智能家用電熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）文獻(xiàn)綜述學(xué) 院 專業(yè)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師 職稱合作導(dǎo)師 職稱論文題目 智能家用電熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.國內(nèi)外現(xiàn)狀（1）研究背景熱水器是一種可供浴室，洗手間及廚房使用的家用電器。目前市場上熱水器主要品種有電熱水器、太陽能熱水器、燃?xì)鉄崴?就中國的具體情況而言,由于太陽能熱水器的使用受天氣原因的限制,使用范圍狹窄；燃?xì)鉄崴饔捎谝允?、天然氣為燃?而燃料供應(yīng)量又難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，且不利于環(huán)境，因此電熱水器越來越受到消費(fèi)者的青睞. 根據(jù)中國商業(yè)聯(lián)合會(huì)前不久的統(tǒng)計(jì)，電熱水器的市場份額在銷售數(shù)量和銷售收入兩個(gè)方面都已經(jīng)超過了長期以來占優(yōu)勢的燃?xì)鉄崴鳌Ｔ撝行念A(yù)計(jì)，在城市電網(wǎng)更大范圍改造和城市住房市場大規(guī)模啟動(dòng)的帶動(dòng)下，今后幾年我國電熱水器市場將呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長勢頭。一般來說，燃?xì)鉄崴骶哂袃r(jià)格低、加熱快、出水量大、出水溫度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但必須分室安裝，且須由專業(yè)人員安裝，并且燃?xì)鉄崴鞑灰渍{(diào)溫，需定期除垢，在使用中還易產(chǎn)生有害氣體，特別是使用液化石油氣和人工煤氣型的直排式燃?xì)鉄?水器，會(huì)產(chǎn)生輕度油煙，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜吧?。因此，燃?xì)鉄崴魇且环N人命關(guān)天的特殊產(chǎn)品，即使有百分之一的疏忽，帶給用戶的危險(xiǎn)將是百分之百。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅上海、北京兩地，1997 年由此造成的中毒事故即超過 200 起，全國直排式熱水器事故發(fā)生率僅排在交通和工業(yè)事故之后，列第三。而太陽能熱水器，則因?yàn)槠涫芡獠凯h(huán)境影響較大、銷售地域性強(qiáng)、產(chǎn)品工業(yè)化難度大等因素其市場占有率很低。 電熱水器具有干凈、衛(wèi)生、不必分室安裝、不產(chǎn)生有害氣體、調(diào)溫方便等的優(yōu)點(diǎn)，因而在近幾年隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展和人們環(huán)保及安全意識(shí)的增強(qiáng)，家用電熱水器獲得了越來越多的消費(fèi)者的青睞，成為少數(shù)幾種暢銷的家用電器產(chǎn)品之一。 并且在城市電網(wǎng)更大范圍的改造和城市住房市場的大規(guī)模發(fā)展的帶動(dòng)下，今后幾年我國電熱水器市場將繼續(xù)強(qiáng)勁增長。市場上傳電統(tǒng)的機(jī)械式熱水器控制精度低、可性靠差，甚至存在一定的危險(xiǎn)隱患。隨著社會(huì)的發(fā)展、人們生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)電熱水器的要求越來越趨向于智能化和數(shù)字化，這種老式而簡單的電熱水器已經(jīng)不能夠滿足人們的需要了。而智能化家用電熱水器正是適應(yīng)現(xiàn)代化智能家用電器趨勢而出現(xiàn)。它能提供用戶方便快捷的數(shù)字化輸入方式，并且能精確的采集和控制環(huán)境中的水溫，將其提供給用戶，因此備受人們的關(guān)注。 快熱式電熱水器在國外使用相當(dāng)廣泛，尤其是在歐美和東南亞地區(qū)。