摘 要

时代在不断向前推进，大众生活水平的飞速提高给家居家用电器行业带来了前所未有的冲击，人们在确保基本的生活需求同时，也希望能使家用电器更加智能化，提升产品的便捷性和可靠性。

本次设计便是响应时下大众的需求，对传统旧式热水壶进行改造。在阅读学习电热水壶领域内的相关文献的基础上，本文通过多重的方案比较以及多样的产品功能规划，基于单片机控制系统的硬件环境，结合软件控制系统的电路设备，采用PID控制辅助控温的方式，并且搭建实物模型进行模拟测试，以期对传统旧式电热水壶实现智能化升级改造，让它能够实现更多的功能，比如控温、保温、水温显示、自来水除氯等，可以满足更多的需求群体和需求场景。

关键词：单片机；多段温控；PID控制

Abstract

With the development of the times, the rapid improvement of people's living standards has brought unprecedented impact to the household appliances industry. People want to make the household appliances more intelligent and improve the convenience and reliability of products while ensuring the basic living needs.

This design is to respond to the current needs of the public, the traditional old hot water bottle for transformation. On the basis of reading and studying the related literature in the field of electric kettle, this paper, through multiple scheme comparison and multiple product function planning, based on the hardware environment of the single-chip microcomputer control system, combined with the circuit equipment of the software control system, adopts the PID control assisted temperature control method, and builds a physical model for simulation test, in order to realize the intelligence of the traditional old electric kettle Energy and chemical upgrading and transformation enable it to achieve more functions, such as temperature control, heat preservation, water temperature display, tap water dechlorination, etc., which can meet more demand groups and demand scenarios.

Key words: single chip microcomputer; multi-stage temperature control; PID control; DS18B20

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的与意义 1

1.3 方案选择 1

1.4 电热水壶行业现状及未来展望 3

第二章 系统总体设计 4

2.1 整体设计思路 4

2.2 主要模块介绍 4

2.3 控制方式 5

第三章 系统硬件设计 7

3.1 系统主控系统 7

3.2 温度传感器 8

3.3 显示模块 9

3.4 蜂鸣器模块 11

3.5 继电器模块 12

3.6 加热器模块 13

3.7 总体电路设计 14

第四章 系统软件设计 13

4.1 主程序设计 13

4.2 温度检测与显示 14

4.3 记忆功能 15

4.4 防误触 16

4.5 PID控制程序设计 16

第五章 系统实物的搭建与测试 17

5.1 功能测试 18

5.2 误差分析 20

第六章 结论 21

致谢 22

参考文献 23

附录A 总电路图 24
附录B 系统主程序 25

第一章 绪论

1.1 研究背景

电热水壶作为加热饮用水的家用小家电，在人们的生活中虽然受到的关注不多，但仍然是家家户户的必需品，人们对电水壶的功能提出了新的要求：应能够进行水温的控制以便饮用，应提高电热水壶的使用便捷性，应确保水质的健康安全等等。如何满足人们的需求，这既是一个需要被解决的民生问题，也是一个利于电热水壶行业转型再发展的商业问题。

而这些年来，单片机技术日趋成熟，关于单片机的相关研究也在不断深入，采用单片机进行对家电的控制的实例已经屡见不鲜。单片机作为一个常用的核心控制系统，通过编程能够实现一定的自动化，对系统进行检测控制，它的硬件结构十分丰富，有着广泛的应用对象基础，能够结合软件控制外围的电路设备，实现智能化升级改造。单片机应用十分广泛，而在家电行业，单片机的应用必将给家电行业带来春风，将电热水壶和单片机控制结合起来也是很有应用前景的。

1.2 研究目的与意义

社会日新月异，智能产品的爆发式出现倒逼传统行业的转型升级，很多智能化的产品已经融入了我们生活的方方面面，众人的生活也发生了许多改变。

当下的市面上，各种品牌的热水壶质量良莠不齐，普遍存在着功能较单一、便捷性不足等弊端，所以如果能在普通的仅有烧水功能的热水壶基础上利用单片机的特点对其进行功能升级，添加一些更加方便的使用功能，比如设置温度加热、蜂鸣警报、即时温度显示等，产品就能更加人性化，更有利于日常的方便实用。

本次设计的出发点是探究智能产品的工作和设计原理，它主要是限制在单片机系统环境中的，设计一个热水壶，不仅考察综合能力，各个学科的内容比如单片机编程、电子电工等，也对自己的动手能力和建模能力提出了很大的挑战，既是挑战也是锻炼，使我对当前的智能家电产品的发展态势有了把握，也培养了我从课题到方案，从方案到设计，再从设计到实物的全方面综合能力。

1.3 方案选择

本设计方案可分为软件方案和硬件方案。其中软件方案主要包括温度控制方法，硬件方案主要包括微处理器、温度传感器、显示模块以及加热装置的选用。

1.3.1软件方案选择