沸騰型全自動(dòng)電熱水器的設(shè)計(jì),沸騰,全自動(dòng),電熱水器,設(shè)計(jì) 河南科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 題目名稱 沸騰型全自動(dòng)電熱水器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 潘光明 所學(xué)專業(yè) 機(jī)電技術(shù)教育 學(xué)號(hào) 20040315038 指導(dǎo)教師姓名 洪 源 所學(xué)專業(yè) 物 理 職稱 副教授 完成期限 2008年12月22日 至 2009年6月5日 一、論文（設(shè)計(jì)）主要內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo) 本課題研究沸騰型電熱水器，是在保留原產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，加入了時(shí)間繼電器控制電路，水位的檢測(cè)及自動(dòng)注水控制，沸騰后自動(dòng)斷電等電路，解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品的缺點(diǎn)。 主要技術(shù)要求： 1. 確定總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)示意圖 2. 設(shè)計(jì)出各個(gè)電路的電路圖。 3. 確定主要元件的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)。 4. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件程序 二、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要求 1． 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一份：有400字左右的中英文摘要，正文后有10篇以上的參考文獻(xiàn)，參考文獻(xiàn)應(yīng)在10篇以上，主要是期刊、雜志，少量是教材。正文中要引用5篇以上文獻(xiàn)，并注明文獻(xiàn)出處。論文總字?jǐn)?shù)在6000字以上。 2．有不少于2000漢字的與本課題有關(guān)的外文翻譯資料。 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)總字?jǐn)?shù)在10000字以上。 4．參加畢業(yè)設(shè)計(jì) 的學(xué)生每周集中一次，由指導(dǎo)老師進(jìn)行指導(dǎo)或答疑。 5．按照導(dǎo)師的安排參加輔導(dǎo)，根據(jù)導(dǎo)師的指導(dǎo)意見按步驟完成畢業(yè)論文寫作。 三、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排 1.2008年12月22日-2009年1月9日，下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書；寒假期間完成英文資料翻譯和開題報(bào)告。 2. 2009年2月16-2月27日（第1-2周），指導(dǎo)教師審核開題報(bào)告、設(shè)計(jì)方案和英文資料翻譯。 3. 2009年3月2日-4月24日（第3-10周），畢業(yè)設(shè)計(jì)單元部分設(shè)計(jì)。 4. 2009年4月26日-5月1日（第10-11周），畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查。 5. 2009年5月4日-5月22日（第12-14周），設(shè)計(jì)仿真、程序調(diào)試、線路板制作調(diào)試， 整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。 6. 2009年5月25-6月5日（第15-16周）上交畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告，指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師審查評(píng)閱設(shè)計(jì)報(bào)告，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯資格審查。畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，學(xué)生修改整理設(shè)計(jì)報(bào)告。 河南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期進(jìn)展情況檢查表 學(xué)生姓名 潘光明 班級(jí) 機(jī)教 043 班 指導(dǎo)教師 洪 源 論文（設(shè)計(jì)）題目 沸騰型全自動(dòng)電熱水器的設(shè)計(jì) 1. 確定了總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)，并畫出 示意圖。 2. 進(jìn)水控制和加熱控制電路完成設(shè)計(jì)。 3 設(shè)計(jì)溫度控制與顯示電路制作完成。 4. 水位探頭位置及其控制電路完成了主要部分。 目前 已完 成任 務(wù) 是否符合任務(wù)書要求進(jìn)度：是 1. 設(shè)計(jì)時(shí)間繼電器控制電路 2. 設(shè)計(jì)漏電檢測(cè)及報(bào)警電路 3. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件程序 尚需 完成 的任 務(wù) 能否按期完成論文（設(shè)計(jì)）：能 存 在 問 題 1．硬件部分使用模塊的的選用。 2．軟件程序設(shè)計(jì)及調(diào)試尚存在部分 問題。 3．系統(tǒng)的細(xì)節(jié)部分需整理。存在 問題 和解 決辦 法 擬 采 取 的 辦 法 1． 找導(dǎo)師指導(dǎo)。 2． 找同學(xué)幫忙。 3． 自己去查閱資料。 指導(dǎo)教師 簽 字 日期 年 月 日 教學(xué)院長(zhǎng) （系主任） 意 見 簽字： 年 月 日 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文題目 : 沸騰型全自動(dòng)電熱水器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 所在院系： 機(jī)電學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 機(jī)電技術(shù)教育 導(dǎo)師姓名： 完成時(shí)間： 摘 要 1 本文介紹一種沸騰型電熱水器電子控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有全自動(dòng)控制功能， 確保了電熱水器沸騰后能及時(shí)跳閘。與目前該類器具相比，更具有開水決不混 入生水，保證飲水衛(wèi)生及開水指示直觀醒目、簡(jiǎn)單、有效、不易損壞的特點(diǎn)。 