畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于熱電偶的太陽能熱水器的設(shè)計(jì)1.doc

畢業(yè)論文基于熱電偶的太陽能熱水器的設(shè)計(jì)姓 名： 指導(dǎo)教師： 專業(yè)名稱： 所在系部： 二一一年十月畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告學(xué)生姓名班級 指導(dǎo)教師學(xué)號 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目基于熱電偶的太陽能熱水器的設(shè)計(jì)選題的意義：目前太陽能熱水器已在我國城鄉(xiāng)開始推廣使用，主要供應(yīng)生活和洗浴熱水，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和應(yīng)用國。太陽能熱水器節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源替代，效果顯著。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，人們認(rèn)識到太陽能熱利用是投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)我國能源替代的一個(gè)好產(chǎn)業(yè)，國家也正大力扶持和支持，學(xué)校、賓館、飯店、洗浴中心紛紛建設(shè)太陽能洗浴系統(tǒng)，太陽能熱水器的市場存在擴(kuò)大空間。新農(nóng)村建設(shè)與建筑節(jié)能也為太陽能熱水器的應(yīng)用推廣帶來機(jī)遇。通過本論文課題的研究，預(yù)計(jì)達(dá)到: 開發(fā)出一種太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，了解目前市面上太陽能熱水器控制系統(tǒng)存在的問題。具體安排進(jìn)度：指導(dǎo)教師評語畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定指導(dǎo)教師意見答辯專家組意見系專業(yè)教學(xué)委員會意見摘要太陽能熱水器很早就被人們所熟知了，廣泛應(yīng)用于人們的日常生活。但是，目前太陽能熱水器控制器還一直處于研究與開發(fā)階段，市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能。太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有很多種本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，以熱電偶信號采樣完成時(shí)間、溫度、水位的顯示?；撅@示目標(biāo)為：1.顯示水溫和水位，電加熱水溫可任意設(shè)定；2.顯示時(shí)間，可通過鍵盤設(shè)置時(shí)間參數(shù)；3.設(shè)置溫度參數(shù)后，自動控制電輔助設(shè)備加熱；關(guān)鍵詞：單片機(jī)，熱電偶，太陽能熱水器，自動控制abstractsolar water heaters have long been known, and widely used in peoples daily lives. however, there has been in a solar water heater controller also research and development stage, most of the market in the sale of the controllers have only the temperature and water level display. solar water heater control system design there are many of the design of a microcontroller as the core, to complete the thermocouple signal sampling time, temperature, water level display. basic display objectives are: 1. shows water temperature and water level, electric heating temperature can be set arbitrarily; 2. show time, time parameters can be set via the keyboard; 3. set the temperature parameters, automatic control equipment, electric auxiliary heating; keywords: microcontroller, thermocouples, solar water heater, automatic control 目 錄引言6第一章 設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)思路71.1 