智能熱水器電路的設計.doc

智能熱水器電路的設計目錄摘要1第一章概述31.1研究概述31.2研究內(nèi)容31.3擬解決的問題31.3.1主要技術指標41.3.2擬解決的主要問題41.4總體設計41.4.1設計思路概述51.4.2系統(tǒng)各個模塊方案論證51.4.351芯片及其外圍電路71.4.4其他說明7第二章硬件設計82.1整體電路82.2.1溫度傳感器AD590介紹82.2.2AD590的連接方法92.2.3AD590防水封裝102.3單片機80C51102.4單片機外圍電路142.4.1時鐘電路的設計142.4.2復位電路的設計152.5數(shù)碼管顯示電路的設計152.6下限水位控制電路172.7加熱管控制電路192.8電源電路的設計24第三章軟件設計263.1數(shù)碼管動態(tài)顯示模塊263.2溫度的測量與獲取283.3鍵盤掃描程序293.4主程序34第四章仿真結(jié)果分析364.1電路工作步驟364.2仿真結(jié)果分析36致謝38結(jié)束語39007屆本科生畢業(yè)設計（論文）摘要本畢業(yè)設計主要通過溫度傳感器采集水溫、51單片機處理數(shù)據(jù)、可控硅調(diào)節(jié)水溫、555電路實現(xiàn)下限水位的控制，從而實現(xiàn)電熱水器的智能控制過程。文中首先對溫度采集技術進行了簡單的介紹，然后對51單片機進行了系統(tǒng)的概述，對設計過程中所采用的技術和方法進行了闡述，并對溫度采集與控制過程中的多種方法進行了比較，確定了最后的方案。在硬件部分，本設計采用80C51單片機及溫度傳感器AD590來測量與控制溫度，并介紹了著兩款芯片的內(nèi)部結(jié)構和主要特征，對芯片的工作原理和控制方式進行了闡述。同時本設計采用了繼電器控制，單片機發(fā)送信號控制繼電器開閉，控制加熱管是否進行加熱。在軟件部分，本文給出了對數(shù)據(jù)進行處理的流程圖。隨著系統(tǒng)最終設計完成，本文最后部分對給系統(tǒng)的性能進行了仿真和分析。仿真結(jié)果表明，所設計的基于80C51單片機的智能熱水器電路性能穩(wěn)定、工作可靠、所具有的功能達到了課題的功能要求。關鍵詞：溫度采集80C51繼電器AD590TLC549007屆本科生畢業(yè)設計（論文）ABSTRACTThisgraduationdesignstomainlymeasurewatertemperaturebythetemperaturesensor,controlwatertemperaturebyrelay,thenrealizethewholewaterheatersystem.Intext,itmakesasimpleintroductionoftechnologyofseveraltemparaturesignalfirstofall,then,introduces51-MCUsystemicly.Andthen,itcompareswitheachothermethodinthemeasureandcontrolwatertemperatureofdesigning,atlast,itdecidestheproject.Inthepartofhardware,basingontheneedofthetask,itmakesuseofthe80C51andAD590tomeasureandcontrolthetemperature,aswell,thistextisdetailedtointroducetheinternalstuctureandmaincharscteristicsofthetwochipandcarryingonelaboratingtotheworkprinciple.Theheatingpipeiscontrolledbytherelay,theMCUgiveasignaltorelay,andcontroltheonoroffoftherelay,thencontroltheheatingpoweroftheheatingwire.Inthepartofthesoftware,itshowstheflowchartoftheprocessingdatas.Alongwiththesystenisdebugedsuccessfully,thistextpartcarriesonthetestandanalysistothefunctionofthatsystemintheend.Theexperimentexpreessthatwhatisdoneisprovidedwithfunctionstabilityandworkcredibility,thefunctionhavereachedthetopicatfirstofthefunctionrequest.Keywords：getttingtemperature；80C51；AD590；RELAY；TLC549007屆本科生畢業(yè)設計（論文）第一章概述1.1研究現(xiàn)狀當今市場上，電熱水器的種類一般按其控制方式劃分為機械控制和電腦板控制兩種，按其儲水方式劃分為貯水式和即熱式。