基于單片機控制的快熱式.doc

遼寧寧科技大學本科生設計第I頁基于單片機控制的快熱式家用電熱水器的設計摘要隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中家用電熱水器就是一個典型的例子。在本設計中采用單片機AT89C51作為控制器來控制電路。本設計分別對硬、軟件進行設計說明。硬件包括加熱控制電路，溫度檢測電路，LED數(shù)碼管及指示燈顯示電路及報警器驅動電路等的設計，比如，利用熱敏電阻對熱水器出口溫度進行檢測；用溫度/頻率轉換電路通過單片機的檢測間接測出溫度值；用單片機通過光耦給可控硅觸發(fā)信號，控制可控硅的導通角,而控制電熱絲的有效加熱功率；用繼電器來控制加熱電源，使其在關機和超溫保護的狀態(tài)下可靠的關斷；用在繼電器線圈回路中串聯(lián)105的熔絲來防止溫度過高時加熱管干燒。軟件部分給出了部分程序流程圖的設計，包括主程序的設計、顯示掃描子程序的設計、按鍵掃描處理子程序的設計、加熱和控制程序流程圖的設計、溫度檢測程序的設計、頻率測試程序的設計。軟件編程采用C語言編寫，因為其簡潔、使用方便靈活、容易實現(xiàn)程序的模塊化和結構化。關鍵詞：單片機；電熱水器；溫度/頻率轉化測溫；二分查找法遼寧寧科技大學本科生設計第II頁Designofrapidheatingtypehouseholdelectricwaterheaterbasedonsingle-chipmicrocomputercontrolAbstractAspeoplelivingstandardriseceaselessly,thesingle-chipmicrocomputercontrolisundoubtedlyoneofthegoalsofthepeopletopursue,itbringsconvenienceisnotnegative,householdelectricwaterheaterisatypicalexampleofit.InthisdesignusesAT89C51microcontrollerasthecontrollertocontrolcircuit.Thedesignofhardwareandsoftwarerespectivelydesignandexplains.Hardwareincludingheatingcontrolcircuit,temperaturedetectioncircuit,LEDdigitalpipeandindicatorshowscircuitandalarmdrivercircuitdesign,forexample,usingthermalresistanceofthewaterheateroutlettemperaturetesting；Usetemperature/frequencyconversioncircuitismeasuredbysingle-chipmicrocomputerdetectionindirecttemperature；Withsingle-chipmicrocomputercontrolledbylight-couplertotriggersignal,ControltheconductionanglesoftheSCR,andcontroloftheresistancewireeffectiveheatingpower.Userelaytocontroltheheatingpower,sothattheshutdownandover-temperatureprotectionundertheconditionofreliableshutoff；Usedinrelayscoilloopintandem105meltsilkofhightemperaturetopreventdryheatingtubewhenburnt.Softwarepartgivespartoftheprogramflowchart,includingthedesignofmainprogramdesign,thedesignofsubroutinesthatdisplayscanning,buttonsscanningprocessingproceduredesign,heatingandcontrolprogramflowchartdesign,temperaturedetectionprogramdesign,frequencytestproceduredesign.SoftwareprogrammingusingClanguage,becauseofitissimpleandeasytouseandagileandeasytoimplementproceduresofmodularandstructured.Keywords:single-chipmicrocomputer；electricwaterheater；temperature/frequencyconversiontemperaturemeasurement；binarysearchmethod遼寧寧科技大學本科生設計第III頁目錄摘要.IAbstract.II1緒論.11.1單片機的組成及特點.11.1.1單片機的組成.11.1.2單片機的特點.11.2選題目的和意義.21.3國內(nèi)外發(fā)展情況.31.4即熱式電熱水器與普通電熱水器的區(qū)別.31.5設計要求.41.6設計內(nèi)容.42快熱式電熱水器的硬件設計.62.1硬件元件的選擇與方案論證.62.1.1單片機的選擇.62.1.2電源的選擇.72.1.3鍵盤的選擇.72.1.4顯示器的選擇.82.1.5驅動及加熱控制元件的選擇.82.1.6溫度檢測傳感器的選擇.92.1.7供電線路的選擇.92.1.8傳感器輸出的放大電路的選擇.102.2系統(tǒng)硬件電路的設計.102.2.1加熱控制電路的設計.11遼寧寧科技大學本科生設計第IV頁2.2.2過壓保護電路的設計.112.2.3溫度檢測電路的設計.122.2.4數(shù)碼管顯示電路的設計.132.2.5報警器驅動電路的設計.133快熱式電熱水器的軟件設計.143.1主程序的設計.143.2顯示掃描子程序的設計.143.3按鍵掃描處理子程序的設計.143.4加熱和控制程序流程圖的設計.173.5溫度檢測程序的設計.183.6頻率測試程序的設計.19結論.22致謝.23參考文獻.24附錄A控制源程序清單.25附錄B系統(tǒng)總設計原理圖.36本科生畢業(yè)設計第1頁1緒論1.1單片機的組成及特點隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。其中家用電熱水器就是一個典型的例子，單片機正朝著高性能和多種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。單片機采用面向控制的指令系統(tǒng)，實時控制功能特別高。CPU可以直接對I/O口進行輸入、輸出操作及邏輯運算，并且具有很強的位處理能力，能有針對性解決由簡單到復雜各類控制任務。單片機作為嵌入式應用的微型計算機，由于其出色的性價比，極強的實用性，它取得了巨大的發(fā)展。從最早的4位單片機，到今天的16位，甚至32位單片機，單片機的應用越來越成熟，要想設計出較好的快熱式電熱水器必須要以較強的單片機作為基礎，而單片機的發(fā)展正好為熱水器的開發(fā)奠定了前提條件。1.1.1單片機的組成單片機是微型機的一個主要分支，在結構上的最大特點是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。單片機是通過內(nèi)部總線把計算機的各個主要部件接為一體，其內(nèi)部包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間，或存儲器與外設之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應答信號線等。1.1.2單片機的特點由于單片機的各種結構形式及它所采取的半導體工藝，使其具有很多顯著的特點，因而在各個領域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機主要有如下特點：有優(yōu)異的性價比。1.集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結構，減少了芯片之間的連本科生畢業(yè)設計第2頁線，大大的提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。2.控制功能強為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉移指令、I/O口的邏輯操作以及微處理能力。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。3.低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。4.單片機系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。1.2選題目的和意義當前，熱水器已成為日常生活中不可或缺的家用電器，設計制造更實用、更方便、更安全、更節(jié)能的熱水器是產(chǎn)品設計師和生產(chǎn)廠家不斷追求的目標?？鞜崾诫姛崴髋c普通電熱水器最大的區(qū)別在于取消了儲水罐，熱水隨開隨用，無需預熱，減少了電能浪費。另外，它還具有體積小，使用安全，水溫可以調(diào)節(jié)，安裝方便等優(yōu)點。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，太陽能熱水器作為一種綠色環(huán)保可再生資源，其開發(fā)和利用，因順應中國的能源與環(huán)保政策，日益受到重視。