试谈电热水器自动控温系统的设计

\热水器温度控制系统毕业设计目录1 引言 (1)1.1课题的背景和意义 (1)1.2课题的主要任务 (2)2 热水器温度控制系统的整体设计 (3)2.1硬件设计 (3)2.2软件设计 (4)3 热水器温度控制系统的设计与实现 (11)3.1原理图绘制 (11)3.2 PCB图生成 (14)4 热水器温度控制系统的制作 (20)4.1热水器温度控制系统的安装 (20)4.2热水器温度控制系统的调试 (21)结论 (24)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (26)1 引言热水器在如今人们生活水平的日渐提高下，已经成为了我们生活中越来越受到青睐的家用电器。

以前燃气热水器容易受水压限制，而且安全性也比较差。

在我们生活的周围，燃气热水器每年使用造成事故也让我们听到毛骨悚然。

对燃气热水器人们存在恐惧,所以都不敢放心的去使用燃气热水器。

所以燃气热水器渐渐退出了市场。

潮落潮起，智能电热水器的脱颖而出，伴随着安全保障、质量保障和使用效果的保障得到了越来越多大家的认可。

在中国，电热水器经历了一些起伏的过程中，现如今已有十多年的历史了 ,根据人们的需求一点一点在改变。

在20世纪的最后几年, 智能储水式电热水器随着国外品牌进入内地和大陆一些家电厂的产品方向转向至电热水器，任何天气变化都影响不了智能储水式电热水器，智能储水式电热水器可直接在普遍家庭安装使用，人们通过长久通电可大量得到热水。

人们担心会产生废气，但是废气在使用中完全不会产生, 智能储水式电热水器为了人们的健康生活做到了既安全又健康的标准。

在中国目前市场上销售的电热水器很多还附带干净卫生、安装简易和调温方便的防触电装置。

在今天,电热水器发展到这种水平，在人们生产要求的生活上基本都可以得到满足。

但是当今学者为了更加追求优质，为了更加精益求精,他们将目光放在了调节控制水温水位的方向上，让现有的产品更加智能化，让它更安全、更稳定、更舒适的控制水温。

关于研究电热水器温度水系统在我国学者的努力下取得了很大的成就,并且还在不断的改善中。

热水器温度控制系统课程设计1. 概述热水器温度控制系统是一种用于控制热水器的温度并确保热水器在安全范围内运行的系统。

该系统通过传感器监测热水器的温度，并根据设定的温度范围通过控制回路调节加热器的工作状态来实现温控。

本课程设计旨在通过理论学习和实践操作，帮助学生了解并掌握热水器温度控制系统的工作原理、电路设计、程序编写以及系统调试等知识和技能。

2. 课程设计内容2.1 系统结构设计首先，需要对热水器温度控制系统的结构进行设计和规划。

系统应包括以下组成部分：•温度传感器：负责感知热水器的温度，并将温度信息传递给控制器。

•控制器：根据温度传感器提供的信息，通过控制回路控制加热器的工作状态，以达到设定的温度范围。

•加热器：负责将电能转换为热能，实现热水器的加热功能。

•显示器：用于显示热水器的当前温度以及设定的温度范围。

•按钮和开关：用于设置温度范围和控制加热器的开关状态。

2.2 电路设计与连接热水器温度控制系统的电路设计是实现系统功能的重要环节。

学生需要根据给定的要求和元器件进行电路设计，并通过连接线将各个元器件进行连接。

电路设计的关键是理解温度传感器、控制器、加热器和显示器之间的电路连接方式，并正确连接相应的引脚。

2.3 程序编写为了实现热水器温度控制系统的自动化控制，学生需要编写相应的程序。

程序的编写可以采用常见的嵌入式系统开发语言，如C语言。

编写程序时，学生需要根据系统的要求，编写传感器数据采集、控制算法以及与控制器的通信等功能。

2.4 系统调试与功能测试完成系统的硬件连接和程序编写后，学生需要进行系统的调试以确保系统能够正确运行，并进行功能测试以验证系统的性能。

调试过程包括检查电路连接是否正确、检查程序逻辑是否正确、检查温度传感器和控制器之间的通信是否正常等。

功能测试的目的是验证系统是否能够按照设定的温度范围正确控制热水器的温度，并能够在温度超出设定范围时发出警报或采取其他保护措施。

3. 实验项目安排针对热水器温度控制系统的课程设计，我们安排以下实验项目：1.了解热水器温度控制系统的结构和工作原理。

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。

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。

热水器温度智能控制系统设计温度是工业生产过程中重要的物理量，尤其在冶金、机械、食品、化工等工业中，对工件的处理温度都要求严格控制，对温度的精确度和稳定性均有较高要求，温度的测量与控制直接关系到企业的生产利益甚至存亡。

