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1、电子电路实验实验总结报告 题目名称： 家用电热水器控制器 学生姓名： 学 号： 学生电话： 指导教师： 验收日期： 2015 年 5 月 电工电子实验教学中心制 / 文档可自由编辑打印摘 要电热水器是当前社会家居生活必要的生活用品，区别燃气热水器和太阳能热水器，电热水器是以电作为能源进行加热的热水器。目前，电热水器按加热功率大小可分为储水式，即热式和速热式三种形式。根据中国家用热水器产业技术路线图(2012版)显示，未来中国电热水器的研发需求包括安全可靠、节能、低碳环保、舒适健康、产品结构升级、建筑一体化以及智能化七个方面。如今，传统电热水器挂墙安装受空心墙等原因影响，易掉落，不安全！“大水桶
2、”裸露不美观，占空间。部分厂家开始考虑建筑一体化或者家居一体化产品，市面上一种集成式热水器便是此类。集成式热水器，是将热水器和浴室柜集成设计，设计理念上与传统热水器有很大不同，是一种全新的尝试。本文主要对家用电热水器的进水控制部分和温度控制部分两个部分进行分别设计。采用自上而下的方法完成设计，本文比较详细的介绍了家用电热水器各部分的工作原理，并采用Multisim12软件进行电路各部分的仿真。仿真结果表明，进水控制部分，进水监测，水位预置，进水控制各电路功能达到标准，即通过【预置/进水】按键，完成预置和进水的切换，通过【脉冲】按键，预置水位，通过开关来模拟水位情况，通过对预置水位和模拟的水位的
3、比较，来监测水位控制进水阀的工作，当水位达到一处水位时，报警；温度控制部分，温度检测，温度预置，和加热器控制各电路功能达到标准，即通过【预置/加热】按键完成预置和加热器控制功能的切换，通过电桥来完成温度和电压的转换，在通过A/D转化器来把模拟量变成数字量，通过数码管显示，再与预置的温度进行比较，来控制加热器的工作，并当出现水位过低时，强制停止加热器工作，以防止发生危险。从功能及技术性能测试结果来看，设计满足要求从功能及技术性能测试结果来看，本文介绍的家用电热水器控制器已经达到设计要求。目 录第1章 总体方案设计 11.1 题目简介 11.2 性能及技术性能指标 11.3 进水控制器电路结构及工
4、作原理 21.4 温度控制器电路结构及工作原理 4第2章 水控制器设计与仿真 52.1 水位预置电路设计与仿真 52.1.1 手动脉冲信号产生电路设计 62.1.2 置编码电路设计 82.1.3 译码驱动显示电路设计 92.1.4 仿真结果 102.2 进水状况检测电路设计与仿真 102.2.1 电路设计 112.2.2 仿真结果 122.3 电磁阀控制电路设计与仿真 122.3.1 优先编码电路设计 132.3.2 状态比较电路设计 132.3.3 继电器开关电路设计 142.3.4 仿真结果 152.4 进水控制器仿真结果 15第3章 温度控制器设计与仿真 163.1 温度传感器电路设计与
5、仿真 163.1.1 温度/电压变换电路设计 173.1.2 测量放大器电路设计 183.1.3 仿真结果 193.2 A/D转换电路设计与仿真 193.2.1 电路设计 203.2.2 仿真结果 203.3 温度预置电路设计与仿真 203.3.1 手动脉冲产生电路设计 213.3.2 计数器电路设计 223.3.3 仿真结果 233.4 加热器控制电路设计与仿真 233.5 时钟电路设计与仿真 253.5.1 电路设计 253.5.2 仿真结果 253.6 数码管显示电路设计 263.7 温度控制器仿真结果 27第4章 家用电热水器控制器测试 294.1 水位预置情况 294.2 进水状况检
6、测情况 294.3 电磁阀控制情况304.4 温度传感器情况 314.5 A/D转换电路情况 314.6 温度预置情况 324.6 加热器控制情况 32实验总结 34参考文献 35附 录 36附录一 家用电热水器控制器（进水控制器）元器件明细表 36附录二 家用电热水器控制器（进水控制器）实物照片 37附录三 实验日志 37第1章 总体方案设计1.1 题目简介 电热水器是当前社会家居生活必要的生活用品，区别燃气热水器和太阳能热水器，电热水器是以电作为能源进行加热的热水器。目前，电热水器按加热功率大小可分为储水式，即热式和速热式三种形式。近年来，随着电热水器在安全、节能、加热速度、出水量等方面不
7、断改进，越来越受到人们的青睐，市场销售历年持续增长，市场占有率已经达到60%以上。电热水器经过十余年的发展，热水器的技术不断进步，行业先后有防电墙、防电闸、3D速热、变频增容等革新性产品出现，电热水器在安全、节能、加热速度、出水量等方面不断改进，市场销售历年持续增长。随着近几年生活水平的提高，人们对用水量的需求越来越大，所以电热水器的畅销容积已经从2000年左右的40升提升到如今的60升左右，湖北、湖南、贵州等长江两岸，一直是80升大容积热水器畅销的省份。根据中国家用热水器产业技术路线图(2012版)显示，未来中国电热水器的研发需求包括安全可靠、节能、低碳环保、舒适健康、产品结构升级、建筑一体
8、化以及智能化七个方面。如今，传统电热水器挂墙安装受空心墙等原因影响，易掉落，不安全！“大水桶”裸露不美观，占空间。部分厂家开始考虑建筑一体化或者家居一体化产品，市面上一种集成式热水器便是此类。集成式热水器，是将热水器和浴室柜集成设计，设计理念上与传统热水器有很大不同，是一种全新的尝试。本题目结合学生已经掌握的模拟电子技术、数字电子技术理论知识和实验技能，以模拟集成电路和数字集成电路为核心器件，由学生自主完成一种全自动的储水式电热水器控制器的研制。该控制器可实现对热水器的进水阀门和加热器的自动控制，并提供必要的安全、报警等功能。1.2 功能及技术性能指标要求家用电热水器控制器包括进水控制和温度控
