电子信息工程专业课程设计任务书
题目：电热水器控制系统设计
设计内容
设计一个由8051MCU组成的电热水器控制系统。能够测量当前水温并显示；可以设置烧水温度，当无水时要有报警功能。通过这个过程熟悉温度传感器、键盘控制和七段数码管的使用，掌握51系列单片机控制和测试方法。；用LED显示测量得到的水温值。完成基本要求，可以适当发挥进行扩展设计。
1）数码管显示：年月日时分秒；
2）键盘输入修改时间、日期设置；
设计步骤
一、总体方案设计
以51系列MCU构成核心模块，合理分配存储器资源和I/O资源。温度采集模块建议采用DS18B20，或采用Pt100再经模数转换；显示模块用2位LED可满足需要；报警模块可采用声光等形式；输入模块可选用矩阵式键盘或键盘驱动芯片；可选用8255进行I/O扩展。
二、硬件选型工作
对于每一个芯片要有具体型号，对每个分立元件要给出其参数
三、硬件的设计和实现
1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）；
2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等）；
3. 接口电路；
4. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）
四、软件设计
1.分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块；
2.编写相关子程序；
3. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)。
五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（A3幅面）。
目录
一、设计要求 (1)
二、设计目的 (1)
三、设计的具体实现 (1)
1.硬件设计 (2)
1.1.单片机的选择 (2)
1.2.水位检测电路 (6)
1.3.温度检测电路 (7)
1.4.A/D转换器 (9)
1.5.报警电路 (10)
2.软件设计 (11)
2.1.温度测量子程序 (12)
2.2.判断子程序 (13)
2.3重要代码………………………………
四、结论与展望 (14)
五、心得体会及建议 (14)
六、附录 (14)
七、参考文献 (14)
电热水器控制系统设计报告
一、设计要求
设计一个由8051MCU组成的电热水器控制系统。能够测量当前水温并显示；可以设置烧水温度，当无水时要有报警功能。通过这个过程熟悉温度传感器、键盘控制和七段数码管的使用，掌握51系列单片机控制和测试方法。设计以AT89C51单片机为核心，用LED显示测量得到的水温值。完成基本要求，可以适当发挥进行扩展设计。
1）数码管显示：年月日时分秒；
2）键盘输入修改时间、日期设置；
以51系列MCU构成核心模块，合理分配存储器资源和I/O 资源。温度采集模块建议采用DS18B20，或采用Pt100再经模数转换；显示模块用2位LED可满足需要；报警模块可采用声光等形式；输入模块可选用矩阵式键盘或键盘驱动芯片；可选用8255进行I/O扩展。
二、设计目的
运用我们所学的专业知识，采用单片机为主控芯片设计电热水器控制系统并辅以外围电路设计，既能加深我们对专业知识的理解，又能培养专业知识与实践相结合的实践技能，提高我们分析、解决问题的能力。
三、设计具体实现
电热水器控制系统的整体设计方案包括硬件设计方案和软件设计方案。硬件是指以微控制器作为核心，由外接温度测量电路、键盘、复位、热水器加热开关、LED显示电路、报警电路组成。
根据功能需求说明，本着节约开发成本、增加系统可靠性、减小体积等原则进行电热水器控制系统的硬件设计。本系统采用51系列单片机AT89C52作为整个系统的核心，利用AT89C52现有的接口组织外围硬件模块。由于环境的特殊性，温度测量主要是由Pt00铂电阻温度传感器、温度传感器的信号调理电路和基于ADC0801的A/D转换电路组成；键盘由三个按键组成：分别为开关和“+”、“-”；水位检测电路检测是否有水，避免干烧；LED 显示电路主要用于显示温度；报警装置为单片机I/O口驱动蜂鸣
器，达到报警的效果。
图1 系统硬件图
1硬件设计 1.1 单片机的选择
图2 AT89C52芯片引脚图
AT89C52 主要性能：
1、 与MCS-51 单片机产品兼容
2、 8K 字节在系统可编程Flash 存储器
键盘 显示电加热开关
水位检测
温度检测 蜂鸣报警
A/D
AT89C52
3、 1000 次擦写周期
4、全静态操作：0Hz～33Hz
5、三级加密程序存储器
6、 32 个可编程I/O 口线
7、三个16 位定时器/计数器
8、八个中断源
9、全双工UART 串行通道
10、低功耗空闲和掉电模式
l1、掉电后中断可唤醒
l2、看门狗定时器
13、双数据指针
l4、掉电标识符
功能特性描述：
AT89C52提供以下表中功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作指导下一个硬件复位。
VCC : 电源电压
GND: 地
P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
表1 P1.0和P1.1口的第二功能
P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
表2 P3口的第二功能
RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。
ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。
Flash 编程―并行模式：
AT89C52 带有用作编程的片上Flash 存储器阵列。编程接口需要一个高电压（12V）编程使能信号，并且兼容常规的第三方Flash 或EPROM 编程器。
编程方法：
对AT89C52 编程之前，需设置好地址、数据及控制信号，可采用下列步骤对AT89C52 编程：
1．在地址线上输入编程单元地址信号
2．在数据线上输入正确的数据
3．激活相应的控制信号
4．把EA/Vpp 升至12V
5．每给Flash 写入一个字节或程序加密位时，都要给ALE/PROG 一次脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常均为1.5ms。重复1—5步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。
1.2.水位检测电路
在这里我采用排阻式水位传感器的方法，排阻式水位传感器的工作原理大致是分别用两个根铜针分别置于水箱内的底部位置。若是无水，铜针不接触水面，其输出为高电平；若铜针与其对应水面接触时则输出为低电平，输出接至电子开关，接到AT89S52的P3．3引脚。单片机对引脚进行判断后，判断是否有水，避免干烧。水位传感器采用电压跟随器与电压比较电路相结合实现。
图3 水位检测电路
1.3.温度检测电路
在温度检测电路采用WZP型Pt100温度传感器进行设计，温度的测量范围为0~+400℃之间，分辨率为2℃，温度显示设置为小数点后1位数据。
Pt100是模拟量输出的温度传感器，随温度变化的是电阻，所以需要通过模拟电路将电阻转变为电压，然后经放大电路处理后再送入A/D转换器。Pt100热电阻是利用金属导体再温度变化时自身的电阻值也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的
受热部分是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。当被检测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。Pt100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：
1.测温范围：-200℃~+850℃；
2.允许偏差值：A级±(0.15+0.02|t|)，B级±（0.30+0.05|t|）；
3.最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；
4.允许通过的通电流≤5mA;
