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1、电热水器水温水位控制系统设计本系统是为电热水器水温水位控制系统而设计的.在电热水器温控系统中，水 温和水位传感器起着举足轻重的作用。系统的分析了耐高温电容式液位传感器分 别检测水温和水位的原理，以AT89S51单片机为核心，实现对水温和水位、上水 测量、显示、报警等功能并以电磁阀、继电器为阀门开关全自动加热、上水。整 个系统精度高，耐高温性强，易于调整，测试方便。测试结果表明，误差小于2%, 达到设计要求.关键词：AT89S51单片机，水温水位，传感器，检测与控制THE SYSTEM FOR CONTROL THE TEMPERATURE ANDLEVEL OF THE ELECTRIC WA
2、TER HEATERABSTRACTThis system is design to measure and control the water lever and temperature for the water-heaer。Its composed of two senSardigital chip DS18B20 and a lever sensor) , display, buzzer and so on, all these component are control of the core chip AT89S51. This system can display the lev
3、er and the temperature in the water_case .In addition,it will be heaet or add water automatic through electromagnetism vave or relay which are controled by AT89S51. The whole system is easy to adjust.It is proved to be reliable and of high value and high feasibility after testing.Key Words：AT89S51,
4、control, seasor, temperature and level目录第1章绪论1第2章设计思路及要求22。1本设计的目的和意义22。2控制系统的设计要求22.3本设计实现思路及方法2第3章硬件设计43。1控制系统组成及工作原理43.1。1系统结构43.1。2控制系统组成53.2 单片机概述63.3 器件介绍73.3。1 AT89C51 单片机 73.3.2数码管显示83.4 AT89C51单片机的最小系统93。5AT89C51单片机时钟电路 103.6AT89S51单片机复位电路 10第4章单元模块设计124.1水位检测模块124.2 温度检测模块124.3 键盘模块134。4显示
5、模块14第5章软件设计155.1软件设计原理及设计所用工具155.2 显示子程序165.2。1系统正常工作子程序 165。2。2设定预置温度子程序 175.2。3设定预置水位子程序 18第6章系统调试与原理图19第7章总结与体会20参考文献21附录1 22附录2 23附录3 34致谢35作品（软件）使用说明书36第1章绪论近年来，随着用电的普及和燃气燃油价格上涨的影响，电热水器的市场上升 趋势更加明显，新生力量快速电热水器以其加热快速、体积小巧、安全节能的明 显优势在市场中一枝独秀倍受瞩目.据了解，近年来我国热水器的销量每年以25%的速度上升，而整个热水器市 场上，燃气热水器、太阳能热水器颓势
6、未改，继续出现负增长，电热水器阵营已经 占到了约60%的市场比例，其中快速电热水器几何式的发展势态拉动整体热水器 市场持续走高，。数据显示，目前快速电热水器行业的年增长率高达200%多，是家电行业增长 最快的品类，2008年国内快速电热水器的市场容量增长到66万台。预计未来3 至5年内，快速电热水器将全面迎来爆炸式的增长，超过所有传统热水器成为市 场的主导产品。业内专家分析，国家住宅用电标准的提高和全国电网的大规模建设 改造，将为快速电热水器的普及使用带来良好的发展契机.据国内著名家电品牌营销企划公司及专家分析预测，2011年，即热式电热水 器成为最具投资价值的新品类商机之一，理由是：从市场需
7、求量上来讲，目前国内 即热式电热水器年需求量在35万台40万台，中国即热式电热水器市场销售比 率只占5%，而国际市场达50%以上。这一现象与燃气式热水器和储水式电热水器 市场高速成长前的征兆一致，意味着快速电热水器市场将迎来空前暴涨的良机. 据预测，未来5年，中国市场即热式电热水器的销售比率将达到40%。第2章设计思路及要求2.1本设计的目的和意义本设计具有很强的实用性，用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机 技术对生产实际中的电热水器的水温的控制以及水位的显示.本装置电路简单、实 用性强、性价比高、水温控制灵活水位显示直观醒目。可广泛应用于家庭生活对 电热水器的水位显示与水温控制。具有良
8、好的市场前景。2.2控制系统的设计要求1、能够根据水位和水温两个条件控制是否需要进水，每次只进整个水箱的四 分之一水量，也可以在手动状态下自由进水（上满时自由停止）或停止进水。2、控制系统具有手动和自动切换功能；3、具有水温和水位显示功能；4、具有进水超水位和超水温报警指示；5、用水时若水温达不到设置值时，可手动起动加热装置，这样可在很大程度 上节约电能；6、用水时可自由调节水温；7、控制系统具体管道排空功能，这样防止冬天时因水管内有积水而在夜间冻 裂水管。2.3本设计实现思路及方法水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导线） 检测；并由四个绿色LED发光二极管显示：若