前些年，快熱式產(chǎn)品在國內(nèi)市場上曾經(jīng)出現(xiàn)過一段時(shí)間，由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)電力條件不成熟，對(duì)大功率的電產(chǎn)品一般無法正常使用，也沒有好技術(shù)來保證其質(zhì)量與安全，種種因素限制了其在國內(nèi)的發(fā)展。近幾年來，隨著人們生活水平的不斷提高，國家電網(wǎng)改造和相關(guān)規(guī)定的出臺(tái)，電力工業(yè)迅速發(fā)展，預(yù)示了即熱式產(chǎn)品在國內(nèi)的廣泛前景。通過檢測，快熱式比傳統(tǒng)的熱水器可節(jié)省 40%的能耗，用多少熱水加熱多少，沒有熱水用不完時(shí)的浪費(fèi)和使用中途熱水供應(yīng)不足的現(xiàn)象，熱水利用率 100%，因?yàn)樗炔恍枰崆邦A(yù)熱，也不需保溫，省去了大量的額外開支，給用戶帶來真正的實(shí)惠。市場上傳電統(tǒng)的機(jī)械式熱水器控制精度低、可性靠差，甚至存在一定的危險(xiǎn)隱患。而智能化家用電熱水器正是適應(yīng)現(xiàn)代化智能家用電器趨勢而出現(xiàn)。智能熱水器可實(shí)時(shí)顯示溫度、鍵盤輸入設(shè)定水溫、通過溫度比較進(jìn)行加熱控制等功能。 （2）國內(nèi)外研究成果熱水器內(nèi)膽最為關(guān)鍵，如果內(nèi)膽損壞就意味著整臺(tái)機(jī)器的報(bào)廢。與其他家用產(chǎn)品不同的是，電熱水器沒有必要進(jìn)行頻繁升級(jí)換代，出于安全性和經(jīng)濟(jì)性的考慮，熱水器的耐用性才是廠商需要絞盡腦汁考慮的?？照{(diào)的核心是壓縮機(jī)，電扇的核心是電機(jī)，熱水器的核心是內(nèi)膽，從一定意義來說，內(nèi)膽的品質(zhì)就代表了熱水器的品質(zhì)。目前的內(nèi)膽技術(shù)紛繁復(fù)雜，但究其本質(zhì)目標(biāo)是一樣的：保溫、耐壓、不生銹、無水垢、不滲水。市場上常見的內(nèi)膽類型有搪瓷內(nèi)膽、不銹鋼內(nèi)膽、鈦金內(nèi)膽、金圭內(nèi)膽等。搪瓷內(nèi)膽抗疲勞性差，不銹鋼內(nèi)膽焊縫容易漏水，目前比較先進(jìn)的內(nèi)膽主要是鈦金內(nèi)膽。除了對(duì)耐用性的不懈追求，智能化技術(shù)運(yùn)用是今后技術(shù)發(fā)展的一個(gè)普遍趨勢。燃?xì)鉄崴髟O(shè)有自動(dòng)恒溫控制，停氣自動(dòng)關(guān)機(jī)，超水溫泄壓等安全保護(hù)功能，即使臨時(shí)停氣，仍有儲(chǔ)存的熱水使用。智能化技術(shù)的運(yùn)用有兩個(gè)好處：一是更方便，二是更節(jié)能。按照用戶的使用習(xí)慣提前預(yù)先加熱，讓使用者隨時(shí)享用熱水。而在非用水時(shí)間則啟動(dòng)中溫保溫程序，根據(jù)設(shè)定溫度計(jì)算出最節(jié)能的保溫溫度，減小熱水器內(nèi)外溫差，因而大大減少保溫加熱次數(shù)，真正做到不拔插頭更省電。在節(jié)能上冰箱等家電產(chǎn)品已經(jīng)走在了前面，熱水器這種用電量很大的產(chǎn)品更加應(yīng)該推進(jìn)節(jié)能技術(shù)的普及。對(duì)于傳統(tǒng)的電熱水器行業(yè)而言，要想出現(xiàn)本質(zhì)性的突破幾乎是不可能的，而在功能上不斷提升，抓住人性化需求，卻是一條可行之路。而事實(shí)也正是如此。阿里斯頓、比利奇、史密斯、海爾、美的爭先恐后推出了超大液晶屏、電子線控、超薄時(shí)尚、雙管加熱、漏電保護(hù)器、防電墻、多口出水等新技術(shù)，尤其是海爾，甚至在電熱水器上增加了按摩功能，專門的噴霧按摩噴嘴，讓消費(fèi)者可以足不出戶就感受按摩的快樂。西門子智能電熱水器，采用德國新電腦溫控技術(shù)，確保出水溫度均勻恒定，使沐浴成為真正的享受。西門子家電集團(tuán)采用西門子在電站技術(shù)上的強(qiáng)大防漏電安全技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出獨(dú)有的 ELCB 德國安全專家模式功能。除具有正常的防漏電裝置外，還具備安全電流自我檢測功能，隨時(shí)檢測防漏電系統(tǒng)是否正常工作，雙重保險(xiǎn)將個(gè)體與電源完全分開，杜絕意外發(fā)生。