設(shè)計(jì)目的71.2 設(shè)計(jì)要求71.3 設(shè)計(jì)思路81.4設(shè)計(jì)方案8第二章 太陽能控制系統(tǒng)的組成及工作原理92.1 太陽能控制系統(tǒng)的組成92.2 太陽能熱水器的控制功能92.2.1 早晨水溫控制：102.2.2 循環(huán)水集熱過程：102.2.3 冷水集熱控制：102.2.4 水箱加熱控制：112.3太陽能控制裝置的工作原理：11第三章 硬件電路設(shè)計(jì)123.1 檢測電路設(shè)計(jì)123.1.1水溫檢測電路設(shè)計(jì)123.1.2水位檢測電路設(shè)計(jì)133.2驅(qū)動電路設(shè)計(jì)143.3 鍵盤電路和顯示電路的設(shè)計(jì)143.3.1 鍵盤電路的設(shè)計(jì)143.3.2 顯示電路的設(shè)計(jì)153.4 51系列單片機(jī)簡介173.5數(shù)字溫度傳感器ds18b20主要特性及測溫原理18第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19第五章 結(jié)束語23第六章 謝辭24參考文獻(xiàn)25附錄：25目錄引言太陽能熱水器的應(yīng)用及前景太陽能熱水器應(yīng)用較好的國家有西班牙、以色列、意大利、希臘、德國、荷蘭、澳大利亞、日本、美國等國家。一些國家利用太陽能熱水器除了提供家庭熱水外，還用于采暖、空調(diào)及泳池加熱等領(lǐng)域，其中美國的太陽能熱利用主要用于泳池加熱。目前太陽能熱水器已在我國城鄉(xiāng)開始推廣使用，主要供應(yīng)生活和洗浴熱水，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和應(yīng)用國。太陽能熱水器節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源替代，效果顯著。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，人們認(rèn)識到太陽能熱利用是投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)我國能源替代的一個(gè)好產(chǎn)業(yè)，國家也正大力扶持和支持，學(xué)校、賓館、飯店、洗浴中心紛紛建設(shè)太陽能洗浴系統(tǒng)，太陽能熱水器的市場存在擴(kuò)大空間。新農(nóng)村建設(shè)與建筑節(jié)能也為太陽能熱水器的應(yīng)用推廣帶來機(jī)遇。但是市面上絕大多數(shù)的控制器結(jié)構(gòu)簡單，功能單一，智能化程度低下，用戶界面不人性化，只具有水位顯示功能，不具有溫度顯示功能。并且當(dāng)水位加到一定的程度的時(shí)候也沒什么措施，只能通過手動的方法來控制水位的高度。因此根據(jù)以上要求為核心，開發(fā)出一種太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，了目前市面上太陽能熱水器控制系統(tǒng)存在的問題。第一章 設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)思路1.1 設(shè)計(jì)目的現(xiàn)代科技飛速發(fā)展,擁有淵博的知識是今后一展鴻圖的基礎(chǔ).實(shí)踐也同知識一樣重要,如果不在學(xué)生的實(shí)踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢必出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)的局面。本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)實(shí)際中的太陽能的水位的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡單、實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高、水位控制靈活，水位顯示直觀醒目?？蓮V泛應(yīng)用于家庭生活對太陽能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有良好的市場前景。同時(shí)使學(xué)生得到較全面的鍛煉和提高，為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的基礎(chǔ)。1.2 設(shè)計(jì)要求1、能夠根據(jù)水位和水溫兩個(gè)條件控制是否進(jìn)水，每次只進(jìn)整個(gè)水箱的四分之一水量，也可以在手動狀態(tài)下自由進(jìn)水（上滿時(shí)自由停止）或停止進(jìn)水。2、控制系統(tǒng)具有手動和自動切換功能；3、具有水溫和水位顯示功能；4、具有進(jìn)水超水位和水溫報(bào)警指示；5、用水時(shí)若水溫達(dá)不到設(shè)置時(shí)，可手動起動加熱裝置，這樣可在很大程度上節(jié)約電能；6、用水時(shí)可自由調(diào)節(jié)水溫；7、控制系統(tǒng)具有管道排空功能，這樣防止冬天時(shí)因水管內(nèi)有積水而在夜間凍裂水管。