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郑州工业安全职业学院毕业论文（设计） 08 级 电气自动化 专业题 目： 家用智能电热水器的设计 毕业时间： 二O一一年六月 学生姓名： 桂文举 指导教师： 吴灿博 班 级： 08 级 电气自动化 2011 年 5月10日毕业论文（设计）成绩评定表学生姓名桂文举学号0803042216班级名称电气自动化08-1毕业论文（设计）课题名称智能家用电热水器控制器指导教师评语（应包括选题是否恰当、是否理论联系实际、论点是否正确、论证是否充分、语言是否通顺、结构是否合理、行文是否规范）：成 绩：指导教师签名： 年 月 日目录摘要：4关键词：4符号说明5一、应用前景6（1） 2008年国内电热水器产销量对比如下图1：7（2）2009年我国电热水器市场供需格局如下图2：8（3） 电热水器产品国内市场份额如下图3：8（4）供需状况分析及预测如下图4：9（5）市场价格分析及预测如下图5：9二、设计目标9（一）基于以上考虑, LZC-将实现如下的功能101. 按预设的温度对水胆进行加热控制：102. 可控恒温：103.定时加热功能：104. 温度与时间等的显示：105. 上水断电：106. 漏电保护：107. 干烧防护：108. 远程控制功能：109.控制器包括：10（二）智能电热水器控制器其特征在于：11（三）LZC-C硬件设计121. 技术指标及特点122 .MC68HC908GR8芯片简介123.系统结构141.电源与时钟电路：152.键盘：153.显示电路：154.实时水温及水位检测电路:155.漏电检测及报警电路156.加热及继电器失控保护电路：167.遥控部分：168.恒温检测原理：169、温度检测电路：17（四）温度检测程序设计17（五）键盘及显示部分的功能描述191.按键与显示器件的设置191.硬件电路设计202.按键信号的软件处理21（六）软件设计211.主程序：222.加热控制子程序：223.遥控信号处理子程序：225.定时控制的任务：236.漏电检测原理237.上水断电238、干烧防护24（七）设计扩展24参考文献：24致 谢25附原理总图26智能家用电热水器摘要：本文介绍了一种智能家用电热水器的设计，热水器是现代家庭日常生活中的一种清洁器具，可以为家庭提供沐浴及洗刷等日常生活用热水。它主要包括电热水器、燃气热水器和太阳能热水器，达到实用、快捷、节能的功能。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，随着高等教育发展的趋势，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。电子学是一门应用很广泛的科学技术，发展及其迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解,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。关键词： 智能热水器；motorola单片机；水温控制；定时加热； 漏电检测； 符号说明1 物理量符号说明C 电容F 频率I 电流n A/D 转换结果N 匝数R 电阻t 时间T 温度周期v、V 电位2 元器件符号说明C 电容D 二极管DZ 稳压二极管IC 光电耦合器M 电动机GJ 干簧管R 电阻SPK 蜂鸣器T 三极管一、应用前景 热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器.就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制,使用范围狭窄；燃气热水器由于以石油、天然气为燃料,而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求，且不利于环境，因此电热水器越来越受到消费者的青睐.根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。该中心预计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。