论文题目：一种单片机控制的热水器的设计
学生：*** 签名：_______________ 指导老师：*** 签名：_______________
摘要
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，在自动控制、智能化仪器、仪表、数据采集、军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
本文主要介绍了基于单片机STC89C51的温度控制系统的设计方案与软硬件实现。以STC89C51单片机为核心，设计了单片机温度控制系统，该系统很好的实现了对被测系统温度的检测、分析处理以及结果显示。本方案中采用温度传感器DSl8B20采集温度数据,LED数码显示管显示温度数据。按键设置温度可改变加热器的温控状态，当温度低于设定温度时,单片机启动加热器加热。本文给出了系统总体框架、程序流程图和Proteus仿真结果，并在硬件平台上实现了所设计的功能。
【关键词】单片机温度控制系统温度传感器 LED数码显示管
【论文类型】硬件设计
Title: Design of water heater which based on SCM
Major: Communication Engineering
Name: ********* Signature: _______________ Supervisor: ****** Signature: _______________
ABSTRACT
In recent years, with the computer in the social sector and the development of large-scale integrated circuits, the application of SCM is continuously to thoroughly, because it has the strong function、small volume、low power consumption、low price and reliable、easy to use, so particularly suitable for related control and system, in automatic control、intelligent instrument and meter, data acquisition, military products, and household electrical appliances, etc, the microcontroller is often used as a core component, according to the specific hardware structure and software application, the object characteristics for improvement.
The design and implementation which based on software and hardware of temperature control system based on single chip microcontroller STC89C5l are introduced in this paper．Microcontroller temperature control system is designed with the core of STC89C51.This system made the testing of temperature, analysis processing and results display come true well. In this scheme ,temperature data is collected by DSl8B20, shown on LED．The control states of heater can be changed by key—presses. When the temperature is under the setting temperature the microcontroller started heater heating .The overall framework of the system，the program flow chart and a simulation result of Proteus are given in this paper, the designed functions are achieved in hardware platform．
【Key words】Single chip microcontroller Temperature control system Temperature sensor LED
【Type of Thesis】hardware design
前言
自20世纪70年代单片机问世以来，其因极高的性能价格比而受到人们的高度重视和关注，例如现在的消费类产品、通讯类产品、仪器仪表以及工业测控系统中等各个方面，大都是用一个或多个单片机组成比较简单、方便和科学的智能控制系统来实现。
总的来说，单片机的发展应用从根本上改变了控制系统的传统设计思想及设计方法。以前用硬件电路实现的大部分控制功能，现在基本上都可以用单片机通过软件编程来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制就叫微控技术，也即是单片机控制技术。
单片机控制技术的发展及人们现代生活水平的提高，各种智能化的仪器、仪表越来越受到人们的青睐，其中电热水器就是典型的一个代表。由于燃气灶热水器的安全性比较差，于是电热水器就越来越受到了人们的认可。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个监控领域中广泛应用的器件。采用单片机对热水器进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。
本文采用单片机STC89C51设计了一个温度实时测量及控制系统。单片机STC89C51能够根据温度传感器DSl8B20所采集的温度数据来控制加热器启停，从而把温度控制在设定的范围之内。它可实现温度的采集、转换、显示以及控制，达到根据水温智能控制热水器温度的目的。该系统的基本原理是通过温度传感器将温度数据传入单片机，通过程序编写及二位温度显示器外设的连接，进而对水的温度加以测试和有效控制，从而实现了人工智能化。设计方案简便直观，稳定可靠。
本次实践主要目的如下：
(1)首先本次设计的主要目的在于巩固、加深同时扩大对51 系列单片机应用的知识面,提高综合应用及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；
(2)其次在于培养针对不同课题的需要,自主选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,进一步提高组成系统、软件编程、软硬件调试的动手能力；
(3)通过对课题设计方案的分析、选择和比较,进一步熟悉用 51 单片机做系统开发、研制的过程,软硬件设计的方法、内容及步骤；
(4)进一步掌握汇编语言在硬件编程中的应用。
目录
1 绪论 (1)
1.1 研究的背景及意义 (1)
1.2 国内外研究状况 (1)
1.3单片机的应用简介 (1)
1.4 本文研究的主要内容 (2)
2 系统组成及工作原理 (3)
2.1方案确定 (3)
2.1.1单片机的选择 (3)
2.1.2传感器的选择 (3)
2.1.3显示器的选择 (3)
2.2 系统组成 (4)
2.3 工作原理 (4)
3 系统硬件设计 (5)
3.1系统硬件总体设计 (5)
