heater using ATEML's AT89C52 microcontroller. The design of single-chip microcomputer to control the possibility of realizing intelligent electric water heater is analyzed, the automatic alarm to complete the design, using the temperature sensor. The two part of the design is divided into, in the aspect of hardware design, mainly has carried on the detailed introduction to the smallest single-chip system and its extension, power supply circuit, interface circuit, keyboard and LED display circuit, temperature detection circuit, heating circuit. Also introduced the properties and characteristics of the main chip to design applications, including AT89C52, DS18B20 etc.. In software design, using C programming, is due to its easy identification of the MCU, speed of execution. The intelligent and perfect water heater design, scheme is simple and easy to realize. The software designed to control, can realize the intelligent temperature detecting and automatic alarm, heating, and improves the reliability and accuracy of the machine.

Keywords:single-chip microcomputer; Electric water heater; intelligence;

第一章 绪论

1.1 论文背景与意义

我国是热水器生产大国，由于消费水平的提高和人们对生活品质要求的提高，热水器已由一个高档的奢侈品成为一种必备的家庭用具，受到越来越多人的青睐。然而热水器的种类很多，按能源分类热水器可分为电热水器、太阳能热水器和燃气热水器 。太阳能热水器就是以太阳能作为能源进行加热的热水器，它节能环保，但是安装复杂，并且受到安装场所的制约，只有有些家庭可以安装，而北方由于天气原因，使用此热水器的就更少了；燃气热水器小巧，品种多，而且污染小，是目前最为常用的热水器产品之一，但如果家里之前没有安装过，重新安装比较麻烦，需要进行燃气和水的管道改造；电热水器安装简单，不受气候、场所的限制，以其方便，安全无污染，保温时间长等优势受到越来越多人的认可。电热水器看似简单，实际却是很难做好的一种家用电器，它的各个部分的设计如控制系统、水路、内胆制造、外壳、防烫伤装置等，都制约着电热水器的性能和发展。根据最新统计，目前热水器（包括燃气、电、太阳能等）在中国城镇家庭中的普及率已达到75%，成为继彩电、洗衣机、冰箱、空调之后的第五大家用电器。在产销量大幅增长的同时，整个热水器行业的技术含量也在同步提升。而电热水器已经成为今后热水器市场的发展方向。因为气价涨了，而电价却降了；电热水器使用安全、卫生、又无污染。今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头，其产品质量、技术水平、服务规范将不断提升，价格也会下降。我国过去的热水器市场一直以燃气热水器为主，近年来电热水器逐渐占据了部分市场成为主导，并且代表了未来的发展趋势。

1.2 研究现状和趋势

电热水器分为即热式和储水式两种，就是用电加热水的一种装置。即热式电热水器，也叫快热式电热水器，指近几年一些生产厂家自行研制的专利产品或国外进口的技术含量较高的一些产品。不但具有能够即开即热，省时省电，节能环保等诸多优点，更是因其具有比普通电热水器更为可观的经济效益，越来越受到广大家电生产厂家和经销商的青睐。

在热水器的发展过程中，安全技术成为带动整个行业向上提升的决定性力量。除了

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对耐用性的要求不断追求，智能是今后技术发展的一个总体趋势，智能化技术的运用有两个好处。一是更加方便，二是更加节能，按照用户的使用习惯提前预先加热，让使用者随心所欲享用热水，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，减少热水器内外温差，因而尽可能减少保温加热次数，真正做到更加省电。

1.3 论文研究内容和重点

硬件电路的设计主要包含温度测量、温度显示、复位、微控制器四个模块。这是整个设计中最最关键的部分，只有在硬件的平台上，电热水器才能实现预期的功能。

温度测量主要是通过温度传感器获取水的温度，当正常工作时温度传感器将一直检测水的实时温度，当温度达到预设的温度时，蜂鸣器发出警报。温度显示主要单片机通过接收温度传感器的信息来控制数码管的显示。复位系统主要是对单片机的一个复位更新的作用。

而整个硬件部分的主核心就是微控制器（也就是AT89C52），对整个电路系统的一个控制与信息的转换。使得电热水器能够更加智能，方便。

1.4 论文组织结构

全文共分五章，具体安排如下。

第一章绪论。介绍了电热水器的研究背景，研究意义和研究现状，最后介绍了本文的主要研究内容。

第二章总体方案。系统硬件概述，系统原理图设计并介绍单片机的接口应用。 第三章系统硬件。介绍温度测量、温度显示、水位监测、按键电路、加热电路、电源电路主要的五个部分。

第四章系统软件。分析了温度监测流程，温度显示流程、温度设定及按键流程。 第五章调试。对硬件以及软件结合后的一个总体的调试过程分析。

第二章 总体设计

2.1 总体设计方案

电热水器控制系统的整体设计方案主要包括硬件设计方案和软件设计方案。硬件是指以AT89C52作为整个控制系统的核心，再外接温度信号采集电路、实时时钟电路、热水器加热控制开关、LED显示电路、键盘、复位与看门狗电路组成。根据本设计所需要的电热水器功能的需求，在节约开发成本、增加系统安全及可靠性、减小体积等原则下进行电热水器控制系统的硬件设计。其系统硬件框图如图2.1所示。

电 源 晶振电路 水温采集装置 微控制模块 AT89C52 设定功能电路 键 盘 加 热 复位电路 图2.1 系统硬件框图

LED显示电路 系统主要采用52单片机AT89C52作为整个控制系统的主控模块，利用AT89C52的引脚连接其他的外部电路。对于温度的测量根据其环境的特殊性，温度信号的采集主要由DS18B20直接对温度进行检测并把信息反馈到单片机进行显示控制；键盘主要是用来设定开机时间、设定热水温度、定时加热时间、校准时钟，因此需设定四个按键；而为了调高系统的性能，系统采用了看门狗复位电路；对于温度及实时时钟的显示选择以LED数码管作为LED显示电路。

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2.2 方案论证

对于电热水器来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的所有功能的基础。硬件的选择和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接的影响，系统的设计成功与否很大程度上取决于硬件系统的设汁与制作。而温度时整个热水器的一个核心，所以温度的采集至关重要，将影响温度的显示及自动报警灯模块，以下是就温度采集硬件部分的方案的比较。 方案一：

采用热电式传感器对温度进行采集；热电式传感器是将温度变化转化为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量目的。通常把被测温度的变化转换为敏感元件的电阻变化、电势的变化，再经过相应的测量电路输出电压或电流，然后由这些参数的变化来检测对象的温度变化。热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点。但有变化率非线性，不适合测量高温区等缺点。 方案二：

采用DS18B20进行温度的采集；DS18B20，直接将温度转换为数字信号传送给单片机。电路简单，采集数据精确，温度采集范围在－55℃～＋125℃，适合我们设计所需。

2.3 主要元器件的介绍

本毕业设计主要用的的元器件包含微控制模块（AT89C52）、数字温度传感器

(DS18B20)、LED数码管显示、固态继电器等，以下是对主要元器件的一个介绍： 2.3.1 微控制器模块

本系统主要是使用AT89C52现有的引脚连接外部的其它硬件电路，而由于对实时性和微控制器的处理速度要求不高，因此选择了具有低电压、高性能的AT89C52单片机。它是一个CMOS工艺的8位单片机，片内含有8KB的掩膜ROM和256个随机存取存储器（RAM）单元，8位的通用中央处理器（CPU）和闪速存储单元，并且与52系列的其它产品有很好的引脚兼容，因此是一种性价比较高的单片机。 AT89C52主要性能说明如下：32个I/O口线；片内有8KB闪速存储器，256B内部随机存取存储器RAM；3个16位定