機械控制方式的熱水器結(jié)構較為簡單，操作也較為方便，但是其對電能的使用控制方面較為落后，是一種耗能比較嚴重的熱水器控制方式，這種控制方式一般出現(xiàn)在低端產(chǎn)品中，通過價格優(yōu)勢來獲得市場。電腦板控制的電熱水器在安全、節(jié)能、健康等反面都進行了較大的改進。根據(jù)用戶對加熱時間、加熱水量、熱水溫度等方面要求的不同，同時通過當?shù)厮疁亍⒂脩粝丛×晳T等數(shù)據(jù)的采集分析，綜合以各個因素后，熱水器通過控制不同功率的加熱棒來獲得不同的加熱模式，進而實現(xiàn)對加熱進程的精確控制，以此來達到對電能使用的精確控制，從而使電熱水器的使用更加節(jié)能。在安全方面，通過智能防電墻技術的應用，可使熱水器外部保證低于人體安全的電流、電壓值，使用戶用的安心，同時通過使用各種防電絕緣材料，可以使熱水器在通電時能夠安全使用。另外，在健康方面，當今的熱水器也有所關注，通過對將各地的水質(zhì)監(jiān)察后得到的數(shù)據(jù)輸入電腦芯片后，可以及時對內(nèi)膽內(nèi)的水垢含量進行及時檢測，當水垢含量超過健康安全值時，熱水器會及時提醒用戶進行清洗，以保證獲取更加健康的熱水。就貯水式與即熱式熱水器的劃分方式來看，其主要的區(qū)別在于加熱功率的不同，即熱式熱水器要求的功率較高，多數(shù)家庭電路不能承受。正因為電熱水器的這些諸多優(yōu)點，多數(shù)廠家都在加快創(chuàng)新技術的研發(fā)，以獲取在熱水器市場上的一席之地。除了對控制方式上的不斷提升，對電熱水器耐用性的追求也從未停止。內(nèi)膽的損害意味著電熱水器壽命的終結(jié)，如今各個電熱水器生產(chǎn)廠商都在注重內(nèi)膽材質(zhì)的改良，諸如不銹鋼搪瓷內(nèi)膽等先進技術的出現(xiàn)使得電熱水器內(nèi)膽向著更加耐用的方向發(fā)展。1.2研究內(nèi)容本課題要求設計一個智能熱水器的水溫控制電路。設計要求：接通電源指示燈亮，開始加熱，同時工作指示燈亮（綠色）。溫度升高到設定值時，工作指示燈變?yōu)榧t色，蜂鳴器發(fā)出報警聲，約一分鐘后自動切斷電源。要求有下限水位自動保護功能，當水箱中的水位低于設定值時，接通電源，電源指示燈不亮，熱水器不能加熱。允許設定溫度范圍：2060；工作電壓22010.1.3擬解決的主要問題007屆本科生畢業(yè)設計（論文）1.3.1主要技術指標（1）顯示設定水溫，測量水溫。（2）溫度檢測顯示范圍2060攝氏度。（3）繼電器控制。（4）當水箱中水位低于限定水位時，發(fā)出報警，整機電路不工作，防止加熱管干燒。（5）使用矩陣鍵盤進行溫度的設定與測得溫度的顯示，電路的啟停。1.3.2擬解決的主要問題1、找到合適的溫度傳感器找到一款精確符合本畢業(yè)設計的性價比高的溫度傳感器，比較傳統(tǒng)的溫度傳感器與模擬集成溫度傳感器AD5901以及智能數(shù)字溫度傳感器如DS18B20等，并選取適合的傳感器用于本畢業(yè)設計。2、利用單片機實現(xiàn)溫度的控制使用單片機控制加熱管的啟停，以獲取合適溫度的熱水，同時通過單片機與數(shù)碼管的連接顯示當前的水溫。主要是找出一種相對于本畢業(yè)設計要求相符的性價比較高的一種單片機，并學習運用單片機的功能。3.、編寫控制程序通過軟件編程，將設定的溫度與測得的水溫顯示于數(shù)碼管上，并實現(xiàn)加熱管的啟?？刂?，同時注意編程語言的合理性與簡潔性。1.4總體設計智能熱水器控制電路是一種集溫度采集、溫度控制于一體的系統(tǒng)，其工作原理是先對溫度進行采集、轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，通過I/O口傳送到MCU，然后由MCU處理并輸出一定的數(shù)據(jù)，從而控制繼電器，繼而控制加熱管的啟停。智能電熱水器系統(tǒng)結(jié)構的組成框圖如圖1-1所示。007屆本科生畢業(yè)設計（論文）圖1-1原理框圖1.4.1設計思路概述本設計首先設定預加熱的溫度，然后對溫度進行測量、轉(zhuǎn)換得到數(shù)字型號，通過I/O口傳送到中央處理器，然后由中央處理器進行測得溫度與設定溫度進行比較，從而控制繼電器的開閉，繼而控制加熱絲是否進行加熱。水位下限控制電路與開關同時控制整體電路的工作與否，保證使用的安全。1.4.2系統(tǒng)各個模塊方案論證1、微控制器部分方案方案一：采用FPGA2來作為控制器。FPGA是超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷壿嬛г芏?，具有極大的靈活性和通用性，使用方便，硬件測試和實現(xiàn)快捷，開發(fā)效率