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1、毕 业 论 文题目 基于单片机的燃气热水器温度控制系统设计 重 声 明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此重声明。 学位论文作者（签名）： 年 月 日摘 要随着现代居民生活消费水平的不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高。热水器作为家居生活中非常重要的一部分，用户对热水器的功能需求也越来越智能化。燃气热水器作为热水器的一种，以其加热速度快、体积小、安全、节能等优点，深受广大消费者的喜爱。而目前大多数燃气热水器的智能化程度还较低，处于手动调温阶段，且水温不能实时显示，用
2、水量和用气量不能实时控制，这使消费者的用户体验水平大大降低。根据现今燃气热水器中存在的不足，向着智能调温方向发展，本文设计了燃气热水器的恒温控制系统，概括起来有以下几点：(1)用8位单片机89S51和DS18B20温度传感器，提出了水温实时监测的温度控制系统，该系统相比16位的单片机、热敏电阻和A/D转换器构成的温度数据采集系统具有更高的性价比。(2)根据温度传感器采集到的温度数据，经过数据转换，与设定温度数值进行对比，再通过DAC0832数模转换为不同的电流，从而控制燃气比例阀的大小，调整加热的力度，进一步实现温度的自动控制。(3)采用数字PID程序控制，提高了温度的控制精度，并能实现温度的
3、连续可调。(4)加入了LCD1602液晶显示屏，用于出水温度的实时显示；并加入了看门狗和声光报警子电路，提高了热水器的安全性。(5)对设计程序进行了工程样板制作。关键词：燃气热水器；单片机；温度控制；DS18B20AbstractWith the improvement of the consumption level of modern residents, customers requirements of life quality are getting higher and higher. As a very important part of home life, the water
4、 heaters function is also more and more intelligent. Gas water heater as one of water heater, with its heating speed, small size, safety and energy saving, is very popular by the vast number of consumers. At present, most of the gas water heater is still relatively low-degree of intelligence, only c
5、an adjust the temperature by hands, and the water temperature can not be displayed at any time, the weight of water and gas can not be control automaticly, therefore these make the users user experience level greatly reduced.According to the shortcomings of gas water heater, this paper designed a co
6、nstant temperature control system for gas water heater:(1) In this paper, 8-bit single-chip 89S51 and DS18B20 temperature sensors were used, and the temperature control system of real-time monitoring of water temperature was put forward. Compared with the temperature data acquisition system, which w
7、as constituted of 16-bit microcontroller, thermistor and A/D converter, the system of this article is cost-effective. (2) According to the temperature data of temperature sensor, through the data conversion, and compared with the set temperature value, and then through the DAC0832 digital converter
8、into the different electric current value, the size of gas proportional valve can be control. Finally, the heating force can adjust so that achieve the temperature of the automatic control.(3) The temperature control system used the digital PID program control, improved the temperature control accur
9、acy, and can achieve continuous adjustable temperature.(4) A 1602 LCD screen was joined in the temperature control system for the real-time display of water temperature; and watchdog and sound and light alarm circuit were set to improve the safety of water heaters.(5) The design process was made int
10、o the project model, and was debugged successful.Key words: Gas water heater; Single chip; Temperature control; DS18B20目 录摘 要IAbstractII1 前言12 燃气热水器系统设计12.1 系统设计要求22.2 系统设计方案22.3 系统性能指标32.4 本章小结43 硬件控制系统设计43.1燃气热水器硬件控制系统设计方案43.1.1 信息处理模块43.1.2 显示器件53.1.3 温度采集模块63.1.4 数模转化模块63.1.5 燃气开关阀73.2 硬件电路设计93.