3.1.1 STC89C51简介 (5)
3.1.2 DS18B20简介 (6)
3.1.3数码管简介 (8)
3.2子系统（模块一） (9)
3.2.1单片机控制模块 (9)
3.2.2温度测量模块 (9)
3.2.3键盘设定模块 (11)
3.2.4数据显示模块 (11)
3.2.5加热控制模块 (12)
4 系统软件设计 (13)
4.1软件整体流程图： (13)
4.1.1主流程图 (13)
4.1.2定时中断服务流程图 (13)
4.1.3读出温度流程图 (14)
4.1.4 温度检测流程图 (15)
4.1.5 按键管理流程图 (16)
5 系统调试 (17)
5.1软件调试 (17)
5.2 Proteus仿真 (18)
5.2.1仿真过程 (18)
5.3硬件调试 (19)
5.3.1硬件实物简介 (20)
5.3.2 STC-ISP工具介绍 (21)
5.3.3硬件实现之中出现的问题及解决方法 (21)
6 总结 (22)
7 心得 (23)
8 致谢 (24)
参考文献 (25)
附录 (27)
1 绪论
1.1 研究的背景及意义
在科学技术突飞猛进的今天，各种智能化的仪器、仪表给人们的生活带来了极大的便利。而在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机来对温度进行控制不仅具有控制方便，组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
1.2 国内外研究状况
单片机是在1970年微处理器研制成功之后随之而出现的。单片机经历了多次更新换代，其发展速度每2-3年要更新一代，集成增加一倍，功能翻一番。单片机发展速度之快，应用范围之广，已达到了惊人的地步。它已渗透到社会生产和生活的各个领域，可谓无孔不入。
纵观近几十年的发展过程，单片机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O 功能及结构兼容方向发展。预计其今后的发展趋势如下：
（1）微控制器的CPU核仍以CISC为主，但向RISC演化。
（２）提升指令执行速度。
（３）集成大容量片上FLASH存储器，实现ISP、IAP。
（４）普遍使用混合信号（数字模拟相混合）集成技术。
（5）追求低电压、低功耗、低价位、LPG(少腿芯片)。
1.3单片机的应用简介
单片机的应用主要体现在它的控制功能上，它的应用范围在社会生产、生活的各个领域不断扩展，诸如智能仪器仪表、家用电器和军事设备的智能化以及实时过程控制等方面，单片机都扮演着越来越重要的角色。下面介绍单片机的典型应用领域：
（1）家用电器领域
（2）办公自动化领域
（3）商业营销领域
（4）在工业控制领域
（5）智能仪表与集成智能传感器
（6）汽车电子与航空航天电子系统
（7）在计算机网络和通信领域
（8）单片机在医用设备领域
1.4 本文研究的主要内容
本文通过采用STC89C51单片机简单的设计了一个温度实时测量以及控制系统。用智能传感器DS18B20作为温度检测元件，将所测温度数据传到单片机，单片机可以通过单线接口读出该数据，然后根据所采集的温度数据来控制加热器的启动和关闭，从而把温度控制在设定的范围之内。通过软件编程可实现温度的采集、转换、显示以及控制，从而达到智能控制温度的目的。
该系统的基本原理是通过通过程序编写将温度传感器所采集的温度数据传入单片机，然后再通过串行口外接移位寄存器74LS164，采用2位静态LED数码管显示器进行显示，进而对水的温度加以测试和有效控制，从而实现了温度测量及控制,设计方案简便直观，稳定可靠。
2 系统组成及工作原理
2.1方案确定
由设计要求可知，该水温控制器应包括主控制器单片机、温度测量读取模块、加热控制模块、键盘设定模块及数据显示模块。
2.1.1单片机的选择
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，自问世以来以其极高的性价比一直受到人们的重视和关注。
STC89C51性价比非常高，指令系统完全兼容ATMEL公司的增强型MSC-51单片机，不仅可以代替AT89C51，而且功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低，所以本次设计中单片机就选用STC89C51。
2.1.2传感器的选择
方案一：传统温度传感器的温度值转换需要先经电桥电路获取电压模拟量，再经信号放大和A/D 转换成数字信号，其缺点是在更换传感器时，会因放大器出现零点漂移而必须对电路进行重新调试，以克服这种参数的不一致性。
方案二： DS18B20为数字式器件，其可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出，不存在零点漂移这类问题，因此使用起来非常方便。另外DS18B20的精度可以控制在±0.5℃，且它是数字输出，只占用一个 I/O 端口，所以它特别适合于微处理器控制的各种温度测控系统，避免了模拟温度传感器与微处理器接口时需要的 A/D 转换和较复杂的外围电路。
综上比较，选用温度传感器DS18B20来完成温度读取模块不仅精度高，更安全稳定简便，所以选用数字式温度传感DS18B20。
2.1.3显示器的选择
方案一：液晶显示器在使用中有许多注意事项，不能对它长期施加直流电，否则易造成显示器的老化；必须注意防潮；防止施加过大的压力；对于使用的环境温度要特别注意，温度不能太高也不能太低；防止紫外线的直接照射；要特别注意防静电，焊接显示器时烙铁要接地等许多注意事项，且液晶显示器成本相对
数码管来说稍微高一点，但其耗电量低。
方案二：数码管显示器则对电源没有特殊要求，受环境温度的影响不大，不怕阳光的照射，也没有严格的防静电要求，且数码管显示器成本低，配置灵活，与单片机接口简单，在单片机应用系统中广泛应用同时它的显示亮度要比液晶显示器亮许多，适于安装在室内、室外、黑暗和光线强的各种环境中，但它的耗电量明显高于液晶显示器。
由于本系统要求在不同的环境条件下使用，且亮度要求比较高，所以选用成本低、配置灵活的数码管显示器更适合本系统。所以本系统中采用两位数码管，用来显示设定的温度和当前温度。
2.2 系统组成
如图2.1所示，该系统主要包括单片机控制模块、温度测量读取模块、加热控制模块、键盘设定模块、指示灯模块及数据显示模块。控制器使用STC89C51单片机，通过独立按键电路来设置预置加热温度，并在按键结束后将设置的温度值在数码管上显示。环境温度由智能传感器DS18B20来测出，在进行处理后将数据传到单片机，当定时中断到时将测出的当前温度在数码管上显示。加热通过用固态继电器控制加热丝来进行。
图2.1系统组成图
2.3 工作原理
如上图所示，以STC89C51单片机为核心，独立按键设置预定温度，按键结束后在数码管上显示设定温度。用智能传感器DS18B20作为温度检测元件，它能直接读出被测温度，单片机可以通过单线接口读出该数据，然后再通过串行口外接移位寄存器74LS164，采用2位静态LED数码管显示器，每当1s定时到时，显示当前测到的温度，按键时显示设定温度。
3 系统硬件设计
3.1系统硬件总体设计
基于STC89C51单片机的热水器的硬件总体设计电路原理图如附录中1所示：通过独立按键电路来设置所需加热温度，并将设置的温度值在数码管上显示。加热由固态继电器完成，图中用发光二极管D2代替。周围环境的温度由数字传感器DS18B20来测出，进行处理后传给单片机。当当前温度达到设定温度时点亮发光二极管D1，同时熄灭D2代表关闭继电器，同理当当前温度小于设定温度时熄灭D1，同时点亮D2表示开启继电器。
3.1.1 STC89C51简介
STC89C51的引脚图如图3.1所示，它是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择且可以完成ISP在线编程功能，另外STC89C51还增加了两级中断优先级，内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。