1.3 設(shè)計(jì)思路水位由潛入儲水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部的公共電極（導(dǎo)線）檢測；并由四個(gè)綠色led發(fā)光二極管顯示；若無水則綠燈不亮；若有四分之一儲水箱的水亮一盞綠燈；通過觀察綠燈點(diǎn)亮的數(shù)量可識別水位的高低，這里取5段顯示，也可根據(jù)需要進(jìn)行增減。水溫由四個(gè)led數(shù)碼管顯示，前三個(gè)數(shù)碼管顯示的為溫度最后一個(gè)數(shù)碼管我們只用到了四個(gè)四段碼顯示為溫度的符合，水溫有效值最多可顯示為99.9。1.4設(shè)計(jì)方案本文介紹了用51單片機(jī)設(shè)計(jì)的一種多功能熱水控制器,具有自動和手動加水、設(shè)置水溫、實(shí)時(shí)顯示水量及溫度和報(bào)警功能，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。 當(dāng)前市場上的熱水控制器基本上采用雙金屬片溫控，控溫精度低、可靠性差、功能單一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片微處理器功能日益增強(qiáng)，價(jià)格低廉，在各方面得到廣泛應(yīng)用。在熱水控制器中應(yīng)用單片機(jī)，具有設(shè)計(jì)簡單、可靠性高、功能易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。 熱水控制器主要實(shí)現(xiàn)對水溫的控制，并滿足不同用戶的個(gè)性需求。因此一個(gè)較完善的控制器應(yīng)具有以下功能：水溫的測量與顯示；水量的測量與顯示；用戶設(shè)定功能(如水溫設(shè)定，定時(shí)設(shè)定等)；對電加熱管的控制功能；一些功能鍵(如定時(shí)自動加水，恒溫控制，手動加水，手動加熱等)。89c51電源控制溫度測量led顯示鍵盤和水量檔位圖1 原理框圖第二章 太陽能控制系統(tǒng)的組成及工作原理2.1 太陽能控制系統(tǒng)的組成系統(tǒng)組成：本系統(tǒng)主要由控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成?？刂破鳎褐饕ㄟ^里面的電磁閥控制yv1和yv2的通斷，控制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱的位置以及控制電阻加熱線加熱。自動控制閥：主要通過控制器控制，當(dāng)水箱的水的實(shí)際溫度大于所設(shè)置的溫度時(shí)，自動閥就自動打開往上一個(gè)目標(biāo)水位為止。手動控制閥：當(dāng)自動閥損壞時(shí)，可以通過手動閥進(jìn)行上下水。水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個(gè)電極，接地的電極放在水箱的最底下，其余分別放在四等分點(diǎn)上，比如當(dāng)水箱的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當(dāng)超過第二等分，則顯示二分之一的水。水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實(shí)際溫度。電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達(dá)到用戶所需要的溫度。2.2 太陽能熱水器的控制功能太陽能熱水器利用微機(jī)控制主要有以下幾種控制功能:晨水加熱控制、溫水循環(huán)控制、冷水集熱控制、水箱加熱控制。圖2 系統(tǒng)組成原理圖2.2.1 早晨水溫控制：由于清晨太陽光較弱，所以太陽能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。為了提供溫度不低于30攝氏度的水，熱水器在清晨4-7點(diǎn)之間對水箱進(jìn)行電加熱，具有控制過程如下： 首先，關(guān)閉冷水閥門f2和循環(huán)水閥門f1，然后微機(jī)開始進(jìn)行水箱的溫度采集，同時(shí)進(jìn)行溫度的比較，當(dāng)水箱的溫度小于30攝氏度時(shí)，電熱器d接通進(jìn)行加熱，同時(shí)微機(jī)繼續(xù)對熱水箱的溫度進(jìn)行采集。當(dāng)溫度加熱大于30攝氏度時(shí)電熱器斷開，比如反復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。2.2.2 循環(huán)水集熱過程：早晨水溫控制之后（7-9），設(shè)定當(dāng)日得水箱溫度n（由兩位bcd次齒輪開關(guān)設(shè)定），輸人微機(jī)，再利用微機(jī)控制系統(tǒng)，通過太陽能對熱水箱加熱以達(dá)到理想溫度n。具體控制過程如下：打開循環(huán)閥門f1，關(guān)閉冷水進(jìn)水閥門f2，熱水閥門f3處于空控狀態(tài)。