所以选取电热水器的控制系统作为此次的研究课题是具有十分重要的意义的。
1.3研究现状
电热水器在中国的历史已经有10多年了，期间也经历了数次起落的过程，在上个世纪的最后几年，随着国外品牌的进入和国内一些大家电厂的目光转向电热水器，储水式电热水器能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水。使用时不产生废气，既安全又卫生。目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。干净卫生，不必分室安装，调温方便。随着技术的成熟，今后将朝着保温层整体发泡技术、温控器置入内胆、加热管下潜式设计、节能免更换几个方面发展。
热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。据国务院发展研究中心市场经济研究所统计数据表明：近年来我国热水器的销量每年以 25%的速度上升，在未来五年内，销售额每年可达近500亿以上。众所周知，燃气热水器因其安全隐患及越来越高的使用成本正渐渐淡出热水器市场，而太阳能热水器也因其严格受天气气候及安装条件影响而很难占据更大的市场份额，所以电热水器迅速崛起而不断壮大。为了满足人们对现代电器的智能化的要求，利用目前电子技术的最新成果改善电热水器的性能已经完全可能和必要。本课题将以单片机为控制核心，实现对热水器的自动控制,设计出一款具有自动化、智能化、易于操作、控制精度高、性价比高的电热水器控制系统。
1.4本文研究内容
1）本文所研究的电热水器控制系统由7个部分组成：单片机以及外部电路、电源电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路、加热控制电路和温度采集电路。
2）作为最重要的主控芯片，我们选用51系列单片机作为核心来进行此次的设计。单片机作为微型计算机的一种，是嵌入式微机系统，是作为其他系统的组成部分使用的，在物理结构上嵌于其它系统之中，英文为Embedded Systems。嵌入式系统将计算机硬件和软件结合起来，构成一个专门的计算装置，实现特定的功能。它是一个大系统或大的电子设备中的一部分，工作在一个与外界发生交互并受时间约束的环境中，在没有人工干预的情况下进行实时控制。自从20世纪70年代以来，单片机经历了初级、发展、高速发展三个阶段。单片机性能不断地完善，性能价格比显著提高，种类和型号快速增加。从性能和用途上看，单
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片机正朝着面向多层次用户的多品种多规格方向发展，哪一个应用领域前景广阔，就有这个领域的特殊单片机出现。近几年来，单片机以其集成度和性价比高、体积小等优点，在工业自动化、过程控制、数字仪器仪表、通信系统以及家用电器产品中有着不可替代的作用。
3)220V交流电加热装置的通断由继电器控制，其中继电器中的保险丝会在温度过高的情况下会熔断，防止加热管干烧，并且在单片机上还加上发光二极管显示加热电路的工作情况。
1.5本文结构
本文以对单片机的研究作为基础，对DS18B20及单片机控制显示，输入输出等方面进行了研究，全文分为6章，各章内容如下：
第一章主要介绍了电热水器控制系统的基本概念、特点研究现状，阐述了电热水器的研究背景以及研究意义，概括的阐述了本次设计的主要内容。
第二章表明了本次设计的技术指标要求，主要介绍了采用的几个设计方案与各自的优缺点，并在最后表明了本次设计最终所采用的方案。
第三章阐述所选择的几个重要元件的特点与性能第四章主要介绍了电热水器控制系统的硬件电路的设计，主要介绍了各模块的设计方案。
第四章对系统的硬件模块的设计进行阐述，对各硬件的原理及主要参数进行了描述。
第五章对系统的软件设计进行阐述，以流程图为线索对各个模块的软件程序的设计方案进行了介绍。
第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题与进一步的研究方向。
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第二章 电热水器控制系统设计方案
2.1系统功能说明
本设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，利用数字式温度传感器DS18B20作为温度采集装置采集温度，将温度信号传送给单片机后通过一片液晶显示屏显示出来。
系统工作的温度可以通过电路板上的按键自主进行设定。
系统采用了一个继电器，用单片机为主的控制系统控制继电器触电的吸合，来控制交流电加热电路，达到以弱电控制强电的目的。
系统必须设置温度报警系统，即达到设定温度的上限时扬声器报警，系统自动断电，当温度恢复时，系统重新恢复工作。
2.2系统主要实现功能
系统主要功能如下：
1）测量热水器内的温度，并通过显示屏实时显示温度值，显示范围为0℃~70℃。
2）正常状态下显示系统时钟。
3）可手动设定时钟时间即对时钟进行校准。
4）可以人工设定热水器内的烧水温度，范围在20℃~70℃之间，也可以无需设定，打开后自动烧水，温度上限为70℃。
5）具备定时功能，限定烧水时间。
6）可以立即开机或在24小时内任意设定开机时间。
7）当热水器内没有水时，有报警提示，并开关自动关闭，即有防止干烧功能。
8）要求热水器有一定的抗干扰的功能。
2.3系统整体设计方案
电热水器控制系统的整体设计方案包括硬件设计与软件设计方案，硬件方案主要是指以单片机为核心，包括外接的温度采集电路，实时时钟电路，键盘，热
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水器加热开关，液晶显示电路，报警电路以及复位电路。具体硬件框图如图2.1所示
温度采集模块 键盘 复位电路 实时时钟 晶振 电源 微 控 制 器 模 块 加热开关 液晶显示电路 功能指示电路 报警电路
图2.1 系统硬件框图 2.4方案论证
按照前面的课题要求，我们首先确定运用单片机AT89S52作为本次设计的核心部件。
在温度采集方面有多种选择，常见的温度传感器分为以下几种：热敏电阻式温度传感器、热电阻式温度传感器、热电偶式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能温度传感器。本次设计原本选择的是pt1000铂电阻温度传感器，其作为高精度的温度敏感元件，具有测温范围大，测温精度高，稳定性好，示值复现性高与耐氧化等特点，常被用作0℃~926℃温度区间内的标准温度计，其特性曲线为：-200°C~0°C时，Rt=R0[1+At+Bt2+c(t-100)t3]；0°C~650°C时，Rt=R0[1+At+Bt2]。（Rt为温度为t°C时热电阻的阻值，R0为0°C时的阻值，A、B、C为实验测定的常数，A=3.90802×10-2，B=5.802×10-7，C=-4.22×10-7）本系统使用的R0为1000Ω。而要将pt1000作为本次设计的元件，还需要语气配套的传感器测量电路与放大电路两部分，具体电路如图2.2所示。[12]
但是在实际购买时发现pt1000电阻由于价格过高，所以在最终设计中并没有采用pt1000作为测温元件来使用，同时，在同组同学推荐下采用了另一种集成式温度传感器DS18B20作为测温元件，DS18B20虽然测温范围比pt1000小，但是在满足本设计要求的基础上，其价格不到pt1000的一半，并且其硬件电路由于舍去了普通传感器所需附带的A/D电路的设计，所以其硬件电路的设计更加简单，所以采用了DS18B20作为最终设计中的测温元件。[11]
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图2.2 传感器放大电路 本次设计的要求是选择51单片机作为核心的处理器，但是市场上做51单片机的厂商有很多家，其中比较著名的有STC公司、MICROCHIP公司、德州仪器公司、Intel公司、ATMEL公司、Philips公司、Siemens公司。[9]
其中STC公司的STC单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC,4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。
还有MICROCHIP公司的PIC单片机，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片.
PHILIPS公司的PHLIPIS 51LPC系列单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。
ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容，静态时钟模式；AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机，也叫AVR单片机。
而作为第一次使用单片机做独立设计，我选用的是ATMEL公司的AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 储存器。使用Atmel 公司高密度非易失性储存器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序编程器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
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