图3.1 STC89C51
STC89C51主要特性：
(1)增强型8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期任意选择，指令
代码完全兼容传统8051单片机；
(2)工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)/3.8V-2.0V(3V单片机)；
(3)工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际工作频率可达
到48MHz；
(4)片上集成1280字节或512字节RAM
(5)具有在应用可编程（IAP），在系统可编程（ISP），可实现远程软件升级，无
需编程器；
(6)有EEROM功能；
(7)可编程看门狗定时器（WDT）；
(8)共3个定时/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用；
(9)通用异步串行口（URAT），还可用定时器软件实现多个URAT；
(10)低EMI方式（ALE禁止）；
(11)兼容TTL和CMOS逻辑电平；
(12)掉电检测和低功耗模式等。
3.1.2 DS18B20简介
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻等测温原件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。因为它是数字输出，而且只占用一个 I/O 端口，所以它特别适合于微处理器控制的各种温度测控系统，避免了模拟温度传感器与微处理器接口时需要的 A/D 转换和较复杂的外围电路。缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。
值得注意的是：由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，有严格的时隙概念，因此读/写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20(发复位脉冲),发ROM功能命令,发存储器操作命令,处理数据。
1）DS18B20的性能特点如下：
（1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
（2）多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；
（3）不需要外部器件；
（4）可通过数据线供电，电压范围3.0-5.5V；
（5）零待机功耗；
（6）温度以9-12位数字量读出；
（7）用户可定义的非易失性温度报警设置；
（8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；（9）负电压特性，电源极性接返时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常
工作。
2）DS18B20的结构
DS18B20 主要由四部分组成：
（1）64 位光刻 ROM 数据存储器；
（2）温度传感器；
（3）非易失性电可擦写温度报警触发器 TH 和 TL；
（4）非易失性电可擦写设置寄存器。
DS18B20的内部结构如图3.2所示：
图3.2 DS18B20内部结构图
3)DS18B20测温原理
DS18B20 温度传感器是通过温度对振荡器的频率影响来测量温度，测温原理如图3.3所示。
DS18B20 内部有两个不同温度系数的振荡器。低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过由高温系数振荡器产生的门开通周期而被计数，通过该计数值来测量温度。计数器被预置为与- 55℃对应的一个基数值，如果计数器在高温系数振荡器输出的门周期结束前计数到零，表示测量的温度高于- 55℃，被预置在- 55℃的温度寄存器的值就增加一个增量，同时为了补偿和修正温度振荡器的非线性，计数器被斜率累加器所决定的值进行预置，时钟再次使计数器计数直至零，如果开门通时间仍未结束，那么重复此过程，直到高温度系数振荡器的门周期结束为止，这时温度寄存器中的值就是被测的温度值。
这个值以 16 位二进制补码的形式存放在便笺式存储器中。温度值由主机通过发读存储器命令读出，经过取补和十进制转换，得到实测的温度值。
图3.3 DS18B20测温原理图
3.1.3数码管简介
数码管是一种半导体发光器件, 其基本单元是发光二极管，如图3.4所示分别为共阴极和共阳极数码管的基本组成。
图3.4 数码管结构图
数码管按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管,共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，在应用时应将公共极COM接到+5V, 当某一字段发光二极管的阴极为低电平时, 相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时, 相应的字段就不亮。共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，在应用时应将公共极COM接到地线GND上, 当某一字段发光二极管的阳极为高电平时, 相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时, 相应字段就不亮。数码管按显示方式有静态和动态显示两种显示方式。显示器工作在静态显示方式时，其阴极点（或阳极）连接在一起接地（或＋5V），每一个的段选线（a，b，c，d，e，f，g，p）分别与一个8位口相连；显示器工作在动态显示方式时，段选码端口I/O 1 用来输出显示字符的段选码，I/O 2 输出位选码。I/O 1不断送待显示字符的段
选码，I/O 2 不断送出不同的位扫描码，并使每位显示字符显示一段时间，一般为1～5ms。利用眼睛的视觉惯性，从显示器上便可以见到相当稳定的数字显示。
3.2子系统（模块一）
3.2.1单片机控制模块
图3.5 单片机控制模块
单片机控制模块如图3.5所示，它是整个设计方案的核心，控制了温度的设定、读取与显示以及继电器的开启和关闭。本文选用STC89C51作为控制器件，它是美国ATMEL公司生产的8位Flash ROM单片机，其最突出的优点是片内ROM为Flash ROM，可方便地擦写1000次以上，价格低廉，而且其指令丰富，编译工具多，仿真环境好，因此被广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域。
3.2.2温度测量模块
温度由DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集。DS18B20测温范围为-55℃～+125℃，测温分辨率可达0．0625℃，被测温度用符号扩展的16位补码形式串行输出。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路
如图3.6所示，DS18B20器件只有3 根外部引脚，其中VCC和GND 分别为电源引脚和接地引脚，另一根DQ 线则用作I/O 总线，因此称为一线式数据总线。
当DS18B20收到温度转换命令后，开始启动转换，转换后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存RAM的第1、2字节中。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时，低位在先，高位在后。
图3.6 温度测量模块
