1. 绪 论
1.1 选题的背景、目的及意义
热水器作为我们日常生活中最为常见的电器之一，它的发展与我们的生活密切相关，从刚开始的燃气热水器开始，就给人们的生活方面带来了很多方便，能在冬天的时候洗一次热水器是多么惬意的事情啊。在当今科技快速飞跃的时代，各式各样的热水器不断的横空出世，优胜劣汰是大自然，生活中的固定规律。如果能在热水器发面增添更加安全，科技的元素，一定会在竞争占有一席之地。
作为中国最庞大的产业群——热水器行业，历来就有“三晋分立”之说。其大家族中的三“兄弟”：太阳能、燃气、电热水器。伴随着科技的发展，人们在环境，安全，快捷等方面的考虑及意识不断的增强的今天，热水器的实用性，安全性，智能化方面也将面临着市场的考验。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。根据最新的新闻报道，太阳能热水器和电热水器逐渐代取燃气热水器，成为热水器市场上最大的赢家。
据不完全统计，城市家庭热水器普及率在７０％左右。中国家电市场调查研究课题组经过近４年的连续性调查发现，我国城市家庭热水器产品的普及率基本稳定在７０％左右，城市家庭较高的普及率说明热水器市场总体上已进入成熟阶段。
燃气热水器可以连续供应热水，但其安全问题多年来一直困扰着消费者，虽然国家“西气东输”政策已实施，为燃气热水器的发展杀出了一点“血路”，但是消费者的安全心理不能彻底消除、使用成本高及寿命短又制约了燃气热水器的进一步发展，加之由于燃气资源相对缺乏，近几年其市场份额一直走低正是这些因素的综合反应。反观电热水器和太能热水器，则没有这方面的忧虑。
三大热水器：燃气热水器---廉颇老矣；电热水器---风头正劲；太阳能热水器---后劲十足。电热水器的优点：易安装，不受天气的影响，不收楼层和供电管道的限制，投入小，随着技术进步和新产品的开发，下置式，嵌入式等多种安装形式的电热水器先后上市，彻底摆脱了房间空间的限制。中央供水和数码智能的电热水器也全部都进入；额市场。电热水器的安全问题涉及到消费者的生命，又加上近些年的能源危机，人们生活节奏的加快，智能化电热水器越来越受到消费者的青睐。在当今社会，科技日新月异，热水器技术飞速发展，越来越多的科技成果被运用到热水器的制造当中。如今的热水器绝不是一个简单的加热系统，而是一种科技含量很高，很现代化的家电产品。
随着三峡工程的建设和我国城市加大电网扩容和老居民的电网改造，大功率电器的使用不再受限制。2002年居民用户的供电可靠率比1997年提高了4.3个百分点，推动了电热水器在城市的销量。国家对农村基础设施投入力度不断加大，加快农村电网建设和改造的步伐，家电消费环境大为改善，农电价格也相对下降，刺激了农民对
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论
家电的消费量，从而加快了农村家电的普及速度。我国占总人口60.9%的7.8亿农民，组成了2.38亿个家庭，任何家电商品的普及率只要提高1个百分点，就会增加238万台（件）的需求量。只要电热水器在安全，智能方面做得足够优秀，那么电热水器的发展就能保持着非常光明的前景。
随着我国人民生活水平逐渐的提高，其生活条件也有很大的改善，功能多样，科技含量高的智能化电器在人们日常生活中占有比重也越来越大，与家庭生活密切相关的热水器品种各式各样，花样翻新。所以就是在这样的背景下，本课题是选择基于at89s51单片机的智能电热水器的设计研究。
本课题的研究目的是根据人们对现代家庭舒适，安全，便利以及多元化信息服务
的需要，选择at89s51单片机设计出具有智能特征的电热水器。用at89s51作为控制芯片，就是为了能实现电热水器的智能化，能够持续稳定的热水供应，自动断电的安全功能，使得人们在洗浴时能够放心享受，有利于人们的身体健康，其务实性能快速满足人们对现代生活快节奏的需求。同时，正如上面内容所陈述的那样，从市场，从需求，从可持续发展性等一系列的分析和数据中我们能从中得出研究此课题的重要意义。
1.2 国内外研究状况和成果
电热水器分为即热式和储水式两种，就是用电加热水的一种装置。即热式电热水器，也叫快热式电热水器，指近几年一些生产厂家自行研制的专利产品或国外进口的技术含量较高的一些产品。不但具有能够即开即热，省时省电，节能环保等诸多优点，更是因其具有比普通电热水器更为可观的经济效益，越来越受到广大家电生产厂家和经销商的青睐。
在热水器的发展过程中，安全技术成为带动整个行业向上提升的决定性力量。热水器先后经历了水电分离，漏电保护器，出水断电，防电墙等四次较大的技术升级。
水电分离---从原始的直热式加热到采用水电完全分离的绝缘加热管，从而避免了水与电的直接接触，使一边加热一边洗浴成为可能。
漏电保护技术---从理论上讲，加热管迟早都会损坏的，一旦绝缘失效，就会导致水电接触，发生漏电，威胁用户生命安全。1997年，海尔等企业率先在热水器中采用漏电保护技术，保证了露点电流达到15毫安时，0.1秒内自动切断电源，保证使用者的生命安全。
