电热水器加热部分设计
基于51单片机的家用电热水器设计说明
基于51单片机的家用电热水器设计说明一、引言家用电热水器在现代生活中起着至关重要的作用。
传统的家用电热水器往往存在能耗高、操作不便等问题，因此需要一种新的设计方案来改善这些问题。
本文将介绍一种基于51单片机的家用电热水器设计方案，旨在提高热水器的效能和用户体验。
二、硬件设计1.控制电路该电热水器的控制电路由51单片机、温度传感器、电动阀门和水泵组成。
51单片机作为核心控制芯片，可以实现对温度、加热和水泵的控制。
温度传感器与单片机相连，用于检测水温并反馈给单片机。
电动阀门和水泵也与单片机相连，通过单片机的控制来实现水的流动和加热。
2.供电电路该电热水器的供电电路由交流电源转换为直流电源的开关电源和稳压电路组成。
开关电源可以将输入的220V交流电转换为12V直流电，并通过稳压电路将其稳压为5V供给单片机及其他辅助电路使用。
三、软件设计1.温度控制算法该电热水器采用闭环温度控制算法，即根据温度传感器检测到的水温与设定的目标温度进行比较，通过调节电动阀门和水泵的开关来控制水的流动和加热。
具体的控制算法可以参考PID控制算法来实现。
2.用户界面设计该电热水器的用户界面可以采用LCD显示屏和按键控制来实现。
LCD 显示屏可以显示当前的水温、设定的目标温度和工作状态等信息。
按键控制可以用于调节目标温度和启动/停止热水器等操作。
四、功能特点1.自动控制该电热水器通过温度传感器和51单片机的控制，可以实现对水温的自动控制。
当检测到水温低于设定的目标温度时，电热水器会自动启动加热和水泵，直到水温达到目标温度为止。
当水温超过设定的目标温度时，电热水器会自动停止加热和水泵。
2.人性化设计该电热水器的用户界面简单直观，用户可以通过按键来调节目标温度和启动/停止热水器。
LCD显示屏可以实时显示当前的水温和设定的目标温度，方便用户进行操作和监控。
3.能耗节约该电热水器的自动控制功能可以确保水温始终保持在设定的目标温度范围内，避免了长时间加热和过热导致的能耗浪费。
热水器加热工作原理
热水器加热工作原理
热水器是我们日常生活中常见的家用电器之一，具有方便、快捷的
特点。
那么，热水器又是如何实现加热的呢？下面将介绍热水器的加
热工作原理。
一、热水器的基本构造
热水器的基本构造包括加热元件、水箱、控制面板等组成。
加热元
件是实现热水加热的核心部分，通常采用电热棒作为加热元件。
水箱
是存放热水的部分，其内部设计有隔板，可以分隔出冷水和热水部分。
控制面板则是用户操作的控制界面，功能多样，可以设定加热温度、
计时等。
二、电热棒加热原理
电热棒是热水器中常用的加热元件，通过电流通过电热棒时，电能
转化为热能，从而实现水的加热。
电热棒内部含有发热丝，当通电时，发热丝会产生热量，将水加热。
需要注意的是，电热棒的加热功率越大，加热速度越快。
三、加热过程中的温度控制
热水器的控制面板可设定加热温度，一旦水温达到设定值，加热元
件会停止工作，防止水温过高。
控制面板还可设置定时开关机，方便
用户按需使用热水。
四、热水器的工作流程
当用户需要使用热水时，打开热水器的进水阀门，水会流入水箱中，随后进入加热元件的加热区域。
在加热元件的作用下，水温逐渐升高，当温度达到设定值时，加热元件停止工作。
此时，热水可以通过出水
管道流出，供用户使用。
总结：
热水器的加热工作原理是通过电热棒将电能转化为热能，加热水箱
内的水，实现水的加热。
控制面板可以设定加热温度和定时开关机，
提供更便捷的使用体验。
热水器在生活中起到了重要的作用，为我们
提供了舒适和便利。
加热器结构讲解
电烫斗、电烙铁、电热粘合器、卷发/直发/烫发器等.其特点是功率不大，但热效率
高很实用. (2)自动恒温型电加热器.这类器具主要有：小型晶体器件恒温槽、恒温培养箱、电子保温瓶、 保温箱、保温杯、保温盘、保温柜、保温桌等。其特点是自动保温、结构简单、 恒温特性 好、热效率高、使用环境温度范围宽.
