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基于STC89C51单片机的智能电热水器的设计毕业设计.doc
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基于STC89C51单片机的智能电热水器的设计毕业设计.doc
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摘 要
本设计采用 STC89C51 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、和继电器等来完成本
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、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 STC89C51、DS18B20 等。在软件设计方面,采用 C 语言
编程。
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
智能检测水温,智能加热,并且提高了整机的可靠性及准确性。
关键词:STC89C51,DS18B20,智能
ABSTRACT
As technology make a good progress, the applications of single-chip microcomputer
become mature all the time. The single-chip microcomputer integrates the various
components in a chip, uses the internal bus structure, reduces the connection in different
chips, enhanced greatly the reliability and anti-jamming capability. In the development of
single-chip microcomputer, due to its excellent cost performance, high integration, small
size, high reliability, it has been used as a control center all the time.
Since the birth of single-chip microcomputer, it began to walk into a human’s life, such
as washing machines, refrigerators, electronic toys, DMB, which equipped with the
single-chip microcomputer, and improved their intelligence, ability. People, who used them,
will love them better. The single-chip microcomputer makes human’s life more convenient,
comfortable and colorful. As a result, I use single-chip microcomputer to design intelligent
electric water heaters.
This paper mainly discusses the intelligent electric water heater how to work. To
achieve system goals, in deep analysis of the STC89C51, I made a set of simple and
practical control system design. The system is mainly to use single-chip microcomputer to
control centers, with specific hardware architecture and the corresponding software design,
thus the intelligence of the water heater would become true.
Keywords: single-chip microcomputer, controller, intelligence
目 录
第 1 章 绪论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
1.1 选题的背景、目的及意义∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
1.2 国内外的研究状况和成果∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
1.3 研究设想和实验设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
第 2 章 硬件系统设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.1 方案验证∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2 硬件系统设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2.1 电源电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2.2 键盘/显示接口电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2.5 报警电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2.6 模数转换电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2.7 温度检测电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2.8 水位检测电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
2.2.9 STC89C51 功能及特性介绍∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
第 3 章 软件系统设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
3.1 主程序流程框图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
结论 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
参考文献 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
致谢 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
附录 1 程序清单 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
附录 2 电源电路原理图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
附录3智能电热水器原理图
附录3 英文翻译
附录 4 中文资料
第 1 章 绪论
1.1 选题的背景、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 STC89C51 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 STC89C51 单片机设计具有智能特征的电热水器控制器。
选用 STC89C51 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,以最经济的模式提前为主人准
备热水,真正实现全天候节能供水。特别是还具备体贴的停电数据保留功能,就算停
电 48 小时,也能自动记忆所有参数,让主人毫无后顾之忧。全新的智能中温保温功能,
彻底弥补了传统中温保温的缺陷,根据设定水温、环境、季节的不同,自动选择最节
能的保温状态,避免固定中温技术大幅度温差造成不必要的浪费,缩短加热时间,切
实做到省电节能。配合特有超厚高密度聚氨脂发泡层,节能指标全面达到国家专业标
准,当然倍受信赖。完美的节能系统整合,把 IMES 智能记忆作为系统节能的核心,将
各种节能的细节整合到尽善尽美,智能记忆与自动加热技术的融合应用,自动加热、
实时加热、定时加热三种工作模式任意选择。
就中国的具体情况而言, 其研究成果虽稍逊于国外,但是学者们也在努力寻求技
术的突破,比如海尔就走在了同行的前面。近日,海尔推出了一款全新产品——银海
象 A6 智能专家,成为国内第一款具备记忆和计算能力双重智能的热水器。
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