基于单片机控制的快热式电热水器设计2稿

毕 业 论 文（设计）课 题 基于单片机控制的快热式电热水器设计 学生姓名 院 部 电气工程学院 铜陵学院毕业论文（设计）1专业班级 指导教师 吴慧 二 一 五 年 五 月基于单片机控制的快热式电热水器设计摘 要随着现代科技的不断发展进步，人们的生活水平也在不断的提高，方便、快捷、环保的家用电器不断的深入人们的生活，家用电热水器也满足不了这飞速发展的时代了，快热式电热水器的使用逐渐普及开来了。单片机是本设计的核心控制器，辅以键盘、显示器等智能一体化。本设计使用的是AT89C51 单片机来控制电路。本设计主要分为两个部分，硬件电路设计和软件仿真。硬件电路设计主要包括加热控制电路，报警电路，LED 显示，温度监控等，本设计使用双向可控硅，用单片机通过光耦给可控硅触发信号，可控硅的导通角就会随之变化,从而控制电热丝的有效加热功率，并且串联 105的熔丝来防止温度过高时加热管干烧；软件包括主程序的设计，温度检测程序设计，频率测温程序设计，显示扫描程序的设计等，程序主要由 C 语言编写，并给出了仿真图设计。这种快热式电热水器，即开即热，使用安全方便，省时省电，适应于当前快节奏的生活，有着十分可观的发展前景。关键字：单片机；双向可控硅；电热水器；温度学生姓名：陈涛 课程题目：基于单片机控制的快热式电热水器设计2ABSTRACTWith the continuous progress of science and technology, peoples living level also in continuous improvement, convenient, fast, environmentally friendly home appliances into peoples lives, home electric water heater also meet era of the rapid development of the, fast heating type electric water heater use grew in popularity to open the.SCM is the core of the design controller, with keyboard, monitor and other intelligent integration. This design uses AT89C51 microcontroller to control the circuit. This design is mainly divided 铜陵学院毕业论文（设计）3into two parts, hardware and software. Hardware mainly includes heating control circuit and alarm circuit, LED display, temperature monitoring, using a bidirectional thyristor, MCU through the coupler to SCR trigger signal, control thyristor conduction angle, and control the effective electric wire heating power, and series 105 DEG C molten wire to prevent high temperature heating tube dry burning. The software includes the main program design, temperature detection program design, frequency temperature program design, showing scanning program design, program mainly by the C language compilation, and gives some program flow diagram design.This fast thermal electric water heater, that is, the heat, the use of safe and convenient, save time and power, adapted to the current fast-paced life, has a very considerable development prospects.Keywords: single chip microcomputer, bidirectional SCR, electric water heater, temperature学生姓名：陈涛 课程题目：基于单片机控制的快热式电热水器设计4目录第 1 章 绪论41.1 选题目的及意义41.2 国内外发展情况及市场分析41.3 设计内容要求4第 2 章 总体电路设计62.1 设计总理念62.2 元件选择62.3 电路设计8第 3 章 程序设计.123.1 主程序设计.123.2 子程序设计.13第 4 章 软件仿真调试144.1 Proteus 仿真调试124.2 仿真结果13结论.18铜陵学院毕业论文（设计）5参考文献.19附录 120附录 229致谢.第 1 章 绪论1.1 选题目的及意义自 1979 年第一台热水器进入我国，三十多年来，热水器的发展一直在不断改进创新，安全、方便一直是所有热水器厂商不断追求的目标。当前而言，热水器的使用已经在社会普及开来了，按照原理的不同市场上的热水器主要分为三种：太阳能热水器，燃气热水器，电热水器。