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畢業(yè)論文（設計）文獻綜述學 院 專業(yè)學生姓名 學號指導教師 職稱合作導師 職稱論文題目 智能家用電熱水器控制系統(tǒng)設計1.國內外現(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、燃氣熱水器.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；燃氣熱水器由于以石油、天然氣為燃料,而燃料供應量又難以滿足人們日益增長的需求，且不利于環(huán)境，因此電熱水器越來越受到消費者的青睞. 根據(jù)中國商業(yè)聯(lián)合會前不久的統(tǒng)計，電熱水器的市場份額在銷售數(shù)量和銷售收入兩個方面都已經(jīng)超過了長期以來占優(yōu)勢的燃氣熱水器。該中心預計，在城市電網(wǎng)更大范圍改造和城市住房市場大規(guī)模啟動的帶動下，今后幾年我國電熱水器市場將呈現(xiàn)強勁增長勢頭。一般來說，燃氣熱水器具有價格低、加熱快、出水量大、出水溫度穩(wěn)定等優(yōu)點，但必須分室安裝，且須由專業(yè)人員安裝，并且燃氣熱水器不易調溫，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氣熱 水器，會產(chǎn)生輕度油煙，嚴重時甚至會危及生命。因此，燃氣熱水器是一種人命關天的特殊產(chǎn)品，即使有百分之一的疏忽，帶給用戶的危險將是百分之百。據(jù)不完全統(tǒng)計，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，則因為其受外部環(huán)境影響較大、銷售地域性強、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、調溫方便等的優(yōu)點，因而在近幾年隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展和人們環(huán)保及安全意識的增強，家用電熱水器獲得了越來越多的消費者的青睞，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)展的帶動下，今后幾年我國電熱水器市場將繼續(xù)強勁增長。市場上傳電統(tǒng)的機械式熱水器控制精度低、可性靠差，甚至存在一定的危險隱患。隨著社會的發(fā)展、人們生活質量的提高，人們對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，因此備受人們的關注。 快熱式電熱水器在國外使用相當廣泛，尤其是在歐美和東南亞地區(qū)。前些年，快熱式產(chǎn)品在國內市場上曾經(jīng)出現(xiàn)過一段時間，由于當時國內電力條件不成熟，對大功率的電產(chǎn)品一般無法正常使用，也沒有好技術來保證其質量與安全，種種因素限制了其在國內的發(fā)展。近幾年來，隨著人們生活水平的不斷提高，國家電網(wǎng)改造和相關規(guī)定的出臺，電力工業(yè)迅速發(fā)展，預示了即熱式產(chǎn)品在國內的廣泛前景。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，沒有熱水用不完時的浪費和使用中途熱水供應不足的現(xiàn)象，熱水利用率 100%，因為它既不需要提前預熱，也不需保溫，省去了大量的額外開支，給用戶帶來真正的實惠。市場上傳電統(tǒng)的機械式熱水器控制精度低、可性靠差，甚至存在一定的危險隱患。而智能化家用電熱水器正是適應現(xiàn)代化智能家用電器趨勢而出現(xiàn)。智能熱水器可實時顯示溫度、鍵盤輸入設定水溫、通過溫度比較進行加熱控制等功能。 （2）國內外研究成果熱水器內膽最為關鍵，如果內膽損壞就意味著整臺機器的報廢。與其他家用產(chǎn)品不同的是，電熱水器沒有必要進行頻繁升級換代，出于安全性和經(jīng)濟性的考慮，熱水器的耐用性才是廠商需要絞盡腦汁考慮的。空調的核心是壓縮機，電扇的核心是電機，熱水器的核心是內膽，從一定意義來說，內膽的品質就代表了熱水器的品質。目前的內膽技術紛繁復雜，但究其本質目標是一樣的：保溫、耐壓、不生銹、無水垢、不滲水。市場上常見的內膽類型有搪瓷內膽、不銹鋼內膽、鈦金內膽、金圭內膽等。搪瓷內膽抗疲勞性差，不銹鋼內膽焊縫容易漏水，目前比較先進的內膽主要是鈦金內膽。除了對耐用性的不懈追求，智能化技術運用是今后技術發(fā)展的一個普遍趨勢。燃氣熱水器設有自動恒溫控制，停氣自動關機，超水溫泄壓等安全保護功能，即使臨時停氣，仍有儲存的熱水使用。智能化技術的運用有兩個好處：一是更方便，二是更節(jié)能。按照用戶的使用習慣提前預先加熱，讓使用者隨時享用熱水。而在非用水時間則啟動中溫保溫程序，根據(jù)設定溫度計算出最節(jié)能的保溫溫度，減小熱水器內外溫差，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)品更加應該推進節(jié)能技術的普及。