5.另外，Pt100温度传感器还具有抗震动、稳定性好、准确
度高、耐高压等优点。Pt100的线性好，在0~100℃之间
变化时，最大非线性偏差小于0.5℃。
虽然Pt100的线性度比较好，但是可以从数据之间发现Pt100的电阻与测量的温度之间并不是完全的线性关系。因此在实际使用Pt100时，往往需要通过查表法或线性插值算法来计算出测量的温度。
查表法是指在单片机的ROM存储区间中建立一个电阻和温度之间的分度表。当测量温度时，通过软件先计算出Pt100的阻值，然后再去查询分度表获得该阻值所对应的温度值。显而易见，在检测值的范围内对标定的点数设置的越多表格越大，占用的的ROM存储容量也就越大，但是对Pt100的描述也就越精确。
另一种计算温度的方法就是采用线性插值算法。这种方法就是通过已知的Pt100分度表中的数据，将温度的变化曲线分为相应的几段。然后，找一个最佳的函数关系式来表示各段曲线上Pt100的阻值与被测温度之间的函数关系式。由于每个区间段都是用了一个函数解析式来进行描述，因此这种方法在程序设计时十分方便。所以在此我们采用线性插值算法。
根据系统的温度测量范围先将曲线分为四段，每100℃分为一段。每一段的温度与阻值之间的关系如下：
当0℃≤t≤100℃时，t=2.558*Rpt100-256.02
当100℃ 当200℃ 当300℃ 图4 温度测量电路图 放大电路采用LM358集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图 3.4所示，前一级约为10倍，后一级约为3倍。温度在0~100度变化，当温度上升时，Pt100阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压Av对应升高。 1.4.A/D转换器 ADC0801是一个8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：摸数转换时间大约100us；方便的TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时（0V～5V）输入信号电压范围是0V～5V；不需要调零等等。 CS：片选信号。低电平有效，高电平时芯片不工作。 RD：外部读数据控制信号。此信号低电平时ADC0804把转换完成的数据加载到DB口。 WR：外部写数据控制信号。此信号的上升沿可以启动ADC0804的A/D转换过程。 CLK IN：时钟输入引脚。ADC0804使用RC振荡器作为A/D 时钟，CLK IN是振动的输入端。 INTR：转换结束输出信号。ADC0804完成一次A/D转换后，此引脚输出一个低脉冲。对单片机可以称为中断触发信号。 Vin（+）：输入信号电压的正极。 Vin（－）：输入信号电压的负极。可以连接到电源地。 AGND：模拟电源的地线。 Vref/2：参考电源输入端。参考电源取输入信号电压（最大值）的二分之一。例如输入信号电压是0V～5V时，参考电源取2.；输入信号电压是0V～4V时，参考电源取2. 0V。 DGND：数字电源的地线。 DB8～DB0：数字信号输出口，连接单片机的数据总线。 CLK R：时钟输入端。 VCC：5V电源引脚。 补充说明：CLKI和CLKR：ADC0801~0805 片内有时钟电路，只要在外 部“CLKI”和“CLKR”两端外接一对电阻电容即可产生A/D 转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK≈1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10KΩ，C=150PF，fCLK≈640KHz，转换速度为100μｓ。若采用外部时钟，则外部fCLK 可从CLKI 端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范围为100KHz～1460KHz。 图5 A/D转换器电路图 1.5.报警电路 蜂鸣器是采用直流电压供电的一种一体化结构的电子讯响器，目前广泛应用于我们的生活中，比如说在电脑、各种报警器、汽车电子设备、电话机、定时器等常见的电子产品中作为发声器。 本设计采用的蜂鸣器为电磁式蜂鸣器。电磁式蜂鸣器由振荡器、磁铁、电磁线圈、振动膜片以及外壳组成，电磁式蜂鸣器基本原理是在电源接通后，在电磁线圈和磁铁的相互作用下，振荡膜片周期性地振动发声。因为蜂鸣器通常工作电流比较大，但是单片机I/O口输出的电流很小驱动不了蜂鸣器，所以还得选用的NPN型三极管9013来驱动蜂鸣器。 报警电路设计原理：当水箱的水位降到一定值时，输出的低 电平信号，或者烧水温度达到预置温度时，单片机通过指令将P1.5置成高电平，三极管Q5导通，扬声器工作，发出吱吱的声音。同理当水箱的水过高时，P1.5为高电平，报警电路开始工作。蜂鸣器报警电路如图3.6所示。 图6 电磁式蜂鸣器报警电路图 2 软件设计 软件设计由主程序，键扫描子程序及若干功能模块子程序组成。其中主控制器子程序包括A/D转换子程序（水位、水温），键盘处理及显示子程序，加热控制子程序（使用输出比较功能）等组成。主程序要先初始化系统的工作参数，主要是单片机的定时器，COP模块、A/D转换、端口、键中断等的工作模式参数设定，之后系统主程序循环调用各个功能模块子程序，对相关事件的处理依靠标志位和判断标志位实现。在本次设计中运用到了PROTEUS的ISIS电路分析实物仿真系统和KEIL单片机编程软件，通过对它们联调可以仿真出本次设计的要求。 主程序设计思路：软件设计采用各个模块功能分开独立设施的设计方式，将各个功能分成独立模块，有系统和监控程序一起管理执行。本设计的软件包括主程序，键盘扫描子程序，显示子程序，水位测量子程序以及有关的Pt100的程序。我主要说明了两个最主要的子程序：温度测量、水位测量的流程和液晶显示流程。 主程序完成功能：系统对传感器PT100、显示器进行初始化，并且读取用户通过键盘设置的最高烧水温度信息，随之系统自动读取当前水位，系统执行相应功能，完成后等待下一次的启动命令。当检测到无水时，系统会启动报警电路工作，当检测到超过设定的烧水温度时，启动报警电路并关闭加热电路。本设计的系 统整体流程图如图8所示。 否 是 是 否 图7 系统总体程序流程图 2.1温度测量子程序 温度测量由Pt100温度传感器来完成，温度测量子程序流程 如图3.8所示。根据系统的温度测量范围温度与阻值之间的关系编写程序，使阻值变换为温度，进行温度的测量，送入AT89C51 单片机内，之后送入显示电路进行显示温度。 开始 初始化 测量当前温度 显示当前温度 判断是否有按键 更改设定温度 判断当前是否有水 温度是否低于预定值 开电磁阀 图8 Pt100测温程序流程图 2.2判断子程序 判断整个程序的运行，当水温超过预定设置温度值时，关闭加热电路，如果低于预定设置温度值时，开通加热电路，进行加热。当无水的时候，自己断电避免干烧，并蜂鸣报警。 图9 判断程序流程图 断电 水温高于设定值吗？ 水温低于设定值吗？ 通电加热 报警断电 无水吗？ N Ｙ N Y N Y 开始 2.3重要代码 主函数： void main() { TMOD=0x01; TH0=(65536-46000)/256; TL0=(65536-46000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; zd=0; num=21;aaa=0;bbb=0; num1=21;num2=21;num3=21; while(1) { uint a; uchar b; changetemp(); a=gettemp(); b=scanff(); numy=gettemp(); display(a,b); } } 显示函数的分析： void display(uint a,uchar b) { uchar i,temp,srtemp,dis[4]; uint dda; dda=abs(a); numx=dda/1000; num4=dda%1000/100; num5=dda%100/10; num6=dda%10; dis[0]=numx; dis[1]=num4; dis[2]=num5; dis[3]=num6; dis[2]+=10; if((dis[0]==0)&&(dis[1]==0)) dis[1]=20; if(a<0) dis[3]+=10; else {if(dis[0]!