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1、本科生毕业设计（论文）资料第一部分 设计说明书基于proteus的热式热水器温度控制系统的仿真研究 摘 要热水器在工业生产和家庭生活中的应用是非常普遍的，而热水器的核心技术之一就是温度控制方面，也就是说温度控制器的技术对热水器的发展起着至关重要的作用。所以温度控制器的研究对于提高热水器产品的质量，是具有很重要的现实意义的。本课题主要针对热式热水器中温度控制的特点及实现准确温度控制的意义，设计了一种基于单片机的控制系统，整个系统的设计内容包括硬件和软件两个部分。硬件电路主要以AT89C51单片机为微处理器，详细设计了温度信号采集电路，温度数码显示电路，键盘设置温度电路，报警电路，光耦隔离输出电路
2、，模拟加热电路。软件部分主要针对加热装置的控制模式进行了编程。温度传感器DS18B20采集到的温度转换成电压信号反馈到单片机，然后与温度的给定值进行比较，通过比较来控制加热装置，从而达到控制温度的目的。关键词：单片机，热水器，温度控制，AT89C51，DS18B20ABSTRACTWater heater is common in industrial production and family life application，and the temperature control is one of the core technology of water heater,which mea
3、ns temperature control technology plays a vital role for the development of water heater. Thus, the research of temperature controller has very important practical significance for improving water heater quality. Regarding to the feathers and the significance of hot water heater temperature control,
4、 this subject designs a kind of system based on single-chip microcomputer control.The system includes hardware and software.Hardware circuit is designed the AT89C51 as main microprocessors, and the hardware circuit includes the temperature signal acquisition circuit,temperature digital display circu
5、it, the keyboard set temperature circuit, alarm circuit, light coupling isolation output circuits, analog heating circuit.The softeware is mainly aimed at heating device programming.Temperature sensor DS18B20 collects the temperature and converse it into voltage signal, feedbacks to the microcontrol
6、ler, then compared with the given temperature value, by which to controle the heating device, so as to control the temperature.Keywords:SMC，water heater，temperature control，AT89C51, DS18B20目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 系统任务11.3 设计思路2第2章 热式热水器温度控制系统的硬件设计32.1 AT89C51单片机简介32.1.1 AT89C51单片机资源简介3
7、2.2 数字温控芯片DS18B20介绍52.2.1 DS18B20的特性52.2.2 DS18B20的测温原理62.2.3 DS18B20与单片机接口电路72.3 显示驱动电路设计72.4 按键电路设计82.5 光耦隔离输出电路82.6 整体硬件电路9第3章 热式热水器温度控制系统的软件设计103.1 系统软件设计框图103.2 主程序模块113.3 温度采集模块123.4 报警及加热电路模块133.5 温度显示模块133.6 键盘扫描模块13第4章 热式热水器温度控制系统仿真154.1 proteus简介154.1.1软件功能特点154.2 仿真结果15结 论21参考文献22附 录23致 谢
8、31I 第1章 绪 论本章内容主要叙述了热式热水器方面的行业背景概况，此课题要求的系统任务以及在确定系统任务之后的整体设计思路，重点是关于热水器温度控制系统的设计思路。1.1 课题背景热式电热水器，进入中国市场已有十个年头之久，对于国内消费者来说，也是一个并不陌生的产品了。从一个边缘产业到逐渐成长为重心行业，产品技术上也趋于成熟和稳定，经过十年本土化、特色化的改造后，即热式电热水器终于迎来了发展高峰期。更多的企业拥入其中，据相关数据显示，目前国内已有300多家企业涉足此类产品的生产，其中主要集中在珠三角、长三角一带。现在市场上的热水器按利用能源类型分为燃气热水器、电热水器及电热-太阳能复合式热
9、水器等。按照加热方式不同分为直热式电热水器和热泵式热水器。直热式电热水器又分为两个类别：即贮水式电热水器和快热式电热水器。相比前者，后者具有不需预热及保温，即用即热，出水温度恒定，体积小巧，节能，寿命长等优点。但是，它也存在诸如功率大、制作工艺复杂，价格偏高等问题。随着技术的不断成熟、成本不断降低、产品价格不断下降，快热式电热水器正迎来爆炸式的市场增长。参照国外的发展情况经验，在欧洲和东南亚，曾经是燃气式和贮水式的天下，快热式电热水器的市场经过20年的发展，占有率达到50%。目前中国市场即热式电热水器的销售比率只占3%，这表明即热式电热水器在中国有极为广阔的市场前景。1.2 系统任务设计一热式
10、热水器温度闭环控制系统，系统方框图如下图1.1所示： 放大器控制器热水器测量装置输出温度反馈温度给定温度图1.1系统方框图（1）热水器温度工作范围：063；（2）检测分辨率1；（3）键盘是采用拨动开关，实现温度设定范围为：063；（4）给定温度用2位LED用动态或静态扫描技术显示；（5）实际温度用2位LED用动态或静态扫描技术显示；（6）增加预警系统，当加热到设定的温度时，则发出报警信号。1.3 设计思路热式热水器温度闭环控制系统包括检测系统、显示系统、按键设置温度系统、模拟加热系统、报警系统、单片机控制系统等六个部分。系统选择性能优良的DS18B20温度传感器来模拟检测热水器内的温度；用两个
11、两位的数码管来分别显示实时设定温度和实际温度；采用两个按键来分别设置温度的十位和个位；采用一个绿色LED灯来模拟加热装置（灯亮则表示启动加热装置，灯灭表示关闭加热装置）；采用一个红色LED灯来模拟报警信号（灯亮则表示实际水温高于预设水温，讲产生报警信号并关闭加热装置；灯灭则表示实际水温要低于预设水温，此时系统处于加热状态）；核心的单片机控制系统采用常用的AT89C51芯片，接收传感器反馈回来的温度信号，与设定温度值进行比较处理并作出是否开启加热装置的命令。总体结构图如下图1.2所示：单片机键盘输入电路显示电路温度控制电路测温电路报警电路图1.2系统总体原理框图第2章 热式热水器温度控制系统的硬
12、件设计本章的重点是热式热水器温度控制系统的硬件设计，主要包括控制处理器以及实现其他设计功能的硬件模块。2.1 AT89C51单片机简介2.1.1 AT89C51单片机资源简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出
13、管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。2.1.1.1主要特性-与MCS-51 兼容 -4K字节可编程闪烁存储器 -寿命：1000写/擦循环 -数据保留时间：10年 -全静态工作：0Hz-24MHz -三级程序存储器锁定 -1288位内部RAM -32可编程I/O线 -两个16位定时器/计数器 -5个中断源 -可编程串行通道 -低功耗的闲置和掉电模式 -片内振荡器和时钟电路2.1.1.2管脚说明VCC：供电电压 GND：接地P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被
14、定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输
15、入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，说明如下： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /
