基于单片机的电热水器水温水位控制系统设计
基于单片机的热水器控制系统设计
基于单片机的热水器控制系统设计在现代生活中，热水器已经成为了人们日常生活不可或缺的一个设备。
为了更加智能地控制热水器，减少人们的烦恼，本文将介绍基于单片机的热水器控制系统设计。
系统架构本系统采用单片机控制电路来实现对热水器的控制。
其架构图如下：+--------------+ +---------------------+ +--------------+| 温度传感器 | --(1)->-- | 单片机控制电路模块 | --(2)->-- | 水温调节电路 |+--------------+ +---------------------+ +--------------+系统中使用了温度传感器，该传感器将水温转化为电信号，通过模拟电路与单片机相连，单片机控制电路模块通过读取该信号可知道当前水温；同时，该模块还能够进行分析和处理，然后控制水温调节电路，从而对热水器的水温进行控制。
模块设计温度传感器模块温度传感器是将水温转化为电信号的传感器。
为了方便采集，我们选用了DS18B20 温度传感器。
它有一个数字接口，可供单片机直接使用。
该传感器精度高、体积小、响应快，同时还具有防水设计，可取得良好的实际效果。
单片机控制电路模块单片机控制电路模块主要包含了单片机芯片、显示模块和控制模块，其中单片机芯片是核心，显示模块主要负责将数据显示出来，而控制模块则负责控制水温调节电路。
水温调节电路模块水温调节电路模块需要根据实际情况进行设计，常见的设计方案包括使用继电器、双向电位器和三角电位器等等。
在此我们可以使用简单的单向电位器，这种方法具有实现简单、成本低等优点，完全可以满足我们的需求。
系统实现在实际实施中，我们需要将上述模块捆绑在一起，完成整个系统设计。
具体实现流程如下：1.按照电路图进行电路连接；2.根据需要对单片机控制电路进行程序编写和调试；3.完成系统的整体调试，确保系统能够正常运行；4.安装系统，将温度传感器放到热水器中，且要接地防水，保证系统安全可靠。
基于单片机的水温水位控制系统设计
基于单片机的水温水位控制系统设计设计基于单片机的水温水位控制系统需要考虑多个方面，包括硬件设计、传感器选择、控制算法等。
下面是一个简单的框架，供参考：1. 系统架构设计：•确定系统的功能模块，包括水温控制、水位控制、传感器接口、用户界面等。
2. 硬件设计：•选择合适的单片机，考虑到控制的实时性，通常选择性能较高的单片机，如Arduino、STM32等。
•设计电源电路，确保系统能够稳定工作。
•选择和设计合适的传感器接口电路，如温度传感器、水位传感器等。
3. 传感器选择和接口设计：•温度传感器：选择合适的温度传感器，如DS18B20，并设计接口电路进行连接。
•水位传感器：选择水位传感器，如浮球开关传感器，超声波水位传感器等，并设计接口电路。
4. 用户界面设计：•设计一个简单的用户界面，可以使用液晶显示屏（LCD）、LED 指示灯等，以显示当前水温、水位状态等信息。
•如果有需要，可以加入按键、旋钮等元件，以便用户进行设置和操作。
5. 控制算法设计：•制定水温和水位的控制算法，考虑到系统的实时性和稳定性。
•温度控制：可以使用PID（比例-积分-微分）控制算法，根据温度传感器的反馈调节加热器或冷却器的工作状态。
•水位控制：可以根据水位传感器的反馈，控制水泵的启停，以维持水位在设定范围内。
6. 通信模块设计（可选）：•如果需要，可以考虑加入通信模块，如Wi-Fi模块、蓝牙模块，使系统可以通过手机或电脑进行远程监控和控制。
7. 安全保护设计：•考虑加入安全保护机制，如过温保护、过水位保护等，以确保系统运行的安全性。
8. 软件编程：•编写单片机的控制程序，根据设计的算法进行编程。
•确保程序的鲁棒性，考虑异常情况的处理。
9. 调试和测试：•在实际硬件上进行调试和测试，确保系统稳定可靠。
10. 性能优化：•对系统进行性能优化，如功耗优化、响应速度优化等。
以上是一个基本的设计框架，具体的实现需要根据具体需求和条件进行调整。
基于单片机的水温水位控制系统设计
四、结论
基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有结构简单、成本低、可靠性 高等优点。通过实时监测和控制水箱的水位和水温，可以满足不同用户的需求。 此外，通过优化系统的硬件设计和软件设计，可以进一步提高系统的性能和可靠 性。这种系统不仅可以应用于家庭用水领域，也可以应用于工业生产中的液体控 制，具有广泛的应用前景。
1、抗干扰设计
由于环境因素和设备本身的影响，系统可能会受到干扰。因此，需要在硬件 设计和软件设计中加入抗干扰措施，如滤波电路、软件去抖动等。
2、节能设计
为了降低系统的功耗，可以在软件设计中加入休眠模式和唤醒模式。当系统 不需要工作时，可以进入休眠模式，降低功耗。当有数据需要处理时，系统被唤 醒，进入工作状态。
2、软件设计
系统的软件设计主要实现以下功能：数据的采集、处理、显示和控制。首先， 单片机通过水位传感器和水温传感器采集当前的水位和水温数据。然后，单片机 对采集到的数据进行处理，判断水位和水温是否正常。如果异常，则启动相应的 执行机构进行调节。最后，单片机将处理后的数据通过显示模块进行显示。
三、系统优化
六、结论
本次演示设计了一种基于单片机的水温水位控制系统，实现了温度和水位的 自动检测、调节和控制。该系统具有成本低、可靠性高、易于实现等优点，同时 支持远程控制和节能模式等功能。在家庭、工业和科学研究中具有广泛的应用前 景。