=0) dis[1]=dis[1]+10; } temp=0xfb; for(i=1;i<4;i++) { P0=0xff; wei=1; temp=_crol_(temp,1); P0=temp; wei=0; P0=0; duan=1; P0=table[dis[i]]; duan=0; delay(3); } duan=1; P0=0x00; duan=0; if(aaa==1&&ccc!=21) bbb++; switch(bbb) { case 0: dis[1]=b; num1=b; dis[2]=num2; dis[3]=num3; if(dis[2]==21) dis[2]++; else dis[2]+=10; srtemp=0xfe; for(i=1;i<4;i++) { P0=0xff; wei=1; P0=srtemp; wei=0; srtemp=_crol_(srtemp,1); P0=0x00; duan=1; P0=table[dis[i]]; duan=0; delay(1); duan=1; P0=0x00; duan=0; } break; case 1: dis[1]=num1; dis[2]=b; num2=b; dis[3]=num3; if(dis[2]==21) dis[2]++; else dis[2]+=10; srtemp=0xfe; for(i=1;i<4;i++) { P0=0xff; wei=1; P0=srtemp; wei=0; srtemp=_crol_(srtemp,1); P0=0x00; duan=1; P0=table[dis[i]]; duan=0; delay(1); duan=1; P0=0x00; duan=0; } 中断加热子函数的分析： void timer0() interrupt 1 { int a; TH0=(65536-46000)/256; TL0=(65536-46000)%256; zd++; if(zd==6) { zd=0; a=num1*100+num2*10+num3; if(a>=numy&&num1!=21&&num2!=21&&num3!=21) { jiar=1; P1=0xfd; jiar=0; } else { jiar=1; P1=0xff; jiar=0; } } } 四、结论与展望 本课题通过以AT89C52单片机为核心并辅以外围电路的设计方法实现了低成本的控制要求。该系统具备简单、经济的特点， 灵活的键盘控制方式来设定功能等参数增加了系统的灵活性，对水温的采集和显示、实时时钟的显示增加了系统的实用性。 电热水器内部器件较多，控制也较为复杂，应该说本课题是实时电热水器控制系统的小的缩影，整个系统的框架具有很高的应用价值，可以在此构架的基础上，增加多种传感器和其他一些智能化设计，实现一个功能齐全的电热水器控制系统。 五、心得与体会 这次课设目的在于将锻炼我们动手能力，加强我们自学能力，体会我们大学四年所学的知识的具体应用在哪方面，熟悉设计硬件设计和软件设计，这是一个熟悉软件proteus和keil软件来进行仿真，为将来的毕设打下基础。通过对本次电热水器的设计，让我深刻了解到电热水器的内部硬件组成以及软件设计，电热水器内部器件较多，控制也较为复杂，应该说本设计是真实电热水器控制系统一个小的缩影，整个系统的构架具有很高的应用价值，可以在此构架的基础上，增加多种传感器和其他一些智能化设计，实现一个功能齐全的电热水器控制系统。在本次设计过程中遇到了许多困难，有时无从下手，通过大量的查找资料和寻求别人的帮助，最终让我顺利的完成了这次课设。在课堂上的学习的内容看似简单，但真正用于实践还是有很多困难，因此要理论结合实践，不断在实践中磨练提升自己。 六、附录 所用元件： 表3 元器件表 元器件类型编号参数数量 51单片机AT89C521 铂电阻温度传感器Pt1001 A/D转换器ADC08011 双向可控硅L2002L81 继电器MOC 30231 晶振11.0592MHZ1 蜂鸣器BUZ11 发光二极管DIODE-LED2 二极管1N40071 三极管ＰＮＰ4 稳压二极管 1.2Ｖ1 电容20ｐＦ2 10ｕＦ1 0.1ｕＦ3 104Ｆ1 1ｎＦ1 100ｐＦ1极性电容1ｎＦ2 电阻10Ｋ8 4.7Ｋ5 220Ω8 1Ｋ7 510Ω1 100K1 20K/2W1加热电阻1 运算放大器TLC22014 按键4 保险丝1A1 LED七段显示屏7SEG-MPX2-CA1 七、参考文献 [1] 楼然苗、李光飞.《单片机课程设计指导》.北京航空航天大学出版社.2012 [2] 白延敏.《51单片机典型系统开发实例精讲》.电子工业出版社2009 [3] 刘坤.《51单片机应用系统典型模块开发大全》.中国铁道出版社.2013 电子信息工程专业课程设计任务书 题目：电热水器控制系统设计 设计内容 设计一个由8051MCU组成的电热水器控制系统。能够测量当前水温并显示；可以设置烧水温度，当无水时要有报警功能。通过这个过程熟悉温度传感器、键盘控制和七段数码管的使用，掌握51系列单片机控制和测试方法。；用LED显示测量得到的水温值。完成基本要求，可以适当发挥进行扩展设计。 1 ）数码管显示：年月日时分秒； 2）键盘输入修改时间、日期设置； 设计步骤 一、总体方案设计 以51系列MCU构成核心模块，合理分配存储器资源和I/O资源。温度 采集模块建议采用 DS18B20，或采用PtIOO再经模数转换；显示模块用2位LED可满足需要；报警模块可采用声光等形式；输入模块可选用矩阵式键盘 或键盘驱动芯片；可选用 8255进行I/O扩展。 二、硬件选型工作 对于每一个芯片要有具体型号，对每个分立元件要给出其参数 三、硬件的设计和实现 1. 选择计算机机型（采用 51内核的单片机）； 2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口、键盘、 显示接口电路等）； 3. 接口电路； 4. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等） 四、软件设计 1. 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 2. 编写相关子程序； 3. 其它程序模块（显示与键盘等处理程序）。 五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3幅面）。 一、................................... 设计要求 1 二、................................... 设计目的 1 三、............................. 设计的具体实现 1 1. ................................................................................................ 硬件 设计 (2) 1.1. .................................................................... 单片机的 选择 (2) 12水位检测电路 (6) 1.3.温度检测电路 (7) 14A/D转换器 (9) 1.5.报警电路 (10) 2. .............................................................................................. 软件设 计 (11) 2.1. 温度测量子程序 (12) 2.2. 判断子程序 (13) 2.3重要代码....................... 如何使空气能热泵热水器运行更节能、省钱 在十几年的推广应用中，商用空气能热泵热水器应用在酒店、宾馆、学校、医院等用水量大的地方突显成效，主机的工作时间多数达到总时数50%以上，性价比合理体现。在黄河流域以南地域的不完统计，一般对用户的保证为全年平均每吨水用电在13度，与其它常规能源比有明显的优势。 