济南大学泉城学院毕业设计

5.1.2 Keil软件 ...................................................................................................... 18 5.2 系统电路仿真 ....................................................................................................... 18 5.3 PCB板设计与制作 ................................................................................................ 19

5.3.1 PCB介绍 ...................................................................................................... 19 5.3.2 PCB板设计 .................................................................................................. 19 5.3.3 PCB板实现 .................................................................................................. 20 5.3.4 电路板制作 ................................................................................................. 20 5.4 系统调试 ............................................................................................................... 21 6 结论 ................................................................................................................................. 25 参考文献 ............................................................................................................................. 26 致谢 ..................................................................................................................................... 27 附录1 原理图 .................................................................................................................... 28 附录2 实物图 .................................................................................................................... 29 附录3 元器件清单 ............................................................................................................ 30 附录4 程序清单 ................................................................................................................ 31

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1 前言

1.1 选题背景及意义

当今社会，越来越多的科技成果被运用到热水器的制造中。如今，热水器已经从一个简单的加热产品变成了科技含量高的现代化家电产品。经过多年的发展和技术的积累，整个热水器行业不断涌现出新产品，热水器种类越来越多，从最初的燃气热水器，发展到了现在的燃气热水器、电热水器、太阳能热水器。在热水器的使用效果上，更加人性化，功能也越来越丰富，甚至结合了最新的智能家居理念，智能化程度大大提高，给人们的生活带来了极大的方便。

随着国民生活水平的提高，人们的生活条件有了很大改善，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。据统计我国热水器的销量在最近几年里一直以25%的增长率在增长，并且销售总额可能在未来的5年里达到500亿以上。我国约有70%的城镇居民在使用热水器，26%的城市居民有购买热水器的计划，市场平均一年需要1000多万台热水器维持运行，中国热水器行业有一定规模的热水器生产企业大约就有200家[1]。由此可见热水器在中国有广阔的市场，但热水器也衍生出了漏电，环保等一系列问题，近年来电热水器更是多次出现漏电伤人甚至致死事件，因此热水器的安全性一直为消费者所关注。所以对热水器的改良是迫在眉睫。

由于单片机技术的迅速发展，越来越多的家用电器采用各种型号的单片机为控制核心，来完成和人类的交互，并通过相应的程序和内部运算，实现智能化的控制，使家用电器的操作更加人性化，控制更加智能化。单片机是一种微控制器，体积小、功耗低、通过编程和外围电路设计，可以完成多种智能控制任务。因此，在热水器中，广泛采用单片机作为控制核心，通过相应的温度传感器，在热水器的温度控制上达到更高的精度，完成了从最初的旋钮调节逐渐向数字化调节方向转变。

正是在这样的背景下，本设计选择基于AT89S52单片机的热水器控制系统进行设计研究。本设计通过温度传感器，让热水器在对温度的控制方面有了更大的精度。通过水位传感器，让热水器在对水位的检测方面有了进一步的发展。在本设计中单片机控制并指示热水器的各种工作状态，当发生缺水、水温过高或过低等情况时能够及时给人们进行提示，从而防止了意外的发生，保障了用户的安全。

1.2 国内外研究现状

相比较国外来说，热水器在中国的成长路程不长。但如今中国已经成长为了生产热水器最大的国家，热水器年产量约为全世界的总和。据了解，中国生产成功的首台热水器是在20世纪70年代位于江苏省南京市的玉环厂。这台热水器的发明成功标志了中国人民用火烧水洗澡的年代结束了。热水器产品种类大致分为燃气热水器、电热

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水器、太阳能热水器、空气能热水器4类热水器。在这四类热水器中，燃气热水器是发展得最早的，它主要的优点是体积小，可以随开随用，且价格低廉，因为这些优点，它霸占了热水器销售市场很长一段时间。但是由于它不能够装在浴室里，并且对安装的环境有很大的要求且安全系数不高，有可能会引发调节水温不便等缺点，如今的销售量已经大不如前了。相比较而言，电热水器的使用时间较长，并且节能环保，安全。

由于我国现在极度地重视在科技的发展，并且不断地在挖掘技术方面的顶尖人才。所以在热水器方面的研究成果也在不断创新，热水器在经过研究后不断完善，历经了好几次更新换代，且每次更新的产品性能都有很大的提升，给人们的生活提供了很大便利。国内也相继出现了很多热水器品牌，如美的，海尔，万和等等。其中，最出名的莫过于海尔最近研发出的国内第一款具有双重功能的智能热水器——A6银海象热水器，它身上的超强记忆能力是其最为突出的优点。它能够在断电的时候自动记忆，就算是突然断电，系统也能够自动保存设置的参数，并且在下一次开机后可以恢复到以前的样子，不用重新输入数值，简单方便[2]。除此之外，它还能自动保存和分析使用者最近一个月用水的数据参数，然后用最节约的方法提前为使用者准备热水，体现出了真正的节能。

据了解，国外对热水器的研发开展得比较早。可以追溯到19世纪70年代，经过了100多年的发展，涌现出了很多性能优良的产品。国外对智能热水器的主要研究成果有：西门子智能电热水器，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，开发出了独有的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，可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，杜绝了意外发生。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，可根据设定水温、环境、季节的不同，自动地选择最节能的保温状态，缩短了加热时间，切实做到了省电节能。

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2 主要研究内容

2.1 主要设计内容

本设计主要的控制芯片采用了AT89S52单片机，主要内容是研究设计热水器的控制系统，目的是使系统能够实现以下功能。

（1）用户可自己设置预约时间和温度上下限值，LCD1602能对当前水温和预约时间及温度上下限值进行显示。

（2）具备水位检测功能。当发现系统当前水位低于热水器水位下限时，加水继电器吸合，开始加水；当发现系统当前水位高于热水器水位上限时，加水继电器断开，蜂鸣器开始报警。

（3）具有温度检测功能。当发现系统当前水温低于设置的水温下限时，加热继电器吸合，开始加热；当发现系统当前水温高于设置的温度上限时，加热继电器断开，加热截止。

（4）具备声光报警功能。黄灯亮表示系统需加水，红灯亮起表示系统缺水，绿灯亮起表示系统在加热，当检测到当前水位高于热水器水位上限时，蜂鸣器开始报警。

（5）具备红外遥控功能。可在遥控器可控的范围内，利用遥控器设置温度上下限值及预约时间，执行与主板按键同样的功能。

2.2 总体设计方案

本次研究设计的热水器控制系统总体设计方案主要分为硬件设计方案和软件设计方案，具体设计内容如下。 2.2.1 硬件设计方案

在本次硬件设计中以AT89S52单片机为核心控制芯片。在热水器工作时，温度上下限值及预约时间可利用遥控器或按键进行设置，设置完成后，LCD1602液晶显示屏能够将设置的数值进行显示。采用防水型温度传感器DS18B20采集热水器的实时水温。当采集到的温度小于设置的温度下限时，加热继电器吸合，开始加热。当采集到的水温高于所设立的温度上限时，加热继电器便自动断开，加热自动截止。利用水位传感器和LM393电压比较器检测上下水位，当检测到当前水位低于水位下限的时候，热水器加热停止，加水继电器吸合，开始给热水器加水，当检测到当前水位高于水位上限的时候，加水继电器断开，停止加水，蜂鸣器开始报警，实现报警功能[3]。在本次设计中热水器加热、加水、缺水都有相对应的指示灯，红灯代表缺水，黄灯代表加水，绿灯代表加热。本次设计的具体硬件设计框图如下图2.1所示。

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