然后開始比較溫度，若（t3-t15攝氏度，t2t1）為止。如若ti=n，那么循環(huán)水集熱過程結(jié)束，進(jìn)入冷水集熱控制過程。2.2.3 冷水集熱控制：此時(shí)熱水箱溫度已達(dá)到了n，冷水要進(jìn)入太陽能集熱器，這時(shí)溫度為t3，和當(dāng)日的設(shè)定溫度值相比較，若t3n則將已加熱的水送人熱水箱，每天的控制時(shí)段大概為9點(diǎn)-20點(diǎn)。具體控制過程如下：關(guān)閉循環(huán)水閥門f2，打開冷水閥門f2，熱水閥門f3處于可控狀態(tài)。若t3n，打開熱水閥f3并將保持一段時(shí)間，若t3n，關(guān)閉f3繼續(xù)給太陽能集熱器加熱，知道溫度答應(yīng)n，當(dāng)打開f3時(shí)此時(shí)比較水管水溫t2與n的值，若t2n閥門f3繼續(xù)保持打開狀態(tài)，否則關(guān)閉f3?？梢姡芜^程充分利用太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。2.2.4 水箱加熱控制：此時(shí)，也許你會問如果沒有日照或者日照較弱時(shí)，到了晚上我們是否還能洗上熱水澡嗎？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個(gè)從系統(tǒng)，這時(shí)它就要發(fā)揮作用了。熱水箱溫度為t1，講它和設(shè)定值n相比較，從而控制是否打開電加熱，控制時(shí)段為下午，具體過程如下：若t1n，電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且，15點(diǎn)-20點(diǎn)中的每個(gè)小時(shí)有下表的關(guān)系：表一 溫度比較時(shí)間（時(shí)）溫度比較加熱值（度）15ti35n3516t140n4017t145n4518t150n5019t155n5520t160n60最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定值n。由此可見，即使沒有日照我們照樣可以洗上熱水澡了。綜上所述，太陽能供熱控制系統(tǒng)不及節(jié)約而且高度只能化，方便省事，不論日常家居，還是對賓館、學(xué)校等都是最佳選擇。2.3太陽能控制裝置的工作原理：本控制系統(tǒng)分為手動和自動兩種控制方式，在系統(tǒng)處于自動狀態(tài)下，當(dāng)檢查溫度高于設(shè)置溫度，且水位未達(dá)到最高時(shí)，控制器打開電磁水閥yv1和yv2進(jìn)行上水，同時(shí)點(diǎn)亮上水指示燈，當(dāng)水位至上一目標(biāo)時(shí)，自動停止進(jìn)水（即關(guān)閉電磁水閥yv1和yv2）,若水箱內(nèi)無水，則自動上水至最低水位處。在系統(tǒng)處于手動狀態(tài)下，可自由上水或停止進(jìn)水（上水時(shí)水箱水位必須未滿），若水位達(dá)到最高則自動停止進(jìn)水；若需要啟動加熱器則必須先設(shè)定加熱溫度，然后按下加熱鍵進(jìn)行加熱；若需洗浴時(shí)，則需打開手動閥yv4，系統(tǒng)自動打開電磁水閥yv2，可通過yv5自由調(diào)節(jié)水溫；當(dāng)電磁水閥yv1和yv2損壞或停電時(shí)，可通過打開yv5和yv6進(jìn)行上下水解決燃眉之急；此系統(tǒng)設(shè)置yv3是為了防止冬天氣溫過低引起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動打開此閥放完水管中的積水）第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 檢測電路設(shè)計(jì)3.1.1水溫檢測電路設(shè)計(jì)圖3 水溫檢測電路圖本設(shè)計(jì)溫度傳感器選用ad590。ad590屬于半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器，測溫度范圍-55-+150，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性，1ua/k，誤差有幾種等級：1、0.5、0.3，本設(shè)計(jì)中選取0.5品種。op07為高精度運(yùn)算放大器，ad590電流流經(jīng)r1、rp1轉(zhuǎn)換為電壓信號，r2、rp2為運(yùn)算負(fù)反饋電阻，成反相比例放大器，將溫度信號轉(zhuǎn)換成0-5v的電壓信號，adc0832再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入cpu?？刂破鞯牟僮魇褂梅绞阶匀缓侠怼1用來切換操作狀態(tài)?？刂破饔小爸苯涌刂啤焙汀皡?shù)修改”兩種工作狀態(tài)。按s1鍵顯示“00”，控制器進(jìn)入“直接控制”狀態(tài)，顯示“01”，“02”、“03”、“04”分別表示“設(shè)定水位上限”、“設(shè)定定時(shí)上水時(shí)間”、“設(shè)定定時(shí)加熱時(shí)間”、“設(shè)定加熱溫度”。