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]

/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 TQM Journal. 2008.

barriers[J].

(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 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

作者姓名 开题时间 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

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。

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 职称 职称(职务) 姓 名 地 点 职务 职称(职务)

答辩主持人 姓 名 答 辩 小 组 成 员

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：

答辩 小组 意见

评定等级： 答辩负责人签名： 年 月 评语：

日

专业 系毕 业设 计工 作领 导小 组意 见

最终评定成绩等级：

(公章) 负责人签名： 年 月

日

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。