家用电热水器开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 电加热器控制电路设计 院 系 名 称: 电气与信息工程学院 专 业 班 级: 自动化08-1 学 生 姓 名: 王 雷 导 师 姓 名: 谢忠玉 开 题 时 间: 2012年3月28日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日1.课题研究的目的和意义目的：在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。通过毕业设计提高自己检索文献、利用文献的能力。经过电路原理设计、焊接电路、编写控制程序及电路功能调试等环节，锻炼自己根据设计需要学习相关知识，培养自己运用所学知识解决实际问题的能力，使自己基本掌握单片机控制系统的设计与实现。意义：近几年来，随着城市居住条件的不断改善和居民消费水平的持续提高，家用热水器开始大量进入普通城市居民家庭，家用热水器因其卫生、实用、安装简便等特点而受到消费者青睐。目前市场上的电热水器有储水式电热水器和即热式电热水器两种。即热水器的优点是方便快捷、不占空间、安全、最大限度的减少了热量散失及出水温度恒定，缺点是功率较大，对电表电线的要求较高；储水式电热水器的优点是功率要求低不必对家庭中原有的电表和电线进行改造，因可实现上水停电使用更安全，可实现定时加热，对安装分时计价电表的用户来说更为经济，缺点是加热慢，所带的保温储水罐占较大空间，不适合长期连续用水，使用过程大多需要经常调节水温。通过该设计可以让自己掌握单片机控制电热水器系统的实现过程，培养自己学习知识、运用知识的能力。同时可以锻炼自己调试电路、解决实际问题的能力。2. 文献综述电加热是将电能转换为热能的过程。自从发现电源通过导线可以发生热效应之后，世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造。电热的发展及普及应用也与其它行业一样，遵循着这样一个规律：从先进的国家逐步推广到世界各国；从城市逐步发展到农村；由集体使用发展到家庭、再到个人；产品由低档发展到高档。十九世纪处于萌芽阶段的电热电器大都是拙劣的，最早出现是用于生活的电热电器，1893年电慰斗的雏型首在美国出现并使用，接着到1909年出现电灶的使用，那是在炉灶中放置电加热器，也就是说加热从柴禾转移到电气，即从电能转变为热能。但是真正电热电器工业的急速发展，却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后。1910年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作的电慰斗，这就从根本上改善了电慰斗结构，使用慰斗迅速得到普及。到1925年在日本出现在锅中安装电热元件的产品，成为现代电饭锅的原形。在这阶段工业上也出现实验室用电炉，熔胶炉、暖气器等电热产品。1910年至1925年是电热电器历史上的大发展阶段，在家庭和工业方面，电热电器各种品种的出现和普及应用都得到了急速的发展，而尤以家庭方面为甚。所以镍铬合金的发明是奠定了电热电器工业发展的基础。 二十年代以后在新的应用发展方面没有上一时期多，但是在这阶段内所有各种电热电器都曾重新设订而不断改良，成为电热电器历史上的提高阶段。在家用电热电器方面，各种器具都设计得更为美观、耐用和坚固，而且大部分都有自动温度和时控制，所以运用不不得法、耐用和坚固，而且大部分都有自动温度和时间控制，所以运用不得法、温度不合和发生灾的可能性都可免除。象电灶，烤包器、烙饼器等都有自动控制。同时制造用料也加以改良，如采用质量良限的A级镍铬丝，用氧化镁或氧化锆作绝缘体等。在工业方面，也和家用加热器具一样，使用了自动控制装置及改用良好的材料，如熔腊锅、熔铅炉、各种大型烘炉、热处理炉等都得到普遍的提高和应用。到四十年代以后，由于美国科学技术进步、电费便宜、发了战财、收入相对较高等原因，促成电热电器进入普及阶段。1940年电慰斗在美国家庭普及率达到了解情况100%。解放前我国由于受到帝国主义侵略和反动派的统治，电热电器工业一直处于非常落后的状态。解放后才得到不断发展，特别是近年来在产品品种、数量和应用普及率上进入一个突飞猛进的阶段。 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。我国也在不断大力提倡家庭使用快热式电热水器，这样可以为国家节约很多电能，使用电热水器方便之处还在于我国的电力来源比较方便，电能是无污染、清洁的，很受人们欢迎。目前市场上燃气热水器、太阳能热水器、储水式电热水器遍地开花，然而燃气热水器因其安全隐患及越来越高的使用成本正逐渐淡出热水器市场，而太阳能热水器也因其严格受天气、气候及安装条件影响而很难占有更大市场份额，目前占主流的储水式电热水器体积庞大、预热时间长、热水储量有限，已不适用于现代生活节奏，于是快热式电热水器以其小巧时尚的外观、比储水式电热水器更快的加热速度、比燃气热水器更安全的特点横空出世。普通热水器有如下缺点：(1)热水器长期通电，长期保持在60度以上的高温，发热管易结垢，内胆易漏水，因而较易损坏；(2)管道热水热量损耗大；(3)等候用水时间太长；(4)在热水流出前都必须浪费一定量的冷水，根据管道的长短，一般家庭中冷水损耗量大，基本可达10至25升每次。