宿州学院-基于单片机的电热水器的设计

基于单片机的电热水器控制系统

随着人们生活水平的不断提高，电热水器的性能及安全性越来越受到人们的青睐。本文针对传统的机械式电热水器控制精度低，可靠性差等缺点设计以单片机为核心即热式电热水器控制系统。该系统采用STC89C51单片机作为中央处理器，利用数字传感DS18B20和时钟芯片DS1302等元器件来控制电路，通过分别对软，硬件进行设计说明，可实现对系统的时间，温度的显示。硬件包括加热控制电路，温度检测电路，LED数码管及指示灯显示电路及报警器驱动电路等的设计，软件主要采用C语言编程并在基于K e i l u Vision 2 V2.30(C51.exeV7.0)的软件平台下进行调试。

关键词：单片机；技术指标；电热水器

宿州学院毕业论文（设计）绪论

随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的。其中家用电热水器就是一个典型的例子，单片机正朝着高性能和多种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

单片机采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别高。CPU可以直接对I/O口进行输入、输出操作及逻辑运算，并且具有很强的位处理能力，能有针对性解决由简单到复杂各类控制任务。单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。

单片机是通过内部总线把计算机的各个主要部件接为一体，其内部包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU 的应答信号线等。

由于单片机的各种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要有如下特点：有优异的性价比。

1.集成度高、体积小、有很高的可靠性。

单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了芯片之间的连线，大大的提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

2.控制功能强

为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及微处理能力。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。

3.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。

4.单片机系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

1 电热水器的研究

1.1 课题的背景和意义

伴随人们生活水平的提高，人们对家用热水器的各项性能要求也日益提高，当前市场上普遍存在热水器有燃气式热水器、太阳能热水器、电热水器。由于燃气热水器以天然气为燃料易受水压限制，且安全性较差，每年因燃气热水器使用造成的爆炸，中毒事故也层出不穷，使的消费者对燃气热水器怀有一定的惧怕感，因此，燃气式热水器不适合在市场上普遍推广；太阳能热水器作以太阳能为主，是一种绿色环保可再生资源，它的开发和利用，符合中国能源与环保政策，故日益受到重视。加上日渐显现的全球能源危机，加剧了太阳能热水器行业的发展，尽管前景光明，可因为太阳能热水器的能源利用率较低及其严格受天气气候及安装条件的影响，从而很难引领市场主流；而电热水器以其安装简单，使用安全，体积小等优点，加之全国电网行业的发展及改造，电力系统的不断优化，各种能源发电的利用等，这些都为电热水器的迅速崛起创造了条件，电热水器的这些优势都将使的它不断地占据市场的份额，成为未来热水器行业发展的主流趋势。

1.1.1 国内电热水器行业发展情况

电热水器在中国的发展已有十多年的历史，期间也经历了数次的起落过程，就目前市场上电热水器主要有即热式和储水式两种。储水式电热水器能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水，但缺点是加热慢，储水箱占有空间较大，热水器长期通电，长期保持在六十度以上高温，发热管易结垢，内胆易漏水，因而较易损坏且易造成水资源的浪费及用电不够经济；而即热式则克服了上述的缺点，干净卫生，体积小，即开即热，想用多少就用多少；用多少烧多少，省电省水，且不需要连续保温，解决了因温度持续高温导致的结垢漏水问题，经济实惠。随着电子技术的不断发展及单片机的智能应用,即热式电热水器将朝着智能化，经济化，人性化发展，其必将在电热水器行业开拓出新的一片蓝天。本课题将以单片机为控制核心，实现对热水器的智能控制,设计出一款具有自动化、智能化、易于操作、控制精度高、性价比高的电热水器控制系统。

1.2即热式电热水器的综合思路

1.2.1 本课题可行的依据

单片机采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别强。CPU可以直接对I/O口进行输入、输出操作及逻辑运算，并且具有很强的位处理能力，能有针对性解决由得意到复杂各类控制任务。

单片机做为嵌入式应用的微型计算机，由于其出色的性价比，极强的实用性，它取得了巨大的发展。从最早的4位单片机，到今天的16位，甚至32位单片机，单片机的应用越来越成熟，因此采用单片机设计来实现家电的智能化，即电热水器的智能化是可行的。

1.2.2 研究思路及方案

直流稳压电源由整流桥，滤波电路，稳压电路组成。稳压电路采用CW7805芯片，输出+5V。智能电热水器控制电路由时钟电路，复位电路，单片机，按键，数码管，漏电检测电路，温度传感器，蜂鸣器，继电器等部分组成。

软件编写时，首先检测功能按键，先进行温度范围设置，其次检测加减按键，进行温度范围调节，然后运行程序，由传感器经过模数转换，检测水温，水温在小于设置范围1℃时，单片机控制继电器对电热水器加热。当水温超过温度设置范围1℃时，单片机控制继电器断电，停止加热。当温度超过99℃时，蜂鸣器报警。以上查询功能由比较电路指令完成。

1.2.3 本课题达到的技术指标

（1）用两位数码管显示水温，两位数码管显示预设温度。

（2）水温检测显示范围为00～99℃，精度为±1℃。

（3）温度预设范围为30～80℃，当检测温度低于预设温度1℃时，开始加热；检测温度高于预设温度1℃时，停止加热。

（4）设置3个程序按键：。

电源开关键：电源关闭时，4个数码管熄灭，加热元件断电，但单片机系统正常工作，热水器面板上的电源指示灯点亮。电源开启后，根据上次设定的温度（220V总电源不能关闭）自动进入工作状态。如220V总电源关闭后再开机，预设温度自动定为40℃。

·温度+键：每按一次该键，预设温度加1℃，当预设温度加到60℃时，按该键不起作用。