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智能热水器电路的设计.doc

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智能热水器电路的设计.doc

智能热水器电路的设计目录摘要1第一章概述311研究概述312研究内容313拟解决的问题3131主要技术指标4132拟解决的主要问题414总体设计4141设计思路概述5142系统各个模块方案论证514351芯片及其外围电路7144其他说明7第二章硬件设计821整体电路8221温度传感器AD590介绍8222AD590的连接方法9223AD590防水封装1023单片机80C511024单片机外围电路14241时钟电路的设计14242复位电路的设计1525数码管显示电路的设计1526下限水位控制电路1727加热管控制电路1928电源电路的设计24第三章软件设计2631数码管动态显示模块2632温度的测量与获取2833键盘扫描程序2934主程序34第四章仿真结果分析3641电路工作步骤3642仿真结果分析36致谢38结束语39007届本科生毕业设计(论文)摘要本毕业设计主要通过温度传感器采集水温、51单片机处理数据、可控硅调节水温、555电路实现下限水位的控制,从而实现电热水器的智能控制过程。文中首先对温度采集技术进行了简单的介绍,然后对51单片机进行了系统的概述,对设计过程中所采用的技术和方法进行了阐述,并对温度采集与控制过程中的多种方法进行了比较,确定了最后的方案。在硬件部分,本设计采用80C51单片机及温度传感器AD590来测量与控制温度,并介绍了着两款芯片的内部结构和主要特征,对芯片的工作原理和控制方式进行了阐述。同时本设计采用了继电器控制,单片机发送信号控制继电器开闭,控制加热管是否进行加热。在软件部分,本文给出了对数据进行处理的流程图。随着系统最终设计完成,本文最后部分对给系统的性能进行了仿真和分析。仿真结果表明,所设计的基于80C51单片机的智能热水器电路性能稳定、工作可靠、所具有的功能达到了课题的功能要求。关键词温度采集80C51继电器AD590TLC549007届本科生毕业设计(论文)ABSTRACTTHISGRADUATIONDESIGNSTOMAINLYMEASUREWATERTEMPERATUREBYTHETEMPERATURESENSOR,CONTROLWATERTEMPERATUREBYRELAY,THENREALIZETHEWHOLEWATERHEATERSYSTEMINTEXT,ITMAKESASIMPLEINTRODUCTIONOFTECHNOLOGYOFSEVERALTEMPARATURESIGNALFIRSTOFALL,THEN,INTRODUCES51MCUSYSTEMICLYANDTHEN,ITCOMPARESWITHEACHOTHERMETHODINTHEMEASUREANDCONTROLWATERTEMPERATUREOFDESIGNING,ATLAST,ITDECIDESTHEPROJECTINTHEPARTOFHARDWARE,BASINGONTHENEEDOFTHETASK,ITMAKESUSEOFTHE80C51ANDAD590TOMEASUREANDCONTROLTHETEMPERATURE,ASWELL,THISTEXTISDETAILEDTOINTRODUCETHEINTERNALSTUCTUREANDMAINCHARSCTERISTICSOFTHETWOCHIPANDCARRYINGONELABORATINGTOTHEWORKPRINCIPLETHEHEATINGPIPEISCONTROLLEDBYTHERELAY,THEMCUGIVEASIGNALTORELAY,ANDCONTROLTHEONOROFFOFTHERELAY,THENCONTROLTHEHEATINGPOWEROFTHEHEATINGWIREINTHEPARTOFTHESOFTWARE,ITSHOWSTHEFLOWCHARTOFTHEPROCESSINGDATASALONGWITHTHESYSTENISDEBUGEDSUCCESSFULLY,THISTEXTPARTCARRIESONTHETESTANDANALYSISTOTHEFUNCTIONOFTHATSYSTEMINTHEENDTHEEXPERIMENTEXPREESSTHATWHATISDONEISPROVIDEDWITHFUNCTIONSTABILITYANDWORKCREDIBILITY,THEFUNCTIONHAVEREACHEDTHETOPICATFIRSTOFTHEFUNCTIONREQUESTKEYWORDSGETTTINGTEMPERATURE;80C51;AD590;RELAY;TLC549007届本科生毕业设计(论文)第一章概述11研究现状当今市场上,电热水器的种类一般按其控制方式划分为机械控制和电脑板控制两种,按其储水方式划分为贮水式和即热式。