课程设计课程：光电传感器应用技术题目：智能家用电热水器学生姓名：xxx xxx学号：1108040114 1108040115 专业班级：光信息科学与技术1班指导教师：唐海波成绩：二○一四年五月十一日目录第1章绪论.......................................... - 1 -1.1 智能家用热水器的应用前景...................... - 1 -1.2 设计目标...................................... - 1 - 第2章 LZC-CI硬件设计................................ - 3 -2.1 LZC-I的功能................................... - 3 -2.2 关于MC68HC908GR8芯片简介 .................... - 4 -2.3技术指标及特点................................. - 5 -2.4 系统结构...................................... - 6 - 第3章温度检测程序设计............................. - 10 - 第4章软件设计..................................... - 12 - 结论.............................................. - 14 - 参考文献............................................ - 15 - 附：智能电热水器原理图.............................. - 16 -第1章绪论随着现代人们生活水平的不断提高，热水器作为现代家庭日常生活中的必须用品，在为家庭沐浴及洗刷等日常生活中扮演者极其重要的角色。

它主要包括电热水器、燃气热水器和太阳能热水器，种类繁多，极大地方便了人们的生活。

随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育的普遍发展，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。

实用、节能的智能电热水器更是得到人们的亲睐。

本文采用Motorola单片机作为控制器设计了一款智能家用电热水器，基本实现了智能控制功能。

1.1 智能家用热水器的应用前景目前市场上热水器主要有太阳能热水器、电热水器、燃气热水器。

太阳能热水器的优点是安全、节能、环保，但其使用受天气原因的影响较大,已不能满足人们的需求；电热水器的优点是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，减少了对环境的影响。

目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置，从根本上保障了人们的安全。

但其体积大，占据空间多，对电能浪费大，保养比较麻烦。

燃气热水器的优点是加热快、出水量大、温度稳定、结水垢少、占地小、不受水量控制。

缺点是使用时要排出大量的废气，废气中除了二氧化碳以外，还有一氧化碳，如果使用时关闭门窗，通风不良，一氧化碳会增加，严重时会发生中毒事故。

因此智能电热水器越来越受到消费者的青睐。

智能化技术的运用有两个好处，一是更方便，二是更节能，按照用户的使用习惯提前预先加热，让使用者随心享用热水。

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，减小热水器内外温差，因而大大减少保温加热次数，真正做到不拔插头更省电。

1.2 设计目标电热水器有即热式电热水器和储水式电热水器两种。

除具有前面所述的优点以外，两种电热水器比较起来又各具特点。

即热式热水器的优点是方便快捷、不占空间、安全、最大限度地减少了热量散失、出水温度恒定，缺点是功率较大，对电表、电线的要求较高，一般需要有至少30 安培的电表、4 平方毫米截面的铜线。

储水式电热水器的优点是：功率要求低，一般在1200W 至3000W 之间，比较著名的品牌多设定在1500W 以下，不必对家庭中原有的电表及电线加以改造；因可实现上水停电（用水时切断加热管电源），使用更安全，可实现定时加热，对安装了分时计价电表的用户来说使用更为经济；缺点是加热慢，所带保温储水罐占较大空间，不适合长时间连续用水，使用过程中大多需经常调节水温。

由于用电功率方面的原因，即热式电热水器尚未成为市场主流，储水式电热水器的市场份额已得到快速递增。

在电热水器控制技术的发展历程中，安全技术先后经历了水电分离、漏电保出、水断电等几次较大的技术升级。

在安全性提高的同时。

电热水器的节能性、多功能化、智能化也成为其主要发展方向。

从控制方式上来讲，原先大部分电热水器采用机械式温度控制，可靠性较差，一般只有简单的测量和控制，后来随着电子式控制的逐步发展应用，电热水器性能得到较大的提高。

现在市场上较为先进的储水式电热水器能实现按设定水胆温度进行加热、上水停电、漏电保护、定时加热等功能，但仍难以满足人们对现代化家电的使用要求。

在现如今众多的控制手段中，要满足低价格、高性能、尤其是智能化的要求，采用典型的嵌入式控制系统，因此我们采用Motorola单片机作为控制中心设计了这款智能家用电热水器LZC-I。

由于考虑到热水器的潮湿的工作环境对单片机的特殊要求，我们采用了摩托罗拉新推出的MC68HC08系列的单片机作为控制中心。

它具有抗干扰能力强,工作可靠稳定,自带flash闪存等特点,完全满足高性能的电热水器的控制要求。

同时考虑到家电业的激烈竞争，节约生产成本，我们用尽量简单的器件实现这些功能，并充分利用内外围功能，以提高产品的性价比，稍加改进，便能以较低成本应用于实际批量生产中。

第2章 LZC-I硬件设计2.1 LZC-I的功能1. 远程控制功能：用户可以通过任何一部双音频固定电话或手机遥控热水器的开/关温度设定等并可查询热水器的工作状态。