進(jìn)入“參數(shù)修改”狀態(tài)后，s2、s3用來修改規(guī)定的參數(shù)，s1接受本次修改，并切換到下一個(gè)參數(shù)，s4取消本次修改。進(jìn)入“直接控制”后，s2用來手動上水，s3用來手動加熱，s4用來停止加熱或上水；若水位已經(jīng)超過設(shè)定水位上限，或水溫已經(jīng)超過設(shè)定溫度，“直接控制”將不起作用。 設(shè)定水位上限：控制器可以檢測6個(gè)水位，上限水位可以由用戶設(shè)置，水位上限設(shè)置范圍為位置3、4、5、6。設(shè)定定時(shí)上水時(shí)間：每天在規(guī)定時(shí)間檢查水位，并上滿。若設(shè)定時(shí)間為00或大于等于24，則取消自動定時(shí)上水。設(shè)定定時(shí)加熱時(shí)間：每天在規(guī)定時(shí)間檢查水溫，若水溫低于設(shè)定溫度，則接通電加熱器，將水溫加熱到設(shè)定溫度。若設(shè)定時(shí)間為00或大于等于24，則取消自動定時(shí)加熱。設(shè)定加熱溫度：定時(shí)加熱溫度也可以由用戶設(shè)定，可設(shè)定范圍為206。3.1.2水位檢測電路設(shè)計(jì)圖4 水位檢測電路實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩幸欢ǖ牡入x子，它們的存在使水導(dǎo)電。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)電性來完成的。我們把儲水箱大致分為四個(gè)等份，水位由潛入太陽能熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測；由單片機(jī)依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進(jìn)行典韋轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（0）；水位沒有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（1）；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)，5個(gè)電極檢測一遍以后便得到了5個(gè)串行數(shù)據(jù)，然后把這5個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管，在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個(gè)發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有四分之一箱的水，以此類推，若有四個(gè)發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。）當(dāng)水位未達(dá)到a時(shí)，即ha、這時(shí)傳感器的總阻值為4r對應(yīng)系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。當(dāng)a hb時(shí)，傳感器的總阻值為3r對應(yīng)，系統(tǒng)處于20%水位。當(dāng)b hc時(shí)，傳感器的總阻值為2r對應(yīng)，系統(tǒng)處于50%水位。當(dāng)c hd 傳感器的總阻值為r對應(yīng)，系統(tǒng)處于80%水位。當(dāng)h=d傳感器的總阻值為0對應(yīng)，系統(tǒng)處于100%水位。其中，環(huán)形振蕩器產(chǎn)生的方波周期t（或f）可通過單片機(jī)p87lpc744bn的兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（t0、t1）來確定，t1用來計(jì)數(shù)，t0用來定時(shí)。3.2驅(qū)動電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，需要用開關(guān)量去控制和驅(qū)動一些執(zhí)行元件，如發(fā)光二極管、繼電器、電磁閥、晶閘管等。但at89c51單片機(jī)驅(qū)動能力有限，而且高電平比低電平驅(qū)動低。一般情況下，需要加驅(qū)動接口電路，且用低電平驅(qū)動。如圖所示：圖5 驅(qū)動電路圖3.3 鍵盤電路和顯示電路的設(shè)計(jì)3.3.1 鍵盤電路的設(shè)計(jì) p1.0-p1.7口作為按鍵的信號輸入端，鍵按下，就執(zhí)行該鍵的功能。其電路如圖所示。（為了編程簡單、方面，采用獨(dú)立式鍵盤電路）當(dāng)按鍵按下后，電路與地接通時(shí)，i/u口與地面相連為低電平。按鍵沒有按下時(shí)，電路不與地面接通時(shí)，i/u口與電壓高端相連為高電平。本設(shè)計(jì)中采用了共陰極接法，對于顯示水溫水位的程序作如下說明： 在動態(tài)掃描過程中，調(diào)用延時(shí)子程序dell，其延時(shí)時(shí)間為1ms，這是為了使掃描到哪位顯示器穩(wěn)定的點(diǎn)亮一段時(shí)間，猶如掃描過程中每一位顯示器上都有一段駐留時(shí)間，以保證其顯示亮度。 