【正文】 熱水器普及率在７０％左右。燃氣熱水器可以連續(xù)供應熱水，但其安全問題多年來一直困擾著消費者，雖然國家“西氣東輸”政策已實施，為燃氣熱水器的發(fā)展殺出了一點“血路”，但是消費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氣熱水器的進一步發(fā)展，加之由于燃氣資源相對缺乏，近幾年其市場份額一直走低正是這些因素的綜合反應。三大熱水器：燃氣熱水器廉頗老矣；電熱水器風頭正勁；太陽能熱水器后勁十足。中央供水和數(shù)碼智能的電熱水器也全部都進入；額市場。在當今社會，科技日新月異，熱水器技術飛速發(fā)展，越來越多的科技成果被運用到熱水器的制造當中。1 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 緒論 隨著三峽工程的建設和我國城市加大電網(wǎng)擴容和老居民的電網(wǎng)改造，大功率電器的使用不再受限制。國家對農(nóng)村基礎設施投入力度不斷加大，加快農(nóng)村電網(wǎng)建設和改造的步伐，家電消費環(huán)境大為改善，農(nóng)電價格也相對下降，刺激了農(nóng)民對家電的消費量，從而加快了農(nóng)村家電的普及速度。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。所以就是在這樣的背景下，本課題是選擇基于at89s51單片機的智能電熱水器的設計研究。用at89s51作為控制芯片，就是為了能實現(xiàn)電熱水器的智能化，能夠持續(xù)穩(wěn)定的熱水供應，自動斷電的安全功能，使得人們在洗浴時能夠放心享受，有利于人們的身體健康，其務實性能快速滿足人們對現(xiàn)代生活快節(jié)奏的需求。 國內(nèi)外研究狀況和成果電熱水器分為即熱式和儲水式兩種，就是用電加熱水的一種裝置。不但具有能夠即開即熱，省時省電，節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點，更是因其具有比普通電熱水器更為可觀的經(jīng)濟效益，越來越受到廣大家電生產(chǎn)廠家和經(jīng)銷商的青睞。熱水器先后經(jīng)歷了水電分離，漏電保護器，出水斷電，防電墻等四次較大的技術升級。漏電保護技術從理論上講，加熱管遲早都會損壞的，一旦絕緣失效，就會2東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 緒論 導致水電接觸，發(fā)生漏電，威脅用戶生命安全。出水斷電技術1999年，海爾研制成功了出水斷電技術，使用戶再打開熱水器噴頭同時自動切斷電源，關閉噴頭時自動通電加熱，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。經(jīng)過了解，無論什么品牌的電熱水器，內(nèi)膽是電熱水器的關鍵，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)。是目前世界上即熱式電熱水器行業(yè)中公認的符合環(huán)保健康潮流的、最成熟穩(wěn)定的加熱體。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。一是更加方便，二是更加節(jié)能，按照用戶的使用習慣提前預先加熱，讓使用者隨心所欲享用熱水，而在非用水時間則啟動中溫保溫方程式，根據(jù)設定溫度計算出最節(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。各大品牌爭先恐后的退出了超大液晶屏，電子線控，超薄時尚，雙管加熱，漏電保護器，防電墻，多口出水等新技術。而且市場上傳統(tǒng)的機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。CPU可以直接對I/O口進行輸入、輸出操作及邏輯運算，并且具有很強的位處理能力，能有針對性的解決由簡單到復雜各類控制任務。本設計是針對AT89S51單片機在檢測和控制方面的應用。同時通過DS18B20溫度傳感器測量水溫并數(shù)碼管顯示，當水溫達到設定溫度后停止加熱直到低于設定溫度時重新加熱。為了防止加熱線圈的頻繁啟動造成的資源浪費和元件損壞，在軟件設計設計上當與設定溫度低三度時采用PWM脈寬調制。方案一：以AT89S51單片機為控制中心的智能電熱水器AT89S51單片機具有結構簡單、控制能力強、可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，在許多行業(yè)都得到了廣泛的應用。 以PIC16C72為控制芯片的電熱水器，雖然功能很強大，但是存在一些很需要改進的地方：中斷的現(xiàn)場保護是中斷應用中一個很重要的部分由PIC16C72的指令系統(tǒng)中沒有專門的PUSH(入棧)和POP(出棧)指令，所以要用一段程序來實現(xiàn)該功能。通過以上兩種設計方法的比較來看，實現(xiàn)電熱水器的智能控制可以有很多種方法。但考慮到成本控制和軟硬件實現(xiàn)難度，采用方案一的控制系統(tǒng)設計，可以進一步提高電熱水器的智能作用，能夠保證持續(xù)的熱水供應，并能夠在異常情況下自動斷電，可以滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，提了人們生活的質量。 AT89S51介紹 AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用。l 外部數(shù)據(jù)存儲器：可擴展到64KB。6東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 總體方案設計 定時/計數(shù)器：2個16位可編程的定時計數(shù)器。l 寄存器區(qū)：在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的128B中劃出一部分作為寄存器區(qū)， 分為四個區(qū)，l 每個區(qū)8個通用寄存器。l 堆棧：最深128B。l 指令系統(tǒng)（系統(tǒng)時鐘為12MHZ時）：大部分指令執(zhí)行時間為1us；少部分指令，執(zhí)行時間為2us。 引腳功能說明，有雙列直插封裝（DIP）方式和方形封裝方式。 主電源引腳① VCC：電源端。(2) 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2① XTAL1：晶體振蕩器接入的一個引腳。② XTAL2：晶體振蕩器接入的另一個引腳。(3) 控制或與其他電源復用引腳RST，ALE/，/VppRST：復2位輸H入端。ALE/：當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。在對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一7條MOVX或MOVC指令期間，ALE才會被激活。：程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。但在此期間內(nèi)，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。要使CPU只訪問外部程序存儲器（地址為0000H～FFFFH），則端必須保持低電平（接到GND端）。當端保持高電平（接Vcc端）時，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。輸入/～，～，～～。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8個TTL輸入，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在Flash編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。P2的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。③P2端口（～）：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2送出高8位地址。在對Flash編程和程序校難期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。P3作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。復用功能如表21所列。8東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 總體方案設計 表1 P3各端口引腳與復用功能表端口引腳復用功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外部中斷0）（外部中斷1）T0（定時器0的外部輸入）T1（定時器1的外部輸入）8東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 總體方案設計 數(shù)字溫度傳感器DS18B20介紹 DS18B20的主要特性 適應電壓范圍更寬，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。溫范圍－55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177?？删幊?的分辨率為9～12位，℃、℃、℃℃，可實現(xiàn)高精度測溫。測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以”一 線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。圖23 DS18B20內(nèi)部結構圖 DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。圖23中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。64位光刻ROM的排列是：開始8位 （28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。 （2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 ℃/LSB形式表達，其中S為符號位。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+℃的數(shù)字輸出為0191H，℃的數(shù)字輸出為FF6FH，55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。 （4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：表3 配置寄存器結構低五位一直都是”1”，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設置為12位） 表4 溫度分辨率設置表R1R0分辨率溫度最大轉換時間009位0110位1