【正文】 層面。因此燃?xì)鉄崴魇且环N人命關(guān)天的特殊產(chǎn)品，即使有 百分之一的疏忽，帶給用戶的危險(xiǎn)將是百分之百。目前， ％的居民家庭表示要在未來 5 年中購買或更換熱水器。 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一章 緒論 第一節(jié) 電熱水器發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 一、電熱水器發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，整個(gè)熱水器行業(yè)已經(jīng)從最初的小而少發(fā) 展到現(xiàn)在的大而多，產(chǎn)品類型也隨著技術(shù)不斷成熟 ， 由最初的燃?xì)鉄崴鳘?dú)領(lǐng)風(fēng)騷發(fā)展到今天的燃?xì)馐?、電熱式、太陽能、空氣源熱泵等多種類型。另外，電熱水器安全也是大問題，普通電熱水器多采用外配漏電保護(hù)器，有漏電發(fā)生時(shí)切斷電源。有專家預(yù)計(jì)，借家電下鄉(xiāng)等國家政策扶持，農(nóng)村三、四級(jí)市場的拓展，以及行業(yè)技術(shù)升 級(jí)、企業(yè)管理升級(jí)， 2021 年至 2021 年我國電熱水器的需求量將呈現(xiàn)遞增趨勢，市場保有量將呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的增長態(tài)勢 [1]。s lives, people’s demand for water heaters tend to be more intelligent and digital. Among them, whether the electric water heater controller performance is good or not is not only the embodiment of the water heater performance, but also related to personal safety and other important content. Therefore, the electric water heater controller design is not only the need of intelligent water heater。軟件部分在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電熱水器的控制工作，包括液晶顯示程序、按鍵掃描程序 、水位控制程序、溫度控制程序、漏電檢測程序以及聲音提示程序等。最后深入介紹了控制器的調(diào)試方法和過程，以及對(duì)整個(gè)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)行總結(jié)。因此，電熱水器控制器的設(shè)計(jì)是智能電熱水器的需要，同時(shí)也是電熱水器的重要組成部分。 其中，電熱水器控制器性能的好壞不僅是電熱水器性能好壞的體現(xiàn)，更關(guān)系到人身安全等重要內(nèi)容。根據(jù)電熱水器工作原理進(jìn)行控制器的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。1℃；通過分析漏電檢測原理，在理論計(jì)算基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了漏電檢測電路。 【關(guān)鍵詞】 電熱水器 漏電檢測 溫度控制 水位控制 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III Abstract With the improvement of quality of people39。電熱水器具有無污染、安全、保溫時(shí)間長、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到消費(fèi)者的青睞。而市場上貯水式電熱水器大多數(shù)采用機(jī)械式控制器，存在控溫精度低、加熱時(shí)間長、可靠性差、功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等不足，很多控制器只具有水位和溫度顯示功能，不具有控制功能。本文設(shè)計(jì)了一種智能電熱水器微控制器，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、水位控制、溫度控制和漏電實(shí)時(shí)檢測，若漏電時(shí)可同時(shí)切斷加熱管及控制器電源，并發(fā)聲報(bào)警提示；熱水器干燒報(bào)警，控制器故障指示等多種實(shí)用功能，方便用戶使用。 據(jù)調(diào)查，中國熱水器的普及率只有 70％左右。 就中國的具體情況而言 ， 太陽能熱水器由于安裝位置的局限性，只適用于居住在頂樓的居民，且受天氣原因的限制 ， 使用范圍狹窄；燃?xì)鉄崴饔捎诒仨毞质野惭b，且須由專業(yè)人員安裝，并且燃?xì)鉄崴鞑灰渍{(diào)溫，需定期除垢，在使用中還易產(chǎn)生有害氣體，特別是使用液化石油氣和人工煤氣型的直排式燃?xì)鉄崴?，?huì)產(chǎn)生輕度油煙，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜吧? 二、電熱水器控制技術(shù)歷程及趨勢 目前市場上的電熱水器分連續(xù)水流式和貯水式，前者雖具有加熱速度快和XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 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。其中安全技術(shù)主要體現(xiàn)在能自動(dòng)檢測熱水器是否處于正常工作狀態(tài)，并具有調(diào)溫、恒溫、防干燒、防超高溫、防漏電等多項(xiàng)自檢功能，使用戶在使用過程中安全更有保障。 第二節(jié) 課題研究的目的及意義 傳統(tǒng)家用電器較為典型的有空調(diào)機(jī)、電冰箱、吸塵器、電飯煲、洗衣機(jī)、消毒碗柜等。家用電器的進(jìn)步，關(guān)鍵在于采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，從而使家用電器從一種機(jī)械式的用具變成了一種具有智能的設(shè)備。嵌入式家用電器有兩種不同的類型，一種是非智能式的家用電器，一種是智能式的家用電器。在這種電熱水器中，單片機(jī)是不考慮熱水器 貯水 量的多少，它只是控制電阻絲加熱，當(dāng) 貯水罐 的水溫達(dá)到一定溫度時(shí)，則馬上停止全功率加熱，進(jìn)入低功率保溫。在這種家用電器中，單片機(jī)不單對(duì)家用電器的基本功能進(jìn)行控制，而且還模擬人智能活動(dòng)的過程對(duì)熱水器進(jìn)行溫度、水量和穩(wěn)定性進(jìn)行控制。 通過對(duì)各方面資料整理、分析 、總結(jié)，結(jié)合電熱水器控制原理，本論文提出了一種電熱水器控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 第四章，通過焊接的電路，按照提出的測試方法對(duì)控制器功能進(jìn)行測試和分析，并運(yùn)用仿真軟件進(jìn)行仿真演示。 根據(jù)控制器所需完成的控制功能， 控制 系統(tǒng)模塊框圖如圖 所示。 第二節(jié) 硬件總體選型 一、主要元器件選型原則 元器件選擇必須要緊密結(jié)合功能需求和 應(yīng)用對(duì)象。水位監(jiān)測裝置要求安裝簡單，價(jià)格低廉。 二、主要元器件選型 ① STC89C52RC：該芯片是 ST 公司生產(chǎn)的基于 51 內(nèi)核的 8 位微處理器，片內(nèi)有 8K 的 Flash， 3 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 2 個(gè)外部中斷， 32 個(gè)可編程 I/O 線，8 個(gè)中斷源，一個(gè)串口通信模塊等資源 [3]，可以滿足本系統(tǒng) CPU的要求； ② LCD1602：顯示 2 行，每行 16 個(gè)字符。 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 ④ 水位監(jiān)測裝置：用 8 根不銹鋼針分別置于水箱內(nèi)的 8 種不同高度的位置，當(dāng)某個(gè)鋼針不接觸水面時(shí)，其輸出為高電平；當(dāng)其與水面接觸時(shí)則輸出低電平。漏電保護(hù)器的檢測元件就是漏電電流 互感器 檢測出的漏電電流信號(hào)，經(jīng)中間機(jī)構(gòu)放大，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，切掉電源，達(dá)到安全保護(hù)的目的 [7]。 一、單片機(jī)系統(tǒng)資源分配 單片機(jī)系統(tǒng)資源分配如表 所示，列出了本系統(tǒng)使用 52 單片機(jī)的所有的I/O 資源。 二、 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與各部分的功能，將整個(gè)程序也劃分為多個(gè)功能模塊部分，分別進(jìn)行編程，然后裝配在一起。 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章首先總體對(duì)熱水器控制器系統(tǒng)進(jìn)行了描述，在確定控制參數(shù)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了控制器的各功能組成模塊及工作原理。電源電路為系統(tǒng)提供 +12V 和 +5V 電源；人機(jī)交互電路負(fù)責(zé)單片機(jī)和外界信息的交流；水位控制電路實(shí)現(xiàn)控制水的液位；溫度控制電路實(shí)現(xiàn)控制水 溫度；漏電檢測電路負(fù)責(zé)檢測熱水器是否在安全的狀態(tài)下運(yùn)行；聲音提示電路負(fù)責(zé)熱水器在非安全狀態(tài)下時(shí)發(fā)出聲響提示用戶。本系統(tǒng) +12V電源直接通過外接 12V的電源得到； +5V電源通過 LM7805 穩(wěn)壓芯片將 +12V 電壓變成 +5V。如果有了保護(hù)二極管，就能及時(shí)將電容的電荷釋放，從而保護(hù)了穩(wěn)壓器。 二、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) STC89C52RC 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括 52 單片機(jī)芯片、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖如圖 所示。另外在用戶查看或進(jìn)行操作設(shè)定時(shí)提示用戶當(dāng)前顯示的是什么數(shù)值項(xiàng)。圖 是 LCD1602 的控制電路。 ⑤ 液晶 6端為使能信號(hào)，是操作時(shí)必需的信號(hào)，接單片機(jī)的 。這四個(gè)按鍵的功能分別是功能選擇按鍵、加 1按鍵、減 1按鍵和確認(rèn)按鍵。 水位檢測電路 水位檢測電路如圖 。 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 水位檢測電路 電磁閥進(jìn)水電路 電磁閥進(jìn)水電路如圖 所示。 R19 起到提高單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 3 J un 2 0 1 0 S he e t o f F i l e : D : \桌面 \全部原理圖設(shè)計(jì) ( 1 ) . d db D r a w n B y:R 2 1 1k+ 12 V12J2V A L V EP 22R 1 91 0kV C CU5R E L A Y 12 VAGNDD5Q1 圖 電磁閥進(jìn)水電路 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 五、溫度控制電路設(shè)計(jì) 在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)中，一般采用熱電偶或鉑電阻進(jìn)行溫度測量。