本設(shè)計(jì)接口電路是軟件為主的接口電路，對顯示數(shù)據(jù)以查表方法得到其字形代碼，為此在程序中有字形代碼table，從0開始依次寫入十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼。為了進(jìn)行查表操作，使用查表指令movc a,+dptr,由dptr提供16位基址，由a提供變址數(shù)據(jù)送a后，在由a送p0.1-p0.6輸出給顯示器。圖6 鍵盤電路圖3.3.2 顯示電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用共陽型數(shù)碼管，8個(gè)led燈如圖中接法，燈的負(fù)極依次接到數(shù)碼管的a-f段，采用動態(tài)掃描電路，并把顯示程序作為主程序。數(shù)碼管的段用p0口控制，p2.0口、p2.3口作為數(shù)碼管的位控制，p2.4作為指示燈的控制。系統(tǒng)輸入信號有：6個(gè)液位信號、一個(gè)溫度信號、4個(gè)觸摸鍵；輸出信號有：4位led數(shù)碼管分時(shí)顯示當(dāng)前溫度和液位，3個(gè)喂輸出控制繼電器分別控制上水位磁閥、加熱泵、增壓泵，1個(gè)位輸出控制蜂鳴器作為水位報(bào)警信號和其他異常情況報(bào)警，2個(gè)位輸出指示上水、加熱狀態(tài)。用戶設(shè)定項(xiàng)目有水位上限、熱水溫度、上水定時(shí)、加熱定時(shí)。設(shè)定參數(shù)用eeprom保存，停電后參數(shù)無需重新設(shè)定。系統(tǒng)具有故障自檢功能，電磁閥、加壓泵在停水時(shí)會自動切斷，水位傳感器有故障時(shí)禁止上水，以免上水時(shí)溢出。 溫度傳感器采用負(fù)溫度型通用熱敏電阻，整個(gè)控制器的硬件及對資源的要求降到最低。通過軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和邏輯運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)要求的控制功能。圖7 時(shí)鐘顯示圖本系統(tǒng)中，有四個(gè)功能按鍵：定時(shí)加水、恒溫控制、手動加水和手動加熱；三個(gè)七段碼顯示與四個(gè)led燈指示。（1） 按下定時(shí)加水按鈕時(shí)，定時(shí)led變亮，并以當(dāng)前時(shí)間為定時(shí)時(shí)標(biāo)，每24小時(shí)自動加水至設(shè)定水量；若長按此鈕超過5秒，定時(shí)led滅，并聽到“嘟”一聲進(jìn)行水量設(shè)定，此后每按一下鈕，水量顯示加一檔，14檔循環(huán)顯示，不按此鈕超過5秒，再次聽到“嘟”一聲，水量設(shè)定完畢。系統(tǒng)的定時(shí)功能主要通過軟件完成。（2）按下恒溫控制鈕，恒溫led變亮，表示進(jìn)行恒溫控制，再按一下led滅，取消恒溫控制。與水量設(shè)定類似，長按后，進(jìn)行溫度設(shè)定。（3）按下手動加熱鈕時(shí)，加熱led變亮，加熱至65，如水量少于1檔，則先加水到1檔，再按一次取消加熱。（4）按下手動加水鈕時(shí)，加水至設(shè)定水量值，長按可設(shè)定水量。手動加水過程中，再次按下取消加水。正常情況下，兩個(gè)七段碼顯示當(dāng)前水溫，另一個(gè)顯示當(dāng)前水位。顯示電路如圖所示，溫度采用二位七段碼顯示，顯示范圍099。水量采用一位七段顯示，顯示1、2、3、4，四檔水位。對溫度和水量進(jìn)行循環(huán)掃描顯示。四個(gè)led用于當(dāng)前按鍵功能設(shè)定。設(shè)置按鍵兩個(gè)，一個(gè)十位按鍵，一個(gè)個(gè)位按鍵。圖8 led顯示電路圖3.4 51系列單片機(jī)簡介單片機(jī)種類繁多，而且還在不斷推出新的更高性能的單片機(jī)品種。從使用情況來看，mcs-51型系列單片機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。mcs-51型單片機(jī)系列共有十幾種芯片?？煞譃?1和52兩個(gè)子系統(tǒng)，并以芯片型號的最末位數(shù)字作為標(biāo)志。其中8x51片內(nèi)集成有8位cpu，4kb rom(8031片內(nèi)無rom，128b ram,兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信接口（uart），擁有乘除運(yùn)算指令和位處理指令。采用chmos工藝的基本型8xc51，由種功耗控制方式，能有效降低功耗。增強(qiáng)型8x52，于8x51不同的是片內(nèi)rom增加到8kb，ram增加到256b，定時(shí)/計(jì)數(shù)器增加到3個(gè)，串行接口的通信速率快了6倍。)mcs-51系列單片機(jī)片內(nèi)的程序存儲器由多種配置形式，沒有rom、eprom和fperom。