I摘要這次的設計采用ATEML公司生產的AT89S51單片機為核心來設計智能電熱水器。本設計也對單片機控制電熱水器實現智能化的可能性進行了分析，利用溫度傳感器、水位檢測裝置、等來完成本設計。設計分成兩個部分，在硬件設計方面，主要對單片機最小系統(tǒng)及其擴展、電源電路、鍵盤顯示及接口電路、LED顯示電路、水溫檢測電路、加熱電路等進行了詳細介紹。還詳細介紹了設計中應用到的主要芯片的性能和特點，包括AT89S51、74LS240、DS18B20、74HC245等。在軟件設計方面，采用匯編語言編程，是由于其易于為單片機所識別，執(zhí)行速度快。該智能電熱水器設計完善，實現方案簡單易行。采用軟件設計來控制，可以實現智能檢測水位及水溫，智能加熱，并且提高了整機的可靠性及準確性。關鍵詞：單片機；電熱水器；智能；IIABSTRACTThisdesignUSESATEMLcompanyproducestheAT89S51asthecoretodesignintelligentelectricwaterheater.Thedesignofsingle-chipmicrocomputercontrolandthepossibilityofelectricwaterheaterrealizeintelligentanalyzed,usingtemperaturesensors,waterleveldetectionequipment,etctocompletethedesign.Designisdividedintotwoparts,intermsofhardwaredesign,mainlytothesinglechipminimizesystemanditsextension,powersupplycircuit,keyboarddisplayandinterfacecircuit,theLEDdisplaycircuit,watertemperaturedetectioncircuit,heatingcircuitdescribedindetail.Alsointroducesthemainapplicationtodesigncharacteristicsandpropertiesofthechip,includingAT89S51,74LS240,DS18B20,74HC245etc.Insoftwaredesign,useassemblylanguageprogramming,isduetoitseasytoidentify,executionbyMCUfastspeed.Thisintelligentelectricwaterheaterdesignperfect,theimplementationschemeissimple.Usingsoftwaredesignedtocontrol,canrealizeintelligentdetectionlevelsandwatertemperature,intelligentheating,andimprovethemachinesreliabilityandaccuracy.Keywords:single-chipmicrocomputer；Electricwaterheater；intelligence；III目錄摘要IABSTRACTII目錄III1緒論11.1選題的背景、目的及意義11.2國內外的研究狀況和成果22總體方案設計32.1設計目標以及方案選擇42.2芯片選擇以及介紹52.2.1AT89S51介紹52.3數字溫度傳感器DS18B20介紹82.3.1DS18B20的主要特性82.3.2DS18B20工作原理102.3.3DS18B20有4個主要的數據部件102.3.4DS18B20的應用電路142.474LS240簡介162.4.174LS240特點介紹162.5LED數碼管顯示162.5.1LED數碼管介紹162.5.2LED數碼管顯示方式和典型應用電路172.5.3LED數碼管編碼方式182.6固態(tài)繼電器192.6.1固態(tài)繼電器工作原理193硬件系統(tǒng)設計203.1硬件系統(tǒng)設計203.1.1電源電路203.1.2單片機系統(tǒng)電路213.1.3鍵盤接口電路243.1.4溫度檢測電路243.1.5溫度顯示電路253.1.6看門狗電路26IV3.1.7加熱電路264軟件系統(tǒng)設計274.1主程序流程框圖274.2中斷流程圖284.3讀溫度子程序流程圖294.4顯示子程序流程圖30結論31致謝32參考文獻33附錄1：硬件電路圖34附錄2：程序清單3511.緒論1.1選題的背景、目的及意義熱水器作為我們日常生活中最為常見的電器之一，它的發(fā)展與我們的生活密切相關，從剛開始的燃氣熱水器開始，就給人們的生活方面帶來了很多方便，能在冬天的時候洗一次熱水器是多么愜意的事情啊。在當今科技快速飛躍的時代，各式各樣的熱水器不斷的橫空出世，優(yōu)勝劣汰是大自然，生活中的固定規(guī)律。如果能在熱水器發(fā)面增添更加安全，科技的元素，一定會在競爭占有一席之地。作為中國最龐大的產業(yè)群熱水器行業(yè)，歷來就有“三晉分立”之說。其大家族中的三“兄弟”：太陽能、燃氣、電熱水器。伴隨著科技的發(fā)展，人們在環(huán)境，安全，快捷等方面的考慮及意識不斷的增強的今天，熱水器的實用性，安全性，智能化方面也將面臨著市場的考驗。隨著生活節(jié)奏的加快，人們越來越需要方便快捷的生活方式。如今，智能家電已經順應人們的需求走進了消費者的視野。根據最新的新聞報道，太陽能熱水器和電熱水器逐漸代取燃氣熱水器，成為熱水器市場上最大的贏家。據不完全統(tǒng)計，城市家庭熱水器普及率在左右。中國家電市場調查研究課題組經過近年的連續(xù)性調查發(fā)現，我國城市家庭熱水器產品的普及率基本穩(wěn)定在左右，城市家庭較高的普及率說明熱水器市場總體上已進入成熟階段。燃氣熱水器可以連續(xù)供應熱水，但其安全問題多年來一直困擾著消費者，雖然國家“西氣東輸”政策已實施，為燃氣熱水器的發(fā)展殺出了一點“血路”，但是消費者的安全心理不能徹底消除、使用成本高及壽命短又制約了燃氣熱水器的進一步發(fā)展，加之由于燃氣資源相對缺乏，近幾年其市場份額一直走低正是這些因素的綜合反應。反觀電熱水器和太能熱水器，則沒有這方面的憂慮。三大熱水器：燃氣熱水器-廉頗老矣；電熱水器-風頭正勁；太陽能熱水器-后勁十足。電熱水器的優(yōu)點：易安裝，不受天氣的影響，不收樓層和供電管道的限制，投入小，隨著技術進步和新產品的開發(fā)，下置式，嵌入式等多種安裝形式的電熱水器先后上市，徹底擺脫了房間空間的限制。中央供水和數碼智能的電熱水器也全部都進入；額市場。電熱水器的安全問題涉及到消費者的生命，又加上近些年的能源危機，人們生活節(jié)奏的加快，智能化電熱水器越來越受到消費者的青睞。在當今社會，科技日新月異，熱水器技術飛速發(fā)展，越來越多的科技成果被運用到熱水器的制造當中。如今的熱水器絕不是一個簡單的加熱系統(tǒng)，而是一種科技含量很高，很現代化的家電產品。隨著三峽工程的建設和我國城市加大電網擴容和老居民的電網改造，大功率電器的使用不再受限制。2002年居民用戶的供電可靠率比1997年提高了4.3個百分點，推動了電熱水器在城市的銷量。國家對農村基礎設施投入力度不斷加大，加快農村電網建設和改造的步伐，家電消費環(huán)境大為改善，農電價格也相對下降，刺激了農民對東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文）緒論2家電的消費量，從而加快了農村家電的普及速度。我國占總人口60.9%的7.8億農民，組成了2.38億個家庭，任何家電商品的普及率只要提高1個百分點，就會增加238萬臺（件）的需求量。