家用智能电热水器控制系统设计
智能产品的出现改变了人们的生活，带动了技术的进步。本文以家用智能电热水器控制系统为研究对象，不仅对热水器进行自动加水、加热，而且对温度能实时检测、显示。因为具备安全、节能、方便、舒适，深受消费者的喜爱。该系统通过DS18B20温度传感器实时检测电热水器中水温，采用AT89C51单片机实现采集数据的转换、计算处理，并能将水内温度在LCD1602液晶显示器上实时输出。当电热水器中水位比较低时，低水位红色LED灯指示报警，同时智能电磁水阀门开启，补给电热水器足够水量。水温未达到上限温度，电热水器电热丝启动，进行水量加热。水温测量的范围0℃至+100℃，温度测量误差小于0.5℃。可实现水温、水位的实时检测，提高了电热水器供水的效率、安全性。
目录
一、引言 1
（一）电热水器的发展背景与现状 1
（二）主要设计内容 1
二、电热水器系统控制设计 2
(一)设计方案 2
(二)任务要求 3
三、电路设计 4
（一）AT89C51单片机最小系统 4
（二）按键电路 4
（三）LCD1602液晶显示电路 5
（四）DS18B20温度传感器电路 6
（五）警示电路 6
（六）加热电路 7
（七）水位检测电路 7
（八）自动加水电磁阀电路 8
（九）水位指示电路 8
四、软件设计 10
（一）主程序设计 10
（二）LCD液晶显示器子程序设计 10
（三）温度传感器检测子程序设计 11
（四）报警子程序设计 12
五、系统调试 14
（一）实物制作 14
（二）系统调试 15
六、总结与展望 19
参考文献 20
致 谢 21
附录1电路原理图 22
附录2实物图 22
附录3元件列表 23
附录4源程序 24
一、引言
（一）电热水器的发展背景与现状
随着生活水平的提高，居民对电热水器的功能要求越来越 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
多。为了能够满足人们的需求、需要，在对原有的电热水器系统上进行改善和优化。传统的电热水器采用加热芯片实现对电热水器的加热，不能将温度检测且输出及时显示出来。当热水器内的水温达到一定摄氏度以上时，由于用户无法及时得知水温，导致水仍然继续加热，这将导致电能浪费。同时传统式的电热水器采用手动加水，这样的电热水器加水效率不高，并可能由于缺水，电热水器干烧，而引起一些意外事故。为此，需要对传统式的电热水器系统进行优化。随着电子技术的发展，使用单片机也日益增多，以它作为主处理器的温度产品的技术日益成熟，通过该技术来实现电热水器水温检测系统的设计，能够提高水温温度检测的准确性；采用水位传感器可实现实时的电热水器水位检测；采用LCD1602液晶显示器可实现数据信号的实时显示；采用加热丝可实现水温的加热等。这些单独的每一个功能模块电路均可以采用单片机实现驱动，为此，通过单片机实现家用电热水器的控制将会带来一次系统控制的改善，并能够及时有效的解决一些电热水器控制系统的问题，提高电热水器的实用性，达到更方便、更快捷的加热效果。
（二）主要设计内容
家用智能电热水器的控制系统设计在论文的写作过程中，共计从6个方面来完成主要内容的设计：
（1）完成系统的引言。根据电热水器的发展现状，以及研究情况来实现电热水器控制系统的分析，并说明其研究的作用与意义。
（2）完成方案设计。根据电热水器的研究情况，以及控制系统要求，完成具体电热水器方案设计、指出控制系统构成、控制原理；提出具体的系统设计任务要求。
（3）根据系统的方案，完成具体的硬件电路设计。进行系统的单片机最小系统电路设计、LCD1602液晶显示电路设计、电热水器水位检测与水温检测、电热水器缺水的报警指示、电热水器加热控制等电路的设计。
（4）完成热水器软件程序。硬件电路是一个系统的构架，那么软件程序将会是打开这个构架的钥匙，通过它可以有效的实现电热水器的系统的控制运行与安全工作。完成主流程控制软件程序流程、显示程序流程、温度检测流程等。
（5）系统调试。根据设计的要求，分析每一个电路的功能。与设计的方案进行比对，查看实物调试的结果是否均一一达到了设计的要求。
（6）总结。对电热水器的设计方案、设计电路、软件程序、还有调试情况进行分析，并总结整个家用智能电热水器控制系统的设计情况。
二、电热水器系统控制设计
(一)设计方案
家用智能电热水器控制系统主要用于实现电热水器内部的水温采集、电热水器的水位数据采集、电热水器的加热、电热水器的水位指示、水温、水位数据显示、电热水器报警等功能。电热水器水温信号检测误差不超过0.5℃。根据这种设计要求，完成了系统方案设计如图21所示。
图21电热水器控制方框图
完成的图21中可知：该电热水器控制系统主要由10个电路构成：一、单片机的晶振电路 二、DS18B20温度传感器采集电路 三、单片机的复位电路 四、LCD1602液晶显示电路 五、加热温度上下限电路 六、电热水器水位检测电路 七、电热水器加热电路八、水电磁阀驱动电路 九、系统报警电路 十、水位指示电路。
系统设计中，通过单片机的晶振电路与复位电路构成一个单片机最小系统实现电热水器驱动控制。启动电热水器后，LCD1602液晶显示器会显示电热水器水温数据、水位数据。若水温的加热温度过低，可通过按键设定电路实现电热水器的水温；温度传感器DS18B20将会一直实时的检查水箱内部的情况，水温低于设定值，电热水器将会加热，直到温度达到设定温度。其间若电热水器使用过程中，水量过低，此时水温传感器将会检测到水量过低数据信号，此时，水位过低指示灯指示报警、同时智能加水电磁阀门开启，实现电热水器水箱的自动供水。水位低采用红色LED指示、水位中等采用黄色LED指示、水位高采用绿色LED指示。若电热水器一直加热，当水温达到上限，电热水器报警，此时，系统停止加热。通过这种控制方案，可保证电热水器系统的水温、水位的实时监测、并能实现自动加水，自动加热的功能。
