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基于单片机的热水器控制系统设计

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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ABSTRACTWith 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目录摘要 (I)ABSTRACT .......................................................................................................................... I I 1 前言 .. (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)2 主要研究内容 (3)2.1 主要设计内容 (3)2.2 总体设计方案 (3)2.2.1 硬件设计方案 (3)2.2.2 软件设计方案 (4)3 硬件系统设计 (5)3.1 AT89S52单片机 (5)3.2 测温电路 (6)3.3 水位检测电路 (7)3.4 遥控接收电路 (7)3.5 显示电路 (8)3.6 按键电路 (9)3.7 报警电路 (9)3.8 电源电路 (10)3.9 指示灯电路 (10)3.10 复位电路 (11)3.11 晶振电路 (11)3.12 注水继电器控制电路 (12)4 软件系统设计 (13)4.1 编程软件介绍 (13)4.2 主程序设计 (13)4.3 子程序设计 (14)4.3.1定时中断子程序设计 (14)4.3.2 水位检测子程序设计 (15)4.3.3 加热继电器控制子程序设计 (16)5 系统仿真与调试 (18)5.1 仿真软件介绍 (18)5.1.1 Proteus软件 (18)5.1.2 Keil软件 (18)5.2 系统电路仿真 (18)5.3 PCB板设计与制作 (19)5.3.1 PCB介绍 (19)5.3.2 PCB板设计 (19)5.3.3 PCB板实现 (20)5.3.4 电路板制作 (20)5.4 系统调试 (21)6 结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录1 原理图 (28)附录2 实物图 (29)附录3 元器件清单 (30)附录4 程序清单 (31)1前言1.1选题背景及意义当今社会，越来越多的科技成果被运用到热水器的制造中。

如今，热水器已经从一个简单的加热产品变成了科技含量高的现代化家电产品。

经过多年的发展和技术的积累，整个热水器行业不断涌现出新产品，热水器种类越来越多，从最初的燃气热水器，发展到了现在的燃气热水器、电热水器、太阳能热水器。

在热水器的使用效果上，更加人性化，功能也越来越丰富，甚至结合了最新的智能家居理念，智能化程度大大提高，给人们的生活带来了极大的方便。

随着国民生活水平的提高，人们的生活条件有了很大改善，智能化电器在人们日常生活中占有比重越来越大，与家庭生活密切相关的热水器品种层出不穷，花样翻新。

据统计我国热水器的销量在最近几年里一直以25%的增长率在增长，并且销售总额可能在未来的5年里达到500亿以上。

我国约有70%的城镇居民在使用热水器，26%的城市居民有购买热水器的计划，市场平均一年需要1000多万台热水器维持运行，中国热水器行业有一定规模的热水器生产企业大约就有200家[1]。

由此可见热水器在中国有广阔的市场，但热水器也衍生出了漏电，环保等一系列问题，近年来电热水器更是多次出现漏电伤人甚至致死事件，因此热水器的安全性一直为消费者所关注。

所以对热水器的改良是迫在眉睫。

由于单片机技术的迅速发展，越来越多的家用电器采用各种型号的单片机为控制核心，来完成和人类的交互，并通过相应的程序和内部运算，实现智能化的控制，使家用电器的操作更加人性化，控制更加智能化。

