南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文)

第五章系统软件设计 ..................................... 30

5.1主程序模块.................................................. 30

5.2 DS18B20测温模块............................................ 33 5.3实时时钟模块................................................ 35 5.4 LCD显示模块................................................ 39 5.5键址返回程序................................................ 41 5.6测试及性能分析.............................................. 43

第六章 结论 ............................................ 47 致 谢 ................................................. 48 参考文献： ............................................. 49 附录A：硬件设计原理图与PCB图 .......................... 50 附录B：软件程序清单 .................................... 52 附录C：实物图 .......................................... 62 附件：毕业论文光盘资料

IV

第一章 绪 论

1.1引言

我国作为热水器生产的大国，近年来热水器的发展十分迅速，而热水器主要有三个研究方向：太阳能，燃气式与电热式。近年来因为单片机技术的发展，传感器技术的渐渐成熟，电热水器的数字化与精确控制已经变成可能。

作为一种需要在浴室，洗手间与厨房中使用的电器，这种电热水器采用水电分离的控制方式，即采用小电流低电压的控制电路来控制高电压大电流的加热电路，一般情况下，使用十分安全。并且在安全可靠的基础上，这种热水器还提供清楚的温度显示与方便的温度调节装置，所以在目前的市场上十分受到欢迎。

1.2选题背景与意义

本文对电热水器的控制系统进行可研究，具体研究的意义如下：

1） 随着传感器测量技术的渐渐成熟，这种技术被广泛的运用在了在传统测温方式不便于温度测量的场合，而且传感器作为测量元件其相较于传统测温系统，测量精度与可靠性得到了进一步的提升，这一技术在当时与以后的时间里得到了发展与完善，迅速的显示出来其对于传统的物理式的温度测量系统的优越性。[1]

2） 在这一系统中（温度采集与控制），我们要求对温度进行实时控制，单片机具有极强的处理能力，将其运用在温度控制系统中就具备了传统的控制电路所不具有的实时控制能力，随着单片机技术的发展成熟以及周边元件的开发，其控制方式变得越来越简单，并且其相较于传统控制电路，可以大幅度的提高温度控制的精度，从而达到更高的技术要求。

3）单片机由于体积小重量轻、价格便宜、功耗低，控制能力强及运算速度快等特点，因而采用其作为主控芯片，使整个系统设计简单易行，成本低廉，使用方便。

4）就目前来看，随着天然气价格上涨以及高层住房的普及，燃气式热水器与太阳能式热水器因为其自身的缺陷而失去市场占有率，而电热水器由于其自身不会受到这种限制，并且电热水器由于其小巧的外形、快速的加热速度、节能的设计、可靠地安全性等特点所以在今后的热水器市场上必将作为一种主流热水器出现。

所以选取电热水器的控制系统作为此次的研究课题是具有十分重要的意义的。

1.3研究现状

电热水器在中国的历史已经有10多年了，期间也经历了数次起落的过程，在上个世纪的最后几年，随着国外品牌的进入和国内一些大家电厂的目光转向电热水器，储水式电热水器能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水。使用时不产生废气，既安全又卫生。目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。干净卫生，不必分室安装，调温方便。随着技术的成熟，今后将朝着保温层整体发泡技术、温控器置入内胆、加热管下潜式设计、节能免更换几个方面发展。

热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。据国务院发展研究中心市场经济研究所统计数据表明：近年来我国热水器的销量每年以 25%的速度上升，在未来五年内，销售额每年可达近500亿以上。众所周知，燃气热水器因其安全隐患及越来越高的使用成本正渐渐淡出热水器市场，而太阳能热水器也因其严格受天气气候及安装条件影响而很难占据更大的市场份额，所以电热水器迅速崛起而不断壮大。为了满足人们对现代电器的智能化的要求，利用目前电子技术的最新成果改善电热水器的性能已经完全可能和必要。本课题将以单片机为控制核心，实现对热水器的自动控制,设计出一款具有自动化、智能化、易于操作、控制精度高、性价比高的电热水器控制系统。