太阳能热水器使用的是太阳能，太阳能是一种绿色环保的可再生能源，太阳能的使学生姓名：陈涛 课程题目：基于单片机控制的快热式电热水器设计6用上合国家政策，下应民众需求，国家大力支持太阳能的开发使用，加上能源危机的影响，太阳能电热水器的发展十分迅速。然而世界上没有哪一种能源是十全十美的，太阳能电热水器的使用受空间、天气的影响特别大，安装也非常麻烦，如果不能充分的接收到阳光，将无法使用，可见太阳能电热水器的发展还存在诸多的障碍。燃气热水器是使用燃气为燃料，通过燃烧加热的方式达到热水的目的，天然气是一种不可再生的资源，供应量是一个问题，它的使用对环境也有一定的破坏，而且燃气热水器的使用存在一定的安全隐患，煤气中毒的事件我们也是屡见不鲜。电热水器又分为储水式和即热式，储水式有一个带有内胆的水箱，通过电加热管进行加热；快热式的没有水箱，需要 20 安培甚至 30 安培以上的电流，即开即热，使用方便省时省水，安装空间小。随着生活品质的提高，越来越多的家庭选择安全、卫生、无污染的电热水器，事实也证明了，近年来电热水器市场的发展也是突飞猛进 ，而快热式电热水器更能适应着快节奏的生活方式，这一切都展现着快热式电热水器的远大前景。1.2 国内外发展情况及市场分析一款再好的产品，不能被大众接受，没有市场，那也是失败的产品，快热式电热水器近年来新兴的一种产品，它在国内外的发展情况如何呢？它的市场如何呢？快热式电热水器在国外特别是欧美发达国家是十分普及了，相比于其他的电热水器，它更加的快捷方便，已经成为人们生活中不可分割的一部分。然而在国内，由于各种国情，快热式电热水器的普及遭遇了一定的阻碍，例如，国家电力条件的不允许，电价的原因等等。然而，随着电力工业的发展，全国电网的改造，电价的下调等，快热式电热水器已经逐步走进寻常百姓的家中了，这一切都表明，快热式电热水器的时代就要来了。2009 年是快热式电热水器发展最迅速的一年，各种品牌的电热水器入雨后春笋般的出现在市场上， 2010 年可以说是丰收的一年了。电热水器市场的零售量由 2007 年的792 万台增长至 2009 年的 889 万台，零售额由 93.7 增长至 111.8 亿元，2010 年上半年零售量、额分别同比增长 13.7%和 17.3%。而快热式电热水器的在在其中的比例也也来越大。1.3 设计内容要求针对快热式电热水器的使用需求，对它的的设计有一些要求，以满足各人群的需求。1、 温度检测范围 0120，精确度在1。2、 用 A/D 转换将温度转化为电压信号。铜陵学院毕业论文（设计）73、用 LED 显示管，最直接的显示出温度值，方便知晓。4、出水的温度一旦达到了 80时立马报警，并且加热停止。第二章 总体电路设计2.1 设计总理念硬件系统的设计是本设计的基础框架，根据前面的设计要求，对本设计的总理念进行图像化：图 2-1 电路框图据图 2-1 可见，快热式电热水器主要需要设计电源电路、LED 数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路，整个工作程序由这些电路组成，一起控制的，缺一不可。2.2 元件选择对于本设计的元件主要有以下元件：2.2.1 单片机选择：单片机是本设计的核心控制器，单片机的选择至关重要，几经思虑，决定使用 89C51芯片。如图 2-2 所示：A/D 转换报警器温度传感器 LED 显示单片机学生姓名：陈涛 课程题目：基于单片机控制的快热式电热水器设计8图 2-2 AT89C51 逻辑引脚图89C51 单片机成本低廉，工作可靠，适用于大规模生产使用，而且 89C51 能于 3V 的超低压工作，它的内部有全部采用 FLASH ROM 的 ROM，相比于其他的单片机，更能满足于我们的设计需求，所以我们选择 89C51 作为我们的微处理器。2.2.2 模数转换器选择本设计采用的是 ADC0831 转化器，这是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道带有串行接口的 A/D 转换芯片。它体积小，性价比高，兼容性强，而且设计起来简单方便，符合本设计的要求。2.2.3 驱动及加热控制元件的选择对于电热水器，家人使我们最主要的目的，加热功率的控制方法有很多，最简单直接的莫过于几种不同功率的电热丝组合，达到控制功率的目的，但是这种方法可靠性低，而且成本本很高。所以我们采用可控硅控制功率，由一个继电器来驱动，这样能经受较高的功率，而且可靠性高，成本低，完美的契合本设计的需求！2.2.4 温度检测传感器的选择温度检测的方法有很多，比如采用热敏电阻或热敏传感器组成电桥采集信号，然后经过放大、A/D 转换后传至单片机，这种方法电路复杂，成本较高。再比如使用热电偶传感器将温度变化转化为电量变化来检测，但有变化率非线性，不适宜测量高温区。所以本设计采用了温度/频率转化测温法，将温度信息转换成频率信号，用单片机测出频铜陵学院毕业论文（设计）9率的大小，这样就能间接的得出温度变化信息了，而且电路设计相对来说要简单很多，成本也低。2.2.5 传感器输出的放大电路选择：放大电路中运算放大器的选择主要有两种：LM324 和 74LS04。而经过比较以后发现，运算放大器 LM324 能够在 3V 以下或者 32V 以上的电源下工作，静态电流只是后者静态电流的五分之一。从某种程度上来说，是非常好的一种放大器选择，功能十分的强大。但是这种放大器要是用在本电路中接线较复杂，成本很高，完全没有必要。相比较之下，本设计还是决定使用 74LS04 作为输出放大电路的选择，它还可以作为驱动电路使用,74LS04 是 TTL 电平反相器，使用较经济且性能也很理想。2.2.6 电源选择：由于 89C51 对电源没什