温度值格式如表3.1 所示,其中“S”为标志位,对应的温度计算为:当符号位S=0 时,直接将二进制位转换为十进制;当S=1 时,先将补码变换为原码,再计算十进制值。
表3.1
DS18B20对温度数据的计算处理原理：
通过观察表3.2可以发现，一个十进制与二进制值间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节，这个字节的二进制值化为十进制值后就是温度值的十、个位值。
表3.2
3.2.3键盘设定模块
图3.7键盘设定模块
如图3.7所示，按键采用2个功能键，分别是“十位加1”和“个位加1”键，由P1口的P1.0和P1.1低两位作为按键接口。利用加1按键可以分别对预置温度的十位和个位进行加1设置，并在LED上显示当前设置值，连续按动相应位的加1
键即可实现温度设置。
3.2.4数据显示模块
如图3.8所示，温度显示电路是利用单片机串行口外接移位寄存器74LS164，采用2位静态LED数码显示器进行显示，当定时中断到时显示当前所测温度。
图3.8数据显示模块
3.2.5加热控制模块
如图3.9所示为本次设计中固态继电器的接法，输出端接稳定的阻性负载，为了防止输入电压超过额定值，需设置一限流电阻RL；
加热控制信号经驱动器驱动固态继电器工作，从而接通或断开加热丝；两端电源，实现对水的加热控制。
图3.9固态继电器
4 系统软件设计
4.1软件整体流程图：
4.1.1主流程图
主流程图如图4.1所示，其主要用于进行初始化处理，包括各端口的初始化，定时/计数器的设定、中断允许的设定等，同时进行键盘的扫描输入。
图4.1主程序流程图
4.1.2定时中断服务流程图
定时中断服务流程图如图4.2所示，主要通过单片机内部的定时器T1进行1ms定时，再通过寄存器R6进行计数，以实现1s定时中断的要求。进入中断服务程序后可进行温度转换、读温度、温度计算处理、温度显示、温度检测及显示灯的亮灭。
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，本程序设计中采用1s显示程序延时等待转换的完成。计算温度子程序是将RAM中读取值进行BCD码的转换运算。
图4.2定时中断流程图
4.1.3读出温度流程图
读出温度流程图如图4.3所示，其主要功能是读出RAM中的9字节。需要注意的是在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。
4.1.4 温度检测流程图
图4.4温度检测流程图
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
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基于单片机 即热式电热水器设计 摘要 即热式电热水器与普通电热水器最大的区别在于它取消了储水罐，热水随开随用，无须预热，减少了电能浪费。另外，它还具有体积小，使用安全，安装方便等特点。热水器的种类很多，但即热式热水器也有很多种。 要想设计出较好的即热式电热水器必须要以较强的单片机作为基础，而单片机的发展正好为热水器的开发奠定了前提条件。但也必须有一定的编程能力才能设计出较好的系统来，此设计的综合性也比较强，它不但需要主要学科的支持，也需要其他辅助学科的支持，正体验了一个设计者的综合能力。 本设计的即热式家用电热水器系统采用电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制电路还采用了热敏电阻、放大电路以及转换电路等。并给出了信号流程图并介绍了即热式家用电热水器软件系统。 关键词：即热式电热水器；测温传感器；二分查找算法
目录 一引言 (1) 二总体方案设计 (2) 1 硬件方案论证 (2) 2 系统总体设计 (5) 3 系统控制算法的设计 (5) 三系统硬件单元电路的设计 (6) 1单片机晶振电路 (6) 2 温度传感器及放大电路设计 (9) 3过零检测电路图的设计 (10) 4 驱动电路的设计 (10) 5显示电路的设计 (12) 四系统的软件设计 (12) 1主程序流程图 (12) 2显示扫描子程序 (13) 3加热控制子程序 (14) 4按键扫描处理子程序 (15) 5温度检测子程序 (16) 五总结 (18) 参考文献........................................................................................................... 错误!未定义书签。附录：系统硬件总原理图. (19)
毕业设计论文 基于51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计
目录 摘要……………………………………………………………………..I Abstract…………………………………………………………………..II 第一章：绪论 1.1 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析 1.2 太阳能热水器的应用及意义 第二章：太阳能热水器的组成及工作原理 2.1 系统总体结构设计 2.2 太阳能热水器组成及原理 2.3 主要芯片的结构与特点 2.3.1 DS12887实时时钟芯片简介 2.3.2 80C51单片机结构特点 2.3.3 数字温度传感器DS18B20主要特性及测温原理 第三章：太阳能热水器硬件设计 3.1 太阳能控制器硬件结构 3.2 控制器实时时钟接口电路设计 3.3 水位检测和温度检测接口电路设计 3.4 看门狗和复位接口电路设计 3.5 键盘和显示接口电路设计 3.5.1 键盘电路 3.5.2 显示接口电路 3.6 光电隔离与辅助加热电路设计 第四章：控制器的软件设计 结束语 参考文献 致谢 附录 太阳能热水器智能控制器的设计
摘要 太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应用，在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于DS12887的太阳能热水器智能控制器的设计方法，给出了系统硬件设计及软件实现方法。 全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太阳能的利用和前景发展状况。第二部分包括第二章，描述太阳能系统组成及工作原理。第三部分包括第三、四章硬件设计及电路原理和软件设计，分别介绍了传感器的特点及应用、一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理，这也是此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。 关键词：太阳能热水器;传感器; 模糊控制; 实时时钟;单片机 Design of intelligent controller for Solar Water Heater Abstract Solar Water Heater is popular with its pretty benefits, Based on author’s real experience on Solar Water Heater design, this article describes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar、sensor、Single Chip
济南大学泉城学院毕业设计 题目基于单片机的热水器控制系统设计学院工学院 专业电气工程及其自动化
班级1302班 学生李燕 学号2013011198 指导教师张兴达魏志轩 二〇一七年五月十六日