2. 上水断电：在用户用水时自动切断加热管电源使用起来更为安全。

3. 定时加热功能：用户可任意设定24小时开机时间和关机时间使热水器按设定的时段定时加热例如设定用电低谷时段进行加热这样可降低使用成本。

4. 可控恒温：出水用户可在20-55°C范围内任意设定出水温度由单片机控制按照用户设定的温度恒温出水。

5. 温度与时间等的显示：可显示当前及预设的水胆温度与出水温度当前时间预设的开/关机时间并有预约开/关机加热功能开关漏电干烧指示。

6. 漏电保护：在加热管等发生漏电时立即自动切断电源并向用户给出漏电报警信号。

7. 干烧防护：在水胆缺水情况下即刻切断加热管电源并给出报警信号。

8. 按预设的温度对水胆进行加热控制：水胆水温可在20 -80°C范围内任意设定，由单片机实现记忆和加热控制，在水胆温度到达预设温度后自动停止加热低于预设温度3°C以上时自动恢复加热。

用户可根据实际情况自行设定水胆温度例如热水需求量大时可调高水胆温度以满足用水需要而热水需求量少时则可将水胆温度调低以减少热量散失。

9. 控制器包括：两块相同的由微处理器、面板按键、LED指示灯和液晶显示屏及其输出电路组成的显示操作板；控制器包括一块由微处理器控制的具有两段自动量程转换的温度测量电路的、微处理器采用脉冲驱动电路驱动继电器的、具有实时时钟的主控制板，主控板上还具有独立于微处理器的包括温度传感器检测电路、继电器驱动电路的安全电路；控制器包括一块直流电源电路、电加热控制电路组成的直流电源及电加热控制板；主控板和显示操作板的接口电路使得主控板通过两根导线既能向显示操作板提供电源又能完成主控板与显示操作板之间的双向通讯。

主控板和显示操作板的通讯协议使得通讯不影响显示操作板上微处理器的电源供应。

当主控板上的微处理器发生故障时，微处理器脉冲驱动电路通过继电器断开电加热器与交流电源之间的连接。

当安全电路检测到温度超过报警值、温度传感器短路、温度传感器断路故障时，安全电路通过继电器断开电加热器与交流电源之间的连接。

本实用新型使用两块完全相同的显示操作板，方便安装调试与维护。

2.2 关于MC68HC908GR8芯片简介图2.1 MC68HC908GR8芯片MC68HC908GR8是一种低功耗，高性能的MC68HC08家族8-bit微控制器。

这个家族的所有微控制器都使用MC68HC08中央处理元，因模块类型，存储器容量，类型和封装形式不同而不同。

MC68HC908GR8特性包括：●基于C编译器的高性能MC68HC08结构优化●与M6805，M146805和M68HC05系列完全向上兼容的对象代码●8MHz内部总线频率●时钟发生模块支持1-MHz至8-MHz晶振●MSCAN08控制器●FLASH程序存储器具有保密功能●可与不需高压输入的个人计算机共同工作的片上编程硬件●系统内编程●系统保护特性●低功耗设计，完全静态的stop/wait模式●标准低功耗操作模式●主控复位引脚和上电复位引脚●串行外围接口模块●增强型串行通信接口模块●端口A，C和D输入引脚可选上拉网络●所有端口引脚10-mA大电流驱动吸收能力●16种寻址方式，256条指令，使编程灵活方便，效率大大提高。

●中断系统功能强大，有24个中断源。

●2个16位多功能定时/计数器（TIM1,TIM2）。

定时中断模块内部有一个16位的定时计数器TCNT,16位模寄存器TMOD,8位模块状态寄存器TSC及两个通道寄存器和通道控制寄存器。

每个通道有一个I/O口引脚，由用户选择这些引脚为一般I/O口线或专用I/O口线。

通过编程，可实现计数器、软件定时器、输出比较和输入捕捉等多种功能。

●内置6路8位逐次逼近式A/D转换，其中两路用于温度采集和水位采集。

●键盘中断KBI提供多个可屏蔽的外部中断。

PPA0~PTA3既可以作为键盘输入线按键时产生键盘中断，也可用作通用的I/O口。

●5个双向并行I/O口，21根口线，均可与其他模块共用。

其中A口、D口具有内部上拉电阻，并有一个上拉控制器，通过编程选择。

●增强型串行通讯口和串行外设接口。

其中SPI扩展为并行口驱动LED进行显示。

●两种节电方式（等待和停机）。

CPU执行WAIT指令，使之在WAIT方式时，停止时钟使CPU停止工作，其他功能模块可以继续工作，使工作电流I降至12mA。

在stop 模式下除IRQKBILVI可工作外，其他模块都停止工作。

内部和外部的复位即允许的中断请求信号可以使CPU退出WAIT模式。

外部中断键盘中断信号外部或LVI复位信号，可使CPU退出STOP模式。

2.3技术指标及特点控制器的最主要目的是对水温进行控制，除此之外还实现下述功能：(1).实时显示水温，范围为0-99℃(2).具有预约功能，24h任意设定开机时间(3).可在20-80℃范围任意设定水温(4).具有LED数码显示实时温度，进行设定操作时闪烁显示设定水温、时间，并有预约、保温/加热指示(5).配有遥控器，控制更加简单方便(6).可随时察看和校正系统时钟(7).超温断电保护并报警功能(8).系统断电能保护设定数据(9).出现漏电流故障时，迅速切断电源并提示报警功能2.4 系统结构图2.2 主控制器系统组成框图69HC908GR8 69HC908GR8是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。