论文总字数：17825字

目 录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1选题的背景、目的及意义 1

1.2 国内外研究状况及成果 1

1.3 研究设想和实验设计 3

2 硬件系统设计 3

2.1 方案验证 3

2.2 硬件系统设计 5

2.2.1 STC89C51最小系统 6

2.2.2键盘接口电路 7

2.2.3报警电路 7

2.2.4水温检测电路 8

2.2.5 水位检测电路 10

2.2.6红外遥控电路 10

2.2.7显示电路 11

3 软件系统设计 12

3.1 程序设计 13

3.1.1 主程序流程框图 13

3.2.2 键盘流程框图 14

3.2.3 显示流程框图 15

3.2.4 继电器控制流程框图 16

4 软件仿真结果 16

4.1 PROTEUS（ISIS）简介 16

4.2 KEIL简介 17

4.3 仿真结果 17

5 实物与结语 21

5.1 实物图 21

5.2 实物演示图 22

5.3 结语 25

参考文献 26

致谢 27

基于51单片机的电热水器智能控制系统

蔡馨雨

，China

Abstract: With the continuous development of society and progress of human science and technology, all trades and professions are making their product more digital and intelligent. The intelligent control system of electric water heater designed by this system aims at simplifying operation and can be applied to users of all ages. The design uses the STC98C51 MCU as the core to design the intelligent electric water heater. Temperature sensor, water level sensor and infrared remote control module are used to complete the design of the overall system. The hardware of heater control system includes a processor MCU control section, temperature acquisition module, water level control module, LCD1602 display module, relay drive module, buzzer module, infrared remote control module, LED module and keyboard module indicator. In this paper, the characteristics of the chip used in the control system of the electric water heater are introduced in detail, such as STC89C51, DS18B20 and so on. The following functions are mainly realized in this system: automatic control of water temperature and water level, timing heating, infrared remote control setting, dry burning alarm, LCD screen real-time display and reset function. The software part elaborates the modules separately by using the flow chart, and carries on the detailed annotation to the whole system procedure.

Key words: electric water heater; STC89C51; intelligent control

1 绪论

1.1选题的背景、目的及意义

随着社会的发展，经济的增长，居民收入也不断提高，人民需求从满足温饱转向了对生活品质甚至是精神文化的追求，家居生活中热水器愈发成为难以或缺的电器产品，它为生活、公共场所以及各行各业源源不断的输送热水。热水器主要有四大种类：燃气热水器、电热水器、太阳能热水器和热泵热水器^[2]。热泵热水器虽然在国外已经使用了很多年，且在某些国家的使用比例十分高，但在中国，技术尚不成熟，并为普及使用。在我国早期普遍使用的是燃气热水器，但由于安全指数和舒适程度不高，且各种新型热水器层出不穷，曾被越来越多的消费者所摒弃，尔后由于天然气大范围的普及，其安全指数大幅度提升，使用比例又逐步回升。在工业发展迅速，化工污染严重，不可再生能源日益减少的当今社会，使用新能源技术的产品越来越多地出现在消费者的视野中，太阳能热水器便不容置喙地成为了节能减排绿色环保的家电代表。太阳能热水器是一种利用光照将太阳能转化成热能的新能源技术发展下的产物，但正是因为它的这一特征，致使其在使用时很容易受到气候的影响。当光照达不到标准时，水温便难以达到洗浴要求，进而影响用户的使用。太阳热水器固然受到其安装要求的制约，但其安全、环保的特点受到众多消费者的喜爱，发展事态猛烈。而从安全角度出发，城镇居民都偏向于选用电热水器和太阳能热水器，并且由于现在的商品房通风效果欠佳，燃气导致的污染不能立刻排出，而电热水器和太阳能热水器则几乎排除了这种情况的担忧^[3]。电热水器则是继燃气热水器之后，席卷整个市场。电热水器对于安装要求没有过多的限制，同时也不会因为天气原因而无法使用。总体看来，电热水器最容易受到消费者的青睐，而各类商家正是捕捉到了这点，不断进行技术升级与改革，种种外形时尚雅观、使用舒适、操作简便的电热水器更是层见叠出，挂壁式、下置式、嵌入式等多种样式依次问世。过往储水式电热水器最大的缺陷就是占用地方大，而中央供水式的则完美的改善了这种情况。

随着人们对生活品质追求的加大，对所使用的产品要求也愈加提高，安全问题必然是重中之重，但操作简便、节能环保也成为近年来消费者选择电热水器的要求。故值此智能化家居浪潮涌起之际，本设计望设计一个既能达到消费者对家电的要求，有能使洗浴变得更加方便舒心且达到消费者在当下对于智能化服务的需求。

本设计使用STC89C51单片机作为核心控制芯片来设计一个操控简单又智能的电热水器系统，为消费者创造一个舒适健康的洗浴体验，兼具自发断电功能，使消费者在洗浴中得到极大的安全保障。