目前在国内外很多温度控制系统都采用ARM 作为处理器，PID 作为温度控制方式［1］。

该控制方式对大多数控制对象均可达到满意的控制效果，但对于有特殊要求或具有复杂对象特性的系统，采用数字PID控制一般难以达到目的。

基于温度变化的非线性与模糊控制鲁棒性强、干扰和参数变化对控制效果的影响较小，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制，将PID与模糊控制相结合来实现对温度的控制。

因此，本文以热水器为对象，运用系统控制理论，以模糊控制与数字PID控制相结合方式进行温度控制系统的设计。

1 整体方案设计系统采用晶控电子的STC系列单片机进行下位机温度控制，同时采用PC机进行上位机控制。

上位机首先给下位机发出命令，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。

下位机不时读取设备状态数据，转化成数字信号反馈给上位机。

下位机实现现场实时控制，上位机实现远程实时监控。

系统的实现采用模块化设计思想，分别从硬件、软件来设计并综合应用。

硬件分为温度检测模块、输入输出模块、串口通信模块及加热模块几个部分；软件由上下位机同时控制，包括温度采集子程序、液晶显示子程序、键盘输入子程序、模糊PID控制子程序、串口通信子程序等。

设计主要针对控制算法来实现，系统总体设计方案如图1所示。

2 硬件电路设计2.1温度检测模块DS18B20是DALLAS公司生产的数字温度传感器，温度测量范围为-55℃～+125℃，测温分辨率可达0.062 5 ℃，它集温度测量与A/D转换于一体，直接输出数字量，传输距离远，。

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。

分析智能电热水器控制系统设计摘要：随着近几年来我国经济的迅猛发展和进步，我国在科学技术方面取得了令人举世瞩目的成就，尤其是在智能电热水器控制系统设计方面更是取得了比较显著的成就。

另外，随着经济的快速发展，我国人们的生活水平得到了大幅度的提升，人们对于热水器提出了越来越高的要求，原有的热水器已经远远不能满足人们的需求。

为了满足人们的需求，智能电热水器出现了，并且已经走进了千家万户，成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。

众所周知的是，在整个智能电热水器的设计过程中，控制系统设计是至关重要的一部分，控制系统设计水平直接决定了智能电热水器的功能以及工作效率因此，为了不断的提高智能电热水器的质量水平，相关设计单位必须要不断的提高对于控制系统设计的重视程度。

本文就目前智能电热水器的发展现状、发展趋势以及设计做了简要的分析和探讨。

关键词：智能电热水器；控制系统；设计我们知道，在整个智能电热水器的设计过程中，控制系统设计是一个难度系数比较高的设计环节，而控制系统设计的好坏也能够直接影响整个智能热水器质量的好坏。

与传统的热水器相比较，智能电热水器具有一系列的优点，智能电热水器不仅仅具有快速、高效等优点，而且智能电热水器也可以大量的节约能源以及时间，而正是因为这些优点才使得智能电热水器可以被人们广泛的应用到生活生产中。

尽管近几年来我国在智能电热水器的设计方面取得了比较显著的成就，但是，与其他发达的国家相比较，我国在智能电热水器的设计方面仍然存在着诸多的问题，尤其是在控制系统的设计方面更是存在着许多问题。

为了尽快的改变这一现状，提高我国整个智能电热水器的质量水平，必须要积极的引进各种先进的设计水平，进而不断的提高整个智能电热水器的质量水平。

一、智能电热水器的发展趋势随着科学技术的迅猛发展和进步，智能电热水器会有一个非常光明的发展趋势。

与传统的电热水器相比较，智能电热水器的功能比较齐全，并且精度比较高、可靠性也比较高，这就导致智能电热水器越来越受到人们的关注。

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。

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AbstractWith 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目录第一章绪论 (5)1.1引言 (5)1.2研究的背景及意义 (5)1.3本文的主要研究内容和研究对象 (6)第二章基于单片机的电热水器温度控制系统设计 (7)2.1电热水器控制系统功能说明 (7)2.2整体设计方案 (7)第三章系统硬件结构设计 (8)3.1系统整体设计线路图 (8)3.2最小系统介绍 (8)3.3温度采集电路方案 (11)3.4继电器控制电路 (15)3.5键盘电路 (15)3.6实时时钟电路 (16)3.7显示电路 (18)3.8 温度报警电路 (24)第四章系统软件设计 (25)4.1 编程软件及编程语言的介绍 (25)4.2主程序工作流程图 (25)4.3 各模块子程序流程图 (27)第五章系统的仿真 (28)5.1 仿真软件 (28)5.2 系统的仿真运行与分析 (29)第六章总结与展望 (31)参考文献 (32)致谢 (33)毕业设计小结 (34)附录 (35)附录一：电热水器温度控制系统电路图 (35)附录二：系统软件编程 (35)第一章绪论1.1引言热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。

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。