实际应用中主要是大循环加热方式、定温放水加热方式、直接过水加热方式和静止加热方式四种，以上四种加热方式分别就应用效果简要分析。 大循环加热方式的特点是系统简单，施工方便、投资小，适用于集中用水的场合，一箱水用完，再放满水进行加热，是节能明显的方案。如果是连续用水随时补水就会因温差加热控制主机启动长期工作在高温段40-55度，是系统工作COP值最低的温区，没有明显的节能效果，这类用户的结论是空气能不节能，等于花高价买了电锅炉。所以大循环加热方式在连续用水的工作环境，不可采用。 定温放水实际上是把加热水箱和储热水箱分开的制水和用水分开的加热系统，加热水箱可以是内置盘管的静止加热方式，也可以是循环加热方式。当加热箱小水箱的水达到了设定的温度就向储热水箱大水箱中放水；当大水箱中满水时，小水箱继续加热作补水储备，也就是说大水箱必须有容积满足小水箱的容积，同时小水箱水达到设定温度值二个条件才可以。这种加热方式充分分挥了热泵的优势，从自来水的初始水温加热到设定水温平均能效最高。我们曾多次提到空气源热泵是泳池加热的首选，泳池水要求26度，空气源热泵在标准工况下进行恒温加热，5度左右温差恒温加热能效可达到8。所以定温放水加热方式是空气能热泵热水器系统最节能的最可靠的加热方式。这种方式系统比大循环复杂，控制上要求较高、成本稍高，但高出的初投资和节能效果上比是最合理的。 直出水机在稳定的自来水压力和较高的环境中况下直出设定温度热水的空气能热水系统，一种采用电子控制电动阀变化开启度的方法变化出水量，保证出水温度的方法；另一种是通过主机系统工作变化，采样后传送给比例阀变化开启度变化出水量保证出水温度的方法，该系统对自来水的压力，环境温度敏感。气温变化对出水量影响很大，所以要按当地最低温时产水量选择热泵机组，自来水压力不稳定的地区不宜选用。这类机型多适用于我国南方。北方地区有霜冻区域不宜选用。长时间连续工作易结霜，用水温度质量要求高，管路做回水加热恒温的不宜选用。 静止加热方式类似于目前常见的家用型热水器，但是多数为开式非承压水箱，这部分可以用于定温放水的小水箱部分作加热水箱，也可以直接对储热水箱大水箱进行加热。这种方式的出现是因为有些地区水质较差或选用地下水，造成对主机加热部分换热器的堵塞，很难清洗，采用这种开式加热方式方便清洗，甚至可以更换加热器，解决了水质差，地下水区域的空气能热水器的应用难题。 以上四种方式尽管定温放水加热方式节能适用，但是如果巧妙的进行系统管理会出现节能奇迹。 工程上为了保证供水经常采用超大容量蓄水法，就是正常用水量10吨储备15-20吨。 水温控制系统（B题） 摘要 在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机和电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费。但是利用AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成的控制系统却能解决这个问题。单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，并显示于1602显示器上。该系统具有灵活性强，易于操作，可靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。 水温控制系统概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，我们知道虽然电能是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的角度出发，节省电能，保护环境。 一、设计任务 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为 1 升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。 二、要求 1、基本要求 （1）温度设定范围为：40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。 （3）能显示水的实际温度。 第2页，共11页 2、发挥部分 （1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 （2）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （3）在设定温度发生突变时，自动打印水温随时间变化的曲线。 （4）其他。 一系统方案选择 1.1 温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，主要有以下几种方案： 方案一：选用铂电阻温度传感器。此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好,但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻。选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：采用DS18B20温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 1.2温度显示模块 方案一：采用8个LED八段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。数码管具有低能耗，低损耗、寿命长、耐老化、对外界环境要求低。但LED八度数码管引脚排列不规则，动态显示时要加驱动电路，硬件电路复杂。 方案二：采用带有字库的12864液晶显示屏。12864液晶显示屏具有低功耗，轻薄短小无辐射危险，平面显示及影像稳定、不闪烁、可视面积大、画面 太阳能热水器的通用控制器研制 武汉工程大学刘增华李伟 1、系统功能与指标 1.1功能特点 具有目前产品的一般功能： 1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择0°C~80°C（我们选取60°C），自动加热。 3)水位指示：LED五段显示。 4)水温指示：LCD液晶数字显示。 5) 自动上水：为防止空晒，当水位低于10%时，系统强制上水；当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水，若使用，则报警提示先上水，再使用。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 6)辅助加热：当出现阴雨天气，水温达不到要求，启动辅助电加热，电加热温度上限设置为60°C。 同时还具有新加功能： 1)智能模式：检测淋浴水温，自动调节凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 1.2技术指标 1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择60°C，自动加热。 3)水位指示：分段显示（5段显示）。 4)水温指示：数字显示（精度为1度）。 5)自动上水：为防止空晒，当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水。若使用，则报警提示先上水，再使用。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 6)智能模式：检测淋浴水温，自动调节热水、凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 2、系统结构设计 2.1系统的工作原理 太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在太阳能热水器的储水箱内增加一个电加器，采用220V市电加热，由辅助控制系统的继电器控制通断电，用来在温度达不到要求的时候进行辅助加热来保证热水温度。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中，通过电缆线接入用户室内控制器。流量控制阀用通过步进电机来精确控制冷水即自来水的流量，来保证热水与冷水混合后的温度达到用户的要求。当水位不足报警时，通过电磁阀启动上水，上水的过程中，不允许淋浴，且放水电磁阀关闭。