9、无水则绿灯不亮；若有四分之一储 水箱的水亮一盏绿灯;通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取4段显 示，也可根据需要进行增减.水温由四个LED数码管显示，前三个数码管显示的为 温度最后一个数码管我们只用到了四段码显示为温度的符号C,水温有效值最多 可显示为99。9C。（+）单片机控制。第3章硬件设计3.1控制系统组成及工作原理3.1.1系统结构系统组成：如图3。1.1所示，本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控 制阀、水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成控制器:主要通过里面的电磁阀控制YV1和YV2的通断，控制水温检测传感器 检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的
10、位置以及控制电阻加热丝加热. 自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温度 时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。手动控制阀：当自动阀损坏时，可以通过手动阀进行上下水。水位检测电极：主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一 共有五个电极，接地的电极放在最水箱的最底下，其余分别放在四等分点上，比如 当水箱中的水在第一等分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当超 过第二等分，则显示二分之一的水。水温检测传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度.电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。太阳能热水器利用微机控制主要
11、有以下几种控制功能：晨水加热控制、温水 循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。图3.1.1系统组成示意图3.1.2控制系统组成电热水器控制系统的组成如图3.1。2所示.整个系统以AT89C51单片机为核 心，对水温、水位等参数进行智能检测和显示，读取水流开关、排空阀门的状态， 经键盘操作和单片机内部运算比较，控制相应得执行机构进行通、断电；进行防漏 电、防干烧等保护，并进行相应得声光报警。对水箱水温信号的检测采用DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20,它具有3引脚TO92小体积封装形式，CPU只需一根端口线就能与 DS18B20通信控制读取温度值。水流开关信号的检测采用开关式
12、传感器，其内部是 一个霍尔开关，排空阀是一个带行程开关的球型阀，由5W交流伺服电机带动，每 旋转90度输出一个开关信号，排空阀的开闭状态对应于该开关信号.上水电磁阀 采用12V直流单项电磁阀；辅助电加热体的通断电采用继电器控制;排空阀由36V(5W)交流伺服电机带动，由排空阀的开闭状态信号确定并通过继电器控制交流伺服电机电源通断电。水所检酒 .5Vzrr水位峪粮1 1-4KH水洗务共启寻H墀网门状零1MT咒隅MAXai33.H.CiF32FL.7.T.6RF汩P3, ?炽 IEIJ 9.，:；器I Xli金=8个城谜F2 口水位4 水位 水仲.2 水仙1逢叫嚣PL 口 K 二故:大frt AI
13、一水 加焙 于境 川号拉宁州电器图3。1。2控制系统组成3.2单片机概述U1C133p -ijTR iT：- X1-2Z： C2 . . . . . 33p- G HD TR iT- K/CCC310k -4TSCPaDITJ191029SO315-JCTAL1JCT/M_2RSTPSENALEEAPD .0700PDPDW 加CQPD .3/MJ3PD .4704 PD&g P侦网6 PD.7/4J7P2.0Z/P2.1/P2.2/A1DP2.3/A11P2.47A12P2.5/A133930 n 363421 22. 21 24 2? 26 邛7图3。2时钟电路与复位电路图3中，晶体振荡器
14、的频率选6MHZ，复位电路采用上电复位，电路参数如图中所示，以满足系统复位时两个机器周期的高电平的要求。由于CPU的内部已含 有程序存储器，所以EA引脚接高电平。该水位自动显示控制器采用AT89C51单片机，机内有一高增益反相放大器, 构成自激振荡电路，振荡频率取6MHz,外接6MHz晶振，两个电容C1、C2取20pF， 以便于起振荡的作用。右图中XTAL1为内部时钟工作电路的输入,XTAL2为来自反 向振荡器的输出该水位自动显示控制器采用上电复位电路，由R14、C3构成复位电路，在上电 瞬间，产生一个脉冲，AT89C51将复位.为保证可靠复位，脉冲宽度应大于两个机 器周期，这取决于R、C时间
15、长数。取电容C=10uF，电阻R=10K。3.3器件介绍3.3.1 AT89C51 单片机AT89C51是一个低功耗高性能CMOS 8位单片机，4k Bytes Flash只读程序存 储器(ROM)，512 Bytes内部数据存储器(RAM)，该微处理器采用ATMEL公司的高 密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，引脚兼容80C51和 80C52芯片，片内的Flash存储器可以像常规程序存储器一样进行烧写，AT89S51 片内总共有256字节的用户数据区，而128字节的内部扩展数据区需通过清 SFR(8EH)的位1并用MOVX指令访问，片内置通用8位中央处理器和Flash存储 单元，另一个256By
