电热水器设计报告

快热式电热水器

摘要：

本文介绍的是一种以52单片机为控制器，加上温度检测电路、红外遥控输入电路、电源电路、加热控制电路、1602液晶显示电路、蜂鸣报警器电路等外围电路构成的快热式家用电热水器的系统。该系统能设定功率档位，并且通过红外遥控可以调节不同的功率档位，同时它也可以自动进行功率档位的转换，以及自我保护的功能和报警功能。

关键词：单片机、温度检测、加热控制、1602液晶显示

Abstract:

This paper is a kind of with 52 singlechip controller, add temperature detection circuit, infrared remote control input circuit, the power supply circuit, heating control circuit, 1602 LCD display circuit, bees alarm circuit and other peripheral device consisting of KuaiReShi household electric water heater system. This system can set up power gear, and through infrared remote control can adjust different power gear, at the same time it also can automatic power gear conversion, and self protection function and alarm function.

Keywords: MCU、temperature detecting、heating control、02 LCD display

一：总体系统设计

1．整个系统主要包括加热、温度检测、显示和报警等四个模块。它的工作流程如下：

(1)接通电源

(2)开启电热水器

(3)调节水量

(4)调节功率

(5)检测出水温度，判断是否继续加热

(6)排水

2．快热式电热水器系统组成框图

二．方案的论证与选择

1．电源电路的选择

方案一：

采用干电池，使用方便，安全可靠，但价格昂贵，且使用时间较短，还容易造成环境污染，所以不采用。

方案二：

采用2节4.2V可充电式锂电池串联共8.4V供电。然后将8.4V电压降压到5V，并用稳压芯片使电压稳定在5V给整个系统供电，锂电池的电量比较足，可以充电，重复利用，但是锂电池成本较高，用于本设计不太经济，所以不采用。

方案三：

市电通过变压、整流、滤波、稳压得到+5V的电压，由于市电来源方便，使系统

测试时更加简单，且经稳压后的电压比较可靠，较经济实惠。所以采用该方案。

2．温度传感器的选择

温度检测的方法有很多，有热电偶，热敏电阻，还有专门的集成测温传感器等。

方案一：

热电式传感器是将温度的转化为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度的变化而变化的特性来达到测量的目的。通常把温度的变化敏感元件的电阻、电势的变化，再经过相应的测量电路输出电压或电流，然后由这些参数的变化来检测对象的温度变化。热敏点具有灵敏度高、体积小、较稳定、制作简单、寿命长、易于维护、动态特性好等优点，但变化率非线性，不适合测量高温区等缺点。

方案二：

采用集成测温传感器DS18B20，直接将温度转换为数字信号传送给单片机，而且该芯片硬件电路简单，仅用一个端口就可以和单片机进行通信，供电电压与单片机兼容，用户还可以自定义温度报警设置，而且简单的编程就可以控制。

方案三：

温度\频率转化测温法，直接将温度信息转换成频率信号，用单片机测出频率的大小，从而间接测出温度值，温度\频率转换电路简单可靠，成本也较低。

综合我们本身设计要求以及系统稳定性的考虑，采用方案二。

3．键盘的选择

方案一：

采用矩阵键盘，键盘的设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上啦电阻接+5V，被拉在高电平状态。但线路较复杂，对于这个系统也用不到那么多的按键，所以不采用。

方案二：

采用独立键盘，该键盘也常用于需要少量按键控制系统中。每个独立键盘单独占用一根输入端口线，各键的工作状态不会相互影响。采用轻触式独立小按钮，既实用又方便，但键盘在使用时伴随有一定时间的触点机械抖动。

方案三：

采用红外控制，红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，因此对于本系统用红外遥控更加适合一些，故采用此方案。

4．加热控制电路的选择

方案一：

由若干不同功率的电热丝组合得到几种加热功率，为了满足该系统的要求就需要几组电热丝和继电器，成本较高且工作可靠性较低。

方案二：

通过一个继电器，采用可控硅控制功率，它能经受较高的功率，并且可以设置较多的档位，成本大大降低且可靠性高，而且电路简单，可控硅的控制也较简单。综上，采用方案二。

5．显示器的选择

方案一：

采用LED数码管显示，数码管自身发光，显示清晰，寿命较长，故障率低，适合在白天等强光条件下显示。但数码管功耗较大，硬件电路较复杂，可以显示某些预先设置的图像，但是显示内容基本不可变。而且在背景光很强时，显示不清晰。方案二：

采用1602液晶显示，在背景光较强时，显示清晰，驱动电压低、极其省电、可靠性高、显示信息量大、无闪烁、对人体无害、成本低廉且外围电路也比较简单。但是使用有温度范围限制，且因是反光式的，在外界光线很明亮的情况下很容易看不清楚。而且它的寿命较短，使用一定年限后清晰度明显降低。

综合我们的设计及环境因素等方面的考虑，我们采用方案二。

三．系统硬件单元电路的设计

1．电源电路的设计

市电通过变压、整流、滤波、稳压得到+5V的电压。

2．加热控制电路的设计

通过一个继电器，采用可控硅控制功率，可控硅通过moc3023来驱动，它能经受较高的功率，并且可以设置功率档位，方便控制。

3．过零检测电路的设计

为了方便我们控制可控硅，还需要加入一个过零检测电路，通过它来控制可控硅的导通角，从而达到设置功率档位的要求。

四．软件设计

单片机的快热式家用电热水器的设计主要包括主程序，加热控制子程序，过零检测子程序，温度的检测和显示子程序。

主程序流程图 加热控制控制程序流程图

过零检测程序流程图 可控硅触发信号程序流程图

温度检测及显示流程图

五．总结

本次设计不仅完成设计课题的基本要求，在老师的指导下还实现了稳定温度，并使其自动调节的目的。本系统是用单片机进行简单的控制，一次稳定性还是较高的，通过合适的方案选择不仅增加了该系统的可靠性，还增加了系统的准确性，在该系统中是直接采用1602液晶来显示其档位。不过，在该系统中还是存在些许问题，最大的就是温度的精度不是很高，而这主要是编程的问题，类似这些问题还有待自己进一步的研究的解决，虽然结果有不足之处，但毕竟是自己亲手做的，收获是可想而知。