摘要 随着国民经济的迅猛发展，人们对生活质量的要求越来越高。作为日常的家用电器，热水器成为了人们的关注对象之一。传统的热水器只具有简单的加热、加水、亮灯指示等功能，难以满足人们的需求。针对这一问题，本设计提出了一款基于单片机的热水器控制系统。 本次设计主要分为硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包含了AT89S52单片机、电源电路、显示电路、指示灯电路、测温电路、水位检测电路、报警电路、遥控接收电路、注水继电器控制电路、复位电路、晶振电路、按键电路。软件系统设计主要运用了C语言编写程序，KEIL软件和PROTEUS软件联合进行仿真。旨在设计出一款可用遥控器自由设置温度范围和预约时间、LCD1602液晶显示温度和时间，且具备报警功能的智能热水器，热水器在工作时加热、加水、缺水等具有相应的指示灯，当热水器的水位达到水位上限时，蜂鸣器开始报警。通过仿真与调试及实物制作，本次设计的热水器控制系统能够实现预设功能，本设计为进一步研究、应用提供了一定的数据参考。 关键词：单片机；传感器；热水器
ABSTRACT With the rapid development of the national economy, people's quality of life requirements are getting higher and higher. As a daily household appliances, water heaters have become one of the people concerned about the object. The traditional water heater only has a simple heating, water, light instructions and other functions, it is difficult to meet people's needs. Aiming at this problem, this design presents a intelligent control system of water heater based on single chip microcomputer. This design is divided into hardware system design and software system design. Hardware system design mainly includes the AT89S52 microcontroller, power circuit, display circuit, indicator circuit, temperature measurement circuit, water level detection circuit, alarm circuit, remote control receiver circuit, water injection relay control circuit, reset circuit, crystal circuit, key circuit. Software system design mainly uses the C language program, KEIL software and PROTEUS software joint simulation. Designed to design a free remote control can set the temperature range and appointment time, LCD1602 liquid crystal display temperature and time, and have the alarm function of intelligent water heater, water heater in the work of heating, water, water and other indicators with the corresponding, when When the water level of the water heater reaches the upper limit of the water level, the buzzer starts to alarm. Through the simulation and debugging and in-kind production, this design of the water heater control system can achieve the default function, the design for further research, application provides a certain data reference. Key words:Single-chip; sensor; water heater
摘要 这次的设计采用ATEML公司生产的AT89S51单片机为核心来设计智能电热水器。本设计也对单片机控制电热水器实现智能化的可能性进行了分析，利用温度传感器、水位检测装置、等来完成本设计。 设计分成两个部分，在硬件设计方面，主要对单片机最小系统及其扩展、电源电路、键盘显示及接口电路、LED显示电路、水温检测电路、加热电路等进行了详细介绍。还详细介绍了设计中应用到的主要芯片的性能和特点，包括AT89S51、74LS240、DS18B20、74HC245等。在软件设计方面，采用汇编语言编程，是由于其易于为单片机所识别，执行速度快。 该智能电热水器设计完善，实现方案简单易行。采用软件设计来控制，可以实现智能检测水位及水温，智能加热，并且提高了整机的可靠性及准确性。 关键词：单片机; 电热水器; 智能; I
ABSTRACT This design USES ATEML company produces the AT89S51 as the core to design intelligent electric water heater. The design of single-chip microcomputer control and the possibility of electric water heater realize intelligent analyzed, using temperature sensors, water level detection equipment, etc to complete the design. Design is divided into two parts, in terms of hardware design, mainly to the single chip minimize system and its extension, power supply circuit, keyboard display and interface circuit, the LED display circuit, water temperature detection circuit, heating circuit described in detail. Also introduces the main application to design characteristics and properties of the chip, including AT89S51, 74LS240, DS18B20, 74HC245 etc. In software design, use assembly language programming, is due to its easy to identify, execution by MCU fast speed. This intelligent electric water heater design perfect, the implementation scheme is simple. Using software designed to control, can realize intelligent detection levels and water temperature, intelligent heating, and improve the machine's reliability and accuracy. Keywords: single-chip microcomputer; Electric water heater; intelligence; II
