【正文】 基于單片機(jī)的智能電熱水器畢業(yè)論文目 錄摘要 IABSTRACT II目錄 III1 緒論 1 選題的背景、目的及意義 1 國(guó)內(nèi)外的研究狀況和成果 22 總體方案設(shè)計(jì) 3 設(shè)計(jì)目標(biāo)以及方案選擇 4 芯片選擇以及介紹 5 AT89S51介紹 5 數(shù)字溫度傳感器DS18B20介紹 8 DS18B20的主要特性 8 DS18B20工作原理 10 DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件 10 DS18B20的應(yīng)用電路 14 74LS240簡(jiǎn)介 16
74LS240特點(diǎn)介紹 16
LED數(shù)碼管顯示 16
LED數(shù)碼管介紹 16 LED數(shù)碼管顯示方式和典型應(yīng)用電路 17
LED數(shù)碼管編碼方式 18 固態(tài)繼電器 19 固態(tài)繼電器工作原理 193 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 電源電路 20 單片機(jī)系統(tǒng)電路 21 鍵盤接口電路 24
溫度檢測(cè)電路 24 溫度顯示電路 25 看門狗電路 26III 加熱電路 264 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 主程序流程框圖 27
28
29
30結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄1：硬件電路圖 34附錄2：程序清單 35 IV 1. 緒 論 選題的背景、目的及意義熱水器作為我們?nèi)粘Ｉ钪凶顬槌Ｒ姷碾娖髦唬陌l(fā)展與我們的生活密切相關(guān)，從剛開始的燃?xì)鉄崴鏖_始，就給人們的生活方面帶來(lái)了很多方便，能在冬天的時(shí)候洗一次熱水器是多么愜意的事情啊。在當(dāng)今科技快速飛躍的時(shí)代，各式各樣的熱水器不斷的橫空出世，優(yōu)勝劣汰是大自然，生活中的固定規(guī)律。如果能在熱水器發(fā)面增添更加安全，科技的元素，一定會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)占有一席之地。作為中國(guó)最龐大的產(chǎn)業(yè)群——熱水器行業(yè)，歷來(lái)就有“三晉分立”之說(shuō)。其大家族中的三“兄弟”：太陽(yáng)能、燃?xì)?、電熱水器。伴隨著科技的發(fā)展，人們?cè)诃h(huán)境，安全，快捷等方面的考慮及意識(shí)不斷的增強(qiáng)的今天，熱水器的實(shí)用性，安全性，智能化方面也將面臨著市場(chǎng)的考驗(yàn)。隨著生活節(jié)奏的加快，人們?cè)絹?lái)越需要方便快捷的生活方式。如今，智能家電已經(jīng)順應(yīng)人們的需求走進(jìn)了消費(fèi)者的視野。根據(jù)最新的新聞報(bào)道，太陽(yáng)能熱水器和電熱水器逐漸代取燃?xì)鉄崴?，成為熱水器市?chǎng)上最大的贏家。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，城市家庭熱水器普及率在７０％左右。中國(guó)家電市場(chǎng)調(diào)查研究課題組經(jīng)過(guò)近４年的連續(xù)性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)城市家庭熱水器產(chǎn)品的普及率基本穩(wěn)定在７０％左右，城市家庭較高的普及率說(shuō)明熱水器市場(chǎng)總體上已進(jìn)入成熟階段。燃?xì)鉄崴骺梢赃B續(xù)供應(yīng)熱水，但其安全問(wèn)題多年來(lái)一直困擾著消費(fèi)者，雖然國(guó)家“西氣東輸”政策已實(shí)施，為燃?xì)鉄崴鞯陌l(fā)展殺出了一點(diǎn)“血路”，但是消費(fèi)者的安全心理不能徹底消除、使用成本高及壽命短又制約了燃?xì)鉄崴鞯倪M(jìn)一步發(fā)展，加之由于燃?xì)赓Y源相對(duì)缺乏，近幾年其市場(chǎng)份額一直走低正是這些因素的綜合反應(yīng)。反觀電熱水器和太能熱水器，則沒有這方面的憂慮。三大熱水器：燃?xì)鉄崴髁H老矣；電熱水器風(fēng)頭正勁；太陽(yáng)能熱水器后勁十足。電熱水器的優(yōu)點(diǎn)：易安裝，不受天氣的影響，不收樓層和供電管道的限制，投入小，隨著技術(shù)進(jìn)步和新產(chǎn)品的開發(fā)，下置式，嵌入式等多種安裝形式的電熱水器先后上市，徹底擺脫了房間空間的限制。中央供水和數(shù)碼智能的電熱水器也全部都進(jìn)入；額市場(chǎng)。電熱水器的安全問(wèn)題涉及到消費(fèi)者的生命，又加上近些年的能源危機(jī)，人們生活節(jié)奏的加快，智能化電熱水器越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。在當(dāng)今社會(huì)，科技日新月異，熱水器技術(shù)飛速發(fā)展，越來(lái)越多的科技成果被運(yùn)用到熱水器的制造當(dāng)中。如今的熱水器絕不是一個(gè)簡(jiǎn)單的加熱系統(tǒng)，而是一種科技含量很高，很現(xiàn)代化的家電產(chǎn)品。1 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 隨著三峽工程的建設(shè)和我國(guó)城市加大電網(wǎng)擴(kuò)容和老居民的電網(wǎng)改造，大功率電器的使用不再受限制。，推動(dòng)了電熱水器在城市的銷量。國(guó)家對(duì)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施投入力度不斷加大，加快農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)和改造的步伐，家電消費(fèi)環(huán)境大為改善，農(nóng)電價(jià)格也相對(duì)下降，刺激了農(nóng)民對(duì)家電的消費(fèi)量，從而加快了農(nóng)村家電的普及速度。%，任何家電商品的普及率只要提高1個(gè)百分點(diǎn)，就會(huì)增加238萬(wàn)臺(tái)（件）的需求量。只要電熱水器在安全，智能方面做得足夠優(yōu)秀，那么電熱水器的發(fā)展就能保持著非常光明的前景。隨著我國(guó)人民生活水平逐漸的提高，其生活條件也有很大的改善，功能多樣，科技含量高的智能化電器在人們?nèi)粘Ｉ钪姓加斜戎匾苍絹?lái)越大，與家庭生活密切相關(guān)的熱水器品種各式各樣，花樣翻新。所以就是在這樣的背景下，本課題是選擇基于at89s51單片機(jī)的智能電熱水器的設(shè)計(jì)研究。 本課題的研究目的是根據(jù)人們對(duì)現(xiàn)代家庭舒適，安全，便利以及多元化信息服務(wù)的需要，選擇at89s51單片機(jī)設(shè)計(jì)出具有智能特征的電熱水器。用at89s51作為控制芯片，就是為了能實(shí)現(xiàn)電熱水器的智能化，能夠持續(xù)穩(wěn)定的熱水供應(yīng)，自動(dòng)斷電的安全功能，使得人們?cè)谙丛r(shí)能夠放心享受，有利于人們的身體健康，其務(wù)實(shí)性能快速滿足人們對(duì)現(xiàn)代生活快節(jié)奏的需求。同時(shí)，正如上面內(nèi)容所陳述的那樣，從市場(chǎng)，從需求，從可持續(xù)發(fā)展性等一系列的分析和數(shù)據(jù)中我們能從中得出研究此課題的重要意義。 國(guó)內(nèi)外研究狀況和成果電熱水器分為即熱式和儲(chǔ)水式兩種，就是用電加熱水的一種裝置。即熱式電熱水器，也叫快熱式電熱水器，指近幾年一些生產(chǎn)廠家自行研制的專利產(chǎn)品或國(guó)外進(jìn)口的技術(shù)含量較高的一些產(chǎn)品。不但具有能夠即開即熱，省時(shí)省電，節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，更是因其具有比普通電熱水器更為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，越來(lái)越受到廣大家電生產(chǎn)廠家和經(jīng)銷商的青睞。在熱水器的發(fā)展過(guò)程中，安全技術(shù)成為帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)向上提升的決定性力量。熱水器先后經(jīng)歷了水電分離，漏電保護(hù)器，出水?dāng)嚯?，防電墻等四次較大的技術(shù)升級(jí)。水電分離從原始的直熱式加熱到采用水電完全分離的絕緣加熱管，從而避免了水與電的直接接觸，使一邊加熱一邊洗浴成為可能。漏電保護(hù)技術(shù)從理論上講，加熱管遲早都會(huì)損壞的，一旦絕緣失效，就會(huì)2東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 導(dǎo)致水電接觸，發(fā)生漏電，威脅用戶生命安全。1997年，海爾等企業(yè)率先在熱水器中采用漏電保護(hù)技術(shù)，保證了露點(diǎn)電流達(dá)到15毫安時(shí)，保證使用者的生命安全。出水?dāng)嚯娂夹g(shù)1999年，海爾研制成功了出水?dāng)嚯娂夹g(shù)，使用戶再打開熱水器噴頭同時(shí)自動(dòng)切斷電源，關(guān)閉噴頭時(shí)自動(dòng)通電加熱，這樣就避免了電帶使用，使熱水器的安全性能又提高了一大步。防電墻技術(shù)2002年，海爾發(fā)明了世界第一臺(tái)帶“防電墻”功能的熱水器，3決了因用電環(huán)境引起的安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品安全到洗浴安全的技術(shù)跨越。經(jīng)過(guò)了解，無(wú)論什么品牌的電熱水器，內(nèi)膽是電熱水器的關(guān)鍵，產(chǎn)品內(nèi)表面的處理非常重要，它是決定電熱水器保修年限的主要依據(jù)。目前商場(chǎng)里所售的電熱水器主要有以下三種內(nèi)膽：無(wú)氧紫銅內(nèi)膽：應(yīng)用在即熱式電熱水器上具有不可比擬的良好特性：它具有熱傳導(dǎo)快，耐壓耐腐蝕，延展性好，抗菌抑菌等,無(wú)氧紫銅發(fā)熱系統(tǒng)一般應(yīng)用在歐美發(fā)達(dá)地區(qū)的即熱式電熱水器，大多數(shù)國(guó)際品牌均采用紫銅生產(chǎn)即熱式電熱水器的加熱體，紫銅材料的特殊物理和化學(xué)特性,具有加熱快速穩(wěn)定、熱效率高的特點(diǎn)。是目前世界上即熱式電熱水器行業(yè)中公認(rèn)的符合環(huán)保健康潮流的、最成熟穩(wěn)定的加熱體。不銹鋼內(nèi)膽：材質(zhì)好，不易生銹，但焊縫隱患不易發(fā)現(xiàn)，經(jīng)多次熱脹冷縮后，不銹鋼中的鉻會(huì)被自來(lái)水中的氯離子腐蝕，時(shí)間長(zhǎng)了可能會(huì)在焊接處漏水。搪瓷內(nèi)膽：內(nèi)膽表面的瓷釉為非金屬材料，不生銹，防腐蝕，以厚鋼板做膽體，有較強(qiáng)的耐壓能力，其中高釉包鋼內(nèi)膽防腐保溫性能最佳，壽命更長(zhǎng)。除了對(duì)耐用性的要求不斷追求，智能化技術(shù)運(yùn)用是今后技術(shù)發(fā)展的一個(gè)總體趨勢(shì)，智能化技術(shù)的運(yùn)用有兩個(gè)好處。一是更加方便，二是更加節(jié)能，按照用戶的使用習(xí)慣提前預(yù)先加熱，讓使用者隨心所欲享用熱水，而在非用水時(shí)間則啟動(dòng)中溫保溫方程式，根據(jù)設(shè)定溫度計(jì)算出最節(jié)能的保溫溫度，減少熱水器內(nèi)外溫差，因而盡可能減少保溫加熱次數(shù)，真正做到更加省電。從1979年誕生第一臺(tái)熱水器開始，熱水器行業(yè)從為數(shù)不多的品牌發(fā)展到現(xiàn)在的品牌林立，從單一的燃?xì)鉄崴靼l(fā)展到電熱水器，太陽(yáng)能熱水器齊頭并進(jìn)，從產(chǎn)品的功能單一發(fā)展到今天功能多樣，造型各異，色彩斑斕，甚至不少品牌還走出過(guò)門走向世界，整個(gè)行業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。各大品牌爭(zhēng)先恐后的退出了超大液晶屏，電子線控，超薄時(shí)尚，雙管加熱，漏電保護(hù)器，防電墻，多口出水等新技術(shù)。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 總體方案設(shè)計(jì) 4目前家電市場(chǎng)上的電熱水器有連續(xù)水流式，雖具有加熱速度快和體積小的優(yōu)點(diǎn)，但需要的功率大，大多數(shù)家庭供電線路難以承受。而且市場(chǎng)上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，因此電熱水器的智能化成為必然趨勢(shì)。采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電熱水器的智能化，主要是因?yàn)槠洳捎妹嫦蚩刂频闹噶钕到y(tǒng)，實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)。CPU可以直接對(duì)I/O口進(jìn)行輸入、輸出操作及邏輯運(yùn)算，并且具有很強(qiáng)的位處理能力，能有針對(duì)性的解決由簡(jiǎn)單到復(fù)雜各類控制任務(wù)。單片機(jī)做為嵌入式應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)，由于其出色的性價(jià)比，極強(qiáng)的實(shí)用性，它取得了巨大的發(fā)展。本設(shè)計(jì)是針對(duì)AT89S51單片機(jī)在檢測(cè)和控制方面的應(yīng)用。 首先單片機(jī)上電復(fù)位后對(duì)電加熱絲供電進(jìn)行加熱，同時(shí)通過(guò)鍵盤接口電路輸入設(shè)定的溫度，并顯示。同時(shí)通過(guò)DS18B20溫度傳感器測(cè)量水溫并數(shù)碼管顯示，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度后停止加熱直到低于設(shè)定溫度時(shí)重新加熱。同時(shí)對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)，低水位進(jìn)水。為了防止加熱線圈的頻繁啟動(dòng)造成的資源浪費(fèi)和元件損壞，在軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)上當(dāng)與設(shè)定溫度低三度時(shí)采用PWM脈寬調(diào)制。達(dá)到節(jié)能和延長(zhǎng)加熱絲壽命的效果。方案一：以AT89S51單片機(jī)為控制中心的智能電熱水器AT89S51單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制能力強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。以AT89S51單片機(jī)為核心，配以外圍電路如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵、顯示器件即可構(gòu)成交通燈系統(tǒng)，下圖為硬件實(shí)現(xiàn)電路的方框圖：AT89S51單片機(jī)溫度測(cè)量電源電路加熱電路鍵盤電路顯示電路水位檢測(cè)