具体原理请看下面的电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图:
有冷风功能
无冷风功能
发热丝
220V～
30V/15V
30V/15V
分压电阻
三-6 二极管
特点:
二极管最重要的特性就是单方向 导电性。在电路中，电流只能从 二极管的正极流入，负极流出。
结构:
二极管是由一个PN结构成的半 导体器件，即将一个PN结加上两 条电极引线做成管芯，并用管壳 封装而成。P型区的引出线称为正 极或阳极，N型区的引出线称为负 极或阴极，普通二极管有硅管和 锗管两种，它们的正向导通电压 (PN结电压)差别较大，锗管为 0.2~0.3V,硅管为0.6~0.7V。
（OCr25Al5)
－ 26
－ 6.5
0.7
784 12 75
-
素性
260 体
FCHW－2
17 2
余量 适量 ≤
1100 7.35 1.23 1500 637- > 65- >5 200 铁 磁
（OCr21Al4)
－ 21
－4
0.7
784 14 75
-
素性
260 体
③常用的规格
代表型号
产品型号 EH-NE70 EH-NE10 EH5253
电热器的主要组成部分
电热器的主要组成部分电热器是一种常见的家用电器，用于加热空气或液体。
它的主要组成部分包括加热元件、外壳、控制器和电源。
在本文中，我们将详细介绍电热器的主要组成部分以及它们的功能和作用。
1. 加热元件加热元件是电热器中最重要的组成部分之一，它负责将电能转化为热能。
常见的加热元件包括电阻丝、电热管或发热体。
这些加热元件通常被放置在电热器的内部，并通过导热材料将热量传递到空气或液体中。
不同类型的电热器可能使用不同类型的加热元件，以满足不同的加热需求。
2. 外壳电热器的外壳是用于保护内部组件的外部结构。
它通常由耐高温的塑料或金属材料制成。
外壳设计用于避免触电和烫伤可能，并确保电热器在工作时更安全。
除了安全性，外壳还具有隔热的功能，以阻止热量的散失。
一些电热器还配备了防倾倒保护功能，以避免设备倾斜或倒下导致的安全隐患。
3. 控制器控制器是电热器的核心部件之一，它用于控制加热元件的工作状态。
常见的控制器包括温度控制器、定时器和功率调节器。
温度控制器可以监测和调节加热元件的温度，保持设定的加热温度。
定时器可以根据用户需求设置加热时间，以节省能源和确保安全。
功率调节器允许用户调节加热元件的功率输出，以满足不同的加热需求。
4. 电源电热器的电源是其正常工作所必需的，通常是通过插电方式进行供电。
电源可以是交流电源或直流电源，根据不同的电热器类型和设计来确定。
电源提供所需的电能，以驱动加热元件工作，并通过控制器来调节加热器的工作状态。
电热器的主要组成部分相互协作，发挥各自的功能，以达到加热空气或液体的目的。
通过控制器的调节，用户可以根据需要设定加热温度、加热时间和功率输出。
电热器在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，例如暖风机、电暖器、电热水器等。
此外，电热器还有一些其他的辅助部件，用于提高其性能和安全性。
例如，温度传感器用于监测加热元件的温度，当温度过高时可以切断电源，以防止过热引起的危险。
安全开关可以在设备倾斜或发生其他异常情况时切断电源，以保障使用者的安全。
家用电热水器原理
家用电热水器原理
家用电热水器是利用电能转化为热能的装置，其工作原理如下：
1. 加热元件：家用电热水器中的主要组成部分是加热元件，通常是由电阻丝制成的加热管。
加热管内部通有冷水，当电流通过加热管时，电阻丝产生电阻发热，将电能转化为热能。
2. 水箱：家用电热水器的水箱用于存储和加热水。
冷水自上方流入水箱，并被加热管所加热。
加热管的高温使得水箱内的水温逐渐升高。
3. 温控装置：为了控制水箱内水温的恒定，家用电热水器通常配备了温控装置。
温控装置会监测水箱内的水温，并在水温达到设定值时自动切断电源，停止加热。
4. 绝缘和安全装置：为了确保使用安全，家用电热水器中还装有绝缘和安全装置。