櫻花 IMES 智能記憶節(jié)能系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)單時(shí)段節(jié)能模式，提供了獨(dú)一無二的三時(shí)段定時(shí)預(yù)熱和七種供水模式，其工作過程“聰明伶俐”，它不斷自動(dòng)存儲(chǔ)、分析主人近一個(gè)月用水的具體數(shù)據(jù)，以最經(jīng)濟(jì)的模式提前為主人準(zhǔn)備熱水，真正實(shí)現(xiàn)全天候節(jié)能供水。特別是還具備體貼的停電數(shù)據(jù)保留功能，就算停電 48 小時(shí)，也能自動(dòng)記憶所有參數(shù)，讓主人毫無后顧之憂。全新的智能中溫保溫功能，徹底彌補(bǔ)了傳統(tǒng)中溫保溫的缺陷，根據(jù)設(shè)定水溫、環(huán)境、季節(jié)的不同，自動(dòng)選擇最節(jié)能的保溫狀態(tài)，避免固定中溫技術(shù)大幅度溫差造成不必要的浪費(fèi)，縮短加熱時(shí)間，切實(shí)做到省電節(jié)能。配合特有超厚高密度聚氨脂發(fā)泡層，節(jié)能指標(biāo)全面達(dá)到國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然倍受信賴。完美 的節(jié)能系統(tǒng)整合，把 IMES 智能記憶作為系統(tǒng)節(jié)能的核心，將各種節(jié)能的細(xì)節(jié)整合到盡善盡美，智能記憶與自動(dòng)加熱技術(shù)的融合應(yīng)用，自動(dòng)加熱、實(shí)時(shí)加熱、定時(shí)加熱三種工作模式任意選擇。就中國的具體情況而言,其研究成果雖稍遜于國外，但是學(xué)者們也在努力尋求技術(shù)的突破，比如海爾就走在了同行的前面。近日，海爾推出了一款全新產(chǎn)品——銀海象 A6 智能專家，成為國內(nèi)第一款具備記憶和計(jì)算能力雙重智能的熱水器。 能記是 A6 的最大特色。它獨(dú)有的斷電自動(dòng)記憶功能，即使突然停電，系統(tǒng)也會(huì)將之前設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)保存，從而在來電開機(jī)時(shí)仍保持原有設(shè)計(jì)，無需重新設(shè)置，方便簡單。 會(huì)算是 A6 的又一特色。許多熱水器也有預(yù)約功能，但預(yù)約的都是加熱時(shí)間。用戶一般不知道該提前多長時(shí)間加熱，因此不是早了就是晚了。而 A6 產(chǎn)品只需設(shè)定好你的洗浴時(shí)間即可。它會(huì)自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前的室溫及水溫計(jì)算好所需的加熱時(shí)間，并自動(dòng)提前加熱，從而可以最大限度的減少用電損耗。除了能記會(huì)算，A6 的外觀也獨(dú)具一格。它使用 LED 超大顯示屏，清晰明了；同時(shí)，A6 引入無線智能遙控技術(shù)，不僅使熱水器安裝徹底擺脫了高度的限制，操作更自由方便。另外，A6采用了下傾式控制面板，實(shí)現(xiàn)半隱藏式安裝，使浴室裝修更完美。 此外，A6 的節(jié)能效果同樣出色，智能預(yù)約、中溫保溫、分層加熱等讓您省錢到家。實(shí)驗(yàn)證明，僅中溫保溫一項(xiàng)技術(shù)，就能在 24 小時(shí)內(nèi)節(jié)能約 0.33 度。如深圳市明佳實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司獲得了 19 項(xiàng)熱水器發(fā)明專利的授權(quán)。在熱水器研發(fā)中模擬大自然中的負(fù)離子功效，利用熱水器的電能、空氣氣壓、水壓形成的勢能和動(dòng)能，作用于空氣或水中的水分子使其發(fā)生破裂，使空氣中帶負(fù)電荷的氧分子和微小的水分子結(jié)合，生成大量的負(fù)離子。二.研究方向目前市場上的電熱水器分連續(xù)水流式和貯水式，前者雖具有加熱速度快和 體積小的優(yōu)點(diǎn)，但需要的功率大，大多數(shù)家庭供電線路難以承受。