基于单片机的智能热水器系统设计与仿真
摘要：本设计采用AT89C52单片机，在硬件方面是对AT89C52单片机的最新系统及其扩展延伸、电源开光控制的设计、各种智能方便的接口，数字模拟转换电路，水位高度以及热水温度检查等相关电路，安全性能保护电路的设计等进行了介绍；在软件设计这些方面也对其做了一些列的测试与分析。该智能热水器可以检测水温和水位，实现智能化。
关键词：智能控温；单片机；智能开关
Intelligent water heater based on single chip microcomputer
Abstract：This design uses the product type is AT89C52 single chip computer. In the aspect of software and hardware, this design analyses whether the MCU can control the water heater to realize automation. In the aspect of hardware, the minimal system and its expansion, power supply design, various interfaces, digital-to-analog conversion circuit, water level and temperature checking circuit, safety protection circuit of MCU are introduced in detail. This report also describes in detail the performance and characteristics of the chips used, including, but not limited to,In the aspect of software design, assembly language is used to program.
Key words: SCM automatic control intelligent switch
目录
第一章 绪 论 1
1.1 课题研究背景目的及意义 1
1.2 国内外研究状况和成果 2
第二章 总体方案设计 7
2.1 设计要求 7
2.2总体方案规划 7
第三章 系统硬件设计
3.1 硬件设计方案 9
3.2 电源电路设计 10
3.3 温度显示电路设计 10
3.4 自动报警电路设计 11
第四章 系统软件设计
4.1 系统软件结构规划 12
4.2 程序设计流程图 13
4.2.1 主程序流程图 14
4.2.2 按键扫描流程图 14
4.2.3 按键处理流程图 14
4.2.4 液晶显示流程图 15
第五章 软件调试
5.1 软件调试的前期准备 16
5.2 软件调试、仿真和实物测试 16
5.3 调试结果 17
第六章 结 论 18
致谢 19
参考文献附录 20
第一章 绪论
随着社会的发展和人们生活水平的不断提高。人们对环境的要求也越来越高。也特别是环境，安全，智能，舒适，人性化的居住环境已经成为人们新的追求。像过去以往的老旧式的生活方式显然已经无法满足当代人们的需求了。随着现如今科技的不断发展与提高，在各个领域，技术型发展都已经变得突飞猛进。当然，在家居生活方面，科技使得计算科学机技术，网络科学技术和电子科学应用技术完美的结合在了一起，由此，智能家居随之诞生了。本课题设计里，我采用的主要是以AT89C52单片机为主要应用核心，开发以智能化为主体的智能控温电热水器控制系统。本课题主要从硬件，软件等多方面来进行讨论。本章我首先来介绍为什么要研制智能电热水器系统以及智能电热水器系统的近些时间发展情况，最后再来介绍本设计主要的研究思想和研究设计。
1.1课题研究背景及意义
根据相关单位的有效统计，我市居民家中使用电热水器的住户数量并不在少数。随着时代的发展，以前无限风光却耗能较高的燃气热水器逐渐被淘汰；新兴的太阳能热水器虽然有安装条件的限制，但是凭借着其安全、环保的理念深受消费者青睐，发展事态迅猛。但是由于种种方面的原因，并没有很实质性的全面普及；还有相当一部分的城镇居民选用电热水器。
