遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　深 圳 大 學(xué)</b></p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題目: 遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng) </p><p>　　——控制器部分 </p><p>　　姓名: </p><

2、p>　　專業(yè): 電子科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué)院: 電子科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué)號(hào): </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p>　　職稱： 講師 </p><

3、p>　　20 年 5 月 19 日</p><p>　　深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），題目 《遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng)——控制器部分》 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明。除此之外，本論文不包含任何其他

4、個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果。</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：方軍</p><p>　　日期： 20 年 5 月 20 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論5</b></p>

5、<p>　　1.1電熱水器發(fā)展現(xiàn)狀和課題的意義5</p><p>　　2總體方案設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1功能需求分析6</p><p>　　2.2總體方案6</p><p>　　3控制器硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1硬件總體設(shè)計(jì)8</p><p

6、>　　3.2各硬件模塊的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2.1單片機(jī)電路8</p><p>　　3.2.2溫度檢測(cè)和顯示電路9</p><p>　　3.2.3水位檢測(cè)和顯示電路11</p><p>　　3.2.4實(shí)時(shí)時(shí)鐘和顯示電路14</p><p>　　3.2.5電源、加熱和報(bào)警電路16

7、</p><p>　　4控制器軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1軟件主程序設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.2中斷函數(shù)程序流程21</p><p>　　4.3各功能模塊程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.3.1水溫檢測(cè)程序流程22</p><p>　　4.3.2水位

8、檢測(cè)程序流程22</p><p>　　4.3.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序流程23</p><p>　　5軟硬件調(diào)試25</p><p>　　5.1仿真平臺(tái)介紹25</p><p>　　5.2仿真步驟25</p><p>　　5.3仿真結(jié)果25</p><p>　　5.4硬件調(diào)試26

9、</p><p><b>　　6總結(jié)28</b></p><p>　　遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng)——控制器部分</p><p>　　【摘要】電熱水器是家用電器中使用極為廣泛的其中一種，由于傳統(tǒng)的電熱水器的固有缺點(diǎn)，現(xiàn)在市場(chǎng)對(duì)于智能電熱水器的需求呼聲日漸提高。本論文設(shè)計(jì)的智能家用電熱水器的控制系統(tǒng)包括控制器部分和遙控器兩部分?？刂破魇且粋€(gè)

10、以AT89S52芯片為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，外圍電路包括水溫傳感、水位傳感、時(shí)鐘電路、報(bào)警電路、LED顯示等模塊?？刂破鞯腖ED上顯示時(shí)間以及水溫信息。通過遙控器可方便地對(duì)熱水器進(jìn)行時(shí)間及溫度的設(shè)置，使得熱水器的安裝不受高度限制。而控制器能于設(shè)定的時(shí)間開始加熱，并且讓水溫保持在設(shè)定的溫度上。電熱水器控制的人性化和智能化滿足人們對(duì)于電熱水器的現(xiàn)時(shí)要求，具有廣闊的市場(chǎng)空間。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】電熱水器；溫度檢

11、測(cè)；水位檢測(cè)；智能控制</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　電熱水器發(fā)展現(xiàn)狀和課題的意義</p><p>　　以電作為能源進(jìn)行加熱的熱水器通常稱為電熱水器。熱水器是一種可供浴室、洗手間及廚房使用的家用電器。目前市場(chǎng)上熱水器主要品種有電熱水器、太陽能熱水器、燃?xì)鉄崴?。就中國的具體情況而言,由于太陽能熱水器的使用受天氣原

12、因的限制，使用范圍狹窄；燃?xì)鉄崴饔捎谝允汀⑻烊粴鉃槿剂?，而燃料供?yīng)量又難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，且不利于環(huán)境，因此電熱水器越來越受到消費(fèi)者的青睞【1】。根據(jù)中國商業(yè)聯(lián)合會(huì)前不久的統(tǒng)計(jì)，電熱水器的市場(chǎng)份額在銷售數(shù)量和銷售收入兩個(gè)方面都已經(jīng)超過了長期以來占優(yōu)勢(shì)的燃?xì)鉄崴鳌Ｔ撝行念A(yù)計(jì)，在城市電網(wǎng)更大范圍改造和城市住房市場(chǎng)大規(guī)模啟動(dòng)的帶動(dòng)下，幾年來我國電熱水器市場(chǎng)將呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長勢(shì)頭【2】。</p><p>　　目

13、前，在我國市場(chǎng)上出現(xiàn)電熱水器由傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器和智能電熱水器兩種。傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器由于沒有MCU芯片的參與,一般只有簡(jiǎn)單的測(cè)量和控制,難以滿足人們對(duì)現(xiàn)代電器的要求[3]。市場(chǎng)上的出現(xiàn)的智能電熱水器品牌眾多，各自產(chǎn)品的功能也是也是十分先進(jìn)，比如帥康DSF-60DEY型號(hào)的電熱水器具有微電腦控制功能、三管加熱系統(tǒng)、分層精控加熱模式，可精確控制加熱水量，洗手、洗菜等少量用水時(shí)，可僅加熱1/4膽水，更加快速便捷。還有海爾FCD－JTHM

