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1、2015年第二学习阶段(本科)中南大学网络教育课程考试机械电子学试题考试说明：1.首先下载试题及标准答卷模版，完成答题后，答卷从网上提交。2.答卷电子稿命名原则：学号.doc。如：11031020512002.doc。3.网上提交起止时间：2015年11月20日8：0012月26日18：00。 试题：设计一个电热水器，具体要求如下：（100分）1.采用单片机控制（型号不限）。2.热水器的容积不小于50L，加热温度不低于70，手动设定加热温度、自动保温、通过LED灯实时显示水温、带有漏电检测功能、手动开关。3.设计出热水器的具体结构和连接方式。给出传感器和主要元器件的具体选型及其技术指标。4.给
2、出系统工作原理图，硬件接线图，程序流程图和控制程序，撰写相应的设计报告。机械电子学 共6页中南大学网络教育课程考试机械电子学答卷本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。签名_石银法_学号_13131051012001_专业 机械设计制造及其自动化学习中心_菏泽学习中心 答:1、多功能家用电热水器的功能特点该电热水器能够设定水温并数字显示水温,显示范围099。具有漏电保护功能,当出现漏电现象时,能够自动切断电源。系统掉电能够保护设定数据。出现传感器故障时,可迅速切断电源并报警提示。2、系统总体设计根据要实现的功能特点,本系统选用了83C51GB单片机,该单片机内部资源有8KROM
3、、256RAM、AD转换器、3个16位定时器,15个中断源,具有节电方式和48位IO线。利用内部资源设计的系统结构框图如图1所示。单片机温度检测电源电路加热电路显示电路加热指示保温指示漏电流检测电源指示电源控制电路故障报警温度设定键（图1）3、系统的硬件设计31温度设定与温度显示本系统考虑到水温变化范围较小,利用数值键按键较多,该热水器水温的设置是通过三个功能键来完成的,即：“设定”键、“”键、“”键。当需要调整温度时,先按下设定键再按“”键设定温度增1、按“”键温度减1,直到所需温度为止。单片机IO线较多,按键可与IO口直接连接。温度显示电路利用2位数码管显示温度,显示温度范围099,显示电
4、路按常规方法通过驱动电路直接与IO口连接。32温度测量与控制因该控制器对温度要求精度不高,传感器选用价格便宜的热敏电阻即可满足要求。传感器输出的信号经放大后可直接连单片机信号输入端（单片机内有AD）,由软件来启动AD转换并与设定值比较,当测定值低于设定温度值时,使加热管加热,当测定值达到设定温度时,停止加热。在程序设计时做了回差设计,避免加热管频繁开关。33漏电检测及报警电路由于电热器工作环境潮湿,为了保证人身安全,该热水器设计了漏电检测电路。一般情况下漏电检测电路输出高电平,当漏电超过允许值时,该电路输出低电平,该电路输出接INT0,并将INT0设置成高级允许中断,这样,当漏电发生时,CPU
5、立即响应中断,切断系统的供电电源。34掉电保护电路与系统复位电路为了使系统可靠地工作并保存设定数椐,在电热器的控制电路中选用了芯片X25043,该芯片内部具有可编程的看门狗定时器,串行EEPROM、低电压检测电路,并提供复位信号。一旦系统出现故障,电源电压降低到系统的设定位置时,系统复位,保护系统使之免受低电压的影响。EEPROM可在复位时保存设定数据。35报警电路该控制器设计的报警电路是：当单片机检测到传感器出现故障时,利用软件设计从一IO线输出信号经放大后驱动报警电路报警以提示故障,并同时通过加热控制电路来实现停止加热。4、系统软件设计控制器软件的设计采用模块化结构,由主程序、温度显示子程序、AD转换子程序、漏电保护中断服务子程序、温度控制子程序等模块组成。这里给出主流程图和温度控制流程图。 主流程图如图2所示。机械电子学 共6页Y开始初始化启动A/D转换调显示子程序调温度控制子程序传感器有故障N报警 （图2）2015年第二学习阶段(本科)温度控制流程图如图3所示。Y停止加热加热正在加热？入口 低于设定温度YNN返回加热停止加热YN高于设定温度（图3）
