家用热水器控制器设计_综合电子实验报告

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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

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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)

2.3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)

3.2.1 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；