而市場上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，生活質(zhì)量的提高使得消費(fèi)者對(duì)電熱水器功能提出延伸至全新的概念層面。熱水器技術(shù)未來將繼續(xù)朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展：(1)智能化：從最初的手動(dòng)旋鈕調(diào)節(jié)發(fā)展到如今數(shù)字化調(diào)節(jié)方式；(2)節(jié)能技術(shù)：從最初機(jī)械結(jié)構(gòu)上的保溫節(jié)能到控制技術(shù)上的定時(shí)加熱或分步加熱技術(shù)轉(zhuǎn)變，由于在水溫很高時(shí)熱量流失較快，所以未采用該類技術(shù)的產(chǎn)品需要長時(shí)間在高溫區(qū)反復(fù)加熱，不僅啟動(dòng)頻繁，而且耗電量很大，如果用戶可根據(jù)自己的實(shí)際需要設(shè)定好規(guī)定時(shí)段以進(jìn)行定時(shí)倒計(jì)時(shí)加熱，則能將保溫耗電降至最低；(3)安全穩(wěn)定性：由于電熱水器不同于一般的家電產(chǎn)品，涉及到人身安全，所以安全問題一直是各大廠家考慮的重點(diǎn)。隨著現(xiàn)在各種安全技術(shù)在電熱水器設(shè)計(jì)中的普遍應(yīng)用，用電環(huán)境的日益規(guī)范，以及國家對(duì)電熱水器實(shí)行強(qiáng)制認(rèn)證，安全技術(shù)已經(jīng)成為衡量電熱水器的重要標(biāo)準(zhǔn)。其中安全技術(shù)主要體現(xiàn)在能自動(dòng)檢測熱水器是否處于正常工作狀態(tài)，并具有調(diào)溫、恒溫、防干燒、防超高溫、防漏電等多項(xiàng)自檢功能，使用戶在使用過程中安全更有保障。此外，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線遠(yuǎn)程控制也將是新一代電熱水器的發(fā)展方向，用戶可以通過任何一部雙音頻固定電話或手機(jī)遙控?zé)崴鞯拈_/關(guān)、溫度設(shè)定等，并可查詢熱水器的工作狀態(tài)。現(xiàn)在市場上較為先進(jìn)的儲(chǔ)水式電熱水器能實(shí)現(xiàn)上述等功能，但仍難以滿足人們對(duì)現(xiàn)代化家電的使用要求。在現(xiàn)如今眾多的控制手段中，要滿足低價(jià)格、高性能、尤其是智能化的要求，采用典型的嵌入式控制系統(tǒng)——單片機(jī)為核心的控制器應(yīng)為首選。本課題的研究方向是對(duì)溫度進(jìn)行精確控制，采用高性能的溫敏電阻實(shí)時(shí)采集熱水器內(nèi)水溫，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)后送單片機(jī)，可用高清晰度的數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。設(shè)計(jì)可靠的水位采集電路，實(shí)時(shí)采集水位供查詢時(shí)進(jìn)行顯示，當(dāng)水位過低時(shí)給出提示并停止加熱，防止干燒功能。該智能熱水器應(yīng)具有以下功能 : ( 1) 使用高清晰度數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示水溫。（2）采集水位并顯示。（3）當(dāng)水位過低時(shí)給出提示并停止加熱。 3、進(jìn)展情況本系統(tǒng)應(yīng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，電源模塊，人機(jī)交互模塊，聲音提示模塊，溫度檢測控 制模塊和水位檢測控制模塊等六個(gè)模塊。，單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊是該系統(tǒng)最為核心的部分，用于實(shí)現(xiàn) 對(duì)其他模塊的控制功能; 電源模塊為系統(tǒng)提供電源; 人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和外部的信息傳遞; 聲音提示模塊用于發(fā)音提示熱水器當(dāng)前水位狀態(tài); 溫度檢測控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的檢測與控制; 水位檢測控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的檢測與控制。