電熱水器由儲(chǔ)水箱、進(jìn)水電磁閥、電源，水位傳感器、溫度傳感器及控 制系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)是開水器的核心，控制系統(tǒng)的好壞決定電熱水器的優(yōu)劣。 水箱水位檢測(cè)及自動(dòng)加水控制為保證飲用水不混入生水。設(shè)置高低水位檢測(cè)， 即當(dāng)水面低于低水位時(shí)能自動(dòng)加水，而當(dāng)水箱水滿，水面到達(dá)高水位點(diǎn)時(shí)則停 止加水，這祥，在飲用開水時(shí)，開水水面一直高于低水位點(diǎn)，飲用水不會(huì)混入 生水。為保證飲用水為開水，必須對(duì)水箱里的水溫進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)水溫低于保溫 值時(shí)，控制加熱元件工作，當(dāng)水燒開時(shí)自動(dòng)停止加熱。此外，還對(duì)系統(tǒng)的硬件 設(shè)置了加入了防干燒控制和報(bào)警功能。對(duì)軟件采取抗干擾措施，以保障系統(tǒng)的 穩(wěn)定運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：電熱水器，控制線路，時(shí)間繼電器 ???????? 2 This article introduces a boiling-type water heater electronic controlsystem,which has a completely automatic control function,To ensure that the water heater can not trip after boiling in time.Compared with the current all kinds of apparatus the water m ixed withraw water in no way.Guaranteed that the potable water health and the boiling water instructed direct-viewing striking,simple,effective,non-fragile characerristics. The electronic water heater consists of the water tank,the water valve,the powe r,the water level sensor,temperature sensor and control system.Control system is the core of boiling,the control system of the quality of the decision of the merits of electr ic boiling.the water level detection and control of automatically adding water automati cally in order to ensure drinking water is not mixed withraw water .To set the high an d low water level detection,when the water is below the low water level add water aut omatically, and when the water tank is full,the water level reached the high point is to stop adding water,so,in the drinking water,the water level has been higher than the low,the water will not be mixed withraw water.In order to ensure drinking water is boiling,The temperature of water must be tested in the water tank,when the water temperature is below the lowest value,To control the heating elements go to work,when the water boiled to stop heating automatically.In addition,the hardware is setted on the anti-dry control and alarm functions.anti-jamming software is taken to safeguard the stable operation of the system. Key words:The electronic water heater, Control circuit, Time relay 目 錄 3 1 緒論 ............................................................................................................................1 2 總體設(shè)計(jì)方案 ............................................................................................................1 2.1 進(jìn)水控制 ..............................................................................................................1 2.2 加熱控制 ..............................................................................................................2 2.3 基本的設(shè)計(jì)要求 ..................................................................................................2 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................................................................................................2 3.1 溫度控制與顯示電路 ..........................................................................................2 3.1.1 顯示電路 .......................................................................................................2 3.1.2 溫度檢測(cè)電路 ...............................................................................................3 3.1.3 CPU 主電路 ...................................................................................................5 3.2 水位控制 ..............................................................................................................4 3.3 電加熱電路 ..........................................................................................................5 3.4 時(shí)間繼電器控制電路 ..........................................................................................5 3.5 漏電檢測(cè)及報(bào)警電路 ..........................................................................................6 3.6 電源電路 ..............................................................................................................7 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................................7 4.1 抗干擾設(shè)計(jì) ..........................................................................................................7 4.2 程序設(shè)計(jì) ..............................................................................................................7 5 結(jié)束語 ........................................................................................................................9 致謝 ................................................................................................................................9 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................9 附錄 ..............................................................................................................................11 4 1 緒論 電熱水器是為人們提供溫水或飲用水的電熱器具，它具有衛(wèi)生、方便、加 熱迅速等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。電熱水器種類很多，但是就目前的產(chǎn)品來 看，都存在著水不能沸騰且冷熱水混流，也就是人們所謂的“陰陽水”的問題。 傳統(tǒng)的熱水器注水方式采用的是浮球閥，當(dāng)箱內(nèi)的水流出后冷水就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入 箱內(nèi)，冷熱水混流形成“陰陽水” ，當(dāng)人們飲用后造成無畏的傷害，且它所使用 的地理位置也嚴(yán)重受到限制。本設(shè)計(jì)在保留原產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，加入了水位的檢 測(cè)及自動(dòng)注水控制，沸騰后自動(dòng)斷電等電路，解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品的缺點(diǎn)。此外， 還對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件采取抗干擾措施，以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 2 總體設(shè)計(jì)方案 圖 1 結(jié)構(gòu)示意圖 熱水器結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。系統(tǒng)通電加熱管發(fā)熱，并顯示當(dāng)前溫度，溫度逐 漸上升，當(dāng)水溫達(dá)到溫度傳感器的設(shè)定值時(shí)，時(shí)間繼電器通電，開始延時(shí)，延 時(shí)時(shí)間到水沸騰，然后加熱管停止加熱。當(dāng)箱內(nèi)水位下降到低于水位探頭 1 時(shí)， 產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)送給進(jìn)水電磁閥的控制電路，電磁閥打開進(jìn)水口注水，水位超 過水位探頭 3 時(shí)，電磁閥斷電，停止注水。電磁閥采用 DF 系列水用的電磁閥。 本閥適用于以水或其它氣液體為工作介質(zhì)，可自動(dòng)化控制或遠(yuǎn)程控制空氣、水、 油液體等工作介質(zhì)管路的通斷。適用溫度-5～125℃，開閥能力 0.03- 0.8Mpa，最高工作壓力 0.8Mpa，公稱通徑 2.5-50mm。 5 2.1 進(jìn)水控制 當(dāng)水位傳感器檢測(cè)到水位低于水位探頭 2 時(shí)，輸出一個(gè)電信號(hào)去控制電磁 閥，其線圈得電，形成電磁場(chǎng)，銜鐵在磁力的作用下，打開閥門向箱內(nèi)注水； 它可以保證箱內(nèi)有充足的水。當(dāng)水位高于水位探頭 3 時(shí)，輸出一個(gè)電信號(hào)讓電 磁閥閉合，進(jìn)水停止。通過水位探頭與電磁閥打開與閉合來完成進(jìn)水的循環(huán)過 程。 2.2 加熱控制 水位探頭 1 的位置高于加熱管，其作用是當(dāng)通電后若檢測(cè)到水位低于探頭 1 時(shí)，加熱將不會(huì)能通電，這樣就完成了防止干燒的控制。當(dāng)水位高于探頭 1 且水溫低于 85 度時(shí)加熱管通電，開始加熱。當(dāng)水加熱到溫度傳感器的設(shè)定值， 時(shí)間繼電器通電開始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到加熱管斷電。通過時(shí)間繼電器與溫度傳 感器的雙重控制可以保證水能循環(huán)加熱。 