现在市场上热水器主要品种有燃气热水器 电热水器和太阳能热水器其性能比较如下表11几种热水器的性能比较一般来说，燃气热水器具有价格低、加热快、出水量大、出水温度稳定等优点，但必须分室安装，且须由专业人员安装，并且燃气热水器不易调温，需定期除垢，在使用中还易产生有害气体，特别是使用液化石油气和人工煤气型的直排式燃气热水器，会产生轻度油烟，严重时甚至会危及生命。因此，燃气热水器是一种人命关天的特殊产品，即使有百分之一的疏忽，带给用户的危险将是百分之百。据不完全统计，仅上海、北京两地，1997年由此造成的中毒事故即超过200起，全国直排式热水器事故发生率仅排在交通和工业事故之后，列第三。而太阳能热水器，则因为其受外部环境影响较大、销售地域性强、产品工业化难度大等因素其市场占有率很低。电热水器具有干净、卫生、不必分室安装、不产生有害气体、调温方便等的优点，因而在近几年随着我国电力工业的发展和人们环保及安全意识的增强，家用电热水器获得了越来越多的消费者的青睐，成为少数几种畅销的家用电器产品之一。赛诺市场研究公司对全国45 个城市的306 家商场2002 年11 月至2003年11 月所作的零售检测数据显示，燃气类和电热类热水器的销售比例约为4_6，电热水器已经超出了燃气热水器，占据了热水器市场的大部分份额，并且在城市电网更大范围的改造和城市住房市场的大规模发展的带动下，今后几年我国电热水器市场将继续强劲增长。（1） 2008年国内电热水器产销量对比如下图1：1 2008年国内电热水器产销量对比（2）2009年我国电热水器市场供需格局如下图2：2 2009年我国电热水器市场供需格局（3） 电热水器产品国内市场份额如下图3：3电热水器产品国内市场份额（4）供需状况分析及预测如下图4：4供需状况分析及预测（5）市场价格分析及预测如下图5：5市场价格分析及预测二、设计目标目前市场上的电热水器有储水式电热水器和即热式电热水器两种。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-。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。（一）基于以上考虑, LZC-将实现如下的功能：1. 按预设的温度对水胆进行加热控制：水胆水温可在20 80_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_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。2. 可控恒温：出水用户可在20 55_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。3.定时加热功能：用户可任意设定24h 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. 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。5. 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。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. 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。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。（二）智能电热水器控制器其特征在于： 1.它包括两块相同的由微处理器、按键及其输入电路、LED指示灯及其驱动电路、液晶显示屏和蜂鸣器及其驱动电路、电源以及通讯电路构成的显示操作板，一块安装在热水器本体上，一块作为线控器通过较长的电缆线单独安装，也可以根据需要只安装其中一块显示操作板；按键开关作为输入电路直接与微处理器相连，LED指示灯通过其驱动电路与微处理器相连，液晶显示屏和蜂鸣器通过其驱动电路与微处理器相连，来自于主控板的电源通讯线直接与微处理器的通讯管脚相连，电源电路的电解电容器C10、独石电容器C11通过二极管D9 与来自于主控板电源通讯线相连； 2.它包括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，主控制板还具有独立于微处理器控制电路的含有温度传感器上下限检测电路、继电器驱动电路的安全电路。