基于单片机的多段温控水壶设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

水是生命之源，热水壶在人们的生活中必不可少，随着人们生活水平的日益提高，人们对电水壶的功能也必然会提出新的要求：如何进行水温的控制以便引用，如何提高电热水壶的使用便捷性，如何确保水质的健康安全等等。而本次毕业设计的内容便是完成一个基于mcs—51单片机多种资源应用并具有综合功能的多段温控电热水壶的设计与开发，涉及到电水壶的智能创新，是与人们的日常生活密切相关的。

电水壶属于西式小家电，在中国发展的历史虽然短暂，但发展的速度非常迅猛。90年前，中国国内已有电水壶的生产，但主要供外销，欧洲是当时最大的电水壶进口市场。直到90年代后期，电水壶才走入中国商场，面向中国消费者^[1]。截至2018年国内的电水壶的市场容量约在每年600~700万台之间，几乎所有的小家电品牌都或多或少地参与了竞争。在盛行饮茶的英国，电水壶的普及率高达80%~90%，居世界第一位^[2]。我国饮茶传统悠久，而电水壶的普及率远低于英国，市场潜力巨大。随着消费者对电热水壶产品认识的不断提高，电热水壶在国内的市场容量仍将有大幅提升。其次，虽然我国饮水机的普及率较高，但是由于饮水机存在体积大，反复加热，存在二次污染等问题，也为电热水壶行业提供了机会。

目前市场上的电水壶产品分化较多，质量参差不齐，功能各异，但主要可以归类为以下以下两种：低端不智能电水壶和高智能化电水壶。低端不智能电水壶通过利用水沸腾时会产生蒸汽这一现象，用蒸汽压力控制开关的闭合来实现智能热水壶的控制，属于简单的机械式控制设计；而高智能化热水壶一类，通过温度传感器测温，将温度信号传送到单片机中进行处理，单片机根据温度传感器送来的温度信号，做出相应命令，控制热水壶的开关、功率等，能够实现温控，具有无水干烧断电、烧开断电、熔断断电3重保护，部分具备智能化的声光报警系统等功能。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 设计基本内容：采用单片机和传感器设计一个可以多段调温的电水壶加热系统

2.2 设计目标：

（1）可以根据不同的需求将水温调控到相应的温度点（40°、55°、85°和100°）

（2）能在调节到相应的温度点后持续保温，并实时显示水温

（3）具有对自来水烧开后除氯的功能

（4）防干烧

（5）温度精度0.5℃

2.3 技术方案

根据电热水壶的设计要求及相关模块适配性，初步确定电路系统模块如附图 所示 ：

图1 电水壶电路系统主要模块

由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，在这里选用ATMENL生产的AT89C51单片机。AT89C51与MCS-51相比有两大优势：第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。

数据显示模块是电水壶的一项重要功能，是人机交换的主要组成部分，它可以将测量电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来。数据显示部分可以采用LED数码管显示也可以采用LCD液晶显示。因为LCD液晶显示器直观性更好，用途也更广泛，最终选用了LCD液晶显示。

温度采集模块主要根据温度传感器的精度和可感温度范围来选择，数字温度传感器DS18B20 测温范围为-55℃～ 125℃，测温分辨率可达 0.0625℃，且体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，与本次设计的温度采集需求十分匹配，故选用DS18B20温度传感器。

在本系统中，设置报警的目的就是在实时温度达到预设定值时，发出声报警信号，提示用户，防止损坏器具。报警电路是由单片机的I/O口来控制的，当测量的温度超过系统设计所设定的数值时，通过程序使单片机的I/O值，从而三极管导通，使蜂鸣器SPEAKER发出报警声。

防干烧设计，在水壶底采用双金属片，两种不同温度系数的金属加工在一起，温度越高，两种金属的形变差异越大，温度超过100℃，形变到一定程度就压迫到电路开关，电水壶就断电了。

3. 研究计划与安排

（1）第1-4周：查阅相关资料，学习有关专业知识，完成外文翻译，撰写开题报告。

（2）第5-6周：合理选择并确定各模块元器件，设计完成单片机硬件电路。

（3）第7-10周：完成系统的全部软件设计，进行仿真。

4. 参考文献（12篇以上）

1. [1]马超. 电水壶正处于蓬勃发展期[j]. 现代家电,2016.12

   [2]李察 莫侯仕. 共同维护电水壶行业健康发展[j]. 现代家电,2018.11

   [3]范风强.单片机语言c51应用实战集锦[m]. 北京：电子工业出版社，2005

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