2.3 基本的設(shè)計(jì)要求 以單片機(jī)為主控芯片構(gòu)成的電熱水器控制器，其基本的設(shè)計(jì)要求： (1)具有漏電保護(hù)功能； (2)水沸騰后能自動(dòng)斷電； (3)溫度低于 85℃時(shí)自動(dòng)加熱； (4)測(cè)量水溫，并通過顯示器實(shí)時(shí)顯示水溫，其顯示范圍為 0～105 ℃； (5)具有超溫?cái)嚯姳Ｗo(hù)并報(bào)警提示的功能; (6)出現(xiàn)傳感器故障時(shí)，可迅速切斷加熱元件電源并報(bào)警提示; 還要求控制器有較強(qiáng)的抗干擾能力，達(dá)到或超過家用電器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并符 合國(guó)家安全認(rèn)證和國(guó)際上的相關(guān)安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) [1]。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) AT89S51 電源 電路 溫度 檢測(cè) 電路 漏電 檢測(cè) 報(bào)警 顯示 電路 電加熱 電路 時(shí)鐘 復(fù)位 電路壓力 控制 電路 6 a b f cg deDPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a b f cg deDPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a b f cg deDPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 VCC+5V RX TX 圖 2 系統(tǒng)框圖 3.1 溫度控制與顯示電路 3.1.1 顯示電路 圖 3 顯示電路 根據(jù)溫度的顯示范圍(0-105)需要三個(gè) LED 數(shù)碼顯示器，采用共陽極靜態(tài)顯 示。LED 具有耗電省，成本低，配置靈活，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。顯示器采用串行 口設(shè)置為方式０輸出方式，外接 74LS164 移位寄存器構(gòu)成顯示器接口電路，如 圖 3。 3.1.2 溫度檢測(cè)電路 由 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20 型單線智能溫度傳感器，屬于新 一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的 溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳 輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 DS18B20 的性能特點(diǎn)：①采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可 通過其它 I/O 口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值 （9 位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位） ，②測(cè)溫范圍為-55℃--＋125℃，測(cè)量分辨率為 7 1 2 3 DS18B20 R1 4.7K VCC 5V Port 0.0625℃,③內(nèi)含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器 ROM，④適配各種單片機(jī) 或系統(tǒng)機(jī)，⑤用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限，⑥內(nèi)含寄生電源。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 ROM,溫度傳感器, 非揮發(fā)的 溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL,高速暫存器。DS18B20 的管腳排列如圖 4 所示。64 位光刻 ROM 是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列號(hào)。 不同的器件地址序列號(hào)不同 [2]。 圖 4 DS18B20 封裝 在硬件上，DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 Vcc 接外部電源， GND 接地，I/O 與單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) UDD、 GND 接地，I/O 接單片機(jī) I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ 左右的上拉電阻。 CPU 對(duì) DS18B20 的訪問流程是：先對(duì) DS18B20 初始化，再進(jìn)行 ROM 操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟： 每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令， 最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作，如圖 5。 圖 5 DS18B20 應(yīng)用電路 3.1.3 CPU 主電路 CPU 主電路主要包括復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，單片機(jī)。8051 的外部振蕩脈沖 8 R1 4.7K R2 4.7K Port Port VCC5V 信號(hào)由 XTAL2 端輸入，直接送到內(nèi)部時(shí)鐘電路。電容器 C1 和 C2 通常取 30PF 左右，振蕩頻率范圍是 1.2MHz～12MHz。 3.2 水位控制 水位控制電路如圖 6 所示。A 棒處于下限水位，棒處于上限水位， B 棒在 上、下限水位之間。A 棒接＋5v 電源，B 棒、C 棒各通過一個(gè)電阻與地相連。 供水時(shí)，水位上升，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，B 棒、C 棒聯(lián)通 ＋5v。因此，b、c 兩端均為“1” 狀態(tài)，這時(shí)，應(yīng)關(guān)閉電磁閥停止供水。當(dāng)水 位降到下限時(shí)，B 棒、C 棒都不能與 A 棒導(dǎo)通，因此 b、c 兩端均為“0”狀態(tài)。 這時(shí)，應(yīng)打開電磁閥供水。當(dāng)水位處于上下限之間時(shí)，B 棒與 A 棒導(dǎo)通。因 C 棒不能與 A 棒導(dǎo)通，b 端為 “1”狀態(tài)，c 端為“0”狀態(tài)。這時(shí)，無論電磁閥 是打開的還是關(guān)閉的水位是上升的還是下降的，都應(yīng)繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài) [6]。 