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1、第IV页 辽宁宁科技大学本科生设计基于单片机控制的快热式家用电热水器的设计摘要随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中家用电热水器就是一个典型的例子。在本设计中采用单片机AT89C51作为控制器来控制电路。本设计分别对硬、软件进行设计说明。硬件包括加热控制电路，温度检测电路，LED数码管及指示灯显示电路及报警器驱动电路等的设计，比如，利用热敏电阻对热水器出口温度进行检测；用温度/频率转换电路通过单片机的检测间接测出温度值；用单片机通过光耦给可控硅触发信号，控制可控硅的导通角,而控制电热丝的有效加热功率；用继电器来控制加热电源，使其在
2、关机和超温保护的状态下可靠的关断；用在继电器线圈回路中串联105的熔丝来防止温度过高时加热管干烧。软件部分给出了部分程序流程图的设计，包括主程序的设计、显示扫描子程序的设计、按键扫描处理子程序的设计、加热和控制程序流程图的设计、温度检测程序的设计、频率测试程序的设计。软件编程采用C语言编写，因为其简洁、使用方便灵活、容易实现程序的模块化和结构化。关键词：单片机；电热水器；温度/频率转化测温；二分查找法 Design of rapid heating type household electric water heater based on single-chip microcomputer c
3、ontrolAbstractAs people living standard rise ceaselessly, the single-chip microcomputer control is undoubtedly one of the goals of the people to pursue, it brings convenience is not negative, household electric water heater is a typical example of it. In this design uses AT89C51 microcontroller as t
4、he controller to control circuit. The design of hardware and software respectively design and explains. Hardware including heating control circuit, temperature detection circuit, LED digital pipe and indicator shows circuit and alarm driver circuit design, for example, using thermal resistance of th
5、e water heater outlet temperature testing; Use temperature/frequency conversion circuit is measured by single-chip microcomputer detection indirect temperature; With single-chip microcomputer controlled by light-coupler to trigger signal, Control the conduction angles of the SCR, and control of the
6、resistance wire effective heating power. Use relay to control the heating power, so that the shutdown and over-temperature protection under the condition of reliable shut off; Used in relays coil loop in tandem 105 melt silk of high temperature to prevent dry heating tube when burnt. Software part g
7、ives part of the program flow chart, including the design of main program design, the design of subroutines that display scanning, buttons scanning processing procedure design, heating and control program flowchart design, temperature detection program design, frequency test procedure design. Softwa
8、re programming using C language, because of it is simple and easy to use and agile and easy to implement procedures of modular and structured.显示对应的拉丁字符的拼音Key words: single-chip microcomputer; electric water heater; temperature/frequency conversion temperature measurement; binary search method 目录摘要IA
9、bstractII1 绪论11.1 单片机的组成及特点11.1.1 单片机的组成11.1.2 单片机的特点11.2 选题目的和意义21.3 国内外发展情况31.4 即热式电热水器与普通电热水器的区别31.5 设计要求41.6 设计内容42 快热式电热水器的硬件设计62.1 硬件元件的选择与方案论证62.1.1 单片机的选择62.1.2 电源的选择72.1.3 键盘的选择72.1.4 显示器的选择82.1.5 驱动及加热控制元件的选择82.1.6 温度检测传感器的选择92.1.7 供电线路的选择92.1.8 传感器输出的放大电路的选择102.2 系统硬件电路的设计102.2.1 加热控制电路的设
10、计112.2.2 过压保护电路的设计112.2.3 温度检测电路的设计122.2.4 数码管显示电路的设计132.2.5 报警器驱动电路的设计133 快热式电热水器的软件设计143.1 主程序的设计143.2 显示扫描子程序的设计143.3 按键扫描处理子程序的设计143.4 加热和控制程序流程图的设计173.5 温度检测程序的设计183.6 频率测试程序的设计19结论22致谢23参考文献24附录A 控制源程序清单25附录B系统总设计原理图36第24页本科生毕业设计1 绪论1.1 单片机的组成及特点随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的
11、。其中家用电热水器就是一个典型的例子，单片机正朝着高性能和多种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别高。CPU可以直接对I/O口进行输入、输出操作及逻辑运算，并且具有很强的位处理能力，能有针对性解决由简单到复杂各类控制任务。单片机作为嵌入式应用的微型计算机，由于其出色的性价比，极强的实用性，它取得了巨大的发展。从最早的4位单片机，到今天的16位，甚至32位单片机，单片机的应用越来越成熟，要想设计出较好的快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
12、定了前提条件。1.1.1 单片机的组成单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。 单片机是通过内部总线把计算机的各个主要部件接为一体，其内部包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。1.1.2 单片机的特点由于单片机的各种结构形式
13、及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要有如下特点：有优异的性价比。1.集成度高、体积小、有很高的可靠性。 单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了芯片之间的连线，大大的提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。2.控制功能强 为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及微处理能力。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。3.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。4.单片机系统扩展和系统配置较典型、规范，容
14、易构成各种规模的应用系统。1.2 选题目的和意义当前，热水器已成为日常生活中不可或缺的家用电器，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家不断追求的目标。快热式电热水器与普通电热水器最大的区别在于取消了储水罐，热水随开随用，无需预热，减少了电能浪费。另外，它还具有体积小，使用安全，水温可以调节，安装方便等优点。热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。目前市场上热水器主要品种有：电热水器、太阳能热水器、燃气热水器，就中国的具体情况而言，太阳能热水器作为一种绿色环保可再生资源，其开发和利用，因顺应中国的能源与环保政策，日益受到重视。加上日渐显现的全球能源危机，进
15、一步加剧了太阳能热水器行业的发展，尽管前景光明，可因为太阳能热水器的能源利用率较低及它对建筑的诸多要求，而且安装麻烦，接受太阳能的板片还得轻拿轻放，切勿撞击，属易碎品，加大了其使用的不安全与不保险性。此外，其使用还受天气原因的限制，适用范围狭窄，导致太阳能热水器行业的发展目前还存在很多障碍；燃气热水器由于以天然气为燃料，而燃料供应量有困难，且国家对其使用年限有规定，适合在低气价地区使用，来满足人们的需求，且不利于环境；人们在选择热水器时，除了要安全可靠和美观耐用外，一次性购机费和经常性开支（能耗）也是人们考虑的重要环节，其中经常性开支有时比一次性购机费更能左右用户的选择，因此如何来降低热水器的能源消耗，使用户能以最小的代价获得更大的收益，这是一个大多数用户十分关心的问题。随着人们生活水平的不断提高、日益增长的需求和电网供电能力的加强，越来越多的家庭选用电热水器，电热水器使用安全、卫生、又无污染。今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头，其产品质量、技术水平、服务规范将不断提升，价格也会下降。而且全国电网的改造、电的普及、电价的大幅度下调，以及用电设施的改善，均为电热水器的迅速普及提供了便利、必要的条件。电热水器是家庭、公用住宅、小型饭店、宾馆酒店理想的配套服务设施。相信今后几年我
