畢業(yè)設(shè)計(jì)---快熱式家用電熱水器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　二〇〇八年五月</b></p><p>　畢業(yè)生姓名：</p><p>　專業(yè)：電氣自動化技術(shù)</p><p>　學(xué)號：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p>　

2、所屬系（部）：信 息 系</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱書</b></p><p>　　題目： 快熱式家用電熱水器的設(shè)計(jì)</p><p>　　信息　系　　電氣自動化技術(shù) 專業(yè) 姓名　 　　</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2008 年03月17日~2008 年05月18日<

3、;/p><p><b>　　評閱意見：</b></p><p><b>　　成績：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師：　　　　?。ê炞郑?lt;/p><p>　　職　　務(wù)：　　　　　</p><p>　　200 年　月　日</p><p><b&g

4、t;　　畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄卡</b></p><p>　　信息 系　　電氣自動化技術(shù) 專業(yè) 姓名 　</p><p>　　答 辯 內(nèi) 容</p><p>　　記錄員： （簽名）</p><p>　　成 績 評 定</p><p>　　注：評定成績?yōu)?/p>

5、100分制，指導(dǎo)教師為30%，答辯組為70%。</p><p>　　專業(yè)答辯組組長：　　　　?。ê灻?lt;/p><p>　　200 年　　月　　</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著生活節(jié)奏的加快，快熱式電熱水器省時(shí)的特性越來越被生活忙碌的人群所認(rèn)可。隨著用電環(huán)境的改善，不少新建樓

6、房都可以安裝即快熱式電熱水器，這催生了即熱式電熱水器的快速增長。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的快熱式電熱水器系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，輔以鍵盤，顯示電路，利用熱敏電阻對熱水器出口溫度進(jìn)行檢測，將溫度轉(zhuǎn)換成頻率，并將其反饋到單片機(jī)，用單片機(jī)測出頻率大小，從而間接測出溫度值，溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路簡單可靠，成本低廉。對于加熱功率的控制，本文采用了雙向可控硅控制，單片機(jī)通過光耦給可控硅觸發(fā)信號，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲

7、的有效加熱功率。為了在關(guān)機(jī)和超溫保護(hù)的狀態(tài)下能可靠地關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器來控制加熱電源。其中串聯(lián)在繼電器線圈回路的熔絲為105℃時(shí)，熱保險(xiǎn)絲會熔斷，防止加熱管干燒。與電熱絲并聯(lián)的LED發(fā)光管用來指示電熱絲的工作狀態(tài)。</p><p>　　快熱式電熱水器它體積小，重量輕，要使用熱水時(shí)，即開即熱，無須等待，省去了加熱多余的熱水，因此它具有省時(shí)、省電、省水的優(yōu)點(diǎn)。正是基于以上原因，快熱式電熱水器在今后有著極

8、為廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　關(guān)鍵字：單片機(jī) 溫度 雙向可控硅 繼電器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the pace of life speeds up, Quick hot-water heater in the busy lives of more and more r

9、ecognized by the crowd. With electricity the improvement of the environment, many new buildings that can be installed faster heat-type heaters, which hastened the birth of hot-water heater that is the rapid growth. </

10、p><p>　　The design of the fast heat of the water heater system to SCM as the Supplemented by keyboard supplemented by the keyboard, display circuit, the use of thermal resistance of the water heater temperature

11、 detection exports, the temperature will be converted to frequency, and feedback to the microcontroller, with SCM size measured frequency, thus indirectly measured temperature and temperature / frequency conversion cir

12、cuit is simple and reliable, low cost. The heating power of control, the pape</p><p>　　Quick hot-water heater its small size, light weight, to use the hot water,-the heat, do not have to wait and save the

13、extra hot water heating, so it has a time-saving, energy saving, the provincial water advantages. It is precisely because of these reasons, faster heat-type heaters in the future has a very broad prospects for developme

14、nt. </p><p>　　Keyword: MCU temperature SCR two-way relay</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一篇 緒論1</b></p><p>　　第一章 選題目的和意義1</p><p

15、>　　第二章 國內(nèi)外發(fā)展情況1</p><p>　　第三章 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容和所做的工作2</p><p>　　第二篇 元件選擇3</p><p>　　第一章 80C51單片機(jī)的介紹3</p><p>　　第二章 共陽極數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和工作原理4</p><p>　　第三章 其它元件的介紹4

16、</p><p>　　第三篇 方案論證7</p><p>　　第四篇 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　第一章 加熱控制電路9</p><p>　　第二章 溫度檢測電路9</p><p>　　第五篇 硬件電路制作13</p><p>　　第六篇 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1