1.2 国内外研究状况及成果

在家电市场总体销售平缓稳定的大背景下，热水器市场却持续走高。业内专家表示，由于产品持续向高档化进展，销售市场向三四级市场转换，热水器的增加趋势有望持续维持。此外，提倡舒适、绿色环保、人工智能理念的新产品将持续推动产品更迭替换。

与其他的家电智能化发展同步，热水器行业近年来另一热门话题就是智能化，虽然几年前就已经有企业发布了某些具有初步智能功能的产品，但当时的智能技术略显初级，无法达成消费者所需要的不同的情况，并且具有智能功能的产品不过是极小部分“形象展示”类的产品，并没有在大量在市场投放，但是随着技术水平的提高，智能热水器逐渐在市场大量投放各种型号的产品，现在消费者能够轻而易举的在商场买到与自己需求相匹配的具有智能功能的产品。

尤其是2017年以来，家用电器的智能化发展明显提速，且在2016年开始明确实施的供给侧改革，更给智能家电智能化带来了空前绝后的时机。热水器的智能化产品是在深度洞悉消费者不同程度诉求的情况下，经过高级的产业设计予以系统创作，利用各类超前的技术和高标准的部件产品，将智能控制、节约能源、绿色环保、前卫雅观、安全可靠融为一体的产品。目前智能型热水器已经达到从舒适的洗浴向智能互交、恒温、记忆等智能化方向发展。

在热水器行业，知名的国际热水器企业有A.O.史密斯、CBA、舒逸帝尼等，国内热水器知名企业则有方太、万和、万家乐等。这些企业对于热水器的更迭替换更是孜孜不倦的探求，因而产生了各种操控便捷、外观前卫、安全性能保障极高的产品。各大知名企业不断研发新技术提高智能化程度，如今国内外在电热水器行业的主要新技术有：

万家乐S6“无电洗”电热水器突破了传统以防漏电为主的安全技术局限，完全避免了用户在洗浴时会因为不拔插头而发生漏电的担忧，带领了电热水器行业进入安全新时代，一举获得2017年上海AVE艾普兰创新奖。该热水器共使用15项原创专利技术，其原创的“无电洗”核心专利技术由“iSense传感芯、iCut断电芯、iPlug开合芯”三个核心板块构成，通过“传、断、开”三个步骤，当感应到水流后，系统将自动切断电源，实现“无电洗浴”，消除了人们对传统电热水器带电洗浴的担忧。iSense传感芯，在检测到水流流量超过每分钟1L时，便会以0.2秒的速度输送断电信号，实现“无电洗浴”第一步。iCut断电芯，使用原创光耦断电技术，在热水器使用过程中，如果出现异常状况，就会在0.3秒之内切断整机电源，反应高效敏捷，全面确保用户洗浴时的安全。iPlug开合芯，当用户完成洗浴后，在5分钟之内如果没有感应到有水流流过，开合芯就自动吸合工作，恢复到之前的模式，使用户不必再洗浴时插拔插头，着实给用户带来了极大的便利 ^[4]。

A.O.史密斯免更换镁棒薄型金圭内胆电热水器也揽获2017年上海AWE艾普兰产品奖。打破传统的A.O.史密斯薄型金圭内胆电热水器，创新纤薄科技，双擎速热，采用真空绝热技术，在保温性能不变的前提下，保温层厚度降低50%，同时通过双胆的结构优化，再次降低厚度，机身仅有28cm吼，相比传统圆筒电热水器厚度减少了42%。同时搭载升级型金圭防护系统，专利金圭内胆，防腐抗垢；专利免更换镁棒技术，开启电热水器免更换镁棒新时代。特有的双引擎速热系统，双棒双胆独立加热，速度相比前代产品加快30%；恢复沐浴温度只要15分钟，无需长时间等待；“后进后出”接驳水路设计让管路实现“隐形”，真正与卫浴装修融为一体。颠覆传统外观，无缝一体设计，时尚感扑面而来，人性化切角面板为机身勾勒出优雅曲线，机身更纤薄。24小时定时界面，简洁直观。创新24小时全时区表盘式定时方式，准确反馈指尖信息，人机互动更简单，老人孩子也能轻松操作。操控面板与机器面板融为一体，全屏无疵，触感由俭入奢，专为喜好极简的低奢侈用户打造，让热水器在浴室空间中成为一个优雅装饰。

1.3 研究设想和实验设计

本设计以STC89C51为核心控制芯片设计电热水器的智能控制系统，利用电源模块实施供电，通过水温、水位检测模块获得有关数据，按键模块与红外线遥控模块设置系统使用功能，液晶显示屏及指示灯模块显示实时情况，蜂鸣器报警模块输出，以及继电器控制进水与加热操作，由此来完成设计所需达成的功能 ^[5]。

具体实验设计：

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