圖 6 水位檢測(cè)電路 3.3 電加熱電路 t 絲絲絲 Q1R1 C1 Port 220V T 圖 7 電加熱電路 該部分的設(shè)計(jì)主要解決兩個(gè)問題：弱電（單片機(jī)系統(tǒng)）和強(qiáng)電（AC220v） 的隔離.對(duì)此,采用了光電耦合器和雙向可控硅實(shí)現(xiàn)對(duì)電熱絲的控制. 電加熱電路 由電熱板、雙向可控硅，光電隔離器等組成。當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到箱內(nèi)溫度低 于設(shè)定溫度時(shí)，通過其輸出口輸出一個(gè)控制電平，經(jīng)過光電隔離送到雙向可控 9 硅的控制柵極，可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，電熱板有電流流過，通電對(duì)水加熱，其電路 圖如圖 7。 3.4 時(shí)間繼電器控制電路 當(dāng)貯水箱中的水位高于水位設(shè)定值后，限制開關(guān) K 閉合。當(dāng)溫度低于溫控 器設(shè)定溫度后，溫控器開關(guān) JW 閉合；中間繼電器線圈 KM1 通電，觸頭 KM1 閉合； KM2 線圈通電，觸頭 KM2 閉合，電熱管 R 工作，指示燈 XD 通電發(fā) 亮。KT 線圈通電，觸頭 KT 閉合。當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度后，JW 斷開，線圈 KM1 失電，觸頭 KM1 斷開。時(shí)間繼電器 KT 失電，但觸頭 KT 因延時(shí)依然閉合， 交流接觸器線圈 KM2 依然通電，電熱管 R 繼續(xù)工件。達(dá)到預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)間后， 觸頭 KT 才斷開，這時(shí)交流接觸器線圈 KM2 失電，電熱管 R 停止工件。指示燈 XD 熄滅，表示水可飲用?？梢?，只要延時(shí)時(shí)間設(shè)得合適，就能確保水被加熱 到沸騰后才跳閘。時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間的設(shè)定方法在調(diào)試電熱水器時(shí)，先把時(shí) 間繼電器 KT 的線路切除，然后，如果是冬天可把溫控器調(diào)到接近水沸騰的溫 度（99℃ 以上） ,夏天則可以調(diào)到 98℃-99℃左右，重新接上時(shí)間繼電器，把時(shí) 間設(shè)在 2-5 分鐘即可。也可根據(jù)公式 pt=4.2m△T 計(jì)算出時(shí)間，舉例： 某廠的 電熱水器功率為 p=6 千瓦（電熱管是純電阻） ， 容量為 40L(升)即 m=40 千克。 如果是夏天△T=2℃ （100℃— 98℃） ， 可算出延時(shí)時(shí)間 t=56 秒?？紤]散熱等 因素，取兩倍的時(shí)間 2 分鐘比較合適。其電路如圖 8。 圖 8 改進(jìn)后的電氣原理圖 3.5 漏電檢測(cè)及報(bào)警電路 KT 10 A R1 R2 R3 R4 R5 C1L VCC Port 圖 9 漏電檢測(cè)電路 電熱水器工作在潮濕的場(chǎng)合，為了確保人身安全，控制器應(yīng)具備漏電檢測(cè) 及報(bào)警功能，其電路圖如圖 9。漏電檢測(cè)是由漏電檢測(cè)線圈的輸出經(jīng)整形后送 入 IC 的中斷輸入端 IRQ。一旦漏電電流超過規(guī)定的閾值，單片機(jī)將立即響應(yīng) 中斷，通過漏電開關(guān)，切斷整個(gè)系統(tǒng)的供電電源，確保人身安全。系統(tǒng)中還設(shè) 有報(bào)警功能，當(dāng)超溫或傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，蜂鳴器報(bào)警提示。它是用一位 Abstract I/O 線來完成，從 I/O 口輸出一定頻率的方波信號(hào)，由晶體三極管驅(qū) 動(dòng)蜂鳴器，使蜂鳴器發(fā)出聲音 [1]。 3.6 電源 圖 10 電源電路 系統(tǒng)采用 220V 供電，220V 市電經(jīng)過 T1 降壓、D1～D4 整流、C1 濾波后 產(chǎn)生 12V 直流電，作為繼電器的驅(qū)動(dòng)電壓。12V 電壓經(jīng)過 7805 穩(wěn)壓后產(chǎn)生 5V 電壓，作為控制器的主電源。電容 C2 作為高頻旁路電容，將高頻信號(hào)旁路 到地。同樣電容 C3 為濾波電容，C4 為高頻旁路電容。R1 為限流電阻，LED1 為 5V 電源指示燈，如圖 10。在設(shè)計(jì)的過程中，濾波電容要盡量選擇的大，因 為在電路中要求電壓比較穩(wěn)定。 R12K T 12v 2w 1 2 3 4 D1~D4 BRIDGE1 C4 0.1uF C2 0.1uF LED Vin1 GN D 3 +5V 2 +C1 2000uF +C3 47uF FUSE1 5V12V AC220 11 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 抗干擾設(shè)計(jì) 為了防止程序在執(zhí)行控制加熱管動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)干擾，使用指令復(fù)執(zhí)、程序卷 回的方法，讓程序在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)循環(huán)執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作，確?？刂茰?zhǔn)確無誤。 在各功能模塊子程序適當(dāng)位置設(shè)置軟件陷阱，進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，在信號(hào)采集與處 理程序中采用多種數(shù)字濾波的方法，消除隨機(jī)的尖脈沖干擾。 4.2 程序設(shè)計(jì) 開水箱的工作狀態(tài)總共有三個(gè)，它們分別是初次使用、用水之后和閑置狀 態(tài)。三個(gè)狀態(tài)所執(zhí)行的動(dòng)作是不相同的，所以要分別考慮每個(gè)的狀態(tài)的所運(yùn)用 的程序，其中初次使用和用水之后都會(huì)檢測(cè)水溫及水位信號(hào)，然后根據(jù)檢測(cè)到 的水位及水溫信號(hào)執(zhí)行動(dòng)作；當(dāng)開水箱閑置時(shí)它只會(huì)檢測(cè)水溫，如果水溫低于 設(shè)定值時(shí)加熱管就會(huì)通電，系統(tǒng)總流程圖如圖 11。 檢測(cè)水位，水溫并顯示水 溫 打開電磁閥，開始進(jìn)水 N Y N 用水之后 檢測(cè)水位，水溫 Y 打開電磁閥，開始進(jìn)水 閑置時(shí) 子程序運(yùn)行 主程序 系統(tǒng)初始化 是否漏電 低于探頭 2? N 運(yùn)行子程序 N 關(guān)閉電磁閥，停止進(jìn) 水 關(guān)閉電磁閥，停止進(jìn) 水 低于探頭 3? 低于探頭 1? 低于探頭 3? 12 圖11 主程序流程圖 5 結(jié)束語 本系統(tǒng)通過采用以 AT89S51 單片機(jī)作為核心檢測(cè)、控制器件實(shí)現(xiàn)了電熱水 器的自動(dòng)快速恒溫的功能，克服了陰陽水的問題。