出水断电技术---1999年，海尔研制成功了出水断电技术，使用户再打开热水器喷头同时自动切断电源，关闭喷头时自动通电加热，这样就避免了电带使用，使热水器的安全性能又提高了一大步。
防电墙技术---2002年，海尔发明了世界第一台带“防电墙”功能的热水器，
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论
决了因用电环境引起的安全问题，实现了从产品安全到洗浴安全的技术跨越。
经过了解，无论什么品牌的电热水器，内胆是电热水器的关键，产品内表面的处理非常重要，它是决定电热水器保修年限的主要依据。目前商场里所售的电热水器主要有以下三种内胆：
无氧紫铜内胆：应用在即热式电热水器上具有不可比拟的良好特性：它具有热传导快，耐压耐腐蚀，延展性好，抗菌抑菌等,无氧紫铜发热系统一般应用在欧美发达地区的即热式电热水器，大多数国际品牌均采用紫铜生产即热式电热水器的加热体，紫铜材料的特殊物理和化学特性,具有加热快速稳定、热效率高的特点。是目前世界上即热式电热水器行业中公认的符合环保健康潮流的、最成熟稳定的加热体。
不锈钢内胆：材质好，不易生锈，但焊缝隐患不易发现，经多次热胀冷缩后，不锈钢中的铬会被自来水中的氯离子腐蚀，时间长了可能会在焊接处漏水。
搪瓷内胆：内胆表面的瓷釉为非金属材料，不生锈，防腐蚀，以厚钢板做胆体，有较强的耐压能力，其中高釉包钢内胆防腐保温性能最佳，寿命更长。
除了对耐用性的要求不断追求，智能化技术运用是今后技术发展的一个总体趋势，智能化技术的运用有两个好处。一是更加方便，二是更加节能，按照用户的使用习惯提前预先加热，让使用者随心所欲享用热水，而在非用水时间则启动中温保温方程式，根据设定温度计算出最节能的保温温度，减少热水器内外温差，因而尽可能减少保温加热次数，真正做到更加省电。
从1979年诞生第一台热水器开始，热水器行业从为数不多的品牌发展到现在的品牌林立，从单一的燃气热水器发展到电热水器，太阳能热水器齐头并进，从产品的功能单一发展到今天功能多样，造型各异，色彩斑斓，甚至不少品牌还走出过门走向世界，整个行业取得了长足的进步。各大品牌争先恐后的退出了超大液晶屏，电子线控，超薄时尚，双管加热，漏电保护器，防电墙，多口出水等新技术。
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 总体方案设计
2.总体方案设计
2.1设计目标以及方案选择
目前家电市场上的电热水器有连续水流式，虽具有加热速度快和体积小的优点，但需要的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。而且市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，因此电热水器的智能化成为必然趋势。采用单片机来实现电热水器的智能化，主要是因为其采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别强。CPU可以直接对I/O口进行输入、输出操作及逻辑运算，并且具有很强的位处理能力，能有针对性的解决由简单到复杂各类控制任务。单片机做为嵌入式应用的微型计算机，由于其出色的性价比，极强的实用性，它取得了巨大的发展。
本设计是针对AT89S51单片机在检测和控制方面的应用。 首先单片机上电复位后对电加热丝供电进行加热，同时通过键盘接口电路输入设定的温度，并显示。同时通过DS18B20温度传感器测量水温并数码管显示，当水温达到设定温度后停止加热直到低于设定温度时重新加热。同时对水位进行检测，低水位进水。为了防止加热线圈的频繁启动造成的资源浪费和元件损坏，在软件设计设计上当与设定温度低三度时采用PWM脉宽调制。达到节能和延长加热丝寿命的效果。
方案一：以AT89S51单片机为控制中心的智能电热水器
AT89S51单片机具有结构简单、控制能力强、可靠性高、体积小、价格低等优点，在许多行业都得到了广泛的应用。以AT89S51单片机为核心，配以外围电路如时钟电路、复位电路、按键、显示器件即可构成交通灯系统，下图为硬件实现电路的方框图：
温度测量 电源电路 AT89S51单片加热电路 键盘电路 机 显示电路 水位检测
图2-1 AT89S51控制的智能电热水器
方案二：PIC16C72单片机为控制器件的智能电热水器 PIC16C72是美国微芯(Microchip)公司推出的8/11位单片机，采用宽字节单周期指令，哈佛双总线和RISC结构，其数据吞吐量最高可达6MIPS，这几乎是其它大多数8位微控制器速度的4倍128脚封装的PIC16C72单片机内集成了以下主要功能：2KB片内ROM程序存储器，128KB数据存储器；22位I/O线；5路8位A/D转换器
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