当需要淋浴时，放水电磁阀打开，通过自动控制冷水电磁阀的开度来保证冷水与热水混合后的温度与用户设定值基本一致（水温保持在设定温度的2°C范围内），淋浴过程中，系统禁止上水和辅助加热。当淋浴完后按下”淋浴完键”，系统停止放水并且电机要复位。系统的总体结构图如下。厦礴恳蹒骈時盡继 高频炉智能温度控制系统 摘要GP15-B型高频炉自动控温系统开发的目的是将高频炉旧有的手动控制系统改造成微机监控的自动控制系统，以提高控制质量、生产效率和减轻人的劳动强度。基于工业PC的高频炉自动控温系统具有实时监测、数据处理、操作指导提示、智能控制等功能。该系统的控制算法采用仿人智能控制算法(SHIC)，其最主要的优点是不需要事先知道被控对象的精确模型，就能够实现既快速又高精度的控制。 关键词智能控制控制系统高频感应加热 Abstract Temperature in intelligent control system of GP15-B high frequency induction heating furnace is to replace the old hand-control system by computer-control system, and improve the quality of control, increase the efficiency and reduce labor intensity. The temperature automatic control system has some important function, such as real time monitor, data processing, intelligent control, and etc. This system is adept simulating human intelligent control algorithm (SHIC), the most eminent advantage of SHIC is that it can realize quickly and high precision control without the accurate math model of controlled object. Keywords intelligent control control system high frequency induction heating 1 系统结构简介 GP15-B型高频炉自动控温系统是为满足高熔点材料熔化特性测试目的而开发的，对提高高熔点材料性能测试水平和充分利用原系统具有实用意义。本系统的基本组成如图1所示，控制的基本过程是：用光电高温计读取加热设备的温度，输出一个与温度对应的电压信号，此信号经过放大、滤波处理后送到A/D(模/数)转换器，转换成相应的数字量。微机定时地对A/D进行读取，将所得到的数字电压经过电压-温度转换程序转换成数字温度(即实际温度的数字量)，将此温度与用户设定温度相比较，得出温度偏差值E，SHIC仿人智能控制器判断E的大小及E的变化趋势(增大、减小或不变)，输出一个合适的控制量，控制量经过D/A(数/模)转换器转换成相应的控制电压，控制电压的大小将决定可控硅移相触发电路的触发相位，从而控制了高频感应加热设备的输入功率，进而调节温度。系统的温度控制范围为800～3000℃。 空气能热泵主要应用领域有哪些（上） 一、家庭采暖 近些年来，为了减少冬季家庭供暖产生的燃煤污染、改善空气质量，北方许多城市进行了“煤改电”工程，因此，许多家庭选择安装空气能热泵，空气能热泵可以同时提供制冷供暖以及热水等多种功效，是选择家庭供暖更优质的选择。 二、公司、酒店、学校等分布式集中供暖工程 随着人们生活水平的不断提高，再加上近些年环保的观念也更加深入人心，使得传统的燃煤遭受到了前所未有的打击，因此新型供暖产业开始迅猛发展。在各大学校，酒店等需要多端集中供暖热水的领域，空气能热泵得到了广泛的应用。 三、畜牧、水产养殖 随着空气能热泵的广泛应用，不仅可以提供热水、供暖等功用，在畜牧水产等养殖领域也得到了众多客户的肯定。 以最常见的养殖场为例。现在养殖场的供暖方式也是多种多样的，常见的有有烧煤炉、地坑、空调、大棚、风机、地暖等等。以上这些或多或少都有一些弊端，例如安全、环保、功耗等等诸多问题。 而空气能热泵恰恰可以避免以上这些问题，空气能热泵采用水电分离，不必担心用电安全的问题，而且更加节能，环保。虽然空气能主机相比电热主机价格偏高，但由于其使用寿命长，一般可以使用7-10年乃至更长时间，综合下来，可以省掉一大笔开支。 四、家庭或公司冷暖两联供 其实，空气能热泵产品更被大家所熟知的是他另一个名字，空气能热水器，所以，在许多人心目中，以为空气能产品只能用来提供热水。但其实空气能热水器的功能远不止此，他还有冷暖机设备，可以制冷供暖同时提供，而且，空气能热泵在制冷时的性能也更好，更节能。尤其是用在家庭中，或公司、工厂等大型公共场所，经济高效又环保。 五、农业大棚 蔬菜大棚作为可人为调节蔬菜上市季节的手段，可以改进蔬菜生产产量，增加种植户经济收入，在许多地区都十分常见。但对于低温地区而言，单靠蔬菜大棚也很难起到很好的保温效果，一些种植户会选择一些燃煤炉设备来给大棚保温，但此类产品功耗高，对环境污染大，近些年渐渐也走入淘汰之列。因此，许多种植户选择使用更加安全环保的空气能设备。 水温自动控制系统设计 摘要 水温自动控制系统在工业及日常生活中应用广泛，在生产中发挥着重要作用。实现水温控制的方法很多，如单片机控制、PLC控制等等。而其中用单片机控制实现的水温控制系统，具有可靠性高、价格低、简单易实现等多种优点。单片机用于工业控制是近年来发展非常迅速的领域，现在许多自动化的生产车间里，都是靠单片机来实现的。 温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的影响，使得控制性能很难提高，有些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品的质量，因此设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 为了实现高精度的水温测量和控制，本文介绍了一种以Atmel公司的低功耗高性能CMOS 8位单片机为核心，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的方法来实现的水温控制系统，其硬件电路包括温度采集、温度控制、温度显示、键盘输入以及RS232接口等电路。该系统可实现对温度的测量，并能根据设定值对温度进行调节，实现控温的目的。 关键词：AT89S52；温度控制；PT1000；PID Design of Temperature Automatic Control System ABSTRACT The temperature is one of the mainly charged parameters which are industrial control targets. It is difficult to enhance the control performance due to the characteristics of the temperature charged object. Such as inertia, hysteresis and non-linear, etc…Its temperature control process will have a direct impact on the quality of the product in some technological process. Therefore it is absolute valuable to design a ideal temperature control system. In order to realize the high accuracy survey and control of water temperature. Systematic core is AT89S52, which is a low-power loss, high-performance 8-bit MCU of Atmel Company. The system unifies PID control algorithm and PID parameter tuning to control the water temperature. Its hardware circuit also includes temperature gathering, temperature control and temperature display, keyboard input and RS232 interfaces. The system can realize to survey the water temperature, and it can adjust the temperature according to the setting value. Keywords：AT89S52; temperature control; PT1000; PID 商用空气能热泵热水器几种应用方案 在十几年的推广应用中，商用空气能热泵热水器应用在酒店、宾馆、学校、医院等用水量大的地方突显成效，主机的工作时间多数达到总时数50%以上，性价比合理体现。