基于单片机的家用电热水器的设计

浙江树人大学信息科技学院《电子系统设计》

课程设计论文（2011/2012学年一学期）

论文题目基于单片机的家用电热水器设计专业班级应用电子092

姓名林炜

学号200905122216

指导教师王金铭

目录

摘要 (2)

一引言 (3)

二总体方案设计 (4)

1 系统总体设计 (4)

1.1 系统的工作流程 (4)

1.2 快热式电热水器系统组成框图 (4)

1.3 系统控制算法的设计 (5)

2 硬件方案论证 (6)

2.1 单片机的选择 (6)

2.2温度检测传感器的选择 (6)

2.3传感器输出的放大电路的选择 (7)

2.4 驱动及加热控制电路的选择 (7)

2.5电源电路的选择 (7)

2.6 显示器的选择 (8)

2.7 键盘的选择 (8)

三系统硬件单元电路的设计 (9)

1单片机晶振电路 (9)

2 温度传感器及放大电路设计 (12)

3过零检测电路图的设计 (12)

4 驱动电路的设计 (13)

5显示电路的设计 (14)

四系统的软件设计 (15)

1主程序流程图 (15)

2显示扫描子程序 (16)

3加热控制子程序 (17)

4按键扫描处理子程序 (18)

5温度检测子程序 (19)

五总结 (20)

参考文献 (21)

附录：系统硬件总原理图 (22)

摘要

快热式电热水器与普通电热水器最大的区别在于它取消了储水罐，热水随开随用，无须预热，减少了电能浪费。另外，它还具有体积小，使用安全，安装方便等特点。热水器的种类很多，但快热式热水器也有很多种。

要想设计出较好的快热式电热水器必须要以较强的单片机作为基础，而单片机的发展正好为热水器的开发奠定了前提条件。但也必须有一定的编程能力才能设计出较好的系统来，此设计的综合性也比较强，它不但需要主要学科的支持，也需要其他辅助学科的支持，正体验了一个设计者的综合能力。

本设计的快热式家用电热水器系统采用电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制电路还采用了热敏电阻、放大电路以及转换电路等。并给出了信号流程图并介绍了快热式家用电热水器软件系统。

关键词：快热式电热水器；测温传感器；二分查找算法

一引言

当今社会大部分人在使用热水器时，基本上都是采用的快热式的。这是因为它给人们带来了极大的方便，人们不再为热水器耗电量大而发愁，所以快热式电热水器走进千家万户应经成为必然的。

我国也在不断大力提倡家庭使用快热式电热水器，这样可以为国家节省很多电能。使用电热水器的方便之处还在于我国的电力来源比较方便，电能是无污染、清洁的，很受人们欢迎。目前市场燃气热水器、太阳能热水器、储水式电热水器遍地开花，然而燃气热水器因其安全隐患及越来越高的使用成本正逐渐淡出热水器市场；而太阳能热水器也因其严格受天气、气候及安装条件影响而很难占有更大市场份额；而目前占主流的储水式电热水器体积庞大、预热时间长、热水储水量有限，已不适用现代生活节奏，于是快热式电热水器以其小巧时尚的外观、比储水式更快的加热速度、比燃气热水器更安全的特点横空出世！在欧洲、东南亚市场热水器发展历程充分证明了这一点。

普通电热水器有如下缺点：

1、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；

2、管道热水热量损耗大；

3、等候用水时间太长；

4、在热水流出前都必须浪费一定量的冷水，根据管道的长短，一般家庭中冷水损耗量大，基本可达10-25升/次。

而快热式电热水器克服了上述缺点。它有很多优点，如：安全，干净环保；即开即热，3-5秒出热水无须等候，热水使用时间不受限制，想用多久就用多久；用多少烧多少，省电省水，没有损耗；内置温控仪保证温度在30-50度之间，解决温度持续高温导致的结垢漏水问题。

体积小不占空间，其中封闭式（尺寸为：24cm*9.5cm*25cm，类似25×25

的卫生间地砖那么小，纯白色。）可以隐藏在厨柜内，安装方便，特别适合新装修的房子，款式多样，美观实用，也是职工福利和客户礼品的绝佳选择。特别方

便于洗涤，和洗漱，是为现代家居厨房洗涤、卫生间洗漱专业设计生产的快速电热水器，结合了燃气热水器和传统储水式电热水器优点。

这里的快热式热水器的设计要求：（1）必须做到隋开随用，所以这就要求加热功率很大，以至于减少加热时间，所以温度检测元件的快速性就显得很重要。（2）要做到安全可靠，这就要求控制电路要准确及时，防止热水器烧干而引发火灾或出现爆炸危险危及人身安全。

这里之所以设计快热式家用电热水器一是兴趣所致，二是正是看到了它的未来，即将来人们将越来越多的使用它。

二总体方案设计

1 系统总体设计

1.1 系统的工作流程

（1）接通电源

（2）开启电热水器

（3）调节水量。

（4）调节功率

（5）检测出水温度，判断是否继续加热.。

（6）排水。

1.2 快热式电热水器系统组成框图

图2快热式电热水器系统组成框图

1.3 系统控制算法的设计

实验测试后建立的温度/频率表是0—100c温度所对应的频率值。它是一个频率对应于温度递减的非线性函数，在c语言中用一个一维数组b[101]来表示，下标为温度，数组元素为频率值。计算温度采用高效、准确的二分查找法。过程如下：

1）先给定查找的温度最大值Tm和最小值Ti，即确定查找的范围，根据已有的温度表默认最大值Tm=100，最小值Ti=0。

2）假定测的温度Te为最大值与最小值的中间值，即T e=（Tm+Ti）/2

3）将实际测的频率值T0rig与假定温度Te在表格中对应的频率Tab[temp]相比较，如果相等，那么假定温度就是当前实际温度，即完成查找。

4）若T0rig> Tab[temp]，说明实际温度应该在Ti与Te之间，则修改查找范围，令Tm=Te

；同理，若T0rig

还是最小值对应的频率Tab[Ti]，实际温度值取频率更接近的那个值既完成查找。

6）若Tm-Ti.>1则重复第2），3），4），5）步，直到查找完成。

温度检测程序完成温度计算后，便刷新系统当前温度寄存器，并判断有无超温、置位或清除相应的标志位。