电热水器有着诸多优点适应着当下的社会发展：安装也是极其的便捷，不会像以前那种常规的太阳能热水器那样，容易受到天气与温度等因素的恶劣影响。也不会受到楼层的高度和供水管道等系列的限制，太阳能热水器的前期投入的成本也相对于比较低等。在电热水器逐渐普及的前提下，更多新的产品进入了市场：下置式智能控温电热水器、嵌入式智能控温电热水器、隐藏式智能控温电热水器等多种安装形式的智能控温电热水器相继问世，这就使智能控温电热水器基本摆脱了房间大小空间不足等其他的限制。智能化电热水器也凭借着其更高的，更安全的优异性能，也做到了更加的节约电力能源，从长久角度上想也能够节约成本，能够适应现如今的那种快节奏的生活方式，节约都市人们的时间和精力等特点，受到了越来越多消费者的青睐和追捧。
在科技已经日新月异的今天，智能控温电热水器技术也在不断飞速的发展中。越来越多的黑科技也在智能控温电热水器上的到了广泛的运用。现在的智能控温电热水器已经完全不仅仅只是一个简单的热水加热工具了，而是科技和智能含量很高的现代化智能家居产品。随着我国经济水平的不断提高和高速的发展，人民的生活水平也愈发的高涨起来。人们的生活追求已经不再是以往简单的温饱问题了，而是舒适的安全的智能的生活。在这种如此大环境下，智能控温电热水器所扮演的角色也显得越来越重要了。而且随着国家重点项目三峡工程的竣工和我国电网扩容的共同背景之下，大功率电器的全面使用已经不再像以往那样受到种种限制了，风能发电，水能发电和核能发电等清洁能源的不断高效发展使得能源的获取变得更加环保与高效，相应的，居民用电价格也会随着电力高效发展而下降。这也从另一方面直接推动了智能控温电热水器的推广与发展。所以，才有了本片篇在基于AT89C52单片机研究的智能控温电热水器的设计项目。
本次选题是基于人们对现代的舒适，智能，安全，便利的家庭环境的需求，采用了以AT89C52单片机设计的智能热水器。采用AT89C52单片机作为主要控制芯片，主要目的是为了全面的实现电热水器的智能化。使热水器可以持续的稳定的提供热水，而且拥有短路保护等安全性的防范措施。使人们在洗浴时能够更加享受，更加放心。使人们能够在快节奏的生活条件下能够感受到家的舒适温馨。
1.2国内外发展状况
根据对智能控温电热水器相关行业的了解，智能控温电热水器的最关键部位是电热水器的水箱内胆，如果电热水器的内胆损坏那就意味着整台电热水机器的必须报废。电热水器是一种不必要频繁的更新换代的居家产品，这是与其他家用产品的很大不同点之处。但是出于性价比和安全因素的考虑，一台电热水器的使用寿命依旧是消费者选择的重要依据，这也是厂家需要绞尽脑汁去解决的最关键的问题。就像现在的空调，它的核心关键之处是压缩机一样。内胆即是电热水器的核心关键之处。严格意义上来讲，内胆的品质好坏就代表了电热水器的品质好坏。但是目前的内胆技术繁多。而且现在这些技术的最终追求就只有：保温，耐用，不渗水等基本要求。在如今市面上比较常见的内胆类型有这么几种：搪瓷材料内胆，不锈钢材料内胆，钛合金材料内胆，金圭材料内胆等。但是相对于目前来说比较先进的内胆类型还是是钛合金内胆了。
不仅仅只是除了对耐用性能的不懈追求，设备的智能化与人性化也是当今技术发展的又一大不可避免的趋势。智能化运用有诸多好处：比如更加方便，更加节能等特点。智能化更是它的竞争优势，它可以按照用户的使用习惯设置模式，做到提前加热，恒定水温等系列实用功能，让使用者更加省心更加舒适。在非用水的时间段中，会启动恒温控制模式，根据用户设定的温度与用户的使用习惯来计算出最节能的保温温度与保温的时间段，做到真正意义上的不拔电源插座更省电更加安全的特点。在节能这项技术上已经有其他的智能家居设备走在了前端，但事实上像智能控温电热水器这种耗能更高的居家设备更加应该应用上这种节能技术。
对于像以往的传统电热水器行业来说，要想在短时间内出现重大的技术环节突破是一项非常非常艰难的事情。那么就可以用智能控制在功能上尽可能的提升技术，使智能控温电热水器更加人性化与绿色化，这是相当可行的。很多厂家的策略也确实是这样发展的。
