近年来，随着单片机技术的发展，单片机的应用不断深入扩大，传统控制检测快速更新。在实时检测和自动控制的系统中，单片机常常是作为一个核心部件，基于具体的硬件结构和应用对象的特点，并结合软件设计改进控制系统，代替复杂的电子电路或者数字电路，通过软件控制外围电路，确保设计的可实现性。电水壶是在日常生活中需要的实际需求和用户相关的现代社会产物，是一种单片机控制的产品，如何改进电水壶的多段温控成为一个实际性的研究课题。

电水壶的发展史虽然短暂，发展速度却较快。在国内早期时候，电水壶就开始了工业化生产，但其主要面向出口。电水壶具有结构简单、加热快、方便快捷、使用寿命长等特点。近年来，国内市场占有率开始快速增长，市场增长率逐年上升。虽然饮水机在家庭普及率很高，但由于体积大，重复加热，存在二次污染的问题，随着电水壶产品的消费者的意识不断提高，所以电水壶产业还是有很好的发展机会。在早期基于单片机的电水壶控制系统设计中，国内外很多都采用时间控制。时间控制的设计思路就是在额定工作电压下，加热元器件在开始工作后的固定时间自动断电，市场上的电水壶生产厂家选择的这种控制电路，时间控制系统操作简单，结构简单，成本低廉，但不能做到多段水温加热控制，无法满足现代人们的日常需求。随着电水壶的发展，另外一种控制系统被逐渐采用，即温度控制，其思路大致为通过实时检测水的温度并在温度达到要求设定数值时切断加热电路。

由上可知，现代电热水壶的核心部件是温控器控器。电热水壶温控器也是日新月异的发展，其中以老牌电热水壶制造国英国生产的温控器最为出色，国产如OTTER温控器也有不错的表现。而电热水壶控制系统的温度传感器的选择也一直是近年来的热点话题。温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。相比传统的分立式温度传感器（含敏感元件）和模拟集成温度传感器，智能温度传感器（也称为数字温度传感器）在电水壶上更方便实用。其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635等。随着目前单片机的各种应用，将智能温度传感器与其结合应用，用于设计区别于传统单温电水壶的基于单片机的智能化温控电水壶，是电水壶设计的一个好的发展方向。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容目标：

使用单片机和传感器设计一个可以多段调温的电水壶加热系统，可以根据具体的不同需求将加热水温调控到相应的温度点能在调节到相应的温度点时进行保温，并且通过液晶显示屏实时显示温度。

2.2技术方案及措施：

对于常规上的电水壶设计上的不足，在本设计方案中，用89C52单片机作为控制芯片管理整个电热水壶的工作情况，构成一个闭环的控制系统，用于驱动整个电水壶系统的运作。通过独立按键连接单片机的I/O端口，对单片机进行控制信号的输入。在温控方面，采用精度为0.5℃的DS18B20数字化温度传感器进行周期性的温度信号采集，DS18B20的低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉

冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量，判断是否达到预设温度。目前PID控制算法在温度控制中是一种较为成熟的技术，它结构简单，易于理解并实现，在给定一个温度值和实际实时输出测量值之间构成控制偏差。在PID控制后并联一个Smith预估器作为温度补偿环节，这样就能很好的对滞后系统进行有效控制。采用Smith可以通过预估温度的动态特性，用一个预估模型来进行时间滞后的补偿，使被延迟的被调量超前反馈到控制量，进而控制提前动作，减小超调量并加速调节过程，这样有利于尽量避免加热温度超过预设值的情况。用LCD1602液晶显示水温，便于掌控温度变化，在加热棒加热到设定温度时，单片机送出信号，采用蜂鸣器发出报警声提醒用户，并根据用户需求进行保温或者断开加热电路。整个设计方案整体结构如图1所示。

【1】范风强.单片机语言C51应用实战集锦[M]. 北京：电子工业出版社，2005

【2】边春远.MCS-51单片机应用开发实用子程序[M].北京：人民邮电出版社，2005