14、G50型號(hào)的電熱水器具備遠(yuǎn)程控制功能，通過因特網(wǎng)、手機(jī)短信和移動(dòng)/固定電話等網(wǎng)絡(luò)，主人可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)遠(yuǎn)程操作家里的熱水器。它還能夠根據(jù)用戶上一周的用水習(xí)慣自動(dòng)提前加熱。西門子DG10120TI型號(hào)的電熱水器具有 ELCB智能安全保護(hù) 、 線路故障保護(hù) 、防凍結(jié)保護(hù) 、 強(qiáng)弱電分離保護(hù) 、 故障自檢等眾多特點(diǎn)。</p><p>

15、;　　可以看到目前在我國市場(chǎng)上的的智能電熱水器，不管是國內(nèi)品牌還是國外品牌都具有了很多先進(jìn)的智能化功能，然而這些產(chǎn)品還沒有用到遙控器，這樣在使用起來就有些限制，人必須通過接觸電熱水器才能接觸控制電熱水器，這就限制了電熱水器的安裝高度和使用距離。有些是通過微波與電熱水器通信，這樣固然比遙控器更加方便，通信距離也更遠(yuǎn)，但是這樣做的成本很高，增加人們的購買負(fù)擔(dān)。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的電熱水器的控制器不僅可以

16、讓電熱水器具備顯示溫度、顯示當(dāng)前時(shí)間、預(yù)約加熱、報(bào)警、防高溫、防干燒、恒溫多種功能，而且還有遙控器，可以讓人們無需接觸就可以控制電熱水器，同時(shí)增加的負(fù)擔(dān)也不大，符合電熱水器的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　這款智能電熱水器的控制系統(tǒng)包括控制器和遙控器兩部分，分別由我和李浩同學(xué)完成，所以在以后的內(nèi)容中我就重點(diǎn)闡述我負(fù)責(zé)的控制器部分。</p><p><b>　　總體方案設(shè)計(jì)<

17、/b></p><p><b>　　功能需求分析</b></p><p>　　作為一款智能電熱水器的控制器，它要有一般電熱水器的基本加熱功能外，還要有一些其他的功能體現(xiàn)它的智能化的特點(diǎn)。所以在此要求的基礎(chǔ)上，這款控制器要可以實(shí)時(shí)檢測(cè)水溫并顯示；它還要提供給用戶水箱內(nèi)水位的信息，并在水位過低時(shí)給出警示，確保加熱安全；同時(shí)它還要能夠滿足用戶“預(yù)約”的要求。除以上功能

18、外，這款控制器還要有一些確保使用安全的功能，它要可以防止干燒，防止水溫過高，可以恒溫、調(diào)溫；同時(shí)這款電熱水器的使用條件要用更大的自由度，它可以放在相對(duì)較高的位置，這樣直接觸摸控制就很不方便，所以就要有一個(gè)遙控器。</p><p>　　根據(jù)以上要求，本課題設(shè)計(jì)的智能電熱水器的控制器要實(shí)現(xiàn)的功能歸納有以下幾個(gè)：</p><p>　　對(duì)溫度精確控制,可用高清晰度的數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；</p

19、><p>　　可靠的水位采集電路，實(shí)時(shí)采集水位供查詢時(shí)進(jìn)行顯示，當(dāng)水位過低時(shí)給出 提示并停止加熱，防止干燒；</p><p>　　具有定時(shí)定溫加熱功能，用省時(shí)節(jié)能的方式準(zhǔn)時(shí)加熱到特定溫度，既可免去 等待燒水的時(shí)間,又避開用電高峰,節(jié)約電費(fèi)；</p><p>　　自動(dòng)檢測(cè)熱水器是否處于正常工作狀態(tài)，并具有調(diào)溫、恒溫、防干燒、防超高溫等多項(xiàng)自檢功能，使

20、用戶在使用過程中安全更有保障；</p><p>　　配備遙控器，操作更加方便。</p><p><b>　　總體方案</b></p><p>　　依據(jù)上面的功能要求，控制器的整體結(jié)構(gòu)可以分為以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、水溫檢測(cè)和顯示電路模塊、水位檢測(cè)和顯示電路模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊、報(bào)警電路模塊、電源電路和加熱電路模塊。具體的電路結(jié)構(gòu)如圖2-1。&l

21、t;/p><p><b>　　控制器硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)選用AT89S52，這種單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)眾多，使用ATMEL 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器【4】。具體功能如下：&

22、lt;/p><p>　　8K字節(jié)可編程Flash存儲(chǔ)器，至少1000次擦寫周期。</p><p>　　全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz。頻率范圍更大，速度更快。</p><p>　　256字節(jié)RAM，32個(gè)雙向I/O口。</p><p>　　8個(gè)中斷源，包括3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷、2個(gè)外部中斷和2個(gè)串行中斷， 完 全可以滿足對(duì)中斷源的要求。<