比如阿里斯顿，斯密斯，美的等大型企业就争先恐后的上市了超大液晶屏、具有电子线控等新技术的智能电热水器。海尔甚至在智能电热水器上增加了洗澡按摩功能，这款电热水器具有专门的喷雾按摩喷嘴，让消费者在洗澡的时候也能享受按摩的舒适。国内就智能电热水器的智能化发展研究稍逊于国外。
德国的西门子公司近期推出的智能电热水器产品，就采用了德国的最新电脑温控技术，这项技术能够很好确保出水的温度保持恒定，并且温度不会有很明显的变化而让消费者得到不好的使用体验。西门子集团还采用西门子自己研究设计的强大而先进放漏电保护装置技术，开发他们公司独有的ELCB德国安全专家模式的功能。这项先进功能不仅除了具有传统的防漏电装置外，还具备电流自检的功能，随时确保防漏电系统的正常工作与运行，杜绝任何发生意外，进一步确保了用户使用的安全性。樱花公司还推出的IMES智能记忆节能系统，突破了以往传统的节能模式，在日常使用的任何阶段，都能节约能源。它提供了：1、对于那些不经常使用热水的家庭或者一周使用2-3次电热水器，使用频率不是太高的情况下。智能系统就会这样的家庭做出智能判断识别功能，智能控温电热水器会在洗澡前的一个小时开始自行通电进行加热，洗完澡后智能程序控制器自动关闭。平时的时候热水器则处于关闭状态。
如果使用的是樱花热水器JR速热系列的智能热水器就更加方便了，即开即热，并不需要提前开启智能控温热水器。且能按照用户个人的沐浴习惯，智能供应用户所习惯的热水。这样就能使电能消耗处于最节约省电的状态，从而最大程度上节省电费和能源，为用户节约费用 2、对于那些每天都使用智能控温电热水器的，且仅仅只用于洗澡，热水使用量又不是太大的家庭，就可以购买樱花热水器智能电脑控制的数字显式热水器产品，利用其智能定时加热功能来完成。洗澡之后通过智能系统的控制自动关闭智能控温电热水器。 3、对于那些经常使用智能热水器的家庭且用一台智能热水器，可以根据家庭的使用频率和热水的使用量大小来调节热水的温度，在热水使用量不大的情况下，智能系统可以通过设置把热水温度调低一些，当用户热水使用量大的情况下智能系统可以适当提高热水温度。且樱花热水器的拥有的峰谷电加热系统模式，又让智能热水器变得节电又省钱，提高人们生活水平 4、大部分用户在各个季节的温度环境不同时，我们所需要使用的热水洗澡温度也是不一样的，樱花卫厨热水器智能系统也会记录用户春夏秋冬使用的习惯和使用方式时间等，真正做到实时节能高效节能。
在这种科技的大环境下，中国的智能控温热水器企业也在积极努力的去寻找并致力于智能技术的关键性突破。比如我国的海尔公司，其旗下的海尔智能电热水器具有如下几点的优势：海尔智能控温电热水器在安装使用中更加的环保绿色，节省家庭用电电能。海尔智能控温电热水器采用了当前最先进3D加热节能智能化控温技术，因此当使用用户在夏季洗澡淋浴的时候智能系统可以实现智能控温电热水器随时洗澡随时出热水的便利快捷条件，这对于用户来说是十分惬意的感觉。
冬季沐浴是用户最不愿意的一个季节，出水慢水温不稳定是最大的一个因素，但海尔制造的智能热水器却克服了这一缺点，出水稳定水温稳定成了其一大重要的卖点，得到了消费者的无限青睐。智能控温热水器就可以在短时间内加热到指定温度水平上，并且智能控温热水器一般在冬季淋浴前最多只需要预热二十分钟左右就可以达到用户所需要的温度标准。而且智能控温热水器所采用的3D加热节能控温技术可以避免在预热的时候所带来的热量和电能损失，智能控温热水器会通过系统的记录，这样用户用多少水量直接加热多少水量就可以，便可以有效的减少水资源和电能苑的不必要的浪费。海尔智能控温电热水器在制作生产过程时也是相当的选料精良。
海尔智能控温电热水器也采用了其公司所最新开发研究的液体膨胀式温控器，这种温控器可以深入水乡的内胆中部来进行水温探测与收集，这种控温器和纽扣式温控器相比来说其反应更加的灵敏，测出的数据值也是十分的准确的，同时这种液体膨胀式控温器所探测的水温也更加的精确。海尔智能控温电热水器还采用了钢板材料制作热水器内胆，这种内胆材料属于搪瓷专用的脱碳钢板，使用这种材质的钢板可以承受热水带来的高强度的压力。海尔智能控温电热水器的外壳也经过了酸洗以及磷化等一些类工作步骤，其制作过程经过了层层严格的把关，保证了产品的质量。