而快热式电热水器克服了上述缺点。快热式热水器必须做到随开随用，所以这就要求加热功率很大，从而减少加热时间，所以温度检测元件的快速性就显得很重要。3.基本内容预期目标基本内容包括：通过对快热式电热水器的构造、分类、工作原理和控制方法的分析，确定各部分硬件电路，并绘制出相关的电路原理图，然后进行软件设计，最后将程序下载到单片机中去调试，完成各项技术指标。预期达到的目标：（1）通过继电器实现对加热器工作的开关控制；（2）利用温度传感器实时检测加热器中水的温度并利用LED数码管加以显示；（3）通过按键设定所需加热的温度，并通过常开按键启动加热；（4）当水的温度加热到预先设定的温度时，给出声、光提示并停止加热。4.整体方案 对于快热式家用电热水器来说，硬件系统是它最基本的框架，是系统的所有功能的基础。硬件的选择和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接的影响。整体方案框图如图1所示：图1 整体方案框图5. 技术路线或者研究方法（1）单片机的选择：89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，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89C51是一种高效微控制器，由于89C51单片机成本低廉且工作可靠，所以选择89C51作为系统微处理器1。（2）温度传感器的选择：温度检测的方法很多，有热点阻，热电偶，热敏电阻，还有专门的集成测温传感器等。但本次设计温度检测采用的是数字温度传感器DS18B20进行检测，DS18B20的精度可以达到0.5以上，可以取得良好的测温效果，而且具有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，而且DS18B20在使用中不需要任何外围元件3，用法比较简单，使用较经济且性能也很理想。（3）传感器输出放大电路的选择：采用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。（4）电源电路的选择：市电整流成+5v电压，由于89C51对电源要求不甚严格，市电来源方便，且经稳压管稳压也较可靠，较经济实惠。（5）显示器的选择：LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码9。采用动态扫描显示，也就是在显示过中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。（6）键盘的选择：独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路，常用于需要少量几个按键的计算机控制系统。每个独立式按键单独占用一根输入端口线，各键的工作状态不会相互影响。采用轻触式独立小按钮，即实用又方便。（7）驱动及加热控制电路的选择：通过一个继电器驱动，采用可控硅控制功率，能经受较高的功率，所以可以设置较多的档位，成本大大降低可靠性较高，而且电路简单。以市电作为单片机的电源，通过按键输入我们所需求的温度，用温度传感器来检测水温，LED显示我们输入的温度值和水的目前温度值，利用单片机控制加热电路，来实现对水的加热，当温度达到我们所需求的温度时，蜂鸣器自动报警。 6.设计（论文）进度安排1、1-2周，准备开题报告；2、3-5周，设计方案论证，绘制电路原理图；3、6-11周，功能模块调试；4、12-14周，撰写毕业设计初稿并交指导教师审阅；5、15周，完善毕业设计；6、16周，上交毕业设计及相关文件，制作电子讲稿并准备答辩；7、17周，毕业设计答辩。参考文献1肖洪兵.跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社,2009.8: 34- 36.2蔺金元,车进.单片机智能控制在太阳能热水器中的应用J.河西学院学报, 2009,2 .3王俊杰.基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计J.郑州轻工业学院学报, 2005,(3):126-131. 4梁家海.基于MCS51系列单片机的并发式显示系统的设计.钦州学院学报2006,6.5鲍文胜.基于单片机的太阳能热水器控制系统研究J.青岛理工大学学报, 2007,5.6张毅刚等.MCS-51单片机应用设计第4版M,哈尔滨工业大学出版社，2007,06.7张景文,王震宏,高为浪,李桂花.基于单片机的太阳能热水器智能控制系统J.西华大学学报(自然科学版), 2008,5(6).8张榜英.基于AT89S52单片机的太阳能热水器控制系统设计J.吉首大学学报 (自然科学版), 2010,2.9舒易茂,李斌.基于89C52单片机的太阳能热水器智能控制系统J.科技信息, 2010,9,(9):33-36. 10IEEE Design Automation Standard Committee，EEE Standard Hardware Description Language based on Ve