23、/p><p>　　AT89S52的8K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器可以滿足程序大小的需要，而32個(gè)雙向I/O口也可以滿足各個(gè)電路模塊對(duì)于數(shù)據(jù)口的要求，同時(shí)中斷個(gè)數(shù)也能夠滿足系統(tǒng)的要求【5】。</p><p>　　對(duì)于水溫模塊可以采用一個(gè)DS18B20溫度傳感器采集水溫信息；水位檢測(cè)模塊將采用一個(gè)簡(jiǎn)易的水位檢測(cè)電路和一個(gè)ADC0804A/D轉(zhuǎn)換芯片將采集的水位信號(hào)傳給單片機(jī)；對(duì)于時(shí)鐘電路，將采用一個(gè)D

24、S1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片產(chǎn)生準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)；各個(gè)電路模塊的顯示部分將通過LED數(shù)碼管顯示的方式給予顯示；報(bào)警電路將用一個(gè)蜂鳴器與單片機(jī)連接；電源電路將使用一個(gè)220V/9V變壓器、電橋、7805芯片，最后輸出5V的可用電壓；加熱電路將用一個(gè)光電耦合器芯片MOC3023和加熱絲相連，這樣可以滿足單片機(jī)對(duì)加熱電路的控制，加熱時(shí)用的是220V的市電。</p><p><b>　　各硬件模塊的設(shè)計(jì)</b&g

25、t;</p><p><b>　　單片機(jī)電路</b></p><p>　　單片機(jī)電路如圖3-1所示，電路中比較重要的就是晶振的選擇，我在這里選擇12MHz的，這樣單片機(jī)執(zhí)行一條指令剛好是1us。因?yàn)橐粭l指令周期=機(jī)器周期×12，而機(jī)器周期剛好是所選晶振的周期，這里就是us，所以可以得到以上結(jié)果。</p><p><b>　　

26、溫度檢測(cè)和顯示電路</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)的作用最簡(jiǎn)單而且最有效的辦法就是運(yùn)用一個(gè)溫度傳感器，讓溫度傳感器檢測(cè)的水溫信號(hào)傳給單片機(jī)，由單片機(jī)來分析處理。溫度傳感器種類眾多，主要有四種類型：熱電偶、熱敏電阻、光纖溫度傳感器和集成溫度傳感器，集成溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。</p><p>　　熱電偶溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高。因熱電偶直接與

27、被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響；測(cè)量范圍廣，常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）；構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。但是熱電偶傳感器也有缺點(diǎn)：它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，不適合測(cè)量微小的溫度變化，而且輸出的是模擬電信號(hào)。</p><

28、;p>　　熱電阻溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓、使用壽命長，缺點(diǎn)是通過的電流有限，因?yàn)樽陨淼臒嵩肼晻?huì)影響測(cè)量精度，還有就是輸出的也是模擬電信號(hào)。</p><p>　　光纖溫度傳感器有體積小，靈敏度高，工作可靠、抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，但是它的電路復(fù)雜、造價(jià)高。</p><p>　　集成溫度傳感器準(zhǔn)確度更高，體積更小，功耗更低，線性好，使用時(shí)電路簡(jiǎn)單更加適合在集成電路系

29、統(tǒng)中應(yīng)用。集成溫度傳感器又有模擬輸出的和數(shù)字輸出的。模擬溫度傳感器是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)輸出；數(shù)字溫度傳感器的輸出不是電壓或電流式模擬信號(hào)，而是直接在傳感器內(nèi)部將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)直接輸出。</p><p>　　考慮到搭建溫度檢測(cè)電路的簡(jiǎn)便性和易用性，我選擇數(shù)字式的集成溫度傳感器，因?yàn)樗啾绕渌愋偷臏囟葌鞲衅?，它的體積更小、功耗很低、靈敏度更高，而且電路簡(jiǎn)單，之所以沒有選擇模擬式溫度傳感器是因?yàn)?/p>

30、數(shù)字式輸出的直接是數(shù)字信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)是可以直接被單片機(jī)接收并處理的，模擬信號(hào)則需要再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換（模數(shù)轉(zhuǎn)換）才能被單片機(jī)接收處理，這樣就無疑增加了電路的復(fù)雜度、程序的復(fù)雜性和溫度檢測(cè)的靈敏度和精度，又會(huì)增加電路的成本。基于以上理由選擇數(shù)字式溫度傳感器是最好的。</p><p>　　在數(shù)字式溫度傳感器中我選擇具有代表性的DS18B20溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國DALLAS公司的產(chǎn)品，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便

31、，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域，并且有適合本課題用的防水型封裝的產(chǎn)品，這一點(diǎn)至關(guān)重要。還有一些重要的特點(diǎn)就是：</p><p>　　獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與單片機(jī)連接時(shí)僅需要一個(gè)I/O口即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　測(cè)溫范圍從-55°C 到 +125°C，而且在溫度范圍-10°C 到+