由第一路电阻R1、R2、R3，电容C1、第二路电阻R4、R5、 R6、电容C2以及电阻R7、电容C3和温度传感器RT1构成两段自动量程转换的温度测量电路，由微处理器控制大约在50时自动发生量程转换。继电器脉冲驱动电路由电阻R8R11，电解电容器C4C7，二极管D1D4构成，它通过反相器U1：A与微处理器相连，通过U1：B、U1：C输出到直流电源及电加热控制板。U6为实时时钟芯片，它直接与微处理器相连，微处理器通过它取得实时时钟信息。安全电路的温度传感器检测电路由传感器RT2，电阻R12R17、集成电路U2构成，安全电路的继电器驱动电路由集成电路U1：E、U1：F和二极管 D5、D6构成，由继电器驱动电路输出到直流电源及电加热控制板；3.它包括由直流电源电路、电加热控制电路组成的直流电源及电加热控制板。直流电源电路由变压器、二极管D10D14、C12电解电容器，C13独石电容器，三端稳压器U4构成。电加热控制电路由D14D17、J1-J4四个继电器构成； J1、J3是触点为常开触点的常开型继电器。J2、J4是触点为常闭触点的常闭型继电器。J2的常闭触点与J1的常开触点串联连接构成交流电火线控制电路，J3 的常闭触点与J4的常开触点串联连接构成交流电零线控制电路。J2、J4受控于主控板的安全电路，J1、J3受控于主控板的继电器脉冲驱动电路。 （三）LZC-C硬件设计1. 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：l 实时显示水温，范围为099l 可在2080范围任意设定水温l 具有预约功能，24h任意设定开机时间l 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l 可随时察看和校正系统时钟l 配有遥控器，控制更加简单方便l 超温断电保护并报警功能l 出现漏电流故障时，迅速切断电源并提示报警功能l 系统断电能保护设定数据2 .MC68HC908GR8芯片简介68HC08GR8图6根据以上功能要求，选择motorola公司的MC68HC908GR8作为控制核心。它的基本特性如下：采用模块化设计。主要的功能模块有中央处理器模块CPU08、时钟发生模块CGM、存储器模块MEMORY、模数转换模块ADC、多功能定时器接口模块TIM1和TIM2、时基模块TBM、串行通讯接口SCI、串行外设器件扩展接口SPI、并行接口、正常监视模块COP等。l 一个高性能的8位CPU内核，具有功能强速度快的特点。8MHz总线时钟频率,最短的指令周期为125ns，支持用c编译开发。l 64kB的可寻址地址空间。7680bytes快闪存储器（FLASH），具有在线编程能力和保护供能，可用来存储用户设定温度、时间，和采集温度相比较的回差数据等既需要掉电保护又需要读写的数据信息。386bytes数据存储器（RAM）。36B用户定义的矢量区。310B监控ROM.l 16种寻址方式，256条指令，使编程灵活方便，效率大大提高。l 中断系统功能强大，有24个中断源。l 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。l 定时基模块可产生周期性中断，用来编程日历钟，通过比较预约时间和日历时间实现预约功能。l 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。l 键盘中断KBI提供多个可屏蔽的外部中断。PPA0PTA3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。l 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。l 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。l 内置COP模块，完成Watchdog功能，防止软件死锁。l 两种节电方式（等待和停机）.CPU执行WAIT指令，使之进入WAIT 方式。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。3.系统结构温度检测水位检测漏电检测及保护预约指示加热保温指示蜂鸣器显示电路加热电路电源电路红外信号接收电路驱动电路驱动电路 主控制器系统组成框图7矩阵式键盘LCD显示红外信号发送 遥控器系统组成框图8系统分两个主要部分：热水器主控制器与遥控器，采用两片68HC908GR8分别实现。