在黄河流域以南地域的不完统计，一般对用户的保证为全年平均每吨水用电在13度，与其它常规能源比有明显的优势。 实际应用中主要是大循环加热方式、定温放水加热方式、直接过水加热方式和静止加热方式四种，以上四种加热方式分别就应用效果简要分析。 大循环加热方式的特点是系统简单，施工方便、投资小，适用于集中用水的场合，一箱水用完，再放满水进行加热，是节能明显的方案。如果是连续用水随时补水就会因温差加热控制主机启动长期工作在高温段40-55度，是系统工作COP值最低的温区，没有明显的节能效果，这类用户的结论是空气能不节能，等于花高价买了电锅炉。所以大循环加热方式在连续用水的工作环境，不可采用。 定温放水实际上是把加热水箱和储热水箱分开的制水和用水分开的加热系统，加热水箱可以是内置盘管的静止加热方式，也可以是循环加热方式。当加热箱小水箱的水达到了设定的温度就向储热水箱大水箱中放水；当大水箱中满水时，小水箱继续加热作补水储备，也就是说大水箱必须有容积满足小水箱的容积，同时小水箱水达到设定温度值二个条件才可以。这种加热方式充分分挥了热泵的优势，从自来水的初始水温加热到设定水温平均能效最高。我们曾多次提到空气源 热泵是泳池加热的首选，泳池水要求26度，空气源热泵在标准工况下进行恒温加热，5度左右温差恒温加热能效可达到8.所以定温放水加热方式是空气能热泵热水器系统最节能的最可靠的加热方式。这种方式系统比大循环复杂，控制上要求较高、成本稍高，但高出的初投资和节能效果上比是最合理的。暖通-空调-在线直出水机在稳定的自来水压力和较高的环境中况下直出设定温度热水的空气能热水系统，一种采用电子控制电动阀变化开启度的方法变化出水量，保证出水温度的方法；另一种是通过主机系统工作变化，采样后传送给比例阀变化开启度变化出水量保证出水温度的方法，该系统对自来水的压力，环境温度敏感。气温变化对出水量影响很大，所以要按当地最低温时产水量选择热泵机组，自来水压力不稳定的地区不宜选用。这类机型多适用于我国南方。北方地区有霜冻区域不宜选用。长时间连续工作易结霜，用水温度质量要求高，管路做回水加热恒温的不宜选用。 静止加热方式类似于目前常见的家用型热水器，但是多数为开式非承压水箱，这部分可以用于定温放水的小水箱部分作加热水箱，也可以直接对储热水箱大水箱进行加热。这种方式的出现是因为有些地区水质较差或选用地下水，造成对主机加热部分换热器的堵塞，很难清洗，采用这种开式加热方式方便清洗，甚至可以更换加热器，解决了水质差，地下水区域的空气能热水器的应用难题。 以上四种方式尽管定温放水加热方式节能适用，但是如果巧妙的进行系统管理会出现节能奇迹。 工程上为了保证供水经常采用超大容量蓄水法，就是正常用水量 《电子技术综合设计》 设计报告 设计题目：水温自动控制系统 组长姓名：学号： 专业与班级：工业自动化14-16班 姓名：学号： 专业与班级：工业自动化14-16班 姓名：学号： 专业与班级：工业自动化14-16班 时间： 2016 ～ 2017 学年第（1）学期指导教师：陈烨成绩：评阅日期： 一、课题任务 设计并制作一个水温自动控制系统，对1.5L净水进行加。水温保持在一定范围内且由人工设定。 细节要求如下： 1.温度设定范围为40℃~90℃，最小分辨率为0.1℃，误差≤1℃。 2.可通过LCD显示屏显示温度目标值与实时温度。 3.可以通过键盘调整目标温度的数值。 二、方案比较 1.系统模块设计 为完成任务目标，可以将系统分为如下几个部分：5V直流电供电模块、测温模块、80C52单片机控制系统、键盘控制电路、温度显示模块、继电器控制模块、强电加热电路。通过各模块之间的相互配合，可以完成水温检测、液晶显示、目标值设置、水温控制等功能。 系统方框图如下： 2.5V直流电供电模块 方案一：直接用GP品牌的9v电池，然后接通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，接两个5伏电源的滤波电容后输出。 方案二：通过变压器，将220v的市电转换成9v左右的交流电，变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波。要得到一个比较稳定的5v电压，在这里接一个三端稳压器的元件7805。 由于需要给继电器提供稳定的5V电压，而方案一中导致电池的过度损耗，无法稳定带动继电器持续工作，所以我们选用能够提供更加稳定5v电源的方案二。 3.测温模块 经查阅资料,IC式感温器在市场上应用比较广泛的有以下几种： AD590：电流输出型的测温组件,温度每升高1 摄氏度，电流增加1μA，温度测量范围在-55℃～150℃之间。其所采集到的数据需经A/D 转换，才能得到实际的温度值。 DS18B20：内含AD转换器，所以除了测量温度外，它还可以把温度值以数字的方式(9 B i t ) 送出，因此线路连接十分简单，它无需其他外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据。它能够达到0.5℃的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法还能达到0.0625℃以上精度，温度测量范围在-55℃～125℃之间，应用方便。 SMARTEC感温组件:这是一只3个管脚感温IC，温度测量范围在 -45℃～13℃，误差可以保持在0.7℃以内。 max6225/6626：最大测温范围也是-55～+125℃，带有串行总线接口，测量温度在可测范围内的的误差在4℃以内，较大，故舍弃该方案。 本设计选用DS18B20感温IC，这是因其性能参数符合设计要求，接口简单，内部集成了A/D 转换，测温更简便，精度较高，反应速度快，且经过市场考察，该芯片易购买，使用方便。 下面是DS18B20感温IC的实物和接口图片 摘要 随着科学技术和生产的快速发展，在生活中，温度成为了频繁出现的词汇。温度测量与控制也成为了生活生产中重要的一部分。在化工、石油、冶金等生产领域的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。除了这些部门之外，温度控制系统还广泛应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统。 本文所设计的电热水器温度控制系统就采用AT89C51单片机为控制核心，利用AT89C51现有的接口来连接外围硬件模块,并通过DS18B20温度传感器准确的检测出当前的温度、DS1302实时时钟芯片实现显示时间的功能，并将所测到的温度数据传送给单片机进行分析处理。并由LCD1602液晶屏显示温度值及实时时间。其中，系统软件设计中，分别预先设计好所需温度的上下限数值，并通过该上下限控制蜂鸣器的报警，再通过继电器的通断来决定电热丝是否加热，实现对温度的简单控制，达到预先设置范围内。 