11、2.1 系统主控制电路的设计93.2.2 温度值输入电路的设计93.2.3 报警电路设计103.2.4 温度检测电路的设计103.2.5 LCD液晶显示电路的设计113.2.6 电流控制电路的设计113.3 本章小结124 软件控制系统设计124.1主程序流程图124.2测温程序流程图134.3数字PID控制器的实现144.4 本章小节155 总结与展望15参考文献16致 171 前言随着地球能源的匮乏，近年来，天然气以其清洁、环保、高燃比的优势逐渐走进各家各户。越来越多的家用热水器也开始采用燃气作为加热能源，最近风靡欧美地区的燃气采暖热水两用炉把燃气热水器功能发展到完美程度。燃气热水器具有加
12、热速度快、经济效益高、使用方式简易安全等优点，使其受到广大消费者的喜爱。热水器是一种人们生活中不可缺少的家用电气，随着科学技术的发展，热水器的技术水平日渐提高，其种类也越来越多，热水器的主要品种包括电热水器、太阳能加热式热水器，燃气热水器等。其中，太阳能热水器以取之不尽的太阳能作为能源，节约能源的同时不会对环境造成污染，是热水器的发展趋势，但由于其会受天气原因的限制，因此使用围有限；电热水器多利用电能进行加热，并采取过压、过热、漏电三重保护装置，使用安全性高，同时具有干净环保，调温方便，安装方便的优点，但缺点是价格偏高，加热漫，占空间，不适合人口多的家庭使用，且加热慢，储水箱反复加热容易滋生细
13、菌，不节能等；燃气热水器是一人们生活中常用的自来水加热装置，它通常以天然气、石油为燃料，它是通过燃气在燃烧室充分燃烧产生高能，并散发出高温气体，高温气体经过换热器后，气体与换热气中的冷水进行热交换，于是冷水就加热为所需的安全热水。燃气热水器通常具有以下几个优点：加热快、效率高、寿命长、价格便宜。从上述叙述中可以看出，太阳能等通过自然能源来加热的热水器是未来的趋势，电热水器是现在人们生活应用热水器的主流，但由于燃气热水器具有极高性价比的优势，仍被很很多人群使用，燃气的应用可以满足人们日益增长的需求，对燃气热水器的智能化控制成为其发展的重点趋势。2 燃气热水器系统设计本课题目的是设计一种自动调节水
14、温的燃气热水器，其控制系统基于单片机控制。其中设计需要重点考虑其安全性、操作简洁性，以及开发成本等因素。2.1 系统设计要求燃气热水器供人们日常生活洗浴使用，因此在设计过程中必须满足用户的使用需求，保证用户的良好体验，因此本课题通过大量网上调研，收集并整理燃气热水器的相关资料。本课题所设计出的燃气热水器单片机控制系统，要求功能齐全、安全方便、经济使用。根据相关调研，控制器应具有以下功能：水温的自动控制和显示，完善的安全保护措施；水温应该控制在20摄氏度至90摄氏度并可随时调整；热水器电源应该使用AC 220V或电池供电。2.2 系统设计方案方案设计思路简介：设定一个理想的温度值，温度传感器热水
15、器的水温采集，并与这个理想的温度对比，若设定的理想温度大于采集温度，热水器比例阀的阀口将开大，更多的煤气进入燃气室，燃气充分燃烧产生巨大能量，水温随之升高；当水温达到设定的理想温度时，比例阀阀口停止开大，保持燃气室的煤气含量，设定的水温和实际水温通过LCD1602显示器显示出来。当水温达到其极限温度时，燃气热水器中安置的报警器将开始报警，同时热水器不再运行。因此该系统主要包括信息处理模块、显示器件、温度采集模块数模转化模块，比例阀、风机、水气联动装置、报警装置和输出电路模块组成。在燃气热水器温度控制系统的设计过程，硬件部分包括，核心处理器、外围电路和外部设备这三个部分。其中，核心处理器选用ATMEL公司生产的89S51系列单片机；外围电路设计应包括必需的电源电路，复位电路等。另外，外部设备又可分为以下几个部分进行设计：键盘输入电路、LCD显示电路，燃气比例阀控制电路，温度采样电路、外部看门狗电路及蜂鸣器报警电路。控制器硬件结构电路原理如图1所示。