并且 DS18B20 將測得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，可以與單片機(jī)直接相連，而不需進(jìn)行信號(hào)放大和 A/D 轉(zhuǎn)換，大大簡化了電路的設(shè)計(jì)，因此系統(tǒng)采用了 DS18B20 作為溫度傳感器進(jìn)行溫度采集。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。其中加熱器件參數(shù)是 12V/45W（實(shí)際加熱棒為 220V/），由外部 12V 電源直接給加熱器件提供電壓。當(dāng)系統(tǒng)沒有漏電時(shí)，電源輸入線中的火線電流與中線電流完全平衡，次級(jí)漏電信號(hào)為零。為了在 5V電源下正常工作，將比較器的參考電平（ D 點(diǎn)）選定為 ，運(yùn)放的參考電平（ B 點(diǎn)）選定為 3V左右，這可以通過 R19=， R15=1K， R2= 來實(shí)現(xiàn)。 定量分析：設(shè)允許最大漏電流為 IL（通常為數(shù)毫安，具體數(shù)據(jù)可查閱相關(guān)），規(guī)定漏電互感器次級(jí)的匝數(shù)為 N，則次級(jí)電流為 IL/N，產(chǎn)生的信號(hào)電壓為R11IL/N，放大器的放大倍數(shù)為 C B 15 16A B 15V V R +RK= =V V R，則 C 點(diǎn)最大下拉幅度為11 L2KR IN ，產(chǎn)生漏電中斷的條件是[26]： 1511 L CC19 15 12R2 K R I =VN R + R + R 實(shí)驗(yàn)調(diào)試用一根導(dǎo)線穿過漏電互感器，從中通過數(shù)毫安的交流電流（不必用 220V 高壓，只需用幾伏特的低壓交流電源串聯(lián)一個(gè)電阻就可以）。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 I/O口驅(qū)動(dòng)能力弱，所以采用 PNP三極管擴(kuò)流電路驅(qū)動(dòng)蜂 鳴器，當(dāng) P23口輸出低電平時(shí)， Q3導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音。 一、液晶顯示程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)使用的 1602 液晶為 5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，可顯示兩行，每行 16個(gè)字符， 不能顯示漢字，內(nèi)置 128 個(gè)字符的 ASCII 字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。寫數(shù)據(jù)是指要顯示的內(nèi)容。 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 關(guān)于時(shí)序中的延時(shí)基本都為納秒級(jí)，單片機(jī)操作最小單位為微秒級(jí)，因此在寫程序時(shí)可以不做延時(shí)。 設(shè) 置 顯 示 模 式初 始 化 1 6 0 2 入 口設(shè) 置 光 標(biāo) 寄 存 器移 屏 寄 存 器顯 示 位 置 設(shè) 置清 屏子 程 序 結(jié) 束 圖 LCD1602初始化程序流程圖 初始化 LCD1602 程序源代碼如下： //初始化 LCD void LCD_Initial() { LcdEn=0。 //開啟顯示，無光標(biāo) LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN)。 向 1 6 0 2 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 入 口D B P o r t = 0 x 8 0 | x子 程 序 結(jié) 束y = 0D B P o r t = 0 x 8 0 | ( x 0 x 4 0 )* s t r ! = 39。 } XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 void Print(unsigned char *str) //將字符輸出到液晶顯示 { while(*str!=39。 } } 二、按鍵掃描程序設(shè)計(jì) 按鍵信號(hào)處理包括三個(gè)方面的內(nèi)容，分別是檢測并判斷是否有按鍵動(dòng)作，確定按鍵的鍵值和根據(jù)所按鍵值做出一系列的針對(duì)性處理，即按鍵響應(yīng)。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷掃描的方式進(jìn)行按鍵檢測 ， 通過單片機(jī)的定時(shí)中斷，每隔 10ms 掃描一次按鍵端口狀態(tài)，按鍵檢測過程中無需一直監(jiān)視按鍵端口或執(zhí)行額外的延時(shí)程序，節(jié)省了單片機(jī)的CPU資源和中斷資源。 四、溫度控制程序設(shè)計(jì) 溫度控制程序設(shè)計(jì)主要是對(duì)溫度采集程序的設(shè)計(jì)。存在脈沖讓總線控制器知道 DS18B20 在總線上且已準(zhǔn) 備好操作。 1 8 B 2 0初 始 化 入 口D Q = 1延 時(shí) 5 0 u sD Q = 0延 時(shí) 7 5 0 u sD Q = 1是 否 返 回 0子 程 序 結(jié) 束Y E SN O 圖 DS18B20初始化流程圖 DS18B20 初始化程序源代碼如下： void Init_DS18B20(void) { unsigned char x=0。 //單片機(jī)將 DQ 拉低 delay_18B20(80)。 //稍做延時(shí)后如果 x=0 則初始化成功 x=1 則初始化失敗 delay_18B20(20)。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)