加上日漸顯現(xiàn)的全球能源危機，進一步加劇了太陽能熱水器行業(yè)的發(fā)展，盡管前景光明，可因為太陽能熱水器的能源利用率較低及它對建筑的諸多要求，而且安裝麻煩，接受太陽能的板片還得輕拿輕放，切勿撞擊，屬易碎品，加大了其使用的不安全與不保險性。此外，其使用還受天氣原因的限制，適用范圍狹窄，導致太陽能熱水器行業(yè)的發(fā)展目前還存在很多障礙；燃氣熱水器由于以天然氣為燃料，而燃料供應量有困難，且國家對其使用年限有規(guī)定，適合在低氣價地區(qū)使用，來滿足人們的需求，且不利于環(huán)境；人們在選擇熱水器時，除了要安全可靠和美觀耐用外，一次性購機費和經(jīng)常性開支（能耗）也是人們考慮的重要環(huán)節(jié)，其中經(jīng)常性開支有時比一次性購機費更能左右用戶的選擇，因此如何來降低熱水器的能源消耗，使用戶能以最小的代價獲得更大的收益，這是一個大多數(shù)用戶十分關心的問題。隨著人們生活水平的不斷提高、日益增長的需求和電網(wǎng)供電能力的加強，越來越多的家庭選用電熱水器，電熱水器使用安全、衛(wèi)生、又無污染。今后幾年我國電熱水器市場將呈現(xiàn)強勁增長勢頭，其產(chǎn)品質(zhì)量、技術水平、服本科生畢業(yè)設計第3頁務規(guī)范將不斷提升，價格也會下降。而且全國電網(wǎng)的改造、電的普及、電價的大幅度下調(diào)，以及用電設施的改善，均為電熱水器的迅速普及提供了便利、必要的條件。電熱水器是家庭、公用住宅、小型飯店、賓館酒店理想的配套服務設施。相信今后幾年我國電熱水器市場仍將會迅猛發(fā)展。1.3國內(nèi)外發(fā)展情況家用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)。當前，熱水器已經(jīng)成為日常生活中不可缺少的家用電器，設計制造更實用、更方便、更安全、更節(jié)能的熱水器是產(chǎn)品設計師和生產(chǎn)廠家不斷追求的目標，它具有體積小，使用安全，安裝方便等優(yōu)點。前些年，家用電熱水器產(chǎn)品在國內(nèi)市場上曾經(jīng)出現(xiàn)過一段時間，由于當時國內(nèi)電力條件不成熟，對大功率的電產(chǎn)品一般無法正常使用，也沒有好技術和科技來保證其產(chǎn)品質(zhì)量與使用的安全，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)改造和相關規(guī)定的出臺，電力工業(yè)迅速發(fā)展，預示了家用電熱水器產(chǎn)品在國內(nèi)的廣泛前景。根據(jù)國家住宅設計規(guī)范現(xiàn)有商品住房的電器線路導線必須采用銅芯線，每套住宅進線截面積不小于10平方毫米，分支引線不得小于2.5平方毫米，電表規(guī)格不得小于40安，所以現(xiàn)購新標準住宅用戶，都有條件使用上述這種安全、家用電熱水器，確保產(chǎn)品萬無一失，安全系數(shù)達100%，通過檢測，快熱式家用電熱水器比傳統(tǒng)的熱水器可節(jié)省40%的能耗，用多少熱水就加熱多少熱水，沒有熱水用不完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。即熱式產(chǎn)品作為新型環(huán)保產(chǎn)品在我國廣泛使用已是大勢所趨，符合現(xiàn)代消費潮流。一切跡象都在預示著快熱式家用電熱水器的春天就要來臨了。1.4即熱式電熱水器與普通電熱水器的區(qū)別普通電熱水器有如下缺點：1.熱水器長期通電，長期保持在六十度以上高溫，發(fā)熱管易結垢，內(nèi)膽易漏水，因而較易損壞；2.管道熱水、熱量損耗大；3.等候用水時間長；本科生畢業(yè)設計第4頁4.在熱水流出前都必須浪費一定量的熱水，根據(jù)管道的長短，一般家庭中冷水損耗量大，基本可達10-25升每次。而快熱式電熱水器克服了上述缺點。它有很多優(yōu)點，如：安全，干凈環(huán)保；即開即熱，3-5秒出熱水無需等候，熱水使用時間不受限制，想用多少就用多少；用多少燒多少，省電省水，沒有損耗；內(nèi)置溫控儀保證溫度在30-50度之間，解決溫度持續(xù)高溫導致的結垢漏水問題。體積小不占空間，其中封閉式（尺寸為：24cm*9.5cm*25cm，類似25*25的衛(wèi)生間地磚那么小，純白色。）可以隱藏在櫥柜內(nèi)，安裝方便，特別適合新裝修的房子，款式多樣，美觀實在，也是職工福利和客戶禮品的絕佳選擇。特別方便于洗滌和洗漱，是為現(xiàn)代家具廚房洗滌、衛(wèi)生間洗漱專業(yè)設計生產(chǎn)的快速電加熱熱水器，結合了燃氣熱水器、太陽能熱水器和傳統(tǒng)儲水式電熱水器的諸多優(yōu)點。1.5設計要求1.用2位數(shù)碼管顯示出水溫度，能顯示設定功率檔位。2.溫度檢測顯示范圍為0099，精確度為1。3.設置3個功率檔位指示燈，14檔1個燈亮，58檔2個燈亮，9檔3個燈亮。0檔無功率輸出，檔位燈不亮。4.設