32、85°C內(nèi)測(cè)溫精度為±0.5°C。這一區(qū)間剛好可以滿足我對(duì)測(cè)量熱水水溫的要求。</p><p>　　工作電壓范圍3.0～5.5V，符合一般數(shù)字電路供電要求。</p><p>　　在使用時(shí)不需要任何外圍電路。這一點(diǎn)也特別重要，因?yàn)樗蟠蠛?jiǎn)化了電路，可以降低使用者在設(shè)計(jì)電路和使用電路時(shí)的難度，特別是在后期檢查電路時(shí)節(jié)省了很多時(shí)間，電路簡(jiǎn)單同時(shí)也代表電路的穩(wěn)定性好，

33、精度更高。</p><p>　　分辨率從9位到12位，用戶可以自己選擇設(shè)定。</p><p>　　廣泛使用。這一點(diǎn)也是很重要的，因?yàn)檫@方便我在使用DS18B20時(shí)可以很方便的查找相關(guān)的資料。</p><p>　　具體的電路如圖3-2，溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)口連接到單片機(jī)的P3.2口上。</p><p>　　顯示溫度的介質(zhì)通常情況下可以選

34、擇LCD顯示和LED數(shù)碼管顯示。LCD顯示外觀更加好看，電路集成度比較高，顯示內(nèi)容豐富，但是價(jià)格過于昂貴，可以達(dá)到LED的幾倍；而LED顯示的價(jià)格便宜，雖然電路稍微復(fù)雜，但是也沒有很大的難度，不屬于設(shè)計(jì)電路的難點(diǎn)，使用頻率也很高，而外觀方面屬于次要內(nèi)容，所以最后選擇用LED顯示。考慮到熱水器內(nèi)的水溫不會(huì)超過100°C，也不會(huì)低于0°C，所以只需要兩個(gè)LED數(shù)碼管就可以完全滿足電路需要。</p><

35、p>　　溫度顯示的實(shí)現(xiàn)方法有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是占有CPU時(shí)間少，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制，顯示程序比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，占用單片機(jī)的I/O口多。動(dòng)態(tài)顯示特點(diǎn)就是用位選信號(hào)來控制數(shù)碼管的亮滅，利用人眼的視覺暫留作用采用快速掃描的方式來顯示內(nèi)容，優(yōu)點(diǎn)就是可以節(jié)省很多I/O口，電路簡(jiǎn)單，是使用最多的一種顯示方式，缺點(diǎn)就是顯示程序稍微復(fù)雜?？紤]到本課題中單片機(jī)的I/O口會(huì)大量使用，我采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。同時(shí)在數(shù)碼管的

36、類型上選擇共陽極數(shù)碼管。</p><p>　　具體的溫度顯示電路如圖3-3，這里數(shù)碼管7號(hào)引腳是控制那個(gè)紅點(diǎn)的，在本電路中不需要那個(gè)紅點(diǎn)工作，所以不需要將它也接在I/O口上，這樣做還可以省下一個(gè)I/O，供其他電路部分使用。數(shù)碼管與單片機(jī)之間接一個(gè)510Ω的排阻，然后接入P0.0～P0.6，作數(shù)據(jù)通信，P0.7另作其他用途。數(shù)碼管的片選由單片機(jī)的P3.1口和P3.2口控制。</p><p>

37、<b>　　水位檢測(cè)和顯示電路</b></p><p>　　水位檢測(cè)的方法有很多，最常用的有電極式水位檢測(cè)電路，其整體構(gòu)思如圖1，脈沖信號(hào)先傳給電極0，電極1～N依待測(cè)水位的高低適當(dāng)選定長度。隨著水位的高低變化，脈動(dòng)信號(hào)會(huì)通過電極0傳遞到水中。此信號(hào)又經(jīng)浸入水中的電極進(jìn)入信號(hào)處理電路，把各電極接收到的信號(hào)進(jìn)行分辨處理變成幅值能反映水位高低的脈動(dòng)信號(hào)。此脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)入到信號(hào)保持電路，把脈動(dòng)信號(hào)的

38、幅值保持下來，變成一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的直流信號(hào)。此信號(hào)再進(jìn)入到水位顯示及水位處理電路，把檢測(cè)到的水位信號(hào)經(jīng)該電路處理【7】。如圖3-4：</p><p>　　其他的還有可以利用壓力傳感器來檢測(cè)，這種方法可以連續(xù)檢測(cè)水位，并且電路簡(jiǎn)單，其他的還有超聲波水位檢測(cè)，但這些都不很實(shí)際，不予考慮。在本課題中，水位不需要連續(xù)檢測(cè)，只需要檢測(cè)三個(gè)水位，依次是：高水位、中水位和低水位，而且壓力傳感器是需要自己花錢購買的，所以采用相

39、對(duì)經(jīng)濟(jì)的辦法——電極式，可以節(jié)省成本，而且對(duì)于實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)這一功能也沒有妨礙，是最佳的辦法。在實(shí)際搭建電路的過程中，我發(fā)現(xiàn)電極式一個(gè)很重要的缺點(diǎn)就是要在電路中懸空電極，這對(duì)于實(shí)際使用很不利，也很不方便，所以我根據(jù)實(shí)際使用的便利性對(duì)電極式水位檢測(cè)系統(tǒng)作了一些必要的改正。具體電路如圖3-5，當(dāng)水同時(shí)浸沒三個(gè)電阻時(shí)，即R21、R23、R26全部浸入水中時(shí)水位為“高”；當(dāng)R23、R26浸入水中時(shí)水位為“中”；當(dāng)只有R26浸入水中時(shí)水位為“低”。