1.电源与时钟电路：电源电路由变压桥、整流桥、滤波电阻、压敏电阻和集成稳压电路MC7812T及MC7805T组成，可为控制器提供+5V和+12V电源.OSC1,OSC2外接8kHz晶体振荡器。2.键盘：控制器的功能及参数设定都是通过按键来实现，本系统主控制器两个按键完成直接加热及查询水位的功能，采用键盘中断模式，PTA2,PTA3作为按键的输入口。遥控器键盘采用矩阵式，当有按键按下是引发键盘中断，通过逐行扫描判断所按键号，送寄存器保存并发送，主程序接收到键号后在键盘处理程序中进行处理。机械式开关在断开和闭合瞬间有抖动过程，程序设计中采用软件延时消抖。3.显示电路：考虑到使用环境空气湿度较大，故主控制器显示采用LED数码管进行显示。采用SPI主方式扩展两片74LS164，作为七段显示器静态显示的段数据输出口。在无按键状态下，主控制器显示当前水温，遥控器显示当前时间；当进行设定或查询时，遥控器lcd及主控制器led均闪烁显示设定或查询信息，按键放开一定时间后自动返回一般状态。4.实时水温及水位检测电路:查表后得到实时水温。水位检测为三个并联的不同阻值的电阻，电路的电极电流较小(几个微安)，电腐蚀小，适用水电阻变化范围大(几K一100K欧)。某电阻所在水位未到达，电阻截止；水位到达，电阻导通，组成并联电路。将不同阻值所分得的电压经PTB1转换后，可判断出水位信息（高、中、低、干烧）。5.漏电检测及报警电路热水器工作环境潮湿，为了保证使用者安全，控制器应具备漏电检测功能。检测电路见附图，在正常情况下，流过磁环的电流大小相等，方向相反，磁环检测线圈无感应电流信号，漏电检测集成电路输出低电平。当出现漏电电流时，由了流过磁环的电流不平衡，于是磁环检测线圈感应出漏电信号，经集成电路M54123L放大输出高电平，经三极管倒相后输出至CPU。CPU接收到漏电信号，则停止加热保温及键盘操作，结束工程程序并发出报警信号，电源指示灯闪烁警示，蜂鸣器连续呜响。正常情况下，CPU每隔10ms就发出一个漏电保护可靠性自检脉冲，代替普通漏电开关的试验按钮，控制晶体管导通，于是磁环流过一个大于10mA的电流，该电流作为模拟漏电信号被磁环检测，经M54123L放大及三极管倒相后，输出至CPU。CPU自动判断是否为自检信号以及自检是否合格，有信号则自检合格，继续执行程序；无信号则自检不合格，自动停止加热保温及键盘操作，结束工作程序并发出报警 信号，电源指示灯闪烁警示，蜂鸣器连续呜响，从而确保电热水器的安全使用。在漏电保护及自检不合格情况下，只有关闭电源及排除故障后，重新接通电源才能工作。6.加热及继电器失控保护电路：在如图所示的电路中，在电脑电热水器正常工作状态下，二继电器动作触点对加热管的电源能执行双极断开，可有效地保证当停止加热时，加热系统可完全与外电隔离，两只单极继电器同时出现故障的几率是极低的，但在热水器正常寿命期间，单只继电器出现此故障却是极有可能的，而且，此时如不及时处理解决，另一继电器很有可能不久后也跟着产生此类故障而导致真正的危险。因此解决问题的关键是必须在有一继电器出现此故障后，系统可以及时检测到，并依靠另一暂时尚可以正常工作的继电器执行系统的安全保护措施采用如图所示的电路，可以有效地检测到两个继电器中任一个或同时两个触点出现粘死、不断开故障时的情况。7.遥控部分：采用简单控制电路，又不会减少功能，将有些硬件电路用软件实现，并且充分考虑到了抗干扰问题。整个遥控器由于电池供电需要节省能量，采用低功耗模式，系统不工作时处于stop状态，用键盘信号中断低功耗模式进入正常模式（按键唤醒系统），低压复位采用MC34064复位。键盘接入采用双列矩阵式，接入PTA0PTA3口，设置为keyboard状态，这样键盘一按下马上产生键盘中断（2*4），使系统由stop状态退出进入正常状态。晶振为6MHZ。红外信号输出采用软件编码方式，主控制器软件解码。为节省成本，显示采用LCD定制显示方式，时分割驱动方式(驱动使用4543驱动译码)。8.恒温检测原理：为对水胆水温、出水温度进行控制及显示，需对水胆水温与出水温度进行检测。对于热水器来说，温度控制与显示的精度要求并不高，因此本设计采用负温度系数（NTC）热敏电阻作为测温元件，利用NTC热敏电阻阻值随温度变化而改变的特性实现测温。NTC热敏电阻的阻值与温度的准确关系为：式中：Ro为温度为To时的电阻值，To为基准温度298.15K，即25，为材料系数。