基于单片机的电热水器设计开题报告

湖南人文科技学院

本科生毕业设计档案材料

题 目：基于单片机的电热水器设计 学生姓名： 学号 系 部： 专业年级： 指导教师：

湖南人文科技学院教务处制

一、毕业设计开题报告书 （一）选题的理论、实际意义： 随着生活节奏的加快，人们越来越需要方便快捷的生活方式。如今，智能家电已经顺应人们的需求走进了消费者的视野。根据环境随意调节风量的空调，精确控温的冰箱，感知衣量的洗衣机，这些曾经让消费者感到功能花哨、价格昂贵的智能家电三剑客，如今却越来越受欢迎。尽管目前价格仍偏高，但其市场接受程度正在不断提高。由于价格存在较大的下调空间，智能家电的魅力将逐步凸显，家电智能化将成家电市场发展的趋势。 智能技术实质上是集现代微电子技术、信息技术、精密机器加工技术和传感技术等科学理论于一身的高自动化技术。这一开拓性的技术在当今家电行业占有十分重要的地位。智能技术“嫁接”于家电产品后，人们发现家电产品会“思考”、“分析”和“记忆”，并制定出“行动”方案供人选择。在使用智能家电时，人们觉得自己的手无形地延长了，生活舒适度以及学习、办事的效率大幅度提高，整个社会氛围产生了革命性变化。在中国，智能技术最早被春兰集团“嫁接”于变频空调，后又应用于摩托车电喷发动机、全自动波轮和滚筒洗衣机、高能动力镍氢电池等产品上。前不久，春兰集团又将这项先进技术应用于最新推出的“梦幻”超豪华空调中，使空调与人通过小小的触摸屏进行信息传递，实现“人机互动”。事实上，智能技术在家电行业具有广泛的“可嫁接性”，除空调外，彩电、冰箱、热水器，甚至手机、微波炉等小家电都不同程度地应用了此项技术。可以预见，随着时间的推移，家电行业智能化发展的趋势将越来越明显，而春兰“梦幻”超豪华空调的推出，无疑对业界加大家电产品智能技术的“嫁接”力度作了进一步的提示。市场是一个适者生存的舞台，它虽有实力的比拼，但更多的是智慧的较量。在家电领域，智慧已物化为企业的自主科研成果，并集中反映在新产品的市场竞争力上。 家电智能化是时代发展的需求，智能化只是为了使用更加方便简易，功能更加完善，因而它最终能迎合人们的消费需求。与传统的生活方式相比较，家电智能化可为人们带来更为惬意、轻松的生活。智能家电的简化操作，使用效率的明显提高，节约能源，提高使用安全性。在生活、工作节奏越来越快的今天，可以为人们减少家务繁琐、提高效率、节约时间，让人们有更多的时间去休息、锻炼身体、教育子女和学习。智能家电是未来生活必不可少的角色之一，它必将取得长足的发展。随着数字技术和信息技术的应用和发展，人们身在千里之外能够把家务控制在股掌之间已经不是一个憧憬，而是很有可能成为现实。拿热水器产品来讲，聪明的电脑在观察、分析、掌握我们的淋浴习惯之后，会通知电热水器中的子系统，等你回到家中之家里，你的热水器已经为你加热好了温度适宜的热水，为你冲去一天的疲惫。 热水器的智能化技术是基于人们对现代家庭舒适、便利，安全以及多元化信息服务的需要而逐渐发展起来的。它一直是业内人士以及新闻媒体关注的焦点，那么智能化热