40、</p><p>　　當(dāng)水位檢測(cè)電路在水位不同時(shí)輸出不同的電壓值，而這個(gè)電壓值通過A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)就會(huì)處理這些信號(hào)。在實(shí)際使用這個(gè)電路時(shí)，由于水質(zhì)或者其他方面的差異，在水箱中的水分別處于“高”、“中”、“低”三個(gè)水位時(shí)，不同的使用環(huán)境下都有可能得到不同的電壓值，也就是最終在單片機(jī)I/O口上得到不同的數(shù)字信號(hào)，所以在使用時(shí)要對(duì)三個(gè)水位電壓進(jìn)行提前測(cè)量并標(biāo)定，讓水量處于三個(gè)水位時(shí)

41、輸出的是一個(gè)小幅度的電壓范圍，而不是一個(gè)固定的電壓值，相對(duì)于I/O口來說就是一個(gè)數(shù)字量的范圍而不是一個(gè)單一不變的數(shù)字量。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換芯片可以采用ADC0804，其功能如下【8】：</p><p>　　屬于8位逐次逼近CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>　　內(nèi)部具有時(shí)鐘發(fā)生器，轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)100ns。</p><p>　

42、　輸入電壓范圍0V～5V，輸入模擬電源可為5V。</p><p>　　內(nèi)部有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，可以直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)口相連。</p><p>　　從以上的特點(diǎn)可以看出ADC0804符合電路的要求。具體的水位檢測(cè)電路如圖3-6，三極管選用NPN型S8050，放大倍數(shù)達(dá)到203。A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0804的數(shù)據(jù)輸出口連接到單片機(jī)的P2口，參考電壓標(biāo)定為2.5V。是芯片的片選端，將其接地就可以保證

43、芯片永遠(yuǎn)處于選通狀態(tài)；是芯片的讀信號(hào)端，將其與單片機(jī)的P3.7相連，單片機(jī)可以給ADC0804信號(hào)表示將要讀芯片的數(shù)據(jù)；是芯片的寫信號(hào)端，與單片機(jī)的P3.6口相連，單片機(jī)通過它給ADC0804信號(hào)表示將向其寫數(shù)據(jù)。是芯片的中斷請(qǐng)求端，但本電路中ADC0804與單片機(jī)的通信不用中斷模式，故將其懸空不接入電路。</p><p>　　水位顯示電路可以采用三個(gè)發(fā)光二極管連接在單片機(jī)的三個(gè)I/O口上，通過程序讓單片機(jī)可以根

44、據(jù)水位檢測(cè)電路的不同水位時(shí)的數(shù)字量來使表示相應(yīng)水位發(fā)光二極管亮。這個(gè)電路簡(jiǎn)單易行，之所以沒有采用直接將發(fā)光二極管連接到水位檢測(cè)電路中的方法，是因?yàn)樵谶@種方法下我一直都沒有找到一次亮一個(gè)二極管的解決辦法。在這個(gè)方法下，當(dāng)水位由低到高依次升高時(shí)，首先是“低”水位二極管亮，接著是“低”水位二極管和“中”水位二極管亮，最后是三個(gè)二極管都亮，這種方法顯然不符合人們的使用習(xí)慣，故棄之不用。我所采用的辦法可以很好的解決這個(gè)問題，因?yàn)樵诔绦蛑幸?guī)定單片機(jī)

45、只能根據(jù)水位信號(hào)來讓一只二極管發(fā)光，符合人們的習(xí)慣，雖然在電路上和程序上要多做一些事情，但這是必須的。</p><p>　　具體電路如圖3-7，電路中LED發(fā)光二極管D4表示“高”水位，D5表示“中”水位，D6表示“低”水位。</p><p><b>　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘和顯示電路</b></p><p>　　因?yàn)檫@款電熱水器的功能要有人性化的優(yōu)點(diǎn)，要

46、滿足用戶提前對(duì)熱水器“預(yù)約”的需要，所以就要有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘來讓使用者可以根據(jù)自己的安排來讓電熱水器在幾點(diǎn)幾分開始加熱熱水，這樣可以讓使用者極大的節(jié)約自己的時(shí)間，又可以讓用戶有意的規(guī)避城市的用電高峰期，實(shí)時(shí)時(shí)鐘也可以讓單片機(jī)有一個(gè)判定是否到了加熱時(shí)刻的依據(jù)，所以實(shí)時(shí)時(shí)鐘對(duì)整個(gè)電路都是必要的。</p><p>　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示的方式有兩種：</p><p>　　用軟件實(shí)現(xiàn)。用軟件計(jì)時(shí)有個(gè)很大的