17、4</p><p>　　第一章 主程序14</p><p>　　第二章 顯示掃描子程序14</p><p>　　第三章 按鍵掃描處理子程序14</p><p>　　第四章 加熱控制程序14</p><p>　　第五章 溫度檢測程序15</p><p>　　第七篇 控制

18、程序編制和調(diào)試23</p><p>　　第八篇 硬件和軟件綜合調(diào)試及性能分析34</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p>　　一. 工具書：37</p><p>　　二. 參考資料：37</p><p>　　附錄1 快熱式熱水器控制系統(tǒng)電路圖38<

19、/p><p><b>　　致 謝39</b></p><p><b>　　第一篇 緒論</b></p><p>　　第一章 選題目的和意義</p><p>　　近年來，熱水器行業(yè)的發(fā)展趨勢可以用一句話來概括，即仍將呈現(xiàn)出以電熱水器為主導(dǎo)，燃?xì)馊妓鳛檩o，太陽能熱水器為補(bǔ)充，三者互相共生。對電熱水

20、器而言，它具有安全、環(huán)保的特點(diǎn)，而且全國電網(wǎng)的改造、電的普及、電價(jià)的大幅度下調(diào)，以及用電設(shè)施的改善，均為電熱水器的迅速普及提供了便利的條件。尤其三峽工程的建設(shè)、核電站的建設(shè)，更是為電熱水器的推廣和普及起到了助推劑的作用。電熱水器對安裝的要求也比較簡單，它不受空間限制，可以因地制宜。快熱式家用電熱水器的問世是家用電熱水器具領(lǐng)域一次新的進(jìn)步，它具有使用安全、衛(wèi)生、不受水壓限制，隨時(shí)可供熱水，水溫易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了其它熱水器的不足，屬傳統(tǒng)型

21、熱水器的替代產(chǎn)品，是家庭、公用住宅、小型飯店、賓館理想的配套服務(wù)設(shè)施。隨著氣價(jià)的上漲，電價(jià)的不斷下降。相信今后幾年中我國電熱水器市場仍將會呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長勢頭。本設(shè)計(jì)主要通過80C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對電熱水器的溫度、功率顯示及加熱控制和繼電保護(hù)，80C51單片機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低。相信今后幾年低功耗必將成為電熱水器這一行業(yè)的熱點(diǎn)。</p><p>　　第二章 國內(nèi)外發(fā)展情況</p><p&g

22、t;　　快熱式電熱水器在國外使用相當(dāng)廣泛，尤其是在歐美和東南亞地區(qū)。前些年，快熱式產(chǎn)品在國內(nèi)市場上曾經(jīng)出現(xiàn)過一段時(shí)間，由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)電力條件不成熟，對大功率的電產(chǎn)品一般無法正常使用，也沒有好技術(shù)來保證其質(zhì)量與安全，種種因素限制了其在國內(nèi)的發(fā)展。近幾年來，隨著人們生活水平的不斷提高，國家電網(wǎng)改造和相關(guān)規(guī)定的出臺，電力工業(yè)迅速發(fā)展，預(yù)示了即熱式產(chǎn)品在國內(nèi)的廣泛前景。根據(jù)國家住宅設(shè)計(jì)規(guī)范（GF500%-1999）現(xiàn)有商品住房的電器線路導(dǎo)線必須采

23、用銅芯線，每套住宅進(jìn)線截面積不小于10m㎡,分支引線不得小于2.5㎡，電表規(guī)格不得小于20（40）A，所以現(xiàn)購新標(biāo)準(zhǔn)住宅用戶，都有條件使用上述這種安全、方便的快熱式電熱水器，確保產(chǎn)品萬無一失，安全系數(shù)達(dá)100%，通過檢測，快熱式比傳統(tǒng)的熱水器可節(jié)省40%的能耗，用多少熱水加熱多少，沒有熱水用不完時(shí)的浪費(fèi)和使用中途熱水供應(yīng)不足的現(xiàn)象，熱水利用率100%，因?yàn)樗炔恍枰崆邦A(yù)熱，也不需保溫，省去了大量的額外開支，給用戶帶來真正的實(shí)惠。即熱式

24、產(chǎn)品作為新型環(huán)保產(chǎn)品在我國廣泛使用已是大勢所趨，符合現(xiàn)代消費(fèi)潮流。一切跡象都在預(yù)示著快熱式的春天就要來臨了。</p><p>　　第三章 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容和所做的工作</p><p>　　（一）用2位數(shù)碼管顯示出水溫度，能顯示設(shè)定功率檔位。</p><p>　?。ǘ囟葴y試顯示范圍為00-99℃，精度為±1℃。</p><p>