只要電熱水器在安全，智能方面做得足夠優(yōu)秀，那么電熱水器的發(fā)展就能保持著非常光明的前景。隨著我國人民生活水平逐漸的提高，其生活條件也有很大的改善，功能多樣，科技含量高的智能化電器在人們日常生活中占有比重也越來越大，與家庭生活密切相關的熱水器品種各式各樣，花樣翻新。所以就是在這樣的背景下，本課題是選擇基于at89s51單片機的智能電熱水器的設計研究。本課題的研究目的是根據人們對現代家庭舒適，安全，便利以及多元化信息服務的需要，選擇at89s51單片機設計出具有智能特征的電熱水器。用at89s51作為控制芯片，就是為了能實現電熱水器的智能化，能夠持續(xù)穩(wěn)定的熱水供應，自動斷電的安全功能，使得人們在洗浴時能夠放心享受，有利于人們的身體健康，其務實性能快速滿足人們對現代生活快節(jié)奏的需求。同時，正如上面內容所陳述的那樣，從市場，從需求，從可持續(xù)發(fā)展性等一系列的分析和數據中我們能從中得出研究此課題的重要意義。1.2國內外研究狀況和成果電熱水器分為即熱式和儲水式兩種，就是用電加熱水的一種裝置。即熱式電熱水器，也叫快熱式電熱水器，指近幾年一些生產廠家自行研制的專利產品或國外進口的技術含量較高的一些產品。不但具有能夠即開即熱，省時省電，節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點，更是因其具有比普通電熱水器更為可觀的經濟效益，越來越受到廣大家電生產廠家和經銷商的青睞。在熱水器的發(fā)展過程中，安全技術成為帶動整個行業(yè)向上提升的決定性力量。熱水器先后經歷了水電分離，漏電保護器，出水斷電，防電墻等四次較大的技術升級。水電分離-從原始的直熱式加熱到采用水電完全分離的絕緣加熱管，從而避免了水與電的直接接觸，使一邊加熱一邊洗浴成為可能。漏電保護技術-從理論上講，加熱管遲早都會損壞的，一旦絕緣失效，就會導致水電接觸，發(fā)生漏電，威脅用戶生命安全。1997年，海爾等企業(yè)率先在熱水器中采用漏電保護技術，保證了露點電流達到15毫安時，0.1秒內自動切斷電源，保證使用者的生命安全。出水斷電技術-1999年，海爾研制成功了出水斷電技術，使用戶再打開熱水器噴頭同時自動切斷電源，關閉噴頭時自動通電加熱，這樣就避免了電帶使用，使熱水器的安全性能又提高了一大步。防電墻技術-2002年，海爾發(fā)明了世界第一臺帶“防電墻”功能的熱水器，東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文）緒論3決了因用電環(huán)境引起的安全問題，實現了從產品安全到洗浴安全的技術跨越。經過了解，無論什么品牌的電熱水器，內膽是電熱水器的關鍵，產品內表面的處理非常重要，它是決定電熱水器保修年限的主要依據。目前商場里所售的電熱水器主要有以下三種內膽：無氧紫銅內膽：應用在即熱式電熱水器上具有不可比擬的良好特性：它具有熱傳導快，耐壓耐腐蝕，延展性好，抗菌抑菌等,無氧紫銅發(fā)熱系統(tǒng)一般應用在歐美發(fā)達地區(qū)的即熱式電熱水器，大多數國際品牌均采用紫銅生產即熱式電熱水器的加熱體，紫銅材料的特殊物理和化學特性,具有加熱快速穩(wěn)定、熱效率高的特點。是目前世界上即熱式電熱水器行業(yè)中公認的符合環(huán)保健康潮流的、最成熟穩(wěn)定的加熱體。不銹鋼內膽：材質好，不易生銹，但焊縫隱患不易發(fā)現，經多次熱脹冷縮后，不銹鋼中的鉻會被自來水中的氯離子腐蝕，時間長了可能會在焊接處漏水。搪瓷內膽：內膽表面的瓷釉為非金屬材料，不生銹，防腐蝕，以厚鋼板做膽體，有較強的耐壓能力，其中高釉包鋼內膽防腐保溫性能最佳，壽命更長。除了對耐用性的要求不斷追求，智能化技術運用是今后技術發(fā)展的一個總體趨勢，智能化技術的運用有兩個好處。一是更加方便，二是更加節(jié)能，按照用戶的使用習慣提前預先加熱，讓使用者隨心所欲享用熱水，而在非