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。 除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据 库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：
毕 业 论 文（设计） 课 题基于单片机控制的快热式电热水器设计 学生姓名 院 部电气工程学院 专业班级 指导教师 吴慧 二 ○ 一 五 年 五 月
铜陵学院毕业论文（设计） 基于单片机控制的快热式电热水器设计 摘要 随着现代科技的不断发展进步，人们的生活水平也在不断的提高，方便、快捷、环保的家用电器不断的深入人们的生活，家用电热水器也满足不了这飞速发展的时代了，快热式电热水器的使用逐渐普及开来了。 单片机是本设计的核心控制器，辅以键盘、显示器等智能一体化。本设计使用的是AT89C51单片机来控制电路。本设计主要分为两个部分，硬件电路设计和软件仿真。硬件电路设计主要包括加热控制电路，报警电路，LED显示，温度监控等，本设计使用双向可控硅，用单片机通过光耦给可控硅触发信号，可控硅的导通角就会随之变化,从而控制电热丝的有效加热功率，并且串联105℃的熔丝来防止温度过高时加热管干烧；软件包括主程序的设计，温度检测程序设计，频率测温程序设计，显示扫描程序的设计等，程序主要由C语言编写，并给出了仿真图设计。 这种快热式电热水器，即开即热，使用安全方便，省时省电，适应于当前快节奏的生活，有着十分可观的发展前景。 关键字：单片机；双向可控硅；电热水器；温度
学生姓名：陈涛课程题目：基于单片机控制的快热式电热水器设计 ABSTRACT With the continuous progress of science and technology, people's living level also in continuous improvement, convenient, fast, environmentally friendly home appliances into people's lives, home electric water heater also meet era of the rapid development of the, fast heating type electric water heater use grew in popularity to open the. SCM is the core of the design controller, with keyboard, monitor and other intelligent integration. This design uses AT89C51 microcontroller to control the circuit. This design is mainly divided into two parts, hardware and software. Hardware mainly includes heating control circuit and alarm circuit, LED display, temperature monitoring, using a bidirectional thyristor, MCU through the coupler to SCR trigger signal, control thyristor conduction angle, and control the effective electric wire heating power, and series 105 DEG C molten wire to prevent high temperature heating tube dry burning. The software includes the main program design, temperature detection program design, frequency temperature program design, showing scanning program design, program mainly by the C language compilation, and gives some program flow diagram design. This fast thermal electric water heater, that is, the heat, the use of safe and convenient, save time and power, adapted to the current fast-paced life, has a very considerable development prospects. Keywords: single chip microcomputer, bidirectional SCR, electric water heater, temperature
摘要：温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽，单 片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度值。与设定 的温度相比较后，以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输 出，通过模糊控制算法，就可达到水温自动调节的目的。对任 意温度对应的脉宽还可进行自动测量，并加以显示。 关键词：AT89C2051 单片机模糊控制温度电热水器 模糊控制比传统的PID等控制方法，在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。将模糊控制技术应用于家电产品在国外已是很普遍的现象。单片机是家用电器常用的控制器件，把二者结合起来，可使控制器的性能指标达到最优的目的。基于模糊控制技术的单片机控制的电热水器，是对传统的电热水器开关控制的改造，具有达到设定温度的时间短、稳态温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。 1 硬件电路总体设计 电热水器水温自动调节器以AT89C2051单片机为核心，由多谐振荡器电路、温度设定电路、单片机。设定温度显示电路、控制信号隔离输出电路等几部分组成，结构框图如图1所示。 ①多谐振荡电路。由G1、G2、G3、G4、Rt、Rs、C组成，具体电路如图2。其中Rt是具有负温度系数的热敏电阻（0～100℃时，阻值在3～1kΩ之间变化），是本电路中的温度传感器，用环氧树胶涂于其外表后置于热水中。Rs是限流电阻，限值很小，只有100Ω。非门采用TTL门74LS04电路，振荡周期T≈2.2RtC，脉宽为1.1RtC。可见，脉宽与Rt有一一对应关系，因此，温度与脉宽也就有一一对应关系。 ②AT89C2051单片机。本控制器的核心，模糊控制就是用它控制软件来实现的。 ③温度设定电路。通过一个按键产生脉冲从INT1输入单片机来调节水温的设定值。 ④设定温度显示电路。单片机将设定的温度值通过动态扫描的方法输出，数码管上可直接显示设定温度。在自动测定各温度对应的T0的计数值时，还可用来显示TL0的值。 ⑤控制信号隔离输出电路。通过光耦将加热强电电路与单片机隔离，防止其干扰单片机的工作。单片机的输出控制信号控制两电热丝的断通，从而调节水温。