参考自动化技术的普及，智能化设备在日常生活和工业生产中 的应用越来越广泛。其中，基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有重要 应用价值。这种系统可以实现对水箱水位和水温的实时监测和控制，以适应不同 的应用需求。
系统软件采用C语言编写，主要包括以下几个部分：数据采集、数据处理、 控制输出和远程通信。
1、数据采集：通过I/O端口读取DS18B20和超声波水位传感器的数据。
基于单片机的水温控制系统设计
基于单片机的水温控制系统设计引言在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费浪费。
利用 AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。
单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于LED 显示器上。
该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
本设计任务和主要内容设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。
水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。
本设计主要内容如下：（1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。
（2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。
（3）用十进制数码管显示水的实际温度。
（4）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。
（5）温度控制的静态误差≤0.2℃。
系统主要硬件电路设计单片机控制系统原理框图温度采样电路选用传感器AD590。
其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃。
此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。
系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590）、基准电压（7812）及A/D转换电路（ADC0804）三部分组成。
信号采集电路温度控制电路此部分电路主要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成。
MOC3041光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。
100Ω电阻与0.01uF 电容组成双向可控硅保护电路。
部分控制电路系统主程序设计主程序流程图。
基于单片机的热水器水温控制系统设计(完整版)
线路设计实验引言 (2)第一章总体结构和方案论证 (3)第1.1节系统总体结构和原理图 (3)第1.2节方案论证 (4)1.2.1电源模块文案论证 (4)1.2.2主控芯片模块方案论证 (4)第二章主要元器件介绍 (5)第2.1节LM7805 (5)第2.2节AT89C51 (5)第2.3节集成温度传感器DS18B20 (6)第2.4节光电耦合器 (6)第2.5节继电器 (7)第三章系统硬件电路设计分析 (8)第3.1节系统电源的设计和分析 (8)第3.2节温度传感电路的设计与分析 (8)第3.3节水位采集和按钮电路的设计与分析 (8)第3.4节数据显示电路的设计与分析 (9)第3.5节继电器和蜂鸣器电路的设计与分析 (9)第3.6节遥控电路的设计与分析 (9)第四章系统软件设计 (11)第4.1节系统程序设计流程图 (11)第4.2节系统总的程序如下： (19)第五章产品的制作与调试 (20)第5.1节PCB板图的及产品的制作 (20)5.1.1 电路图的绘制 (20)5.1.2 PCB板的制作 (20)第5.2节元件安装焊接 (20)5.2.1 元件安装的基本要求与原则 (20)5.2.2 焊接注意的基本事项 (20)第5.3节系统的调试 (19)总结 (20)参考文献 (21)致谢 (22)引言热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。
目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器.就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制,使用范围狭窄；燃气热水器由于以石油、天然气为燃料,而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求，且不利于环境，因此电热水器越来越受到消费者的青睐.根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。
该中心预计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。
基于单片机的热水器水温控制系统设计_毕业设计