单片机是一种微控制器，体积小、功耗低、通过编程和外围电路设计，可以完成多种智能控制任务。

因此，在热水器中，广泛采用单片机作为控制核心，通过相应的温度传感器，在热水器的温度控制上达到更高的精度，完成了从最初的旋钮调节逐渐向数字化调节方向转变。

正是在这样的背景下，本设计选择基于AT89S52单片机的热水器控制系统进行设计研究。

本设计通过温度传感器，让热水器在对温度的控制方面有了更大的精度。

通过水位传感器，让热水器在对水位的检测方面有了进一步的发展。

在本设计中单片机控制并指示热水器的各种工作状态，当发生缺水、水温过高或过低等情况时能够及时给人们进行提示，从而防止了意外的发生，保障了用户的安全。

1.2 国内外研究现状相比较国外来说，热水器在中国的成长路程不长。

但如今中国已经成长为了生产热水器最大的国家，热水器年产量约为全世界的总和。

据了解，中国生产成功的首台热水器是在20世纪70年代位于江苏省南京市的玉环厂。

这台热水器的发明成功标志了中国人民用火烧水洗澡的年代结束了。

热水器产品种类大致分为燃气热水器、电热水器、太阳能热水器、空气能热水器4类热水器。

在这四类热水器中，燃气热水器是发展得最早的，它主要的优点是体积小，可以随开随用，且价格低廉，因为这些优点，它霸占了热水器销售市场很长一段时间。

但是由于它不能够装在浴室里，并且对安装的环境有很大的要求且安全系数不高，有可能会引发调节水温不便等缺点，如今的销售量已经大不如前了。

相比较而言，电热水器的使用时间较长，并且节能环保，安全。

由于我国现在极度地重视在科技的发展，并且不断地在挖掘技术方面的顶尖人才。

所以在热水器方面的研究成果也在不断创新，热水器在经过研究后不断完善，历经了好几次更新换代，且每次更新的产品性能都有很大的提升，给人们的生活提供了很大便利。

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基于单片机的太阳能热水器控制系统的设计

基于单片机的太阳能热水器控制系统的设计

基于单片机的太阳能热水器控制系统的设计太阳能热水器控制系统是一种利用太阳能来加热水并保温的设备。

基于单片机的太阳能热水器控制系统能够监测系统状态，并根据需要自动地调节工作参数，实现高效能的利用太阳能热水器。

该系统的设计涉及多个方面，包括传感器、执行元件、控制算法和人机交互界面等。

首先，传感器部分。

在太阳能热水器系统中，常用的传感器包括温度传感器、光照传感器和压力传感器。

温度传感器可以用来测量水温，光照传感器可以用来检测太阳光强度，压力传感器可以用来监测水流状态。

这些传感器的数据可以通过单片机进行采集和分析。

其次，执行元件部分。

太阳能热水器系统中常用的执行元件包括电磁阀和水泵。

电磁阀用于控制水的流动方向，水泵用于实现水的循环。

在系统的运行过程中，单片机可以根据采集到的数据来控制这些执行元件的开关状态，以实现对水的流动和供暖的控制。

第三，控制算法部分。

太阳能热水器控制系统需要进行一系列的控制算法设计，包括针对太阳能热水器的启动和停止控制，水的加热和供暖控制等。

通过合理的控制算法设计，可以最大限度地提高太阳能热水器的工作效率，提升整个系统的性能。

最后，人机交互界面部分。

太阳能热水器控制系统需要一个人机交互界面，使用户可以进行相关参数的设置和监控。

在设计上，可以采用液晶显示屏和按键来实现用户的交互操作。

通过人机交互界面，用户可以方便地设置系统的工作模式、温度设定等，同时可以实时地监测系统的运行状态和各项参数。

综上所述，基于单片机的太阳能热水器控制系统设计包括传感器的选择和布置、执行元件的控制和驱动、控制算法的设计和优化以及人机交互界面的设计等方面。

这些设计要求兼顾系统的可靠性、高效性和便利性，以实现对太阳能热水器的精确控制和高效利用。

通过优化设计，可以将太阳能热水器的效能最大化，提供可靠的热水供应。

基于单片机的热水器控制系统设计

基于单片机的热水器控制系统设计

基于单片机的热水器控制系统设计在现代生活中，热水器已经成为了人们日常生活不可或缺的一个设备。

为了更加智能地控制热水器，减少人们的烦恼，本文将介绍基于单片机的热水器控制系统设计。

系统架构本系统采用单片机控制电路来实现对热水器的控制。

其架构图如下：+--------------+ +---------------------+ +--------------+| 温度传感器 | --(1)->-- | 单片机控制电路模块 | --(2)->-- | 水温调节电路 |+--------------+ +---------------------+ +--------------+系统中使用了温度传感器，该传感器将水温转化为电信号，通过模拟电路与单片机相连，单片机控制电路模块通过读取该信号可知道当前水温；同时，该模块还能够进行分析和处理，然后控制水温调节电路，从而对热水器的水温进行控制。

模块设计温度传感器模块温度传感器是将水温转化为电信号的传感器。

为了方便采集，我们选用了DS18B20 温度传感器。

它有一个数字接口，可供单片机直接使用。

该传感器精度高、体积小、响应快，同时还具有防水设计，可取得良好的实际效果。

单片机控制电路模块单片机控制电路模块主要包含了单片机芯片、显示模块和控制模块，其中单片机芯片是核心，显示模块主要负责将数据显示出来，而控制模块则负责控制水温调节电路。

水温调节电路模块水温调节电路模块需要根据实际情况进行设计，常见的设计方案包括使用继电器、双向电位器和三角电位器等等。

在此我们可以使用简单的单向电位器，这种方法具有实现简单、成本低等优点，完全可以满足我们的需求。

系统实现在实际实施中，我们需要将上述模块捆绑在一起，完成整个系统设计。

具体实现流程如下：1.按照电路图进行电路连接；2.根据需要对单片机控制电路进行程序编写和调试；3.完成系统的整体调试，确保系统能够正常运行；4.安装系统，将温度传感器放到热水器中，且要接地防水，保证系统安全可靠。