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ABSTRACT This design USES ATEML company produces the AT89S51 as the core to design intelligent electric water heater. The design of single-chip microcomputer control and the possibility of electric water heater realize intelligent analyzed, using temperature sensors, water level detection equipment, etc to complete the design. Design is divided into two parts, in terms of hardware design, mainly to the single chip minimize system and its extension, power supply circuit, keyboard display and interface circuit, the LED display circuit, water temperature detection circuit, heating circuit described in detail. Also introduces the main application to design characteristics and properties of the chip, including AT89S51, 74LS240, DS18B20, 74HC245 etc. In software design, use assembly language programming, is due to its easy to identify, execution by MCU fast speed. This intelligent electric water heater design perfect, the implementation scheme is simple. Using software designed to control, can realize intelligent detection levels and water temperature, intelligent heating, and improve the machine's reliability and accuracy. Keywords: single-chip microcomputer; Electric water heater; intelligence; II
基于单片机的电热水器水温水位控制系统设计 摘要 随着人们生活水平的提高，各种热水器的使用已相当普及。与之相配套的控制仪也相继问世。然而，目前市场上的各种热水器控制电路还与理想要求相差甚远。因此我设计了新型的热水器水温水位控制系统来满足于当今的需求，该热水器智能控制系统主要由 80C51单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、LED数码管和报警系统组成。该系统能测量并显示水温、设置水温范围，若水温不处于所设置的水温范围则报警，同时还能对水位进行设置及加水，先设置好需要加水的水位段数，单片机会根据这个数进行判断是否加水。通过软硬件调试使以上所述功能都能正常实现。 本次设计是对水温水位控制系统的智能化改进，采用单片机对其水温水位参数进行控制，提高了电器的工作稳定性，同时引进了数字传感器对水温进行数据采集，这样也就提高了系统的控制精度，以其自身的控制精度高、稳定性好和成本低的独特优点在今后将会由广泛的实用价值，其基于单片机的改进方法也具用广泛的应用意义。 关键词：单片机；DS18B20；水温水位控制
Electric Water Heater Water Temperature-Level Control System Based on SCM Abstract With the improvement of people's living standard, the use of various water heater is very popular. Control apparatus and the matched field. However, the current market on the various water heater control circuit and the ideal requirements differ very far.So i design a new type of water heater water level control system to meet the semand in nowdays. The design of solar water heaters intelligent control system is mainly composed of single-chip80C51,DS18B20 temperature sensor,an independent keyboard ,LED and alarm system.The system can measure and display water temperature ,set the range of water temperature,of the water temperature is not in the range of setting temperature is alarming.At the same time,you can set the water level and add water,first,need to set up the water level above the water,single-chip will determine whether add the water or not according to the number.Through hardware and software debugging,the above functions can be normal. For other related parameters, it also has a certain meaning using. The revivification of the water control system is an intelligent product. To its own control of high precision, stability and low cost of the advantages, in the future there will be a wide range of practical value.The design of the water temperature control system is to improve the intellectualized. A monolithic integrated circuits is to control the level of parameter and improve the stability of the electrical work, and meantime, What’s more, its based on single ways of improvement have wide application meaning. Keywords: singlechip; water level’s examination; water temperature’s examination 目录