47、優(yōu)點(diǎn)就是不用專門的時(shí)鐘電路，所以在電路設(shè)計(jì)上可以省下一大塊。但是它的固有缺點(diǎn)又限制了它在本設(shè)計(jì)中的使用。用軟件計(jì)時(shí)就是用單片機(jī)的定時(shí)器中斷用程序語句來產(chǎn)生一個(gè)1s中斷，但是單片機(jī)在執(zhí)行不同語句時(shí)的時(shí)間長短不是恒定的，所以這樣很容易產(chǎn)生一個(gè)很小的誤差，而這樣的誤差是可以累積成一個(gè)很大的誤差，這對(duì)于長時(shí)間、準(zhǔn)確及時(shí)來說是堅(jiān)決不允許的，所以這種方式不可行。</p><p>　　用硬件實(shí)現(xiàn)。用硬件就要選擇一個(gè)時(shí)鐘芯片與單

48、片機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘通信，這里選擇我們?nèi)粘：艹Ｓ玫臅r(shí)鐘芯片DS1302，它也是美國DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，具有很多很實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，并且是12小時(shí)制和24小時(shí)制可選的，可以滿足使用者對(duì)時(shí)鐘的各種要求。</p><p>　　簡(jiǎn)單的三線接口，只有一個(gè)串口的I/O，與單片機(jī)接

49、連簡(jiǎn)單，節(jié)省單片機(jī)的I/O口。</p><p>　　工作電壓范圍2.0V～5.5V，在芯片電壓為2.0V時(shí)，內(nèi)部工作電流低于300nA。</p><p>　　可接外部后備電池，可以防止在芯片斷電后時(shí)鐘丟失。斷電后芯片在后備電池的供電下，時(shí)鐘繼續(xù)計(jì)時(shí)，當(dāng)重新接電后無須重新修正時(shí)鐘，方便使用。</p><p>　　外圍電路簡(jiǎn)單，搭建電路很容易。</p>&

50、lt;p>　　廣泛使用，可參考的資料很多。</p><p>　　基于以上理由，選擇使用硬件來計(jì)時(shí)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、選擇DS1302作為本電路的時(shí)鐘芯片是正確的。具體的電路圖如圖3-8，DS1302的晶振選用規(guī)定的32.768KHz的， VCC1口接3.6V的備用電池以防止主電源斷電。是芯片的復(fù)位端，芯片工作時(shí)此端必須接高電平，接單片機(jī)的P2.5口。SCLK口是DS1302的輸入口，接受來自單片機(jī)的信號(hào)控制DS13

51、02的I/O口是讀入還是輸出，接單片機(jī)的P2.4口。DS1302的I/O口接P3.4用于和單片機(jī)的通信。</p><p>　　上文已經(jīng)論證過兩種顯示方式——LCD顯示和LED數(shù)碼管顯示——的特點(diǎn)與優(yōu)劣，并且決定選擇LED數(shù)碼管顯示方式，為了電路中器件盡量的相同性，在實(shí)時(shí)時(shí)鐘的顯示上也選擇相同的方式，并且也采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，數(shù)碼管選擇共陽極的。由于用戶在定時(shí)加熱時(shí)，年、月、日、秒這些信息對(duì)其是無用的，所以可以不予

52、顯示，我們只需要顯示出小時(shí)和分鐘這兩個(gè)信息，這樣四只數(shù)碼管就可以滿足要求。</p><p>　　具體的電路如圖3-9，數(shù)碼管和單片機(jī)的連接和溫度顯示電路是一樣的，但是數(shù)碼管這次連單片機(jī)的P1.0～P1.6口。在時(shí)鐘顯示電路中，DS6和DS5數(shù)碼管表示時(shí)鐘的“分鐘”單位，DS4和DS3表示“小時(shí)”單位。數(shù)碼管的片選分別接單片機(jī)的P2.1、P2.1、P2.2和P2.3。</p><p>　　電

53、源、加熱和報(bào)警電路</p><p><b>　　電源電路</b></p><p>　　因?yàn)槭须娛?20V的，而單片機(jī)和其他芯片的要求電壓是5V左右，所以要有一個(gè)電源電路來提供合適的電壓。電路的結(jié)構(gòu)如下圖3-10所示：</p><p>　　220V/9V變壓器在電子市場(chǎng)可以很容易的買到，橋式整流電路我選用4個(gè)IN4007整流二極管搭建一個(gè)電橋，中

54、間經(jīng)過一些電容濾波，然后經(jīng)過一個(gè)L7895C芯片就可以得到輸出5V的電壓。這個(gè)電路比較簡(jiǎn)單，但是可以滿足電路對(duì)電源的要求。具體的電路圖如圖3-11。</p><p>　　電橋是用四個(gè)IN4007整流二極管構(gòu)成的，在與L7805C之間接入兩個(gè)電容值分別為1000uF和0.1uF的電容可以起到濾波的作用，可以讓電壓更加平穩(wěn)。9V的電源經(jīng)過L7805C后就可以輸出5V的電壓，供電路使用。</p><