关键词：AT89C51单片机，温度控制，LCD显示 Abstract With the rapid development of science and technology and production, andin life, the temperature has become a frequently occurring words. Temperature measurement and control of production has also become an important part of life. Physical processes and chemical reactions in the chemical, petroleum, metallurgy and other production areas, the temperature is often a very important quantity that needs to be controlled accurately. In addition to these sectors, the temperature control system is also widely used in other areas, is a very versatile class of industrial control systems. In this paper, the design of the electric water heater temperature control system using AT89C51 microcontroller core, use AT89C51 existing interfaces to connect peripheral hardware module, and through DS18B20 temperature sensor accurately detects the current temperature, DS1302 real-time clock chip display function, and the measured temperature data to the microcontroller for analysis. By LCD1602 display and real-time temperature. Among them, the system software design, pre-designed upper and lower limit values were good the desired temperature, and through the upper and lower control buzzer alarm, and then through the relay off to determine whether the heating wire heating, simple control of the temperature reach the pre-set range. Keywords: AT89C51 microcontroller, temperature control, LCD display 目录 摘要....................................................................................................................................... I ABSTRACT .......................................................................................................................... II 第1章引言 . (1) 第2章系统功能需求分析与设计方案选择 (3) 2.1 系统功能需求分析 (3) 2.2 方案选择 (3) 2.3 本章小结 (6) 第3章硬件系统设计 (7) 3.1 电源电路 (7) 3.2 单片机最小系统说明 (8) 3.3 温度检测电路 (9) 3.4 人机交互电路 (10) 3.4.1 键盘接口电路 (10) 3.4.2 显示电路 (10) 3.5 红外一体接收模块 (12) 3.6 报警电路 (13) 3.7本章小结 (13) 第4章软件系统设计 (14) 4.1 主程序流程图 (14) 4.2 液晶显示程序设计 (14) 4.2.1写操作时序图 (14) 4.2.2 初始化程序 (15) 4.2.3 向LCD1602发送数据程序设计 (16) 4.3按键扫描程序设计 (16) 4.4温度控制程序设计 (17) 4.4.1初始化DS18B20 (17) 4.4.2读取DS18B20当前温度 (18) 4.5控制程序策略设计 (18) 摘要 智能温度控制系统 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本系统是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计编程的，其指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。 根据本温度系统的设计要求，该系统是由单片机和温度传感器与一体的综合设计，由于是用单片机采集温度信号，所以在之前必须对温度信号进行放大和转换，就应该选择放大器和A/D转换器，本系统要实现人工智能化，就必须有对温度进行设定，所以还需要设计键盘与单片机系统进行沟通。 关键字：单片机温度传感器键盘 A/D转换器放大器 目录 摘要 ........................................................................................................................... I 第一章绪论.. (1) 第二章设计要求 (2) 2.1 设计课题工艺过程简介 (2) 2.2 控制任务指标及要求： (2) 第三章系统设计思想 (3) 第四章硬件的选择 (4) 4.1 单片机的选择 (4) 4.2 温度传感器的选择 (4) 4.3 显示器的选择 (4) 4.4 键盘的选择 (4) 4.5 温度控制部分 (5) 4.6 自动推舟控制部分 (5) 4.7 实现方案 (5) 第五章硬件设计 (6) 5.1单片机基本系统： (6) 5.1.1 单片机8051 (6) 5.1.2 8155简介 (9) 5.2前向通道 (13) 5.2.3 温度传感器： (13) 5.2.4 运算放大器 (15) 5.2.5 A/D转换器： (18) 5.3 后向通道.................................................................................... 错误！未定义书签。 5.4 人机对话通道 (20) 5.4.1 显示器： (20) 5.4.2 键盘 (23) 5.4.374922引脚说明及功能 (26) 5.5 其他外围器件 (26) 第六章软件设计 (29) 6.1 软件设计思路： (29) 6.2 程序设计流程说明： (29) 6.3 主程序流程图如下： (30) 6.4 键盘输入中断服务程序 (31) 6.5 温度检测子程序流程图 (31) 6.6 程序清单 (32) 结论 (37) 谢辞 (38) 参考文献 (39) 空气源热泵热水器原理 由生活中的常识中我们可以知道，热水可以自己慢慢向空气中放热，冷却成凉水，这表明热量可以从温度高的物体——热水自动的传递到温度低的物体——空气。那么可不可以将这个过程反过来进行，将温度较低的空气中的能量向热水中转移呢？热力学第二定律指出：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。这就是说，热量能自发的从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。但这并不是说热量就不能从低温物体传向高温物体，就向水泵能够使水从低处流向高处一样，热泵通过消耗一部分电能，也能够使热量从低温物体传到高温物体。