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基于单片机的智能电热水器系统设计.docx
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摘 要
随着社会经济的发展和生活水平的日益提高,人们对家居环境提出了越来越
高的要求,安全、舒适、方便、快捷、人性化已成为新的追求目标,以往的洗浴
方式已无法满足人们的需要。随着现代科技的飞速发展给各个领域带来了无限的
发展空间,将计算机技术、网络信息技术和微电子技术应用于居家生活,产生各
种热水器种类。
本设计采用 ATEML 公司生产的 AT89S51 单片机为核心来设计智能电热水器。
本设计也对单片机控制电热水器实现智能化的可能性进行了分析,利用温度传感
器、水位检测装置、及模数转换器等来完成本设计。在硬件设计方面,主要对单
片机最小系统及其扩展、电源电路、键盘显示及接口电路、模数转换电路、水位
及水温检测电路、报警电路进行了详细介绍。还详细介绍了设计中应用到的主要
芯片的性能和特点,包括 AT89S51、74LS377、DS18B20 等。在软件设计方面,采
用汇编语言编程,是由于其易于为单片机所识别,执行速度快。最后对软件调试
进行了误差分析。
该智能电热水器设计完善,实现方案简单易行。采用软件设计来控制,可以
实现智能检测水位及水温,智能加热,并且提高了整机的可靠性及准确性。
关键词:单片机;自动控制;智能开关
Abstract
With the development of social economy and standard of living rise, people
increasingly to household environment made more and more high demand, safe,
comfortable, convenient, quick, humanized has become the new pursuit goal, in the
past, the way that wash bath already cannot satisfy the needs of their people. Along
with the rapid development of modern technology, to all fields brought infinite space
for the development of computer technology, network, information technology and
microelectronics technology applied to live a life, produce all sorts of water heater
species.
This design USES the ATEML company produces the AT89S51 as the core to
design intelligent electric water heater. The design of single-chip microcomputer
control and the possibility of electric water heater realize intelligent analyzed, using
temperature sensors, water level detection equipment, and to complete the adc design.
In terms of hardware design, mainly to the single chip minimize system and its
extension, power supply circuit, keyboard display and interface circuits, analog
conversion circuit, water level and water temperature detection circuit, alarm circuit
was introduced in detail. Also introduces the main application to design characteristics
and properties of the chip, including AT89S51, 74LS377, DS18B20 etc. In software
design, use assembly language programming, is due to its easy to identify, execution
by MCU fast speed. In the end the error analysis software debugging.
This intelligent electric water heater design perfect, the implementation scheme is
simple. Using software designed to control, can realize intelligent detection levels and
water temperature, intelligent heating, and improve the machine's reliability and
accuracy.
Key words: Microcomputer; Automatic control; intellective switch
目 录
第 1 章 绪 论 .................................................................................................................. 1
1.1 课题研究背景目的及意义 ....................................................................... 1
1.2 国内外研究状况和成果 ........................................................................... 2
第 2 章 系统设计方案 .................................................................................................... 4
2.1 系统整体设计方案论证 ........................................................................... 4
2.2 研究设想 ................................................................................................... 6
第 3 章 系统硬件电路设计 ............................................................................................ 8
3.1 电源电路设计 ........................................................................................... 8
3.2 键盘接口电路 ......................................................................................... 11
3.3 显示电路 ................................................................................................. 11
3.4 报警电路 ................................................................................................. 12
3.5 温度检测电路 ......................................................................................... 13