用户在选购智能控温热水器的时候，也会非常关心智能热水器的使用寿命。海尔智能控温电热水器采用了其公司研制特质配方的加热镁棒，可以最大限度的来降低能源的消耗情况，同时也起到了保护智能热水器内胆的作用。特质不锈钢内心也可以保证镁棒不会发生意外断裂。结合智能控温热水器内胆尺寸规格的不同，也会配置给热水器合适的镁棒，让热水器的使用效率更加的高效，让智能热水器的内胆可以使用更长的时间，所以海尔智能热水器的使用寿命也相应更加的长久。海尔智能控温电热水器在工作的过程中更加的节省电力能源，同时热水器所选用的制作材质也是非常的精良，让热水器的品质更加的有保证。
与那些市场上普通的即开即用热水器不同的是，比佛利LQ3作为一台“有记忆的”智能控温电热水器，它能够准确地记录每为用户的使用热水器习惯，甚至精准到没人每日的使用的热水的时间长短、用水的温度、用水的水量。而且它的独特的“记忆能力”也很持久，能记录下长达49天的惊人时间，让用户能够尽情享受科技所带来的舒适与便捷，这种科技的存在一下子让用户体验到了仅仅只要智能控温电热水器“除了它一开始的接通电源，把接下来的一切都交给它处理”的高质量服务与愉悦享受。
智能控温电热水器不仅仅除了拥有其特别设计的智能识别与记忆外，比佛利所设计与制造的LQ3智能控温电热水器还与现代的智能手机联系在一起，设计师设计了带有智能手机app，用户可以用来远程控制电热水器的功能。电热水器使用用户仅仅只需要在回家洗澡之前打开手机，通过手机预先安装的手机app上提前设定好的适宜每个用户所喜欢的热水温度，智能热水器便会自动打开其加热热水功能，开始把水温加热到合适的温度，当用户回到家后，不必等待便可以直接进入洗浴间，洗上让他们所舒适的热水澡，不仅仅自己能享受到到便捷与实在，用户还能够进行远程控制智能控温电热水器，帮助家中不方便使用热水器的老人和孩子及时调整好洗澡的热水温度，减少家中老人和孩子洗澡在看护人不在家时所带来的不必要的麻烦与可能发生的危险，快捷而又方便。
现在大多的智能控温电热水器都是是储热式的电器工作原理，所以，一但当智能控温电热水器的使用年限增加时，有一点是不可避免的，水箱中水里面的杂质会随着智能控温电热水器使用年限的增加慢慢沉淀下来，在水箱内胆里形成一层厚厚的水垢，带来安全隐患。因此，大部分的使用用户在使用电热水器最担心的就是，当热水器的使用时间增加后有水垢的产生而带来一系类的安全隐患。比佛利智能控温电热水器LQ3智能电热水器对此也是想法独特，他们公司在水箱机身内增加一层了前置阻垢过滤净滤器，这就是相当于冷水在进入水箱之前增加了一道“过滤网”，这样就可以把水中的杂质大幅度有效过滤掉，这样下来便能大大减少水箱内部水垢的产生，一个贴心的设计，直接解决了使用用户担心水垢产生后，所带来的烦恼，一举两得。
比佛利智能控温电LQ3智能热水器在他里面的功能设置上也是不仅仅注重用户的体验与享受外，公司在智能热水器的外观设计上也是十分的周全与细致，考虑到了现在大多数家庭所够户型面积不大的现象，如果将过大的电热水器安装放置于浴室内，就极大容易减小浴室空间大小的问题。所以在这一点上，为了实现热水器体积与浴室的空间大小形成空间的互相平衡，设计师将比佛利智能控温热水器LQ3热水器设计成圆桶形的形状，通过这种设计，这样既可以增加智能控温电热水器的储水容积，还能够充分的利用洗浴卫生间的空间全面有效利用，并且这样的设计在视觉效果上，还能使人在视觉效果上变得十分可爱娇小。一台电热水器，其最重要的就是安全。最后在安全防护方面，比佛利智能控温电热水器LQ3智能热水器也是下足了十分充足的功夫和精力，尽心尽力的守护好用户家中每个人的生命和安全，做到真正的热水器智能与人性。
当智能控温电热水器内还设置有水量感应器，一但水量感应器检测到热水的的出水量小于0.8升每分钟的时候，智能控温电热水器就会立刻自动断掉加热电源;并且用户在使用智能控温电热水器的时候，还有配备了漏电保护设备装置，电热水器漏电是极其危险的，所以我所设计的智能控温电热水器一旦检测到热水器有漏电情况，智能电热水器会做出最快速的判断，立刻断电，从水火电全方位来全方位进行对家人的保护，从根源杜绝任何危险的发生。智能控温电热水器的行业不光有外国大型企业的领头作用，中国企业也对智能控温电热水器的发展做出了很大贡献，也相信中国的科技能够同世界最前沿的技术并驾齐驱！
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