55、p><b>　　加熱電路</b></p><p>　　因?yàn)榧訜犭娐返募訜犭娫词?20V的交流電，并非是單片機(jī)直接供電，而單片機(jī)需要控制加熱電路什么時(shí)候加熱，什么時(shí)候停止加熱，所以我們必須在加熱絲和單片機(jī)之間加上一個(gè)光電耦合器芯片MOC3023和一個(gè)雙向可控硅芯片BTA41，這樣單片機(jī)就可以控制加熱絲是否要通電，這樣就搭建了一個(gè)可控的加熱電路。電路如圖3-12：</p>&

56、lt;p>　　MOC3023是一個(gè)光耦合器芯片，與單片機(jī)的P0.7口相連，從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)知道當(dāng)P0.7口處于低電平時(shí)，其內(nèi)部的LED燈亮，然后芯片就處于導(dǎo)通狀態(tài)，電熱絲R4就會(huì)通過電流進(jìn)行加熱。BTA41是一個(gè)雙向可控硅芯片。</p><p><b>　　報(bào)警電路</b></p><p>　　報(bào)警電路在單片機(jī)接受到水位信號(hào)處于“低”是會(huì)發(fā)出蜂鳴聲。具體的電路如圖3

57、-13，蜂鳴器通過一個(gè)三極管連接到單片機(jī)的P1.7口上。</p><p><b>　　控制器軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　軟件主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序流程圖如圖4-1， 程序開始時(shí)對(duì)AT89S52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器和DS1302時(shí)鐘芯片進(jìn)行初始化，然后調(diào)用溫度檢測(cè)、水位檢

58、測(cè)子函數(shù)采集溫度和水位信號(hào)，然后單片機(jī)控制顯示電路顯示溫度、水位并讀取和顯示時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘，同時(shí)單片機(jī)還控制加熱電路是否加熱。如果有外部遙控器中斷請(qǐng)求，單片機(jī)將響應(yīng)并執(zhí)行相應(yīng)的中斷函數(shù)。</p><p><b>　　中斷函數(shù)程序流程</b></p><p>　　當(dāng)遙控器有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)將響應(yīng)外部中斷并執(zhí)行中斷函數(shù)，具體流程如圖4-2。</p><

59、;p>　　各功能模塊程序設(shè)計(jì) </p><p><b>　　水溫檢測(cè)程序流程</b></p><p>　　如圖4-3，水溫檢測(cè)程序時(shí)當(dāng)單片機(jī)在采集水溫信息時(shí)要調(diào)用的子函數(shù)。程序在讀出傳感器溫度后隨即進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因?yàn)樽x出的溫度值是二進(jìn)制的，需要轉(zhuǎn)換成BCD碼表示的溫度值。</p><p><b>　　水位檢測(cè)程序流程</b&g

60、t;</p><p>　　如圖4-4，水位檢測(cè)程序會(huì)在單片機(jī)采集水位信號(hào)時(shí)被調(diào)用，程序中用定時(shí)器0進(jìn)行定時(shí)，規(guī)定2s檢測(cè)一次水位信號(hào)，電壓信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換后再由單片機(jī)讀取。</p><p><b>　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序流程</b></p><p>　　如圖4-5，這個(gè)子程序開始時(shí)需設(shè)置一下初始時(shí)間，然后再讀芯片內(nèi)的時(shí)鐘值，并作數(shù)值處理，分離分鐘和小

61、時(shí)值的個(gè)位與十位以便顯示。</p><p><b>　　軟硬件調(diào)試</b></p><p>　　寫好的程序功能能否在設(shè)計(jì)的硬件上如愿以償?shù)貙?shí)現(xiàn)呢？當(dāng)然硬件和軟件的仿真調(diào)試是單片機(jī)開發(fā)必不可少的步驟。本文設(shè)計(jì)的硬件和軟件調(diào)試在Proteus軟件來完成。</p><p><b>　　仿真平臺(tái)介紹</b></p>

62、<p>　　Proteus是一款新穎的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，特別適用于單片機(jī)仿真，能夠在線、實(shí)時(shí)仿真多種類型的單片機(jī)，諸如MCS-51系列單片機(jī)、PIC單片機(jī)、AVR單片機(jī)等，能夠像硬件仿真器一樣進(jìn)行軟硬件調(diào)試，而沒必要花錢去購買和維護(hù)價(jià)格不菲的仿真器，對(duì)于初學(xué)單片機(jī)的人來說，既減少了學(xué)習(xí)成本，又達(dá)到了良好的學(xué)習(xí)效果。用Proteus仿真單片機(jī)硬件投入少，Proteus所提供的元件庫中，大部分可以直接用于接口電路的搭建

63、，同時(shí)該軟件所提供的儀表，不管在質(zhì)量還是數(shù)量上，都是可靠和經(jīng)濟(jì)的。</p><p><b>　　仿真步驟</b></p><p>　　要在Proteus中仿真電路首先需要在軟件中新建并保存一個(gè)文件，然后在元件庫中找到所需的元件，排列好元件的位置，然后對(duì)元件的各個(gè)接口進(jìn)行電氣連接。當(dāng)電路搭建完成之后就可以雙擊單片機(jī)打開一個(gè)“edit component”窗口，然后加載在