机械控制方式的热水器结构较为简单,操作也较为方便,但是其对电能的使用控制方面较为落后,是一种耗能比较严重的热水器控制方式,这种控制方式一般出现在低端产品中,通过价格优势来获得市场。电脑板控制的电热水器在安全、节能、健康等反面都进行了较大的改进。根据用户对加热时间、加热水量、热水温度等方面要求的不同,同时通过当地水温、用户洗浴习惯等数据的采集分析,综合以各个因素后,热水器通过控制不同功率的加热棒来获得不同的加热模式,进而实现对加热进程的精确控制,以此来达到对电能使用的精确控制,从而使电热水器的使用更加节能。在安全方面,通过智能防电墙技术的应用,可使热水器外部保证低于人体安全的电流、电压值,使用户用的安心,同时通过使用各种防电绝缘材料,可以使热水器在通电时能够安全使用。另外,在健康方面,当今的热水器也有所关注,通过对将各地的水质监察后得到的数据输入电脑芯片后,可以及时对内胆内的水垢含量进行及时检测,当水垢含量超过健康安全值时,热水器会及时提醒用户进行清洗,以保证获取更加健康的热水。就贮水式与即热式热水器的划分方式来看,其主要的区别在于加热功率的不同,即热式热水器要求的功率较高,多数家庭电路不能承受。正因为电热水器的这些诸多优点,多数厂家都在加快创新技术的研发,以获取在热水器市场上的一席之地。除了对控制方式上的不断提升,对电热水器耐用性的追求也从未停止。内胆的损害意味着电热水器寿命的终结,如今各个电热水器生产厂商都在注重内胆材质的改良,诸如不锈钢搪瓷内胆等先进技术的出现使得电热水器内胆向着更加耐用的方向发展。12研究内容本课题要求设计一个智能热水器的水温控制电路。设计要求接通电源指示灯亮,开始加热,同时工作指示灯亮(绿色)。温度升高到设定值时,工作指示灯变为红色,蜂鸣器发出报警声,约一分钟后自动切断电源。要求有下限水位自动保护功能,当水箱中的水位低于设定值时,接通电源,电源指示灯不亮,热水器不能加热。允许设定温度范围20℃60℃;工作电压22010℅13拟解决的主要问题007届本科生毕业设计(论文)131主要技术指标(1)显示设定水温,测量水温。(2)温度检测显示范围2060摄氏度。(3)继电器控制。(4)当水箱中水位低于限定水位时,发出报警,整机电路不工作,防止加热管干烧。(5)使用矩阵键盘进行温度的设定与测得温度的显示,电路的启停。132拟解决的主要问题1、找到合适的温度传感器找到一款精确符合本毕业设计的性价比高的温度传感器,比较传统的温度传感器与模拟集成温度传感器AD5901以及智能数字温度传感器如DS18B20等,并选取适合的传感器用于本毕业设计。2、利用单片机实现温度的控制使用单片机控制加热管的启停,以获取合适温度的热水,同时通过单片机与数码管的连接显示当前的水温。主要是找出一种相对于本毕业设计要求相符的性价比较高的一种单片机,并学习运用单片机的功能。3、编写控制程序通过软件编程,将设定的温度与测得的水温显示于数码管上,并实现加热管的启停控制,同时注意编程语言的合理性与简洁性。14总体设计智能热水器控制电路是一种集温度采集、温度控制于一体的系统,其工作原理是先对温度进行采集、转换得到数字信号,通过I/O口传送到MCU,然后由MCU处理并输出一定的数据,从而控制继电器,继而控制加热管的启停。智能电热水器系统结构的组成框图如图11所示。007届本科生毕业设计(论文)图11原理框图141设计思路概述本设计首先设定预加热的温度,然后对温度进行测量、转换得到数字型号,通过I/O口传送到中央处理器,然后由中央处理器进行测得温度与设定温度进行比较,从而控制继电器的开闭,继而控制加热丝是否进行加热。水位下限控制电路与开关同时控制整体电路的工作与否,保证使用的安全。142系统各个模块方案论证1、微控制器部分方案方案一采用FPGA2来作为控制器。FPGA是超大规模可编程逻辑器件,逻辑支援很多,具有极大的灵活性和通用性,使用方便,硬件测试和实现快捷,开发效率高,产品上市时间短,便于技术维护和系统功能扩展,工作可靠性好,也可以节约系统面积。但是FPGA的价格较高,即使大批量生产也很难把系统价格给降低,市场竞争力不强。同时结合该系统的复杂程度较低,所需要的资源有限,使用FPGA会造成资源的浪费。方案二采用DSP作为控制器。DSP是从处理器的基础上发展起来的,一种完成密集的数字信号处理算法的高速微处理器。它是VLSI技术和现代数字信号处理技术的

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