水器能给我们的生活带来什么改变？它都可以具备哪些实用功能呢？新一代智能型电热水器，除了具有常规功能外，还具有电脑遥控和定时预约两大特点。它全新的智能电脑控制系统，灵巧轻便的遥控器可方便地完成各种功能的操作；它特有定时预约功能，可设置使用热水的时间和温度，对热水器进行预约，到了需使用热水的时间，热水器已自动将水温加热到设置的温度，使用非常方便。而且，它还具有断电数据保护功能，来电后自动记忆并恢复到断电前的加热状态。当温度达到设定温度是自动断电；用户可以根据自己的生活习惯设定水温等参数，使用起来十分方便，且经济节能。因此，智能电热水器是智能家电的一个重要标志，借助家电智能化的春风，它必将成为以后家电的必然发展趋势。 （二）研究内容： 本设计以AT89S52单片机为中心，设计一个智能型家用电热水器的控制电路。 1) 硬件设计： ① 原理图设计：包括电源模块、单片机模块、ISP在线编程接口、键盘模块、数码管及指示灯显示模块、水温、水位检测模块、报警输出模块。 ② PCB板设计与制作：如实验条件许可，设计并制作单面或双面PCB板。 ③ 样品制作与调试：包括元器件采购、电路焊接、通电调试、功能检测。 2) 软件设计： ②󰀀 源程序设计：用汇编语言或C语言编写源程序。 ② 程序编译与下载：用编译器对源程序进行调试及编译，通过ISP接口将形成的二进制目标程序下载到AT89C52单片机上。 ③ 功能调试：用样品板运行程序，检查其功能是否达到设计要求。如没有达到设计要求，应修改源程序，重新编译、下载、调试，最后达到设计要求。 3) 研究思路及方案： 智能电热水器控制电路由时钟电路，复位电路，单片机，按键，数码管，漏电检测电路，传感器，蜂鸣器，继电器等部分组成。 软件编写时，首先检测功能按键，先进行温度范围设置，其次检测加减按键，进行温度范围调节，然后运行程序，由传感器经过模数转换，检测水温，水温在小于设置范围1℃时，单片机控制继电器对电热水器加热。当水温超过温度设置范围1℃时，单片机控制继电器断电，停止加热。当温度超过99℃时，蜂鸣器报警。以上查询功能由比较电路指令完成。

（三）研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法： 1. 文献索引法：利用学校图书馆资料和文献及相关论文对相关系统进行研究，为设计和实现本设计做理论准备。 2. 调查法：与身边的同学和朋友进行交流，充分考虑电热水器实现的功能，尽可能完善该功能。 技术路线及实验方案： 1、技术路线 （1）单片机的选择：89C52是ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能[2]。由于89C51单片机成本低廉且工作可靠，所以选择89C51作为系统微处理器[1]。 （2）温度传感器的选择：温度检测的方法很多，有热点阻，热电偶，热敏电阻，还有专门的集成测温传感器等。但本次设计温度检测采用的是数字温度传感器DS18B20进行检测，DS18B20的精度可以达到0.5℃以上，可以取得良好的测温效果，而且具有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，而且DS18B20在使用中不需要任何外围元件[3]，用法比较简单，使用较经济且性能也很理想。 （3）电源电路的选择：市电整流成+5v电压，由于89C52对电源要求不甚严格，市电来源方便，且经稳压管稳压也较可靠，较经济实惠。 （4）显示器的选择：LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码[9]。采用动态扫描显示，也就是在显示过中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。

（5）键盘的选择：独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路，常用于需要少量几个按键的计算机控制系统。每个独立式按键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，即实用又方便。 （6）驱动及加热控制电路的选择：通过一个继电器驱动，采用可控硅控制功率，能经受较高的功率，所以可以设置较多的档位，成本大大降低可靠性较高，而且电路简单。 以市电作为单片机的电源，通过按键输入我们所需求的温度，用温度传感器来检测水温，LED显示我们输入的温度值和水的目前温度值，利用单片机控制加热电路，来实现对水的加热，当温度达到我们所需求的温度时，蜂鸣器自动报警 2、电路板的制作及仿真 采用Multisim软件参见文献[11]，对电路原理、硬件进行仿真；用Protel DXP参见文献[12]完成原理图和PCB图，进行制板，再进行电路板的焊接。 3、电路的调试 电源的的调试之前，一定要仔细检查电路，确认无误后，才进行通电调试。 可行性分析： 1. 硬件、软件可行性 从所采用的技术方案角度来看，本设计硬件部分使用，包括：温度传感器、电容、LED、数码管、继电器、光耦等，它们都是常用的电子器件，硬件是可行的；软件设计部分采用的是Protel DXP软件进行制图，通过Multisim进行仿真，因此，技术方面是绝对可行的。 2.理论可行 思路可行，涉及到的理论知识包括：电源电路、复位电路、数码管的显示等都是在电子技术模拟/数字电路所学的知识，都是有依据的，所以设计思路是可行的。 3. 法律可行性 本系统完全由作者开发研究，没有任何侵权的行为，不会与第三方产生纠纷。所以本系统在法律上具有可行性。

（四）进度安排和采取的主要措施： 1选题 任务书下达时间为2012年11月25日,本人在这天完成选题，并通过设计完成课题的选择。 2.开题 开题时间为2013年3月2日，在2012年11月25日到3月2日之前熟悉整个开题流程并想好设计的基本思路，并于3月2日完成开题报告。 3.论文撰写指导 本人于4月份开始论文的撰写，并在2013年4月10日上交毕业设计第一稿，中期检查的时间：2013年4月初，本人在4月10日到5月进行毕业设计第二稿的撰写，并于2013年5月5日上交，之后再不断完善，最后定稿的时间为2013年5月28日。并在老师的指导下不断完善论文的设计，在规定的时间内完成任务。 4. 毕业答辩 于2013年5月份进行毕业答辩，专业系答辩委员会须对所有论文进行终审，确定终评成绩。