这些装置可以隔绝电热设备和外界，防止电击和漏电等事故的发生。
在正常使用过程中，家用电热水器会根据温控装置的设定温度，持续加热水箱内的水。
一旦水温达到设定值，加热元件会停止加热，直到水温下降后再次启动加热。
通过这种循环，家用电热水器可以提供持续而稳定的热水供应。
最终，用户可以通过水龙头得到所需的热水。
即热式电热水器温度控制电路设计和分析
脉 冲信号后进行输 出。三极管Ｑ 的输 出 ４
端 与 Ａ ８ Ｓ ２ 外 部 中断 Ｉ Ｔ 相 连 ， 负 Ｔ９ ５ 的 Ｎ１ 脉 冲 产 生 后 而 引起 单 片 机 中断 。
图 ２Ａ ５ ０ 度 检 测 电 路 Ｄ９温
框 图如 图１ 所示 。
２ 控制电路设计及原理分析 ． 电 路 主 要 由 温 度 检 测 、 Ａ Ｄ 模 转 ＋ Ｖ ＋ ０ 输 入 电 压 范 围 内 ， 电路 中 电流 与 交 流 电压 保 持 一 致 ，要 求 电 路 保 持 每 ／数 ４￣３Ｖ
换 、过 零 检 测 、加 热 控 制 及 键 盘 、 显示 每 变化 １ 则 温度变 化 １ ，电路设计 如 在 半 个 交 流 电 的 周 期 内输 出 一 个 触 发 脉 Ｋ
的转换、传输及其他 操作方面起着至 关 正 弦 交 流 电压 首 先 输 入 ，经 １０ 大 阻 值 ０Ｋ 重 要 的 作 用 ， 其 中Ａ Ｄ 模 转 换 器 的 型 电阻 Ｒ ５ 电 路 进 行 分 压 限 流 后 ，输 入 ／数 Ｉ对 号 选 择 是 确 保 准 确 在 数 字 位 流 中表 达 模 两 个 反 向相 接 的光 电耦 合 器 。 当 正 弦 交
拟 信 号 ，并 提 供 数 字 信 号 处 理 功 能 平 滑 流 输 入 电压 下 降至 Ｏ 左 右 时 ， 两 个 反 接 Ｖ
接 口的关键所在 。
的 光 电耦 合 器 其 中 一 个 的发 光 二 极 管 处
本 电路 采 用Ａ Ｃ ８ ４ 为 转 换 芯 片 ， Ｄ ００ 作 于 反 向截 止 状 态 ， 与 此 同时 与之 相 对 应 Ａ Ｃ ８ ４ 属 于 ８ Ｃ Ｍ 依 次 逼近 型 的Ａ Ｄ 的 三 极 管 基 极 偏 置 电阻 上 得 电位 处 于 高 Ｄ００是 位 ＯＳ ／ 电 位 状 态 ，使 之 处 于 导 通 状 态 ， 产 生 负
储水式电热水器分层加热技术的分析研究及设计应用
所 以，只要保证 内胆项部有热水 就可 以了，我 们利 用水的热交换特 性，在热水 器顶部划分 出 小范围相对容量进 行加热 ，满足 用户在短时 间 内拥有 小容量高温水 的，虽然长 时间储存后 由 于 导热的作用使 内胆 内部的温度场 趋于均匀 ，
３０ Ｗ 。 ００
响，整个加 热周期相对延 长。这种加热 的优 势 在于 中部 以上加热充分 ，缺陷在于上部温度 提
升较慢 。
对 的容积 的划分最好 是三 个相对容 积，换句话
讲 ，也就 是在 内胆垂直截 面上 ，在 上、中、下 布置三组 电热 管。
为 了有效控制 上电热管的工作 ，我们设计 的温控器测温 的位置也进 行了相应 的更改 ，将
灵敏度 降低 。
笔者设计 的电热 水器 由于结构 的原 因，在 中心的大法兰 上集成分置 中、下 电热管 品，两 个电热管存在 明显的高度 差，中 电热管 的有 效
区域在 内胆 中部略靠下 的位置 ，下 电热管尽可 能向 下延伸 。上 电热 管在 内胆 上１４ 置 ，使 ／位
升的热水 ，满足早晨洗 涤和厨房使用 的要求。 上 加热时间的估算
温度 梯度 ；ｄ一 距离梯度 。 ｘ
水 的良好 对流换热性能 ，电热管上部水温在相
８８ 家电科技
Ｔ ｅｃｈ ｎｏｌ ｙ ｏｇ
技术
当长 的一 段 时 间 内远 远 高于 电热管 下 部 的温 度。 电热水器 的工作原理是进 水 口在 内胆 的最
下面， 出水 口在 内胆的最顶端 ，理论状态 下， 冷水将上面 的热水逐层顶 出，只要 内胆顶 部还 有热水 ，热水就从 内胆顶端源源 不断 的输 出。
电热水器的加热原理
电热水器的加热原理电热水器是现代家庭生活中常见的热水设备之一，它通过电能将水加热到适宜的温度，提供给人们使用。