9、制两部分，它们之间的电路结构相对比较独立。其功能及技术性能指标要求如下：进水控制：（1）水位预置：从低到高，共5级；（2）水位预置指示：红色发光二极管，5个，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；（3）进水状况检测：从低到高，共6级，其中包括1个水位溢出检测；（4）进水状况指示：绿色发光二极管，5个，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；（5）控制进水电磁阀输出端口：1个，开关量，高电平有效；（6）电磁阀吸合及水位溢出指示：双基色发光二极管，红色亮表示水位已达到溢出位置，绿色亮表示电磁阀吸合。（7）状态指示一：双基色发光二极管，红色亮表示控制器工作在水位预置状态，绿色亮表示控制器工作在进水
10、状态；温度控制：（8）温度预置及检测范围：0 50 ；（9）温度测量误差： 1 ；（10）温度显示方式：LED 数码管，两位；（11）控制加热器输出端口：1个，高电平有效；（12）状态指示二：双基色发光二极管，红色亮表示控制器工作在温度预置状态，绿色亮表示控制器工作在加热状态。1.3 进水控制器电路结构及工作原理进水控制器电路由水位预置电路、进水状况检测电路、电磁阀控制电路及电磁阀组成，其电路结构如图1.1所示。通过【预置/进水】键我们可以选择进水控制器电路的两种不同工作状态，分别是水位预置状态和进水检测状态。在【预置/进水】键调制水位预置状态时，通过按动【脉冲】按键，可以驱动LED灯依次点亮
11、，用以显示由低到高的预置水位。水位预置状态部分原理：通过不断按动【脉冲】键，在脉冲电路中产生单个脉冲，预置编码电路开始对电路状态进行编码。同时，译码驱动电路将预置编码电路输出的编码再进行译码，译码驱动电路将编码的预设编码电路的代码然后译码，并驱动预置水位指示灯从低到高，表明当前预置水位。进水状态时，如果水箱中的水位低于设定水位，状态比较电路输出高电平，高电平作用到继电器上，电路连通，进水电磁阀的工作。接触到水，使得水箱中的水位上升，先后接触放在微型开关的不同高度位置的水箱，水的状态指示灯由低到高依次点亮，指示当前水位状态，同时优先编码器对微动开关电路输出状态（低电平有效）进行编码。当水箱中的水
12、位达到设定水位的状态，电路输出低电平，控制继电器断开，电磁阀停止工作。如果水位达到预定水位时，电磁阀并没有停止工作，当水接触到溢出微动开关，强行控制继电器断开电磁阀，停止工作，避免水溢出的发生。图1.1 进水控制器电路结构框图1.4 温度控制器电路结构及工作原理温度控制器电路由温度传感器电路、A/D转换电路、温度预置电路、加热器控制电路、数码管显示电路、时钟电路及加热器组成，其电路结构如图1.2所示。温度控制器也有两种工作模式，可通过【预置/加热】按键进行选择。在【预置/加热】键调制温度控制状态时，通过按动【脉冲】按键，使得计数器对该脉冲进行计数，同时产生两组8421BCD码，生成的BCD码通
13、过LED数码管显示出来，以表示当前的预置温度。在【预置/加热】键调制加热状态时加热状态时，整个电路完成的是温度信号电信号要求信号小信号放大的过程。对于热水器，可控的是0 50的温度，而通过能够控制电路的是电信号。温度传感器电路将0 50水温转换成0 V 5 V电压信号。产生的电压信号同样不能直接作用到电路中，需要经过A/D转换电路将模拟电压转换成8位二进制代码存放在寄存器中。接着，通过代码转换电路将寄存器中的代码转换成8421BCD码，以表示实际的水的温度，再通过LED数码管显示出来。如果水箱中的水温度低于设定温度时，状态比较电路输出高电平，控制继电器，使得继电器闭合，电路连通，加热器开始工作
14、。由于水箱水温的增加，LED数码管显示的数字随之增大。而在本次实验中，我利用对划变电阻的控制模拟外界温度变化。当水箱的温度达到设定温度时，状态比较电路输出低电平，控制继电器断开，电路断开，使得加热器停止工作。如果热水器工作时，且水箱中的水位低于水位下限，发出报警信号，继电器强制控制继电器，避免烧干发生火灾。图1.2 温度控制器电路结构框图第2章 进水控制器设计与仿真2.1 水位预置电路设计与仿真2.1.1 手动脉冲信号产生电路设计电路组成：电阻R1和R2脉冲按键K1与非门U1B和U1C如图2.1所示。工作原理：其中U1B和U1C组成基本SR触发器，按动一次K1，A点就可以输出单个脉冲信号。图2
15、.1 手动脉冲信号产生电路图注：RS触发器原理：基本RS触发器的逻辑方程为：约束方程：SR=0根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系:1.当R端有效(0)，S端无效时(1)，则Q=0,Q非=1，触发器置0；2.当R端无效(1)、S端有效时(0)，则Q=1,Q非=0，触发器置1。如上所述，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q和Q非有两种互补的稳定状态。一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。通常称触发器处于某种状态，实际是指它的Q端的状态。Q=1、Q非=0时，称触发器处于1态，反之触发器处于0态。S=0,R=1使触发器置1，或称置位。因置位的决定条件是S=0,故称S 端为置1端。R=0,S=1时，使触发器置0，或称复位。同理，称R端