在水胆和混水管内各安装一个NTC热敏电阻，组成测温电路通过单片机对检测电路中特定的电压采样并进行转换，然后推算出水胆和混水管内的水温。9、温度检测电路： 图9为温度检测电路，其中Rt1、Rt2为NTC热敏电阻，分别安装于水胆和混水管内。当Rt1、Rt2随水胆温度和出水温度变化而改变时，电阻R1，R2上的电压也相应的发生变化。所选热敏电阻参数为R0为47K, 值为4050K。68HC08GR8的转换输入引脚，分别用与对电阻R1、R2上的电压进行采样，然后由片内的转换模块进行转换，转换的电压参考电压设置为单片机电源电压。 ， 图9 温度检测电路（四）温度检测程序设计 图10为温度检测流程。进行转换后，水胆水温检测和出水温度检测均进行相同的数值处理，将转换结果换算为温度值，因此换算过程编制成子程序，以调用子程序的方式进行。在不用水时，无需对出水温度进行控制，显示当前出水温度也无意义，因此不用水时不对出水温度进行检测。其中在第一次设置好转换通道及启动转换模块之后、开始转换之前为采样阶段，其间的程序执行时间应不小于所要求的最小采样时间t。 而在此之后的转换的采样阶段则穿插进行温度计算。 图10 温度检测程序流程（五）键盘及显示部分的功能描述键盘与显示部分是用户和热水器之间进行信息传递的界面，用户主要通过键盘实现对热水器的控制操作，并通过显示界面了解热水器的工作参数与状态。用户通过键盘进行的操作包括： 设定水胆温度、设定出水温度、设定开机时间、设定关机时间、调整当前时间、打开/关闭定时、打开/关闭加热。显示部分要显示当前水胆温度、当前出水温度、设定的水胆温度、设定的出水温度、当前时间、预定开机时间、预定关机时间这7 个数值项以及热水器的辅助工作状态，这些辅助工作状态包括是否处于漏电、干烧、定时工作状态，加热功能是否开启，另外在用户查看或进行操作设定时，提示用户当前显示的是什么数值项。1. 按键与显示器件的设置图11按键及显示面板示意图 显示部分设置了4位LED数码管、9只LED状态指示灯。4只数码管显示温度与时间值温度值，各显示为2位的十进制数，时间值的时和分也各显示为2位的十进制数，且中间隔以由2 只指示灯构成的时间分隔符“：”。各状态指示灯点亮时所表示的含义如下：“当前温度” 指示灯表示当前显示数值为当前的水胆温度/出水温度。“预设温度” 指示灯表示当前显示数值为预设的水胆温度/出水温度。时间分隔符“:” 表示当前显示数值为时间值。“定时开机”指示灯当时间分隔符同时点亮时，表示当前显示数值为预设的开机时间；当时间分隔符熄灭（显示温度）时，表示已启用定时开机功能。“定时关机”指示灯当时间分隔符同时点亮时，表示当前显示数值为预设的关机时间；当时间分隔符熄灭（显示温度）时，表示已启用定时关机功能。“开机”指示灯表示热水器正处于开机状态。“漏电”指示灯表示热水器发生漏电。“缺水”指示灯表示水胆缺水。当数码管切换到显示预设的开机或关机时间时，若相应的定时功能未开启，则数码管显示为“：”， 以此来区分定时开机或关机功能是否启用。控制器设置5个按键：“选择”、“设置”、“/开”、“/关” 、“复位”各按键功能如下：“选择”键用于切换数码管所显示的数值项。初始状态时，面板所显示的数值项为当前的水胆温度/出水温度，按动“选择”键可依次切换成显示设定的水胆温度/出水温度、当前时间、设定的开始加热时间、设定的停止加热时间，然后又回到当前的水胆温度/出水温度，按键5次为一个循环。“设置”键用于切换数值项的可调状态。当显示水胆温度/出水温度时，按“设置”键前温度值处于不可调状态，第一次按“设置”键后出水温度变为可调状态，再次按“设置”键后水胆温度变为可调状态，此后再按一次“设置”键又回复到不可调状态，每按3此为一个循环。当显示时间值时，情况与此类似。当某项数值为可调状态时，则闪烁显示该项数值。“/开”和“/关”键用于调整设定的水胆温度/出水温度、当前时间、设定的开始加热时间和停止加热时间，也可即时打开或关闭加热功能、打开或关闭定时加热功能。数码管当前显示项目为可调状态时，每按一次“/开”或“/关”键,被设置的数据值递增或递减,持续按键时被设置数值连续递增或递减调整温度值时,以1为调整单位；调整时间时，以1分钟为或1小时为调整单位；数码管当前显示项目不可调时，若显示项目为温度，则按“/开”或“/关”键将会立即打开或关闭加热功能；若显示项目为当前时间，则按“/开”或“/关”键将打开或关闭定时功能；若显示项目为预设的开始加热时间或终止加热时间，则“/开”或“/关”键将打开或关闭定时加热或定时关机功能。