基于单片机的热水器水温控制系统设计线路设计实验引言 (2)第一章总体结构和方案论证 (3)第1.1节系统总体结构和原理图 (3)第1.2节方案论证 (4)1.2.1电源模块文案论证 (4)1.2.2主控芯片模块方案论证 (4)第二章主要元器件介绍 (5)第2.1节LM7805 (5)第2.2节AT89C51 (5)第2.3节集成温度传感器DS18B20 (6)第2.4节光电耦合器 (6)第2.5节继电器 (7)第三章系统硬件电路设计分析 (8)第3.1节系统电源的设计和分析 (8)第3.2节温度传感电路的设计与分析 (8)第3.3节水位采集和按钮电路的设计与分析 (8)第3.4节数据显示电路的设计与分析 (9)第3.5节继电器和蜂鸣器电路的设计与分析 (9)第3.6节遥控电路的设计与分析 (9)第四章系统软件设计 (11)第4.1节系统程序设计流程图 (11)第4.2节系统总的程序如下： (19)第五章产品的制作与调试 (20)第5.1节PCB板图的及产品的制作 (20)5.1.1 电路图的绘制 (20)5.1.2 PCB板的制作 (20)第5.2节元件安装焊接 (20)5.2.1 元件安装的基本要求与原则 (20)5.2.2 焊接注意的基本事项 (20)第5.3节系统的调试 (19)总结 (20)参考文献 (21)致谢 (22)引言热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。
目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器.就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制,使用范围狭窄；燃气热水器由于以石油、天然气为燃料,而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求，且不利于环境，因此电热水器越来越受到消费者的青睐.根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。
该中心预计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。
基于51单片机的智能家居温控热水器系统设计
基于51单片机的智能家居温控热水器系统设计随着科技的发展，智能家居系统已经成为了人们生活中的一部分，其带来的便利使得人们能够更加舒适地生活。
本文将介绍一种基于51单片机的智能家居温控热水器系统设计，该系统具有温度控制、时间控制和远程控制等功能，能够满足用户在日常生活中的需求。
一、系统设计的概述该系统主要由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器用于获取环境温度和水温，控制器根据传感器的数据进行温度控制和时间控制，执行器用于控制热水器的开关。
二、系统硬件设计1. 单片机选型该系统选择了51单片机作为控制器，因为51单片机具有低成本、易于控制和成熟的开发环境等优点。
2. 传感器设计系统中使用了温度传感器和水温传感器，分别用于获取室内环境温度和热水器水温。
温度传感器可以选择DS18B20，水温传感器可以选择DS18B20或DS18S20。
3. 执行器设计系统中的执行器是热水器的控制开关，通过继电器模块来实现开关控制。
4. 通信模块设计系统中可以选择添加无线通信模块，用于远程控制。
常用的无线通信模块有蓝牙、Wi-Fi和LoRa等，选择不同的通信模块可以满足用户的不同需求。
5. 电源设计系统的电源可以选择使用交流电源或者直流电源，需要根据具体情况选择合适的电源模块。
三、系统软件设计系统的软件设计主要包括程序的架构设计和程序的编写两部分。
2. 程序编写程序的编写主要是根据程序架构设计，使用C语言编写相应的代码。
以51单片机为例，可以使用KEIL或者51系列单片机开发工具进行编写，然后通过烧录器将程序烧录到单片机中。
四、系统功能设计1. 温度控制功能系统可以根据环境温度和用户设定的温度进行温度控制，当环境温度低于设定温度时，系统会开启热水器进行加热，并在环境温度达到设定温度后关闭热水器。
2. 时间控制功能系统可以根据用户设定的时间进行开关控制，用户可以通过设置程序来实现定时开关热水器，从而节约能源和提高使用便利性。
基于单片机的电热水器温度控制系统设计
基于单片机的电热水器温度控制系统设计摘要本文研究了一种基于单片机的电热水器温度控制系统设计，旨在实现对水温的精准控制和节能减排。
在该系统中，采用了传感器实时监测水温，并将数据传输至单片机进行分析处理，控制加热器的工作状态来达到设定的温度值。
通过对实验数据进行评估和分析，发现该设计方案能够实现较高的控制精度和节能效果，便于推广和应用。
关键词：单片机；温度控制；电热水器；节能减排AbstractThis paper studies a temperature control system for electric water heaters based on single-chip microcomputers, aiming to achieve precise temperature control and energy conservation. In this system, sensors are used to monitor the water temperature in real time, and the data is transmittedto the single-chip microcomputer for analysis and processing, thereby controlling the working state of the heater to achieve the set temperature value. Evaluating and analyzing experiment data, it was found that the design scheme can achieve high control accuracy and energy-saving effect, which is convenient for promotion and application.Keywords: single-chip microcomputer; temperature control; electric water heater; energy conservation1.引言电热水器是当前家庭生活中常用的供暖设备之一，其温度控制对保证用水安全、节能减排、提高生活质量具有重要意义。