并且加強(qiáng)了安全保護(hù)，加入 了人為控制、抗干擾等功能，對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案提出了改進(jìn)措施，加入了前饋 控制環(huán)節(jié)，使調(diào)溫速度更快，精確性更高，加入多項(xiàng)保護(hù)措施使系統(tǒng)使用更安 全可靠。用 DS18B20 測(cè)溫，在其內(nèi)部就能進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字量與單片 機(jī)直接進(jìn)行通訊，無需外加轉(zhuǎn)換器 A/D，轉(zhuǎn)換速度快，降低了成本，而且大大 簡(jiǎn)化了電路，提高了集成度，使其滿足小型化的要求。 致謝 非常感謝指導(dǎo)老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文寫作中給予我的指導(dǎo)與幫助。從畢業(yè) 設(shè)計(jì)和論文寫作開始，指導(dǎo)老師就給我們制訂了詳盡卻又環(huán)環(huán)相扣的計(jì)劃，并 且在每周都進(jìn)行檢查和指導(dǎo)，使我們循序漸進(jìn)、有條不紊地在所學(xué)課程的基礎(chǔ) 上展開應(yīng)用。在這個(gè)實(shí)用性很強(qiáng)的課題中，指導(dǎo)老師豐富的經(jīng)驗(yàn)，淵博的知識(shí)， 深邃的思想，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)格、平易近人處事態(tài)度，讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)知識(shí)和解決 Y 加熱器通電 N 子程序 水溫低于 85 度? 時(shí)間繼電器通電，延時(shí) 2 分鐘后加熱管斷電 水溫低于 99 度? 13 問題時(shí)感到無比的輕松和愉快，使我們少走了很多彎路，也讓我們學(xué)到很多書 本上沒有的內(nèi)容。至此論文定稿之際，對(duì)指導(dǎo)老師表示衷心的感謝! 感謝老師 能在繁忙之中抽出時(shí)間為我提供耐心的指導(dǎo)，幫我們解決在設(shè)計(jì)過程中遇到的 種種問題。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我還有幸得到其它同學(xué)的大力幫助，有了他們，我才 能克服各種困難，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文。在這里一并向他們表示感謝！最 后，再次向各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師致以崇高的敬意和最衷心的感謝！ 參考文獻(xiàn) [1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局．家用和類似用途電器的安全— 貯水式電熱水器的特殊要求．北京：國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)局，GB4706.12-86 [2]張福學(xué) .傳感器應(yīng)用及其電路精選( 上、下冊(cè))[M]．北京；電子工業(yè)出版社,1992 [3]滕召生 ,童調(diào)生 . 智能檢測(cè)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)融合 [M]．北京；機(jī)械工業(yè)出版社,1999 [4]李娜 . 自動(dòng)化儀表 [M]．北京；燕山大學(xué)出版社,2004 [5]康華光，鄒壽彬．電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M]．北京；高等教育出版社，1999.6 [6]王培東 .單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]．哈爾濱；哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996.3 [7]姚福安 .電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]．濟(jì)南；山東科學(xué)技術(shù)出版社,2002 [8]余永權(quán) .模糊控制技術(shù)與模糊家用電器[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002 [9]周明寶，瞿文龍．電力電子技術(shù)[M]．北京；機(jī)械工業(yè)出版社，1997.5 [10]宋春榮 .通用集成電路速查手冊(cè)[M] ．濟(jì)南；山東科技大學(xué)出版社，1995.9 [11]徐君毅．單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用[M].上海；上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986 [12]金權(quán)林 .電熱水器的熱平衡及參數(shù)選擇[J] ．家用電器科技, 1996.1 [13]張漢屏 .八通道溫度巡查控制儀[J] ．Electronics, DIY 2001, (3)； 86- 871 [14]徐征明 .基于模糊模型設(shè)計(jì)自校正調(diào)節(jié)器的研究[J] ．自動(dòng)化學(xué)報(bào) ,1987 ,13(3) [15]陶永華 .新型 PID 控制及其應(yīng)用[M]. 北京；機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 [16]李科杰 .新編傳感器手冊(cè) [M]．北京；國(guó)防工業(yè)出版社,2002 [17]許毓榮．影響溫控器漂移的因素[J] ． 電機(jī)電器技術(shù)，2004，3 ：32-33 14 附錄： DISP1 EQU 6FH ;顯示緩沖區(qū)域 DISP2 EQU 6EH DISP3 EQU 6DH DISP4 EQU 6CH DISP5 EQU 6BH ; D100 EQU 6AH ;溫度的百位數(shù)據(jù)緩存。 EV EQU 69H ;沒有刪分ＢＣＤ的溫度值 DAY EQU 68H SUM EQU 67H ;控制訂定時(shí)器1的中段次數(shù) SUMM EQU 66H ;查表得出的定時(shí)器需要設(shè)置的延時(shí)初值的循環(huán)次數(shù)。 SV EQU 65H ;當(dāng)前溫度值 15 DUAN1_W EQU 64H DUAN2_W EQU 63H DUAN3_W EQU 62H DUAN4_W EQU 61H ;３段溫度值 BEEP BIT P2.7 ;蜂鳴器 DS18B20_IN BIT P3.7 CHCEK_ZERO BIT P3.2 S10K EQU 33H ;一秒到，溫度刷 MS50 EQU 34H ;50MS的存儲(chǔ)單元。 