對于傳統(tǒng)的電熱水器行業(yè)而言，要想出現(xiàn)本質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、超薄時尚、雙管加熱、漏電保護器、防電墻、多口出水等新技術，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，確保出水溫度均勻恒定，使沐浴成為真正的享受。西門子家電集團采用西門子在電站技術上的強大防漏電安全技術為基礎，開發(fā)出獨有的 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，隨時檢測防漏電系統(tǒng)是否正常工作，雙重保險將個體與電源完全分開，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)單時段節(jié)能模式，提供了獨一無二的三時段定時預熱和七種供水模式，其工作過程“聰明伶俐”，它不斷自動存儲、分析主人近一個月用水的具體數(shù)據(jù)，以最經(jīng)濟的模式提前為主人準備熱水，真正實現(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，也能自動記憶所有參數(shù)，讓主人毫無后顧之憂。全新的智能中溫保溫功能，徹底彌補了傳統(tǒng)中溫保溫的缺陷，根據(jù)設定水溫、環(huán)境、季節(jié)的不同，自動選擇最節(jié)能的保溫狀態(tài)，避免固定中溫技術大幅度溫差造成不必要的浪費，縮短加熱時間，切實做到省電節(jié)能。配合特有超厚高密度聚氨脂發(fā)泡層，節(jié)能指標全面達到國家專業(yè)標準，當然倍受信賴。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)能的細節(jié)整合到盡善盡美，智能記憶與自動加熱技術的融合應用，自動加熱、實時加熱、定時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，但是學者們也在努力尋求技術的突破，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，成為國內第一款具備記憶和計算能力雙重智能的熱水器。 能記是 A6 的最大特色。它獨有的斷電自動記憶功能，即使突然停電，系統(tǒng)也會將之前設置的參數(shù)自動保存，從而在來電開機時仍保持原有設計，無需重新設置，方便簡單。 會算是 A6 的又一特色。許多熱水器也有預約功能，但預約的都是加熱時間。用戶一般不知道該提前多長時間加熱，因此不是早了就是晚了。而 A6 產(chǎn)品只需設定好你的洗浴時間即可。它會自動根據(jù)當前的室溫及水溫計算好所需的加熱時間，并自動提前加熱，從而可以最大限度的減少用電損耗。除了能記會算，A6 的外觀也獨具一格。它使用 LED 超大顯示屏，清晰明了；同時，A6 引入無線智能遙控技術，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，智能預約、中溫保溫、分層加熱等讓您省錢到家。實驗證明，僅中溫保溫一項技術，就能在 24 小時內節(jié)能約 0.33 度。如深圳市明佳實業(yè)發(fā)展有限公司獲得了 19 項熱水器發(fā)明專利的授權。在熱水器研發(fā)中模擬大自然中的負離子功效，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，使空氣中帶負電荷的氧分子和微小的水分子結合，生成大量的負離子。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，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，生活質量的提高使得消費者對電熱水器功能提出延伸至全新的概念層面。熱水器技術未來將繼續(xù)朝著以下幾個方面發(fā)展：(1)智能化：從最初的手動旋鈕調節(jié)發(fā)展到如今數(shù)字化調節(jié)方式；(2)節(jié)能技術：從最初機械結構上的保溫節(jié)能到控制技術上的定時加熱或分步加熱技術轉變，由于在水溫很高時熱量流失較快，所以未采用該類技術的產(chǎn)品需要長時間在高溫區(qū)反復加熱，不僅啟動頻繁，而且耗電量很大，如果用戶可根據(jù)自己的實際需要設定好規(guī)定時段以進行定時倒計時加熱，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。隨著現(xiàn)在各種安全技術在電熱水器設計中的普遍應用，用電環(huán)境的日益規(guī)范，以及國家對電熱水器實行強制認證，安全技術已經(jīng)成為衡量電熱水器的重要標準。其中安全技術主要體現(xiàn)在能自動檢測熱水器是否處于正常工作狀態(tài)，并具有調溫、恒溫、防干燒、防超高溫、防漏電等多項自檢功能，使用戶在使用過程中安全更有保障。此外，隨著無線通信技術的發(fā)展，無線遠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遙控熱水器的開/關、溫度設定等，并可查詢熱水器的工作狀態(tài)?