3.5.1 水位检测电路 .............................................................................. 14
3.5.2 AT89S51功能特点介绍................................................................ 14
第 4 章 系统软件设计 .................................................................................................. 21
4.1 主程序模块 ............................................................................................. 21
4.2 键扫描子程序设计 ................................................................................. 22
4.3 显示子程序设计 ..................................................................................... 23
4.4 运行程序设计 ......................................................................................... 24
4.5 软件仿真 ................................................................................................. 25
第 5 章 结 论 .............................................................................................................. 27
参考文献 ........................................................................................................................ 28
致 谢 .............................................................................................................................. 29
附录Ⅰ ............................................................................................................................ 30
附录Ⅱ ............................................................................................................................ 39
附录Ⅲ ............................................................................................................................ 40
第1章 绪 论
随着社会经济的发展和生活水平的日益提高,人们对家居环境提出了越来越
高的要求,安全、舒适、方便、快捷、人性化已成为新的追求目标,以往的洗浴
方式已无法满足人们的需要。随着现代科技的飞速发展给各个领域带来了无限的
发展空间,将计算机技术、网络信息技术和微电子技术应用于居家生活,产生各
种热水器种类。本课题的主要工作是以 AT89S51 单片机为基础,开发一个智能电
热水器系统,课题从硬件设计、软件设计等方面进行展开。本章首先介绍了电热
水器系统研制的意义、发展情况,然后介绍本课题的主要研究设计工作。
1.1 课题研究背景目的及意义
据不完全统计,我市城镇居民家庭以电热水器为主,占总量的60%以上;从
前风光无限的燃气热水器渐渐地黯然失色,市场份额仅剩不足 20%;新兴的太阳
能热水器虽然受到安装条件的限制,但其安全、环保的性能广受消费者青睐,发
展态势迅猛,市场占有率已达到 15%左右。于安全方面的考虑是城镇居民更多选
择电热水器和太阳能热水器的主要原因。时下的商品房通风效果并不好,燃气产
生的污染无法及时消除,而电热水器和太阳能热水器则基本没有这方面的忧虑。
三大热水器:燃气热水器———廉颇老矣;电热水器———风头正劲;太阳能热
水器———后劲十足。电热水器的优点:易安装,不受天气的影响,不受楼层和
供水管道的限制,投入小。随着技术进步和新品的开发,下置式、嵌入式等多种
安装形式的电热水器先后上市,彻底摆脱了房间空间的限制。中央供水和数码智
能的电热水器也已进入市场。电热水器的安全问题涉及到消费者的生命,又加上
近些年的能源危机,人们生活节奏的加快,智能化电热水器越来越受到消费者的
青睐。在当今社会,科技日新月异,热水器技术飞速发展,越来越多的科技成果
被运用到热水器的制造中。如今的热水器产品已经绝对不是一个简单的加热器,
而是科技含量高的现代化家电产品。随着我国人民生活水平的逐渐提高,其生活
条件有了很大的改善,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。正是在这样的背景下,本设计
选择基于 AT89S51 单片机的智能电热水器的设计研究。
本选题目的是基于人们对现代家庭舒适、便利、安全以及多元化信息服务的
需要,基于 AT89S51 单片机设计具有智能特征的电热水器控制器。
选用 AT89S51 单片机作为控制芯片,就是为了实现电热水器的智能化,持续
稳定的热水供应,自动断电的安全功能,使人们洗浴时能放心享受,利于人们的
身体健康,其务实性能快速满足人们对现代生活快节奏的需求。
1.2 国内外研究状况和成果
据了解,热水器内胆最关键,如果内胆损坏就意味着整台机器报废。与其他
家用产品不同的是,电热水器没有必要频繁升级换代,出于安全性和经济性的考
虑,热水器的耐用性才是厂商需要绞尽脑汁的。空调的核心是压缩机,电扇的核
心是电机。对于热水器来说内胆是最关键的,从一定意义来说,内胆的品质就代
表热水器的品质。目前的内胆技术纷 繁复杂,但究其本质目标都是一样的:保温、
耐压、不生锈、无水垢、不渗水是内胆的基本要求。市场上常见的类型有搪瓷内
胆、不锈钢内胆、钛金内胆、金圭内胆等,搪瓷内胆抗疲劳性差,不锈钢内胆焊
缝容易漏水,目前比较先进的内胆主要是钛金内胆。
除了对耐用性的不懈追求,智能化技术运用是今后技术发展的一个普遍趋势。
燃气热水器设有自动恒温控制,停气自动关机,超水温泄压等安全保护功能,即
使临时停气,仍有储存的热水使用。智能化技术的运用有两个好处,一是更方便,
二是更节能,按照用户的使用习惯提前预先加热,让使用者随心享用热水。而在
非用水时间则启动中温保温方程式,根据设定温度计算出最节能的保温温度,减
小热水器内外温差,因而大大减少保温加热次数,真正做到不拔插头更省电。在
节能上冰箱等家电产品已经走在了前面,热水器这种用电量很大的产品更加应该
推进节能技术的普及。
对于传统的电热水器行业而言,要想出现本质性的突破几乎是不可能的,而
在功能上不断提升,抓住人性化需求,却是一条可行之路。而事实正是如此。阿
里斯顿、比利奇、史密斯、海尔、美的争先恐后推出了超大液晶屏、电子线控、
超薄时尚、双管加热、漏电保护器、防电墙、多口出水等新技术,尤其是海尔,
甚至在电热水器上增加了按摩功能,专门的喷雾按摩喷嘴,让消费者可以足不出
户就感受按摩的快乐。国外对智能电热水器的主要研究成果有:
西门子智能电热水器,采用德国新电脑温控技术,确保出水温度均匀恒定,
使沐浴成为真正的享受。西门子家电集团采用西门子在电站技术上的强大防漏电
安全技术为基础,开发出独有的 ELCB 德国安全专家模式功能。除具有正常的防漏
电装置外,还具备安全电流自我检测功能,随时检测防漏电系统是否正常工作,
双重保险将个体与电源完全分开,杜绝意外发生。樱花 IMES 智能记忆节能系统,
突破了传统单时段节能模式,提供了独一无二的三时段定时预热和七种供水模式,
其工作过程“聪明伶俐”,它不断自动存储、分析主人近一个月用水的具体数据,
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