不同配置形式分別對應(yīng)不同的芯片，使用時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。mcs-51型系列單片機(jī)芯片主要特性子系列片內(nèi)rom形式片內(nèi)存儲容量片外尋址能力i/o特性中斷源無romepromromramepromram計(jì)數(shù)器并行口串行口551803805187514kb128b64kb64kb216位48位1580c3180c5187c514kb128b64kb64kb216位48位155528032805287528kb256b64kb64kb316位48位1580c3280c5287c528kb256b64kb64kb316位48位153.5數(shù)字溫度傳感器ds18b20主要特性及測溫原理一線式數(shù)字溫度傳感器ds18b20是ds1820的更新?lián)Q代產(chǎn)品（由美國daiias公司生產(chǎn)）。它具有體積小，分辨率高，轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)。由于每片ds18b20含有唯一的硅串行數(shù)，所以在一條總線上可以掛接多達(dá)2482181014只ds18b20，再加上ds18b20獨(dú)特的單線總線結(jié)構(gòu)，決定了ds18b20特別適合于大型的多路溫度實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)的溫度檢測。溫度實(shí)時(shí)測控集裝箱的設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)的溫度檢測方面就較好地利用ds18b20的獨(dú)到特點(diǎn)，使系統(tǒng)得到了極大的簡化。ds18b20的特性獨(dú)特的單線接口方式。ds18b20支持組網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。ds18b20的測溫范圍為：-55+125在-10+85時(shí)，其精密為+01.ds18b20的測溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從912位，可編程進(jìn)行選擇。ds18b20測溫原理ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示：圖9 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖ds18b20的測溫原理：ds18b20測量溫度采用了特有的溫度測量技術(shù)，它是通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部計(jì)數(shù)器對一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)，振蕩器的脈沖可以通過門電路。而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無法通過門電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55.同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前的溫度值時(shí)，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)直到回零。若果門電路仍未關(guān)閉，則系統(tǒng)重復(fù)上述過程。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用匯編語言精簡指令編寫。本系統(tǒng)中鍵盤掃描、漏電檢測等子程序都通過查詢實(shí)現(xiàn)，并采用12mhz的時(shí)鐘頻率，對指令的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了精確計(jì)算和設(shè)計(jì)，保證軟件的可靠性和穩(wěn)定性。主程序流程如圖所示、主程序 首先完成串行口、定時(shí)器、中斷源的初始化，設(shè)置初始運(yùn)行參數(shù)、開中斷，然后循環(huán)讀取鍵盤狀態(tài)、檢測系統(tǒng)是否漏電。一旦檢測到系統(tǒng)漏電，進(jìn)行聲音和顯示警報(bào)，將所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷電；若系統(tǒng)不漏電則根據(jù)存儲的鍵盤狀態(tài)和檢測的水溫、水位等狀態(tài)信號進(jìn)行相應(yīng)得處理并等待中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。系統(tǒng)正?？刂茣r(shí)，首先顯示水溫和水位，若檢測到水流開關(guān)打開用水時(shí)，自動斷開上水閥和電加熱體電源，即實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)動，用水停電。