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基于单片机的电热水器水温水位控制系统设计摘要随着人们生活水平的提高，各种热水器的使用已相当普及。
与之相配套的控制仪也相继问世。
然而，目前市场上的各种热水器控制电路还与理想要求相差甚远。
因此我设计了新型的热水器水温水位控制系统来满足于当今的需求，该热水器智能控制系统主要由80C51单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、LED数码管和报警系统组成。
该系统能测量并显示水温、设置水温范围，若水温不处于所设置的水温范围则报警，同时还能对水位进行设置及加水，先设置好需要加水的水位段数，单片机会根据这个数进行判断是否加水。
通过软硬件调试使以上所述功能都能正常实现。
本次设计是对水温水位控制系统的智能化改进，采用单片机对其水温水位参数进行控制，提高了电器的工作稳定性，同时引进了数字传感器对水温进行数据采集，这样也就提高了系统的控制精度，以其自身的控制精度高、稳定性好和成本低的独特优点在今后将会由广泛的实用价值，其基于单片机的改进方法也具用广泛的应用意义。
关键词：单片机；DS18B20；水温水位控制Electric Water Heater Water Temperature-Level Control System Based on SCMAbstractWith the improvement of people's living standard, the use of various water heater is very popular. Control apparatus and the matched field. However, the current market on the various water heater control circuit and the ideal requirements differ very far.So i design a new type of water heater water level control system to meet the semand in nowdays. The design of solar water heaters intelligent control system is mainly composed of single-chip80C51,DS18B20 temperature sensor,an independent keyboard ,LED and alarm system.The system can measure and display water temperature ,set the range of water temperature,of the water temperature is not in the range of setting temperature is alarming.At the same time,you can set the water level and add water,first,need to set up the water level above the water,single-chip will determine whether add the water or not according to the number.Through hardware and software debugging,the above functions can be normal.For other related parameters, it also has a certain meaning using. The revivification of the water control system is an intelligent product. To its own control of high precision, stability and low cost of the advantages, in the future there will be a wide range of practical value.The design of the water temperature control system is to improve the intellectualized. A monolithic integrated circuits is to control the level of parameter and improve the stability of the electrical work, and meantime, What’s more, its based on single ways of improvement have wide application meaning.Keywords: singlechip; water