“复位”键用于将热水器恢复到此前的某工作状态。在用户进行某数值项调整过程中，按“复位”键取消该次调整。在热水器的正常工作过程中，按“复位”键将各工作参数恢复到初始值。热水器发生漏电或干烧后，按“复位”键使其恢复到正常工作状态。1.硬件电路设计本设计中的键盘采用独立式非编码键盘，每只按键占用单片机一个I/O口，5 只按键共占用5 个I/O 口RB1RB5。显示器件有4只LED数码管和9只（分8路）LED指示灯，其中8路指示灯实际上相当于一位LED数码管，只是它们的发光管分布不同而已。虽然68HC08GR8单片机的I/O口可直接驱动LED，但直接驱动需占用太多的I/O口，因此本设计中采用74LS164 移位寄存器来驱动LED，用单片机驱动多只LED数码管有很多种方法，按显示方分，有静态显示和动态（扫描）显示。静态显示就是显示驱动器件具有输出锁存功能，每个LED数码管用一个8D驱动器件驱动，单片机将所要显示的数据送出后就不要管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少CPU时间。动态显示时多位LED数码管的段选线并联在一起，通过共同的驱动器件来驱动，另外通过轮流选通各只数码管，使各个数码管轮流显示，利用发光显示器的余辉及人眼的视觉暂留特点，给人一种各个数码管同时被点亮的效果。动态显示需要单片机时刻对显示器进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间；而静态显示数据虽然稳定，每个显示单元都需要单独的显示电路，使用硬件较多。本设计中4位LED数码管与8路状态指示灯一起，相当于5个显示单元，由一片74LS164 驱动，即采用动态扫描方式，5个显示单元轮流显示。所采用的LED数码管为共阴极型，8路状态指示灯也是阴极并接在一起形成公共端。每个显示单元的公共端都通过一只由单片机控制的NPN型三极管接地，只有当其中的某个三极管导通时，该路显示单元才被点亮。这样单片机仅通过RC0与RC1这2个I/O 口，就可完成显示数据的传输。为进一步减少占用单片机I/O 口的数量，本设计把RB1RB5 端口设定为分时复用方式，当RB1RB5设定为输入时作为键盘输入检测端口RB1RB5 设定为输出时则用作显示控制。RB1RB5 端口作为显示控制时，5个端口轮流输出高电平，5只三极管轮流导通，使5 个显示单元轮流点亮。按键检测与显示控制电路如图12图12 按键检测与显示控制电路2.按键信号的软件处理按键信号处理包括三个方面的内容:（1）检测并判断是否有按键动作;(2)确定按键的键值;(3) 按键响应，即根据所按键值作出一系列的针对性处理。（六）软件设计统软件由主程序，中断服务程序及若干功能模块子程序组成。其中主控制器子程序包括A/D转换子程序（水位、水温），键盘处理及显示子程序，加热控制子程序（使用输出比较功能），红外信号接收子程序（使用输入捕捉功能），漏电、干烧保护子程序，TBM模块日历钟子程序，数据保存子程序，延时子程序等组成。中断主要有定时中断，键盘输入中断，TIM输入捕捉中断，TBM模块中断等。遥控器子程序主要有按键处理子程序，红外信号发射子程序，LCD显示子程序，TBM模块日历钟子程序。终端有定时中断，按键中断，TBM模块中断等。1.主程序：主程序要先初始化系统的工作参数，主要是CPU 的定时器，COP 模块、A/D转换、端口、键中断等的工作模式参数设定。之后系统主程序循环调用各个功能模块子程序。对相关事件的处理依靠标志位和判断标志位实现。2.加热控制子程序：判断标志位有否预约、加热标志。之后依流程进行处理。为防止加热丝频繁启动，加热控制采用回差控制，停止加热后只有实时水温低于目标温度一定温度后，才会再次启动加热丝工作。为满足不同功率要求，加热方式有快速加热和普通两种，在一般情况下及预约状态下均采用普通方式，以控制用电功率。3.遥控信号处理子程序：发送：当遥控器按键按下，设置标志位，并通过动态扫描方式读取键号，之后按标志位及键号利用输出比较进行编码发送。接收：利用输入捕捉功能获得建好，接受成功后设标志位并读取键号供主程序进行处理。上电复位初始化键盘检测调A/D子程序调显示子程序有故障否短时加热否关加热并报警设定定时模式否加热控制短时加热置短时加热标志到预定时间否加热