电热水器的加热原理是基于电能转化为热能的物理原理，下面将详细介绍电热水器的加热原理及其工作流程。
一、电热水器的基本构成电热水器主要由水箱、加热体、温控器和继电器等组成。
水箱用于储存水，通常由耐高温材料制成，具有较好的保温性能；加热体是将电能转化为热能的部分，一般采用金属材料制成，能耐高温并快速加热水；温控器用来感知水箱内水温并控制加热体的工作状态，保证水温恒定；继电器则是起到开关电路的作用，控制加热体的通断。
二、电热水器的加热原理可以简单描述为：电能转化为热能，使水温升高。
在电热水器的工作过程中，加热体是核心部件，它通过电流加热，将电能转化为热能。
具体来说，当电热水器接通电源后，电能从电源流向加热体。
加热体是由一根或多根电阻丝制成，电流经过电阻丝时，会产生电阻热。
电阻丝的材质通常是高电阻率的金属，如镍铬合金。
当电流通过电阻丝时，电阻丝阻碍电流的通过，电能在电阻丝中产生热量。
加热体的设计使其能够快速传导热量到水箱内的水，使水温上升。
一般来说，电热水器的水箱外部会设有一层保温层，以避免热能的过度散失，保证水温的稳定。
三、电热水器的工作流程电热水器的工作流程主要包括启动、加热和停止三个阶段。
启动阶段：当用户需要热水时，通过控制器或者开关启动电热水器。
此时，电源供电，电流开始流经加热体，加热体产生热量，传导到水箱内的水。
温控器开始感知水温，并控制继电器闭合，保持加热体工作状态，使水温逐渐升高。
加热阶段：在启动阶段之后，电热水器进入加热阶段。
加热体持续将电能转化为热能，水箱内的水温不断上升。
当水温达到设定的温度时，温控器感知到水温已经足够，控制继电器断开电路，停止加热体的工作。
此时，电热水器进入停止阶段。
停止阶段：在停止阶段中，电热水器不再加热，但温控器会持续感知水温。
一旦水温下降到设定值以下，温控器会再次控制继电器闭合，重新启动加热体，使水温恢复到设定范围内。
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电热水器加热部分设计一．AT89S52单片机的介绍（如图1，图2）：
图1 AT89S52单片机
图2 AT89S52单片机
二．DS18B20温度传感器介绍：
1）内部结构（如图3）：
图3 DS18B20内部结构
2）最小温度系统连接（如图4）：
图4 最小温度系统电路连接
三．外围电路系统设计：
1）时钟电路（如图5）：
在芯片外部1XTAL和 2XTAL之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。
晶体震荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺
要求也高，所以，这里使用震荡频率为12MHz的石英晶体。
震荡电路产生的震荡脉冲并不直接是使用，而是经分频后再为系统所用，震荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号。
图5 时钟电路
2）复位电路（如图6）：
图6 复位电路
3）报警及按键电路（如图7）：
电路报警电路主要对现场的温度进行监控，如果超过安全温度，单片机将做出相应的报警动作和保护动作。
键盘电路主要是实现用户输入设定的温度及运行的功能。
其中报警用蜂鸣器实现，通过一个三极管来驱动，实现声音报警功能。
键盘部分由三个按键组成，其中，运行/设置键通过外中断的方式读值，另外两个用于设定温度的加减，并改变程序内部的温度设定值。
图7 报警及按键电路四．单片机最小应用系统（如图8）：
图8 单片机最小应用系统五．电热水器工作原理（如图9）：
图9 工作原理
六．软件设计（如图9）：
图9 软件设计
七．总结与设计思路：
电热水器的加热通过电热管来进行，温度的设定则通过调节温控器进行，电热水器将电能转换成热能，传给被加热的媒体（水），水达到预定温度时，温控器会自动断电，停止加热。
一段时间后，当水温比设定温度下降5℃左右时，温控器会重新工作，继续恢复加热至设定温度，如此反复工作。