1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着人们生活品质的不断提高，热水器成为现代生活中必不可少一种家用电器，为家庭、工业、商业以及公共场合提供源源不断的热水。热水器主要有四大种类，最原始的燃气热水器曾是热水器的主流，因为安全性与舒适性问题，而且别种新型热水器不断出现，在市场中所占的比例在之前的一段时间内不断减低，但因为天然气的普及，燃气热水器的安全性有了很大提升，近几年燃气热水器所占市场又开始走高。电热水器则是燃气热水器之后，占据了巨大部分热水器市场的热水器品种，电热水器有很多其他热水器无法比肩的优势，只对电线与水管有要求，无需像燃气热水器还需要考虑燃气管道，也无需太阳能热水器那样从顶楼铺设热水管和给水管，同时不会天气原因无法使用等。太阳能热水器在能源危机日益加剧的今天，成为节能减排方面家用电器的代表，它是将太阳能转化为水的热能，但也因为这个原因，导致太阳能热水器在极大程度上受天气的影响，当光照强度不足时，水温将很难达到所需要的温度，功能非常不稳定。空气能热水器则是近几年出现的新型热水器方案，热能来自周围环境中空气的内能，通过压缩机将空气中的热能吸收，然后在水箱内释放，以此来将水箱内的水加热，但是这种新型的空气能热水器技术还未成熟，日后与冰箱、空调等制冷设备相连接则能在更大程度上节能减排，对于环境保护将会有更大帮助。综合来看，电热水器在市场中占据了最大的市场份额，而众多的家电企业也看中了电热水器大幅增长的市场需求，不断对电热水器进行技术改进，各种更美观舒适的电热水器层出不穷，壁挂卧式、壁挂立式、下置式、嵌入式等多种形式的电热水器先后面世，以前储水式电热水器占据空间大的弊端得到了很大的改观，为解决这个问题，还产生了中央供水式电热水器。由于家用电器的安全问题关系到广大用户的切身安全，近年来能源危机的问题愈发严重，以及智能化家居理念开始出现，为了寻找出安全可靠并且操作系统智能的热水器，智能化电热水器受到越来越多消费者的关注。近年来我国人民生 活水平逐渐提高，对于生活品质的要求也越来越高，对于智能化电器的需求更大，而各类智能化家用电器占有比重愈来愈大，具有初步智能操作系统的热水器也层出不穷，但是很多产品依然摆脱不了繁琐的操作系统。

燃气热水器曾在中国的热水器市场中占据过五分之四的市场份额，但是随着技术与消费理念的发展，热水器开始进行更新换代，虽然燃气已从液化气逐渐转向天然气，安全性有了很大提升，但是电热水器的市场快速增加，市场占有率已经超越燃气热水器等其他品类产品。正是在这个智能家居风潮刮起的背景下，本设计希望设计出一个在满足人们对于家用电器的需求之上，使热水器的使用更加舒适、便利，并且能够满足用户在信息时代对于智能化特征服务的需要。

本设计选用stc89c51单片机作为热水器操作系统的核心控制芯片，设计一个智能化的电热水器操作系统，为用户提供一个舒心而智能化的热水器体验，而且还具有自动断电功能，让用户在使用的过程中的安全能够得到更大程度的保障。

2. 研究的基本内容

本设计以at89c51单片机为中心，设计一个智能型家用电热水器的控制电路。

1) 硬件设计： ① 原理图设计：包括电源模块、单片机模块、isp在线编程接口、键盘模块、数码管及指示灯显示模块、水温、水位检测模块、报警输出模块。② pcb板设计与制作：如实验条件许可，设计并制作单面或双面pcb板。 ③ 样品制作与调试：包括元器件采购、电路焊接、通电调试、功能检测。

2)软件设计：① 源程序设计：用汇编语言或c语言编写源程序。② 程序编译与下载：用编译器对源程序进行调试及编译，通过isp接口将形成的二进制目标程序下载到at89c52单片机上。③ 功能调试：用样品板运行程序，检查其功能是否达到设计要求。如没有达到设计要求，应修改源程序，重新编译、下载、调试，最后达到设计要求。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

当系统开始工作时，首先由传感器DS18B20检测水温来读取温度值，并对按键组进行检测，如果检测到“功能”键被按动，将开始设置模式。其次检测“加”、“减”按键，对默认的温度范围进行改变，并可以预约加热，设定时间0-999分钟，定时时间到达自动开始加热，当按下确认键时返回。同时SC6122红外遥控器的按键与键盘组分别对应，也可以对水温范围进行设置。设置完毕后，在1602液晶显示屏上显示当前温度、预约加热时间、以及设定完毕的温度范围。然后单片机对读取WaterSensor水位传感器的信息，当下限水位传感器无反馈时，表示水箱没水，红色LED灯亮，蜂鸣器响起，加热部分继电器断开不加热，防止干烧，同时加水继电器吸合，向水箱内加水；当下限水位限水位传感器有反馈、上限水位传感器无反馈时，表示水箱有水但未满，红色LED灯灭，绿色加水LED灯亮，加热部分继电器断开不加热，防止干烧，同时加水继电器吸合，继续向水箱内加水；直到上限水位传感器有反馈时，表示水箱水已经加满，绿色加水LED灯灭，黄色加热LED灯亮，加水继电器断开，停止向水箱内加水，同时加热部分继电器吸合，对水箱内的水进行加热。如果当用户进行预约设置之后，单片机只接受水位传感器的反馈，只控制加水继电器的吸合与断开，在系统发现预约时间已经到达以后，再吸合加热继电器，使加热棒开始工作。当加热棒开始工作以后，温度传感器DS18B20同时读取水箱内的水温，当温度低于所设置的温度下限或者高于所设置的温度下限但低于所设置的温度上限时，加热继电器保持吸合，继续向水箱内加热，直到温度传感器检测到水箱内水的温度高于所设置的温度上限时，断开加热继电器停止加热，同时蜂鸣器短暂触发，提示用户已经加热完成。另外，在比较水位上限传感器与水位下限传感器时，如果水位上限传感器反馈有水，而水位下限传感器反馈无水，则表明系统出现错误，说明热水器的安装出现了问题，或者热水器水箱出现了损坏，蜂鸣器将会持续鸣叫，以提醒用户出现了故障，及时拨打报修电话，申请专业人员维修，以免造成电器事故，对用户的安全造成威胁。

4. 参考文献

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