本系統(tǒng)的控制過程如下: 首先通過人機(jī)交互模塊設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即根據(jù)人們需要設(shè)定水位與溫 度值，接著通過水位檢測控制模塊檢測水箱中水位并 控制水量進(jìn)出，然后通過溫度檢測控制模塊對(duì)加熱電 阻進(jìn)行控制，同時(shí)溫度檢測控制模塊檢測水箱中溫度， 并通過顯示模塊將實(shí)時(shí)測量的水位、溫度信號(hào)值發(fā)送 給液晶顯示屏顯示。本系統(tǒng)確保電熱水器能在安全狀 態(tài)下工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電熱水器的智能控制。4、存在的問題目前市場上的家用熱水器控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問題，很多控制器只具有溫度和水位的顯示功能，而不具備溫度和水位的即時(shí)控制功能。即使一些熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于不能控制加熱時(shí)間及水位而產(chǎn)生過燒， 從而浪費(fèi)電能，甚至?xí)鸹馂?zāi)等重大事故，造成人身及財(cái)產(chǎn)損失。電熱水器消費(fèi)者普遍反映產(chǎn)品使用過程中存在水垢問題，一般 50 L 的電熱水器 2 個(gè)小時(shí)就能燒熱了，如果內(nèi)膽結(jié)了水垢，要花三四個(gè)小時(shí)。水垢的嚴(yán)重危害在于容易導(dǎo)致電熱水器金 屬發(fā)熱管氧化，不僅降低加熱效率，還會(huì)損害內(nèi)膽的絕緣層，以致水被通電后，如果有人沐浴便可能導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。而水垢不僅會(huì)造成水路不暢、漏水，增加電耗甚至發(fā)生漏電危險(xiǎn)，縮短熱水器使用壽命，更嚴(yán)重的是對(duì)人體健康的損害。另一個(gè)問題是環(huán)境漏電問題,2010 年 6 月，南京師范大學(xué)一名學(xué)生在宿舍洗澡時(shí)觸電，最終導(dǎo)致死亡。同年 7 月，浙江杭州一對(duì)年輕人在使用電熱水器洗澡時(shí)，不幸觸電，經(jīng)搶救無效身亡。2011 年 7 月 18 日凌晨 1 時(shí)許，一個(gè)女孩在衛(wèi)生間洗澡時(shí)不慎觸電，男友郭某看到后急著想把女友救出來，可是當(dāng)手觸到帶電的蓮蓬頭時(shí)，卻不慎被蓮蓬頭上的電流“吸”住，并長達(dá) 3 min，最終死亡。警方初步判斷，這場悲劇的罪魁禍?zhǔn)祝闶切l(wèi)生間的漏電電熱水器。根據(jù)海爾與中消協(xié)在幾年前一項(xiàng)對(duì)中國 23 個(gè)城市的用電環(huán)境調(diào)查表明，在電熱水器漏電事故中，由環(huán)境 漏電引起的占 7 成。專家介紹說，電熱水器安全與否涉及到整個(gè)產(chǎn)品的每一個(gè)部件，比如內(nèi)膽、加熱管、溫控器等，而多數(shù)漏電傷人事故是由于用電環(huán)境隱患造成 的。大部分消費(fèi)者在使用電熱水器時(shí)都存在嚴(yán)重的用電安全隱患，沒有可靠接地線的超過半數(shù)以上，而且還有 不少家庭的電線存在著線路老化、線路負(fù)荷不達(dá)標(biāo)、地線失效、使用劣質(zhì)插座、安裝時(shí)接錯(cuò)線等問題。即使購 買的電熱水器是合格的，但如果用電環(huán)境存在安全隱患，電源沒有有效的“接地”，也可能發(fā)生水管、淋浴 水等非絕緣體帶電，甚至釀成觸電事故。5、參考文獻(xiàn)[1]郇玉龍,趙寧,盧洪武.用 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