摘要 我的毕业设计题目是：基于单片机的家用热水器控制器的设计。目前热水器已成为日常生活中不可缺少的家用电器，设计制造更实用、更方便、更安全、更节能的热水器是产品设计师和生产厂商不断追求的目标[1]。家用热水器具有体积小、使用安全、安装方便等优点。系统硬件电路设计包括加热控制、温度检测等电路的设计。电热水器是一种可供洗手间、厨房、浴室使用的家用电器，具有无污染、安全、保温时间长、使用方便等优点。随着人民生活水平的不断提高和我国电力工业的不断发展,电热水器得到不断普及。本文给出了一种基于51单片机实现的热水器电加热器的设计方案。本文运用以AT89S51为控制核心的方法，提出了利用DS18B20来实现温度检测，并设计一个由继电器控制的电路，利用继电器来改变小电流控制的电路功率，构建了一个加热控制电路，从而得出了可以实现加热以及保温的结论。 关键字：热水器，单片机，DS18B20温度检测器，继电器
Micro-controller of water heater controller design Abstract My graduation project topic is: the design of micro controller-based home water heater controller. Water heaters have become indispensable in the daily life of household appliances, the design and manufacture of more practical, more convenient, safer, more energy-efficient water heater is continuing to pursue the goal of product designers and manufacturers.The hardware circuit design including heating control, temperature detection circuit design.Electric water heater is an available toilet, kitchen, bathroom and household appliances. Has the advantages of clean, safe, long holding time, easy to use. With the continuous improvement of people's living standards and the continuous development of China's power industry, electric water heaters are becoming more prevalent. In this paper, based on 51 single-chip design of the auxiliary heating of the water heater. In this paper, AT89S51 as the control core, DS18B20 temperature detection, and to design a relay control circuit, use the relay to change the small-current control circuit power to build a heating control circuit, in order to get conclusion of water heating can be achieved and the keeping of temperature.. Keywords：Water heater, micro-controller, DS18B20 temperature detector, relay
南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文) 摘要 电热水器作为人们生活中不可或缺的家用电器之一，对我们的生活水平有着重要的影响，常用的热水器主要分为以下三种：燃气式热水器，太阳能热水器以及电热水器。 太阳能热水器虽然有没有污染的优点，但是其使用受到天气与位置的较大限制，加之其不能对温度进行有效控制；燃气热水器虽然不用受到上面的限制，但是人们通常会对其使用过程中的一些危险，如一氧化碳中毒和燃气泄漏的担心，加之其安装过程非常繁琐，也渐渐淡出人们的视线；而电热水器在具有其上优点的同时，其安装十分方便，同时在当今时代，电热水器的各方面的研发已经十分的成熟，安全性也能很好的得到保证。 而随着科技的发展，传统的机械式控制系统一难以满足人们对高生活水平的要求，而在微处理器技术、传感器技术的进一步成熟的现今社会，电热水器开始摒弃传统的机械式的控制方式，转而采用全新的控制方式，，以微处理器为核心，通过传感器测温，然后再通过显示屏显示，辅以友好的人机界面，从而实现热水器的智能使控制方法。 本论文完成的控制系统是利用AT89S52单片机作为控制核心的，然后利用其现有接口外接各种硬件模块，主要有：温度测量电路，实时时钟电路，键盘，看门狗电路，加热开关，LED显示电路。 软件部分主要是为实现系统功能而进行的C语言编程。 本系统为一款智能式电热水器，使用独立键盘输入各种指令，使用DS18B20测量温度，测量温度精度可达到0.01℃，采用一块LCD显示屏显示所需要显示的各种数据，便于用户的操作，通过用户的各种事先指令，对单片机进行操作，达到控制热水器的加热系统的工作状态，基本达到了对热水器的控制的目的。 关键词：单片机；温度测量；DS18B20；LCD显示；抗干扰
目录 一、设计要求 0 二、设计目的 (2) 三、设计的具体实现 (2) 1.系统概述 (2) 2.单元电路设计 (4) 2.1微控制器模块 (4) 2.2 温度测量 (4) 2.2.1 Pt1000铂电阻温度传感器 (5) 2.2.2 温度信号放大电路 (5) 2.2.3 模数转换电路 (6) 2.3 实时时钟 (8) 2.4 温度、时钟显示电路 (9) 2.5 看门狗复位电路 (11) 3．软件程序设计 (13) 3.1 整体软件设计 (13) 3.2 模数转换软件设计 (14) 3.3 LED显示软件设计 (18)
四、结论与展望 (21) 五、心得体会及建议 (21) 六、附录 (22) 七、参考文献 (22) 1
电热水器控制系统课程设计 一、设计要求 1.测量热水器的温度，并显示，范围0——70摄氏度。 2.可人工设置热水器内烧水温度，范围20到70摄氏度。 3.当热水器内无水时有报警提示，并且开关自动关闭。 4.可以限定烧水时间。 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、设计的具体实现 1.系统概述 电热水器控制系统的整体设计方案主要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整个控制系统的核心，再外接温度信号采集电路、实时时钟电路、热水器加热控制开关、LED显示电路、键盘、复位与看门狗电路组成。硬件设计方案如图1所示。 系统主要采用51单片机AT89C52作为整个控制系统的主控模 2