level’s examination; water temperature’s examination目录摘要 (1)A BSTRACT (2)第1章绪论 (1)1.1选题的意义 (1)1.2电热水器发展现状 (1)1.3课题任务 (3)第2章系统设计方案 (4)2.1设计原理 (4)2.1.1系统原理 (4)2.1.2子系统工作原理 (4)2.2设计方案 (5)2.2.1系统设计方案的选择 (5)2.2.2各部件控制系统方案 (7)第3章系统硬件设计 (9)3.1系统总体设计 (9)3.2各单元电路设计 (11)3.2.1控制单元设计 (11)3.2.2显示单元设计 (17)3.2.3检测单元设计 (23)第4章系统软件设计 (31)4.1主程序设计 (31)4.2子程序设计 (31)4.2.1温度采集 (31)4.2.2控制按键设计 (32)4.2.3读温度 (33)第5章系统调试 (34)5.1硬件调试 (34)5.1.1调试步骤 (34)5.1.2液位检测 (34)5.1.3温度检测 (35)5.2软件调试 (35)5.2.1P ROTEUS仿真 (35)5.2.2软件调试过程 (36)5.3系统联调 (36)总结 (40)参考文献 (42)致谢 (43)附录 (45)第1章绪论1.1选题的意义随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。
在现代社会中，水位和温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了生活的各个方面。
随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到水位和温度控制的影子，水位和温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。
尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。
现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到水位和温度控制，早期水位和温度控制主要应用于工厂中，例如工厂中的大型锅炉，必须实时的掌握锅炉的水位和温度，确保系统的正常运行。
因此，水温水位控制在改善人们生活质量中起到了非常重要的作用。
现在市面上的电器种类繁多，它们都需要对其主要的水位和水温参数加以控制，实现电器水温水位控制的自动化。
早期温度和水位的参数控制时通过模拟电路实现的，这种方式不仅电路复杂，成本高，而且误差大，系统的稳定性不好，单片机及微型计算机技术的发展和应用有效地解决了这些缺点，特别是传感器的发展，更好的提高了检测参数的精度。
选择基于单片机的水温水位控制系统，是因为它不仅在人们生活中具有显著的意义，更重要的是能系统地聚温度和水位参数于一身，对于更好的掌握和认识单片机的应用和传感器的应用，系统地深刻认识自动控制的实际应用，掌握复杂的多子系统地设计起到了很强的锻炼作用。
1.2电热水器发展现状经过20多年的发展，整个热水器行业已经从最初的小而少发展到现在的大而多，产品类型也随着技术不断成熟，由最初的燃气热水器独领风骚发展到今天的燃气式、电热式、太阳能、空气源热泵等多种类型。
随着全球经济快速发展，中国电器制造业的迅猛发展及城市建设步伐的不断加快，为热水科技产业带来了无限商机。
目前，创新、安全、节能、高效已成为热水器行业间竞争的焦点及发展趋势。
据调查，中国热水器的普及率只有70%左右。
目前，46.6%的居民家庭表示要在未来5年中购买或更换热水器。
未来5年内我国城市热水器需求量将平稳增长，达到4660万台，热水器行业即将迎来新一轮的消费高峰。
据国务院发展研究中心市场经济研究所推出的“中国城市热水器市场研究咨询报告”显示，未来三年，我国热水器市场将继续保持平稳发展的态势，年增长保持在6%左右。
就中国的具体情况而言，太阳能热水器由于安装位置的局限性，只适用于居住在顶楼的居民，且受天气原因的限制，使用范围狭窄，燃气热水器由于必须分室安装，且须由专业人员安装，并且燃气热水器不易调温，需定期除垢，在使用中还易产生有害气体，特别是使用液化石油气和人工煤气型的直排式燃气热水器，会产生轻度油烟，严重时甚至会危及生命。
因此燃气热水器是一种人命关天的特殊产品，即使有百分之一的疏忽，带给用户的危险将是百分之百。
根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。
该中心预计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。
目前市场上的电热水器分连续水流式和贮水式，前者虽具有加热速度快和体积小的优点，但需要的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。
而市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，生活质量的提高使得消费者对电热水器功能提出延伸至全新的概念层面。
热水器技术未来将继续朝着以下几个方面发展：①智能化：从最初的手动旋钮调节发展到如今数字化调节方式②节能技术：从最初机械结构上的保温节能到控制技术上的定时加热或分步加热技术转变，由于在水温很高时热量流失较快，所以未采用该类技术的产品需要长时间在高温区反复加热，不仅启动频繁，而且耗电量很大，如果用户可根据自己的实际需要设定好规定时段以进行定时倒计时加热，则能将保温耗电降至最低③安全稳定性：由于电热水器不同于一般的家电产品，涉及到人身安全，所以安全问题一直是各大厂家考虑的重点。