TEMPH DATA 35H ;從18b20中得到的溫度 TEMPL DATA 36H ;從18b20中得到的溫度 CBCD EQU 38H ;拆B(yǎng)CD ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP EX_ZERO ORG 000BH LJMP TOIT ORG 001BH LJMP TO2T ORG 0030H MAIN； MOV SP, #70H MOV TMOD,#11H MOV TH0, #9EH MOV TL0, #58H MOV TH1, #0FFH MOV TL1, #0E7H ;T1定時(shí)為0.05ms MOV S10K,#0 MOV SECOND, #0 MOV MINUTE, #0 MOV HOUR, #0 MOV DAY, #0 SETB BEEP MOV S11, #1 16 MOV S22, #0 MOV S55, #0 MOV DUAN1_W, #30 MOV DUAN2_W, #37 MOV DUAN3_W, #40 MOV DUAN4_W, #38 MOV DAY_1, #6 MOV DAY_2, #10 MOV DAY_3, #20 MOV DISP1, #0H MOV DISP2, #11H MOV DISP3, #11H MOV DISP4, #10H MOV DISP5, #0FH ;系統(tǒng)初始化 ACALL TZHDISP SETB EA SETB ET0 SETB ET1 CLR TR0 SETB EX0 CLR IT0 SETB PT0 SETB PT1 CLR PS CLR PX0 CLR PX1 CLR CH_A; SETB CH_B; SETB CH_C; CLR P0.0; START； MOV A, S10K CJNE A, #1, START1 LCALL WENDU LCALL DISP MOV S10K, #0 MAIN1； JB FLAG.1, NE7 JB S2, NET1 ACALL T12MS JB S2, NET1 JNB S2, $ MAIN1_1；INC S22 17 MOV A, S22 NET1； CJNE A, #1, NE1 MOV R0, #DUAN1_W ;Ｒ0送入第一段要調(diào)的溫度單元地址 MOV DISP3, #11 MOV DISP2, #12 MOV DISP1, #1 LJMP TZ NE1； CJNE A, #2, NE2 MOV R0, #DUAN2_W ;Ｒ0送入第二段要調(diào)的溫度單元地址 MOV DISP3, #11 MOV DISP2, #12 MOV DISP1, #2 LJMP TZ NE2； CJNE A, #3, NE3 MOV R0, #DUAN3_W ;Ｒ0送入第三段要調(diào)的溫度單元地址 MOV DISP3, #11 MOV DISP2, #12 MOV DISP1, #3 LJMP TZ SETB TR0 SETB EX0 MOV SV, DUAN1_W ;系統(tǒng)開始運(yùn)行，調(diào)入第一段溫度 SETB FLAG.1 MA1； CJNE A, #2, MAIN2 CLR TR0 CLR EX0 SETB RUN CLR TR1 SETB CONTROL_G MOV S55, #0 MAIN2；LJMP START ; 一秒定時(shí)中段 (時(shí)鐘程序) ;************************************ TOIT； PUSH PSW 18 PUSH ACC MOV TH0, #03CH MOV TL0, #0B0H INC MS50 MOV A, MS50 CJNE A, #20, RETURN ;20 MOV S10K, #1 MOV MS50, #00H INC SECOND MOV A, SECOND CJNE A, #60, RETURN MOV SECOND, #0 INC DAY MOV A, DAY CJNE A, DAY_1, N1 MOV SV, DUAN2_W N1； CJNE A, DAY_2, N2 MOV SV, DUAN3_W SETB FLAG.0 ;第二段溫度送出 N2； CJNE A, DAY_3, N3 CLR FLAG.0 MOV SV, DUAN4_W N3； MOV A, DAY CJNE A, #60, RETURN MOV MINUTE, #0 INC HOUR ; JNB FLAG.0, PASS ;如果標(biāo)志位為0 ，通過 ; INC DJ ; MOV A, DJ ; CJNE A, #2, PASS PASS ；MOV A, HOUR MOV A, HOUR CJNE A, #24, RETURN MOV HOUR, #0 INC DAY RETURN；POP ACC POP PSW 19 RETI ;********************************************* ;定時(shí)器1中段程序 TO2T； PUSH ACC PUSH PSW DJNZ SUM, CHU CLR CONTROL_G CLR P0.0 CLR TR1 CHU； MOV TH1, #0FFH MOV TL1, #0E7H ;T1定時(shí)為0.05ms POP PSW POP ACC RETI ;***************************************************************************** ;通過外部中斷口調(diào)整溫度 EX_ZERO；PUSH ACC PUSH PSW MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0E7H ;T1定時(shí)為0.05ms SETB P0.0 SETB CONTROL_G MOV SUM, SUMM ;SUMMM 差值查出的，ＴＲ１中段次數(shù) SETB TR1 POP PSW POP ACC RETI KIND； ACALL TZHDISP ACALL T12MS ACALL T12MS JB S1, NET10 ACALL T12MS JB S1, NET12 JNB S1, $ KIND1；INC S11 20 MOV A, S11 NET10；CJNE A, #1, NET11 MOV DUAN1_W, #20 MOV DUAN2_W, #21 MOV DUAN3_W, #22 MOV DUAN4_W, #23 MOV DAY_1, #5 MOV DAY_2, #10 MOV DAY_3, #15 MOV DISP1, #1 MOV DISP2, #1 MOV DISP3, #1 MOV DISP4, #1 MOV DISP5, #1 CLR CH_A; SETB CH_B; SETB CH_C; NET11； CJNE A, #2, NET12 MOV DUAN1_W, #10 MOV DUAN2_W, #11 MOV DUAN3_W, #12 MOV DUAN4_W, #13 MOV DAY_1, #10 MOV DAY_2, #15 MOV DAY_3, #20 MOV DISP1, #2 MOV DISP2, #2 MOV DISP3, #2 MOV DISP4, #2 MOV DISP5, #2 CLR CH_A SETB CH_B CLR CH_C NET12；CJNE A, #3, NET13 MOV DUAN1_W, #20 MOV DUAN2_W, #21 MOV DUAN3_W, #22 MOV DUAN4_W, #23 MOV DAY_1, #11 MOV DAY_2, #16 MOV DAY_3, #21 21 MOV DISP1, #3 MOV DISP2, #3 MOV DISP3, #3 MOV DISP4, #3 MOV DISP5, #3 SETB