目录
一、引言 1
（一）电热水器的发展背景与现状 1
（二）主要设计内容 1
二、电热水器系统控制设计 2
(一)设计方案 2
(二)任务要求 3
三、电路设计 4
（一）AT89C51单片机最小系统 4
（二）按键电路 4
（三）LCD1602液晶显示电路 5
（四）DS18B20温度传感器电路 6
（五）警示电路 6
（六）加热电路 7
（七）水位检测电路 7
（八）自动加水电磁阀电路 8
（九）水位指示电路 8
四、软件设计 10
（一）主程序设计 10
（二）LCD液晶显示器子程序设计 10
（三）温度传感器检测子程序设计 11
（四）报警子程序设计 12
五、系统调试 14
（一）实物制作 14
（二）系统调试 15
六、总结与展望 19
参考文献 20
致 谢 21
附录1电路原理图 22
附录2实物图 22
附录3元件列表 23
附录4源程序 24
一、引言
（一）电热水器的发展背景与现状
随着生活水平的提高，居民对电热水器的功能要求越来越 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
多。为了能够满足人们的需求、需要，在对原有的电热水器系统上进行改善和优化。传统的电热水器采用加热芯片实现对电热水器的加热，不能将温度检测且输出及时显示出来。当热水器内的水温达到一定摄氏度以上时，由于用户无法及时得知水温，导致水仍然继续加热，这将导致电能浪费。同时传统式的电热水器采用手动加水，这样的电热水器加水效率不高，并可能由于缺水，电热水器干烧，而引起一些意外事故。为此，需要对传统式的电热水器系统进行优化。随着电子技术的发展，使用单片机也日益增多，以它作为主处理器的温度产品的技术日益成熟，通过该技术来实现电热水器水温检测系统的设计，能够提高水温温度检测的准确性；采用水位传感器可实现实时的电热水器水位检测；采用LCD1602液晶显示器可实现数据信号的实时显示；采用加热丝可实现水温的加热等。这些单独的每一个功能模块电路均可以采用单片机实现驱动，为此，通过单片机实现家用电热水器的控制将会带来一次系统控制的改善，并能够及时有效的解决一些电热水器控制系统的问题，提高电热水器的实用性，达到更方便、更快捷的加热效果。
（二）主要设计内容
家用智能电热水器的控制系统设计在论文的写作过程中，共计从6个方面来完成主要内容的设计：
（1）完成系统的引言。根据电热水器的发展现状，以及研究情况来实现电热水器控制系统的分析，并说明其研究的作用与意义。
（2）完成方案设计。根据电热水器的研究情况，以及控制系统要求，完成具体电热水器方案设计、指出控制系统构成、控制原理；提出具体的系统设计任务要求。
（3）根据系统的方案，完成具体的硬件电路设计。进行系统的单片机最小系统电路设计、LCD1602液晶显示电路设计、电热水器水位检测与水温检测、电热水器缺水的报警指示、电热水器加热控制等电路的设计。
（4）完成热水器软件程序。硬件电路是一个系统的构架，那么软件程序将会是打开这个构架的钥匙，通过它可以有效的实现电热水器的系统的控制运行与安全工作。完成主流程控制软件程序流程、显示程序流程、温度检测流程等。
（5）系统调试。根据设计的要求，分析每一个电路的功能。与设计的方案进行比对，查看实物调试的结果是否均一一达到了设计的要求。
（6）总结。对电热水器的设计方案、设计电路、软件程序、还有调试情况进行分析，并总结整个家用智能电热水器控制系统的设计情况。
二、电热水器系统控制设计
(一)设计方案
家用智能电热水器控制系统主要用于实现电热水器内部的水温采集、电热水器的水位数据采集、电热水器的加热、电热水器的水位指示、水温、水位数据显示、电热水器报警等功能。电热水器水温信号检测误差不超过0.5℃。根据这种设计要求，完成了系统方案设计如图21所示。
图21电热水器控制方框图
完成的图21中可知：该电热水器控制系统主要由10个电路构成：一、单片机的晶振电路 二、DS18B20温度传感器采集电路 三、单片机的复位电路 四、LCD1602液晶显示电路 五、加热温度上下限电路 六、电热水器水位检测电路 七、电热水器加热电路八、水电磁阀驱动电路 九、系统报警电路 十、水位指示电路。
系统设计中，通过单片机的晶振电路与复位电路构成一个单片机最小系统实现电热水器驱动控制。启动电热水器后，LCD1602液晶显示器会显示电热水器水温数据、水位数据。若水温的加热温度过低，可通过按键设定电路实现电热水器的水温；温度传感器DS18B20将会一直实时的检查水箱内部的情况，水温低于设定值，电热水器将会加热，直到温度达到设定温度。其间若电热水器使用过程中，水量过低，此时水温传感器将会检测到水量过低数据信号，此时，水位过低指示灯指示报警、同时智能加水电磁阀门开启，实现电热水器水箱的自动供水。水位低采用红色LED指示、水位中等采用黄色LED指示、水位高采用绿色LED指示。若电热水器一直加热，当水温达到上限，电热水器报警，此时，系统停止加热。通过这种控制方案，可保证电热水器系统的水温、水位的实时监测、并能实现自动加水，自动加热的功能。
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