空气源热泵热水器就是根据这样一个原理来工作的，通过消耗少量的电能驱动压缩机，使制冷剂吸收空气里的热量来加热生活用热水的，其制热效果比传统热水器高出3倍，而消耗的电能仅为普通热水器的三分之一，并能从根本上杜绝了漏电、一氧化碳中毒的危险 热泵热水器的工作过程如下：如上图所示，压缩机通过消耗一部分电能，将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的气体，高温高压的气体在冷凝器中放出热量将水加热，自己温度被降低，经过膨胀阀节流降压后，变成低温低压的气液混合物，在蒸发器中制冷剂吸收其他介质（如空气、井水）中的热量，变成低温低压的气体，然后再被压缩机吸收，压缩成高温高压的气体加热热水。 与其他形式的热水器相比，热泵热水器主要有安全、节能、环保的特点。 安全性： 传统热水器以燃气、电和太阳能为主，三分天下，燃气热水器安全性较差，燃烧不充分和水压不稳定易造成燃气中毒和烫伤事件，电热水器的漏电隐患和住宅接地不良也对消费者的生命安全造成严重威胁，太阳能热水器储水式的特点决定了其在晴天时，水温可能很高，造成烫伤，阴雨天的电辅助加热却留下安全隐患，与以上热水器不同，热泵热水器制热过程是通过压缩机排出的高温高压制冷 空气能热水器工作原理 空气能热水器，又称热泵热水器，也称空气源热水器，是采用制冷原理从空气中吸收热量来制造热水的“热量搬运”装置。通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。2009年9月1日，由美的、同益等新能源家电企业参与制定的，中国首部空气能热水器国家标准《家用和类似用途热泵热水器》于同年9月1日正式出台实施。2009年10月26日媒体报道，空气能热水器开始在一些家庭中流行起来。 工作原理 空气能热水器是按照“逆卡诺”原理工作的，形象地说，就是“室外机”像打气筒一样压缩空气，使空气温度升高，然后通过一种-17℃就会沸腾的液体传导热量到室内的储水箱内，再将热量释放传导到水中。 运用热泵工作原理制热，与空调制冷相反——国家制冷标准是1000瓦，电制冷2800瓦。根据热平衡的原理，同时最少产生2800瓦的热量，加上输入的1000瓦电，实际产生的热量在3000——4000瓦，把这些热量输送到保温水箱，其耗电量只是电热水器的四分之一（电热水器即使热效率100%，输入1000电也只有1000瓦的热）。空气能热水器则不需要阳光，因此放在家里或室外都可以。太阳能热水器储存的水用完之后，很难再马上产生热水。如果电加热又需要很长的时间，而空气能热水器只要有空气，温度在零摄氏度以上，就可以24小时全天候承压运行。这样一来，即使用完一箱水，一个小时左右就会再产生一箱热水。同时它也能从根本上消除了电热水器漏电、干烧以及燃气热水器使用时产生有害气体等安全隐患，克服了太阳能热水器阴雨天不能使用及安装不便等缺点，具有高安全、高节能、寿命长、不排放毒气等诸多优点。空气能热水器的寿命一般可以达到15至20年。 简单地说，空气能热水器的原理就是通过蒸发器抓取空气中的热量并通过压缩机提升并输送、释放热量到水箱中从而把水加热到指定温度。 具体说明如下： 空气能热水器工作原理说明： 空气能热泵热水器顾名思义关键就在于热泵。要靠热泵把存在于空气中的低品味热能搬运到水中从而把水加热，这就要求压缩机能够承受高温高压，另外必须有较大面积的蒸发器，因为与空气接触的面积越大，在同等条件下搬运的热能就越多，能效比就会更高。更为很关键的是搬运热能的工质（也叫冷媒、俗称雪种）要能在严寒的冬季把寒冷空气中的低品味热能搬运到水中去，要求工质两态（液态与汽态）转换温度要低于-25℃，同时要产生65℃热水又要求工质的临界压力要低，否则会使压缩机进入高压保护而制不了高温热水，长期运行在这种状态下会缩短压缩机使用寿命。针对以上几点，我们采用了美国谷轮压缩机和比同行业大了1.5倍面积的换热器，并且研发了全新的工质，打破了其他品牌只能使用R22或者R417等单一的高压工质不能适应寒冷或者过热天气制热水不能超过55℃的局限。我们的机组在产生65℃热水时的压力不超过22kg，而其他同类产品在制取热水达到55℃时的压力就已经超过此值了。压缩机过压会产生两个问题，一是因为过压是压缩机使用寿命缩短，而是压缩机过压后进入停机保护状态，无法及时产出热水。 热泵对于国内大多数人来说还是个陌生的名词，但热泵理论在19世纪已经问世。逆卡诺循环热泵热水器是利用逆卡诺循环原理来工作。工质（冷媒）指的是在一定环境状态下的液态低温介质，因各种介质的化学性质不同，它们的蒸发温度也不同。我们的热泵热水器使用的工质蒸发温度在-35℃~-25℃。举一个简单的例子，把一块冰放到比它自身温度高的环境中会融化，环境温度越高融化速度越快，如果再用风扇对着冰吹的话融化速度会更快，因为这时冰是在和空气环境寻找“热平衡”，可想而知热泵热水器中的工质象冰一样在空气中寻找“热平衡”，它利用压缩机将已吸取热量的工质压缩后迅速膨胀并与水换热，水吸收了工质的热量，然后通过节流装置使已经汽化的工质收缩变成液态，再回到蒸发器中与空气进行热交换，同时使用风扇提高其换热效率，而后又回到压缩机，如此周而复始的工作。 基于单片机的水温控制系统设计 摘要 温度控制系统可以说是无所不在，热水器系统、空调系统、冰箱、电饭煲、电风扇等家电产品以至手持式高速高效的计算机和电子设备，均需要提供温度控制功能。本系统的设计可以用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。它以单片机AT80C51为核心，通过3个数码管显示温度和4个按键实现人机对话，使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，并提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，如：温度设置、加热、停止加热等，整个系统通过四个按键来设置加热温度和控制运行模式。 关键词：单片机、数码管显示、单总线、DS18B20. Based Temperature Control System Abstract Temperature control system can be said to be ubiquitous, water heaters, air conditioning systems, refrigerators, rice cookers, electric fans and other home appliances as well as high-speed and efficient hand-held computers and electronic equipment are required to provide temperature control. The system design can be used for drinking water heater temperature control systems and other electrical circuits. AT80C51 microcontroller as the core of it, through the three temperature digital display and 4 keys to achieve man-machine dialogue, the use of single-chip bus temperature conversion temperature DS18B20 real-time acquisition and through the digital display and offers a variety of operating light to indicate system now live in the state, such as: temperature setting, heating, and stop heating, the entire system through the four buttons to set the heating temperature and control the operating mode. KEY WORDS：Microcontroller, digital display, single bus, DS18B20 绪论电热水器控制系统
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