1.4本文研究内容

1）本文所研究的电热水器控制系统由7个部分组成：单片机以及外部电路、电源电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路、加热控制电路和温度采集电路。

2）作为最重要的主控芯片，我们选用51系列单片机作为核心来进行此次的设计。单片机作为微型计算机的一种，是嵌入式微机系统，是作为其他系统的组成部分使用的，在物理结构上嵌于其它系统之中，英文为Embedded Systems。嵌入式系统将计算机硬件和软件结合起来，构成一个专门的计算装置，实现特定的功能。它是一个大系统或大的电子设备中的一部分，工作在一个与外界发生交互并受时间约束的环境中，在没有人工干预的情况下进行实时控制。自从20世纪70年代以来，单片机经历了初级、发展、高速发展三个阶段。单片机性能不断地完善，性能价格比显著提高，种类和型号快速增加。从性能和用途上看，单片

机正朝着面向多层次用户的多品种多规格方向发展，哪一个应用领域前景广阔，就有这个领域的特殊单片机出现。近几年来，单片机以其集成度和性价比高、体积小等优点，在工业自动化、过程控制、数字仪器仪表、通信系统以及家用电器产品中有着不可替代的作用。

3)220V交流电加热装置的通断由继电器控制，其中继电器中的保险丝会在温度过高的情况下会熔断，防止加热管干烧，并且在单片机上还加上发光二极管显示加热电路的工作情况。

1.5本文结构

本文以对单片机的研究作为基础，对DS18B20及单片机控制显示，输入输出等方面进行了研究，全文分为6章，各章内容如下：

第一章主要介绍了电热水器控制系统的基本概念、特点研究现状，阐述了电热水器的研究背景以及研究意义，概括的阐述了本次设计的主要内容。

第二章表明了本次设计的技术指标要求，主要介绍了采用的几个设计方案与各自的优缺点，并在最后表明了本次设计最终所采用的方案。

第三章阐述所选择的几个重要元件的特点与性能第四章主要介绍了电热水器控制系统的硬件电路的设计，主要介绍了各模块的设计方案。

第四章对系统的硬件模块的设计进行阐述，对各硬件的原理及主要参数进行了描述。

第五章对系统的软件设计进行阐述，以流程图为线索对各个模块的软件程序的设计方案进行了介绍。

第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题与进一步的研究方向。

第二章 电热水器控制系统设计方案

2.1系统功能说明

本设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，利用数字式温度传感器DS18B20作为温度采集装置采集温度，将温度信号传送给单片机后通过一片液晶显示屏显示出来。

系统工作的温度可以通过电路板上的按键自主进行设定。

系统采用了一个继电器，用单片机为主的控制系统控制继电器触电的吸合，来控制交流电加热电路，达到以弱电控制强电的目的。

系统必须设置温度报警系统，即达到设定温度的上限时扬声器报警，系统自动断电，当温度恢复时，系统重新恢复工作。

2.2系统主要实现功能

系统主要功能如下：

1）测量热水器内的温度，并通过显示屏实时显示温度值，显示范围为0℃~70℃。

2）正常状态下显示系统时钟。

3）可手动设定时钟时间即对时钟进行校准。

4）可以人工设定热水器内的烧水温度，范围在20℃~70℃之间，也可以无需设定，打开后自动烧水，温度上限为70℃。

5）具备定时功能，限定烧水时间。

6）可以立即开机或在24小时内任意设定开机时间。

7）当热水器内没有水时，有报警提示，并开关自动关闭，即有防止干烧功能。

8）要求热水器有一定的抗干扰的功能。

2.3系统整体设计方案

电热水器控制系统的整体设计方案包括硬件设计与软件设计方案，硬件方案主要是指以单片机为核心，包括外接的温度采集电路，实时时钟电路，键盘，热