（五）主要参考文献： [1] 肖洪兵.跟我学用单片机[M]. 北京：北京航空航天大学出版社,2009.8: 34- 36. [2] http://baike.baidu.com/view/4879622.htm#2 [3] 王俊杰.基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计[J].郑州轻工业学院学报, 2005,(3):126-131. [4] 梁家海.基于MCS51系列单片机的并发式显示系统的设计.钦州学院学报2006,6. [5] 鲍文胜.基于单片机的太阳能热水器控制系统研究[J].青岛理工大学学报, 2007 [6] 张毅刚等.MCS-51单片机应用设计第4版[M],哈尔滨工业大学出版社，2007,06. [7] 张景文,王震宏,高为浪,李桂花.基于单片机的太阳能热水器智能控制系统[J].西华大学学报(自然科学版), 2008,5(6). [8] 张榜英.基于AT89S52单片机的太阳能热水器控制系统设计[J].吉首大学学报 (自然科学版), 2010,2. [9] 舒易茂,李斌.基于89C52单片机的太阳能热水器智能控制系统[J].科技信息, 2010,9,(9):33-36. [10] IEEE Design Automation Standard Committee，EEE Standard Hardware Description Language based on Verilog Hardware Description Language，IEEE 1996. [11] ModelSim EE/PLUS Reference Manual，Version 5 Model Technology Incorporated. [12] Meehan Joanne,Muir Lindsey’s in Merseyside SMEs:Benefits and barriers[J]. TQM Journal. 2008.

（六）毕业设计开题指导意见：（对选题的评价、研究方案的设计及开题指导意见） 课 题 作者姓名 开题时间 付艳辉 2013.3.02 基于单片机的电热水器设计 所属系、专业、年级 预计字数 通信与控制工程系 电子信息工程2009级 1万字 指导教师意见： 指导教师（签名）： 年 月 日 指导小组意见： 负责人签名： 年 月 日

二、毕业设计成绩评审表 （一）指导教师评审用表 评价项目 选题质量20% 评价内容 01 选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求 02 题目的难易度 03 题目工作量 04 题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 05 综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及问题难易度） 满分 5 5 5 5 10 5 10 5 5 5 10 5 10 5 5 5 指导教师 评 分 06 应用文献资料的能力 07 实验（设计）能力 08 计算能力（数据运算与处理能力等） 09 外文应用能力 能力水平80% 10 计算机应用能力 11 对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 12 插图（或图纸）质量 13 撰写水平 14 实用性与科学性 15 规范化程度（设计栏目合理、SI制的使用等） 16 创见性（只分“有”或“无” ） 总评分：______________ 成绩等级：__________ 指导教师评定意见： 指导教师签名： 年 月 日 注：1.评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90～100为优秀，80～89为良好，70～79为中等，60～69为及格，60分以下为不及格；2.此表用于指导教师对毕业设计成绩的评定。

（二）评阅教师评审用表 评价项目 选题质量20% 评价内容 01 选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求 02 题目的难易度 03 题目工作量 04 题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 05 综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及问题难易度） 满分 5 5 5 5 10 5 10 5 5 5 10 5 10 5 5 5 评阅教师评 分 06 应用文献资料的能力 07 实验（设计）能力 08 计算能力（数据运算与处理能力等） 09 外文应用能力 能力水平80% 10 计算机应用能力 11 对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 12 插图（或图纸）质量 13 撰写水平 14 实用性与科学性 15 规范化程度（设计栏目合理、SI制的使用等） 16 创见性（只分“有”或“无” ） 总评分：______________ 成绩等级：__________ 评阅教师评阅意见： 评阅教师签名： 年 月 日

注：1.评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90～100为优秀，80～89为良好，70～79为中等，60～69为及格，60分以下为不及格；2.此表用于评阅教师或专家对毕业设计成绩的评阅。

三、毕业设计答辩记录表 答 辩 会 议 纪 要 时 间 答辩主持人 姓 名 答 辩 小 组 成 员 职称 职称（职务） 地 点 姓 名 职务 职称（职务） 答辩中提出的主要问题及问题的简要情况记录： 记 录 人： 年 月 日

评语： 评定等级： 答辩负责人签名： 年 月 日 评语： 最终评定成绩等级： （公章） 负责人签名： 年 月 日 答辩小组意见 专业系毕业设计工作领导小组意见 注：毕业设计最终评定成绩根据指导教师评定成绩、评阅教师评定成绩和答辩小组评定成绩综合评定。