當(dāng)檢測到了水位超過第二檔時(shí)，將檢測的實(shí)際水溫與設(shè)置水溫進(jìn)行比較，若實(shí)際水溫低于設(shè)置水溫，則加熱體通電進(jìn)行輔助電加熱；若實(shí)際水溫高于設(shè)置水溫時(shí)，切斷加熱體電源；若檢測到水位低于第二檔，不管設(shè)置溫度高低，總是停止加熱，以防加熱體干燒。主程序如圖所示：定時(shí)1秒是否已到？讀取鍵盤狀態(tài)水溫是否偏高？系統(tǒng)初始化實(shí)際水位水溫計(jì)算報(bào)警自動上水啟動計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器是否缺水？是否手動上水？自動上水熱水器是否加滿了水？讀取溫度測量顯示子程序上水繼續(xù)顯示 溫控上水圖10 主程序流程圖圖11 ds18b20工作流程圖第五章 結(jié)束語 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整一個(gè)月的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題，最后在我的努力和同學(xué)老師的幫助下，終于游逆而解。電熱水器單片機(jī)控制器具有新穎、價(jià)廉、安全、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，并且在國產(chǎn)電熱水器上獲得了成功應(yīng)用。本文的一些方法也適用于冰箱、空調(diào)等家用電器的電腦控制設(shè)計(jì)中。此次設(shè)計(jì)之后的到一些設(shè)計(jì)體會：1.在設(shè)計(jì)程序之前,務(wù)必要對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解,知道該單片機(jī)片內(nèi)有哪些資源，它的引腳功能都要了解2.設(shè)計(jì)程序采用什么編程語言并不是非常重要,關(guān)鍵要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的軟件流程圖.3.在設(shè)計(jì)程序時(shí),不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好,反復(fù)修改,不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路.4.在設(shè)計(jì)程序過程中遇到問題是很正常的,但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來,并分析清楚,以免下次再碰到同樣的問題.第六章 謝辭為期一個(gè)月的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）已讓我非常痛苦的接近尾聲了，我的三年大學(xué)生涯也即將圈上一個(gè)句號。此刻我的心中卻有些悵然若失，因?yàn)槟切┦煜さ男畔⑾档亩鲙焸兒透魑豢蓯鄣耐瑢W(xué)們，我們也即將揮手告別了。三年間，每次走進(jìn)教室都會讓我感受到一種親切熱情的氛圍。無論是學(xué)習(xí)、工作生活上的問題，恩師們都會悉心給以指導(dǎo)解答，讓我倍受感動。也就是在這里，給我的大學(xué)生涯設(shè)計(jì)點(diǎn)上了第一個(gè)逗號。我的學(xué)術(shù)論文創(chuàng)作的開始，也是從這里起步的。從某種意義上可以說，今日的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）其實(shí)很早就已經(jīng)開始了。系里的老師們，給我三年的學(xué)習(xí)、成長創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境，引導(dǎo)我充分利用學(xué)校的學(xué)習(xí)資源，去發(fā)展、充實(shí)自我，而不曾虛度光陰。在此，我真誠的向你們道一聲：“謝謝！”。同時(shí)，本篇畢業(yè)論文的寫作也得到了顏森道等同學(xué)的熱情幫助。感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖?，我再一次真誠地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！參考文獻(xiàn)1張靖武 周靈彬主編：單片機(jī)原理、應(yīng)用與proteus仿真，北京：電子工業(yè)出版社，2008年。2郁有文 常健 程繼紅主編：傳感器原理及工程應(yīng)用，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008年。3無線電愛好者叢書編委會，黃繼昌等主編：實(shí)用識別電路，北京：人民郵電出版社，2005年。4華中理工電子學(xué)教研室編，康華光主編：電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）（第四版），北京：高等教育出版社，2000年。5萬福君.單片機(jī)微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版2003.6袁希光.傳感器技術(shù)手冊.國防工