基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计

基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计

基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增加，太阳能作为一种清洁、可持续的能源形式，已经引起了广泛的关注和应用。

太阳能热水器作为一种常见的太阳能应用产品，其在节能减排、提高生活质量等方面具有显著的优势。

然而，太阳能热水器在实际使用过程中，仍存在一些问题，如水温控制不稳定、能效利用率不高等。

为了解决这些问题，本文提出了一种基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计方案。

该系统以51单片机为核心控制器，结合温度传感器、水位传感器、执行机构等硬件设备，实现了对太阳能热水器水温和水位的精确控制。

通过实时监测水温和水位信息，系统能够自动调整加热功率和补水流量，确保水温稳定在用户设定的范围内，同时避免了水资源的浪费。

系统还具有故障诊断功能，能够及时发现并处理潜在的故障问题，提高了系统的可靠性和稳定性。

本文首先介绍了太阳能热水器的工作原理和现状，分析了传统控制系统存在的问题和不足。

然后，详细阐述了基于51单片机的太阳能热水器控制系统的硬件组成和软件设计。

在硬件设计方面，本文介绍了各个硬件模块的功能和选型原则，包括温度传感器、水位传感器、执行机构等。

在软件设计方面，本文详细说明了系统的控制算法和程序流程，包括温度控制算法、水位控制算法、故障诊断算法等。

本文通过实验验证了系统的可行性和有效性，为太阳能热水器的智能化、高效化提供了有益的探索和实践。

本文的研究不仅有助于提升太阳能热水器的能效利用率和用户体验，还为其他可再生能源应用产品的智能化控制提供了有益的参考和借鉴。

本文的研究成果对于推动太阳能热水器行业的技术进步和产业发展具有重要的现实意义和应用价值。

二、太阳能热水器控制系统总体设计太阳能热水器控制系统的总体设计是确保整个系统高效、稳定运行的关键。

在设计过程中，我们充分考虑了太阳能热水器的实际应用场景和用户需求，以及51单片机的性能特点，从而构建了一个既实用又可靠的控制系统。

基于51单片机的家用电热水器设计说明

基于51单片机的家用电热水器设计说明

基于51单片机的家用电热水器设计说明一、引言家用电热水器在现代生活中起着至关重要的作用。

传统的家用电热水器往往存在能耗高、操作不便等问题，因此需要一种新的设计方案来改善这些问题。

本文将介绍一种基于51单片机的家用电热水器设计方案，旨在提高热水器的效能和用户体验。

二、硬件设计1.控制电路该电热水器的控制电路由51单片机、温度传感器、电动阀门和水泵组成。

51单片机作为核心控制芯片，可以实现对温度、加热和水泵的控制。

温度传感器与单片机相连，用于检测水温并反馈给单片机。

电动阀门和水泵也与单片机相连，通过单片机的控制来实现水的流动和加热。

2.供电电路该电热水器的供电电路由交流电源转换为直流电源的开关电源和稳压电路组成。

开关电源可以将输入的220V交流电转换为12V直流电，并通过稳压电路将其稳压为5V供给单片机及其他辅助电路使用。

三、软件设计1.温度控制算法该电热水器采用闭环温度控制算法，即根据温度传感器检测到的水温与设定的目标温度进行比较，通过调节电动阀门和水泵的开关来控制水的流动和加热。

具体的控制算法可以参考PID控制算法来实现。

2.用户界面设计该电热水器的用户界面可以采用LCD显示屏和按键控制来实现。

LCD 显示屏可以显示当前的水温、设定的目标温度和工作状态等信息。

按键控制可以用于调节目标温度和启动/停止热水器等操作。

四、功能特点1.自动控制该电热水器通过温度传感器和51单片机的控制，可以实现对水温的自动控制。

当检测到水温低于设定的目标温度时，电热水器会自动启动加热和水泵，直到水温达到目标温度为止。

当水温超过设定的目标温度时，电热水器会自动停止加热和水泵。

2.人性化设计该电热水器的用户界面简单直观，用户可以通过按键来调节目标温度和启动/停止热水器。

LCD显示屏可以实时显示当前的水温和设定的目标温度，方便用户进行操作和监控。

3.能耗节约该电热水器的自动控制功能可以确保水温始终保持在设定的目标温度范围内，避免了长时间加热和过热导致的能耗浪费。