温度控制器电路由温度传感器电路、A/D转换电路、温度预置电路、加热器控制电路、数码管显示电路、时钟电路及加热器等组成，其电路结构如图 1.2所示。
温度控制器由以上七部分组成，完成温度预置和加热的控制。
该控制器有两种工作模式，即温度预置模式和加热模式，可以通过预置/加热开关按键进行模式的选择。
当开关处于温度预置状态时，按动脉冲按键，手动脉冲产生电路产生单个脉冲，由于按键按动时有抖动，因此，手动脉冲产生电路用SR触发器进行消抖。
产生的脉冲送至计数器，计数器对脉冲进行计数，计数器由两片74160组成100进制计数器，由于温度传感器检测温度为0~50℃，因此，在这里，计数器的计数为0~50，计数器产生两组8421BCD码，送至LED数码管进行显示，以表示所预置的温度。
当开关处于加热状态时，为了保证安全，水箱中的水位一定要高于下限水位。
否则无论电路什么状况，加热器也不会工作。
首先，温度传感器电路将0~ 50℃水温信号转换成0 ~ 5 V电压信号，温度传感器电路以电桥的形式连接，经过电桥转换为差模信号，并经过测量放大器进行放大，这样有利于抑制共模，放大差模，减少外界共模的干扰，放大温度的差模信号。
温度传感器电路输出给A/D 转换电路将模拟电压转换成8位二进制代码放于寄存器中。
然后，代码转换电路将寄存器中的代码转换成两组8421BCD码，送至LED数码管进行显示，以表示当前水箱中的水的温度。
若水箱中水的温度低于所预置的温度，状态比较电路则输出高电平，三极管导通，继电器线圈的电流足够大，继电器开关吸合，加热器电路接通且开始工作。
随着水箱中的水的温度逐渐升高，LED数码管显示的当前温度也在逐渐增加。
当水箱中的水的温度和所预置的温度相等时，状态比较电路输出低电平，三极管截至，继电器开关断开，加热器电路断开而停止工作。
若是加热器处于工作状态时，水箱中的水位低于下限水位，电路将发出报警信号，报警指示灯闪烁，并通过逻辑控制使三极管截至，继电器开关断开，以避免水箱烧干而出现事故的现象发生，因此对加热器具有保护作用，使之安全，可靠的工作。
图1.2 温度控制器电路结构框图第2章进水控制器电路设计与仿真2.1 水位预置电路2.1.1 手动脉冲信号产生电路手动脉冲信号产生电路由脉冲按键K1、电阻R1（100KΩ）和R2（100KΩ）、两输入与非门U1B 和U1C及5V电源VDD组成，如图2.1所示。