64、Keil編譯程序時(shí)生成的Hex文件，點(diǎn)擊OK后關(guān)閉此窗口后點(diǎn)擊“調(diào)試”菜單中的“執(zhí)行”選項(xiàng)或者是直接按下F12，就可以觀察到程序仿真的結(jié)果了。</p><p><b>　　仿真結(jié)果</b></p><p>　　首先調(diào)試的是水溫檢測(cè)程序，其結(jié)果如圖5-1和圖5-2：</p><p>　　然后是實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序調(diào)試結(jié)果，如圖4-2:</p>

65、<p><b>　　硬件調(diào)試</b></p><p>　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘的硬件調(diào)試結(jié)果如圖5-3，時(shí)鐘以24小時(shí)制顯示時(shí)鐘。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，硬件方面我搭建了硬件電路，具體有：?jiǎn)纹瑱C(jī)電路、水溫檢測(cè)和顯示電路、水位檢測(cè)和顯示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和顯示電路、5V電源

66、電路、加熱電路。軟件方面我編寫基于DS18B20傳感器的溫度檢測(cè)和顯示C語言程序、基于DS1302時(shí)鐘芯片的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和顯示程序，還編寫了水位檢測(cè)和顯示程序和加熱程序。其中在proteus軟件上成功調(diào)試了溫度檢測(cè)和顯示、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和顯示程序，兩者都能夠在軟件上很好的實(shí)現(xiàn)各自的功能，溫度程序可以穩(wěn)定的在數(shù)碼管上顯示準(zhǔn)確的溫度值，時(shí)鐘程序也可以準(zhǔn)確的顯示時(shí)鐘。由于時(shí)間的緊迫，程序沒有時(shí)間在自己的電路上調(diào)試，水位檢測(cè)的程序也沒能夠程序調(diào)試。<

67、;/p><p>　　這款電熱水器還有很大的改進(jìn)空間，比如以后可以將控制器的紅外遙控改進(jìn)為微波遙控，這樣通信的距離更廣，更方便操作。通過做這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，大大的提高了我單片機(jī)硬件電路和軟件編寫、調(diào)試方面的水平，鍛煉了我的動(dòng)手能力，是對(duì)自身能力的巨大提升。</p><p>　　【1】苗紅蕾，一款新型的智能家用電熱水器，邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)第22卷第1期，2005年2月</p><

68、p>　　【2】 劉坡、鄭素麗、陳樂君，智能家用電熱水器控制，http://www.motorola.com.cn/semico-</p><p>　　nductors/mcudsp/doc/A11149_B1.pdf</p><p>　　【3】王福源、王瑋、侯均衡，智能型電熱水器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然大學(xué)學(xué)版）第24卷第6期，2002年12月</p><

69、;p>　　【4】 Jan Axelson，The Microcontroller Idea Book，http://www.lvr.com/files/mibch1.pdf</p><p>　　【5】kenneth J.Ayala 《The 8051 Microcontroller-architecture,programming and applications》，WEST PUBLISHING COMP

70、ANY ,1991年，第4頁</p><p>　　【6】李光飛、李良兒、樓然苗等，《單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)》，北京航天航空大學(xué)出版社2005年9月，46頁。</p><p>　　【7】 張紹良，長壽命電極水位檢測(cè)電路 ，《電子制作》2004年第5期14～16頁</p><p>　　【8】郁玉龍、趙寧盧、洪武，用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)智能家用電熱水器，《實(shí)用電子制

71、作》2007年10月刊33～35頁。</p><p>　　【9】李光飛、李良兒、樓然苗等，《單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)》，北京航天航空大學(xué)出版社2005年9月，182頁。</p><p>　　【10】 李光飛、李良兒、樓然苗等，《單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)》，北京航天航空大學(xué)出版社2005年9月，183頁。</p><p>　　致謝：在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，感謝我的導(dǎo)師丁金

72、妃老師給我的大力幫助，由于丁老師平時(shí)不懈的督促，讓我在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)充滿壓力和動(dòng)力。雖然也經(jīng)常遇到一些不解的問題，但多虧老師的解答讓我及時(shí)的解決問題，一直把畢業(yè)設(shè)計(jì)做完。同時(shí)也很感謝我的搭檔李浩同學(xué)，由于他在我遇到問題時(shí)時(shí)常的提醒，熱心的提供很多相關(guān)的資料，才讓我更好的解決困難。在此我衷心的感謝我的導(dǎo)師丁金妃老師和我的搭檔李浩同學(xué)。</p><p>　　【Abstract】The electric water he

73、ater is the one of the most popular electric equipment. Because of the disadvantage of the old electric water heater, so the intellectualized-electric water heater is necessary. The control unit of the intellectualized-e

74、lectric water heater contains controller and remote control. Controller is a microcontroller system whose importance is a AT89S52, it has water-temperature sensor、water-level sensor、clock circuit、alarm circuit and LED d