CH_A CLR CH_B CLR CH_C NET13；CJNE A, #4, NET14 MOV S11, #0 MOV DISP1, #0 MOV DISP2, #0 MOV DISP3, #0 MOV DISP4, #0 MOV DISP5, #0 SETB CH_A CLR CH_B SETB CH_C NET14；JB S2, NET15 ACALL T12MS JB S2, NET15 JNB S2, $ MOV DISP1, #0 MOV DISP2, #0 MOV DISP3, #0 MOV DISP4, #0 MOV DISP5, #0 LJMP MAIN1_1 NET15； JB S5, NET16 ACALL T12MS JB S5, NET16 JNB S5, $ MOV SV, DUAN1_W ;系統(tǒng)開始運(yùn)行，調(diào)入第一段溫度 LJMP S55_1 NET16； LJMP KIND ;=============================== ;溫度總子程序 ;=============================== 22 WENDU； ACALL INIT_1820 ACALL RE_CONFIG ACALL GET_TEMPER ACALL CONVTEMP_BCD ACALL SUBBB RET ;------------------- ;DS18B20初始化程序 ;------------------- INIT_1820； SETB DS18B20_IN NOP CLR DS18B20_IN MOV R0,#06BH MOV R1,#03H TSR1； DJNZ R0,TSR1 ; 延時(shí) MOV R0,#6BH DJNZ R1,TSR1 SETB DS18B20_IN NOP NOP NOP MOV R0,#25H TSR2； JNB DS18B20_IN,TSR3 DJNZ R0,TSR2 LJMP TSR4 ; 延時(shí) TSR3； SETB 20H.1 ; 置標(biāo)志位 ,表示DS1820存在 LJMP TSR5 TSR4； CLR 20H.1 ; 清標(biāo)志位 ,表示DS1820不存在 23 LJMP TSR7 TSR5； MOV R0,#06BH MOV R1,#03H TSR6； DJNZ R0,TSR6 ; 延時(shí) MOV R0,#6BH DJNZ R1,TSR6 TSR7； SETB DS18B20_IN RET ;------------------------------- ; 重新寫DS18B20暫存存儲(chǔ)器設(shè)定值 ;------------------------------- RE_CONFIG； CLR EX0 ;關(guān)閉外部中斷 CLR ET1 JB 20H.1,RE_CONFIG1 ; 若DS18B20存在,轉(zhuǎn)RE_CONFIG1 RET RE_CONFIG1； MOV A,#0CCH ; 發(fā)SKIP ROM命令 LCALL WRITE_1820 MOV A,#4EH ; 發(fā)寫暫存存儲(chǔ)器命令 LCALL WRITE_1820 MOV A,#00H ; TH(報(bào)警上限)中寫入00H LCALL WRITE_1820 MOV A,#00H ; LCALL WRITE_1820 MOV A,#1FH ; 選擇9位溫度分辨率 LCALL WRITE_1820 SETB EX0 SETB ET1 RET 24 ;--------------------------- ; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值 ;--------------------------- GET_TEMPER； CLR EX0 CLR ET1 SETB DS18B20_IN ; 定時(shí)入口 LCALL INIT_1820 JB 20H.1,TSS2 RET ; 若DS18B20不存在則返回 TSS2； MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820 LCALL INIT_1820 MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 MOV 37H,A ; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存 SETB EX0 SETB ET1 RET ; 寫DS18B20的程序 WRITE_1820； MOV R2,#8 CLR C WR1； CLR DS18B20_IN 25 NOP NOP NOP NOP RRC A MOV DS18B20_IN,C MOV R3,#35 DJNZ R3,$ SETB DS18B20_IN NOP DJNZ R2,WR1 SETB DS18B20_IN RET ;------------------------------------------------- ; 讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù) ;-------------------------------------------------- READ_18200； MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位從DS18B20 中讀出 MOV R1,#36H ; 低位存入36H(TEMPER_L), 高位存入 35H(TEMPER_H) RE00； MOV R2,#8 RE01； CLR C SETB DS18B20_IN NOP NOP CLR DS18B20_IN NOP NOP NOP SETB DS18B20_IN NOP NOP MOV C,DS18B20_IN MOV R3,#35 RE20； DJNZ R3,RE20 26 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET ;***************************************** ;處理溫度BCD碼子程序 ;*************************************** CONVTEMP_BCD；MOV A, TEMPL ANL A, #0FH MOV DPTR, #DOTTAB MOVC A, @A+DPTR MOV DISP3, A MOV A, TEMPL ANL A, #0F0H SWAP A MOV TEMPL, A MOV A, TEMPH ANL A, #0FH SWAP A ORL A, TEMPL MOV EV, A ;存入沒有刪分的當(dāng)前溫度值 MOV B, #100 DIV AB MOV D100, A MOV A, #10 XCH A,B DIV AB MOV DISP4, B MOV DISP5, A RET DOTTAB； DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,05H,06H DB 06H,07H,08H,09H,09H ;******************************************************** ;計(jì)算出，所測(cè)溫度和當(dāng)前溫度的差值并查出，要Ｔ１定時(shí)的次數(shù) SUBBB； PUSH PSW PUSH ACC 27 CL