，F(xiàn)在市場上較為先進的儲水式電熱水器能實現(xiàn)上述等功能，但仍難以滿足人們對現(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)——單片機為核心的控制器應為首選。本課題的研究方向是對溫度進行精確控制，采用高性能的溫敏電阻實時采集熱水器內水溫，將溫度信號轉變?yōu)殡妷盒盘柡笏蛦纹瑱C，可用高清晰度的數(shù)碼管進行實時顯示。設計可靠的水位采集電路，實時采集水位供查詢時進行顯示，當水位過低時給出提示并停止加熱，防止干燒功能。該智能熱水器應具有以下功能 : ( 1) 使用高清晰度數(shù)碼管實時顯示水溫。（2）采集水位并顯示。（3）當水位過低時給出提示并停止加熱。 3、進展情況本系統(tǒng)應包括單片機最小系統(tǒng)模塊，電源模塊，人機交互模塊，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模塊。，單片機最小系統(tǒng)模塊是該系統(tǒng)最為核心的部分，用于實現(xiàn) 對其他模塊的控制功能; 電源模塊為系統(tǒng)提供電源; 人機交互模塊實現(xiàn)單片機和外部的信息傳遞; 聲音提示模塊用于發(fā)音提示熱水器當前水位狀態(tài); 溫度檢測控制模塊實現(xiàn)對水溫的檢測與控制; 水位檢測控制模塊實現(xiàn)對水位的檢測與控制。本系統(tǒng)的控制過程如下: 首先通過人機交互模塊設定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即根據(jù)人們需要設定水位與溫 度值，接著通過水位檢測控制模塊檢測水箱中水位并 控制水量進出，然后通過溫度檢測控制模塊對加熱電 阻進行控制，同時溫度檢測控制模塊檢測水箱中溫度， 并通過顯示模塊將實時測量的水位、溫度信號值發(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，實現(xiàn)對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間及水位而產(chǎn)生過燒， 從而浪費電能，甚至會引起火災等重大事故，造成人身及財產(chǎn)損失。電熱水器消費者普遍反映產(chǎn)品使用過程中存在水垢問題，一般 50 L 的電熱水器 2 個小時就能燒熱了，如果內膽結了水垢，要花三四個小時。水垢的嚴重危害在于容易導致電熱水器金 屬發(fā)熱管氧化，不僅降低加熱效率，還會損害內膽的絕緣層，以致水被通電后，如果有人沐浴便可能導致觸電事故發(fā)生。而水垢不僅會造成水路不暢、漏水，增加電耗甚至發(fā)生漏電危險，縮短熱水器使用壽命，更嚴重的是對人體健康的損害。另一個問題是環(huán)境漏電問題,2010 年 6 月，南京師范大學一名學生在宿舍洗澡時觸電，最終導致死亡。同年 7 月，浙江杭州一對年輕人在使用電熱水器洗澡時，不幸觸電，經(jīng)搶救無效身亡。2011 年 7 月 18 日凌晨 1 時許，一個女孩在衛(wèi)生間洗澡時不慎觸電，男友郭某看到后急著想把女友救出來，可是當手觸到帶電的蓮蓬頭時，卻不慎被蓮蓬頭上的電流“吸”住，并長達 3 min，最終死亡。警方初步判斷，這場悲劇的罪魁禍首，便是衛(wèi)生間的漏電電熱水器。根據(jù)海爾與中消協(xié)在幾年前一項對中國 23 個城市的用電環(huán)境調查表明，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產(chǎn)品的每一個部件，比如內膽、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。大部分消費者在使用電熱水器時都存在嚴重的用電安全隱患，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、線路負荷不達標、地線失效、使用劣質插座、安裝時接錯線等問題。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[1]郇玉龍,趙寧,盧洪武.用 AT89C51 單片機設計智能家用電熱水器[J].實用電子制作.2007.第 10 期[2]周鮮成.單片機在電熱水器中的應用[J].常德師范學院學報（自然科學版）.2000.第 12卷第 4 期 [3]劉海英，胡衛(wèi)兵，魏軍丞.基于單片機的電熱水器定時控制器設計[J].電子元器件應用.2007.第 9 卷.第 8 期 [4]季曉芳，張春來.家用電熱水器控制系統(tǒng)的實驗研究[J].電子測試.2009.第 10 期 [5]雷建龍.基于單片機模糊控制的電熱水器水溫自動調節(jié)器[J].電氣自動化.2004.第 26 卷.第 2 期 ［6］ 翟敏煥． 基于單片機的即熱式電熱水器控制系統(tǒng)的設計 ［J］． 現(xiàn)代計算機，2012( 16) : 77 － 79． ［7］ 肖笛． 基于 C51 單片機的熱水器節(jié)能研究［J］． 硅谷， 2011( 5) : 71 － 75．［8］ 何偉洪． 家用電熱水器安全使用風險評估及快速檢測技 術研究［D］． 廣州: 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