25、　　（三）設(shè)置3個(gè)功率檔位指示燈，1-4檔1個(gè)燈亮，5-8檔2個(gè)燈亮，9檔3個(gè)燈全亮，0檔無功率輸出，檔位燈不亮。</p><p>　　（四）設(shè)置3個(gè)輕觸按鈕，分別為電源開關(guān)鍵、“+” 鍵和“-”鍵。加熱功率分為0-9檔，按“+”鍵依次遞增至9檔，按“-”鍵依次遞減至0。</p><p>　?。ㄎ澹┏鏊疁囟瘸^65℃時(shí)停止加熱，并蜂鳴報(bào)警，溫度降至45℃以下時(shí)恢復(fù)。</p>

26、<p>　?。﹥?nèi)膽溫度超過105℃時(shí)停止加熱，防止干燒。</p><p><b>　　第二篇 元件選擇</b></p><p>　　第一章 80C51單片機(jī)的介紹</p><p>　　80C51或其兼容系列的單片機(jī)：80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造

27、的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴(kuò)展了MCS-48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。</p><p>　　80C51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。   此外，

28、80C51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展原則：一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外

29、進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。 系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下原則： （一）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。 （二）系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)。 （三）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)

30、合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)殃，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長，且占用CPU時(shí)間。 （四）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。 （五）可靠性及抗干</p><p>　　共陽極數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和工作原理&

31、lt;/p><p>　　共陽極數(shù)碼管: 共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。</p><p><b>　　其它元件的介紹</b></p><p>　　12MHz的晶振

32、：晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器。</p><p>　　雙向可控硅

33、：可控硅也稱作晶閘管，它是由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成的元件，有三個(gè)電極，陽極A，陰極K和控制極G?？煽毓柙陔娐分心軌?qū)崿F(xiàn)交流電的無觸點(diǎn)控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時(shí)有火花產(chǎn)生，而且動作快、壽命長、可靠性好。在調(diào)速、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)溫以及其他各種控制電路中都有它的身影。 可控硅分為單向的和雙向的，符號也不同。單向可控硅有三個(gè)PN結(jié)，由最外層的P極和N極引出兩個(gè)電極，分別稱為陽極和陰極，由中間的P極引出一個(gè)控制極。

34、 單向可控硅有其獨(dú)特的特性：當(dāng)陽極接反向電壓，或者陽極接正向電壓但控制極不加電壓時(shí)，它都不導(dǎo)通，而陽極和控制極同時(shí)接正向電壓時(shí)，它就會變成導(dǎo)通狀態(tài)。一旦導(dǎo)通，控制電壓便失去了對它的控制作用，不論有沒有控制電壓，也不論控制電壓的極性如何，將一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。要想關(guān)斷，只有把陽極電壓降低到某一臨界值或者反向。 雙向可控硅的引腳多數(shù)是按T1、T2、G的順序從左至右排列（電極引腳向下，面對有字符的一面時(shí)）。加在控制極G上的觸發(fā)脈沖的大小或時(shí)間改

35、變時(shí)，就能改變其導(dǎo)通電流的大小。 與單向可控硅的區(qū)別是，雙向可控硅G極上觸發(fā)脈沖的極性改變時(shí)，其導(dǎo)通方向就隨著</p><p>　　三極管：三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反

36、之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。</p><p>　　三極管在放大信號時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫 建立偏置 ，否則會放大失真。</p>

37、<p>　　在三極管的集電極與電源之間接一個(gè)電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB升高時(shí)，IB變大，IC也變大，IC 在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極電壓UC會降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。</p><p>　　繼電器：繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電

38、流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器的工作原理和特性 ：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)

39、）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。</p><p>　　振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路。一般由電阻、電感、電容等元件和電子器件所組成。由電感線圈l和電容器c相連而成的lc電路是最簡單的一種振蕩電路， 振蕩電路主要是用來穩(wěn)定頻率和

40、選擇頻率。</p><p>　　此外電路中還用到5V的自鳴式蜂鳴器、穩(wěn)壓器（7805）、輕觸小按紐、熱保險(xiǎn)絲、RC多諧振蕩器、熱敏電阻等元件。</p><p><b>　　第三篇 方案論證</b></p><p>　　按快熱式電熱水器的功能要求，決定采用如圖1所示的模塊組成系統(tǒng)，主要包括電源電路、單片機(jī)控制器、溫度檢測電路、按鍵輸入電路、LE

41、D數(shù)碼管及指示電路、報(bào)警電路和加熱控制電路。</p><p>　　圖1快熱式電熱水器系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　快熱式電熱水器為了達(dá)到“快熱”的效果，取消了儲水罐，使冷水在進(jìn)入加熱管后立即被加熱，著就要求加熱管有較大的功率。家用電熱水器一般采用方便，可靠的電熱絲加熱方法。根據(jù)熱學(xué)及流體力學(xué)原理，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)室測試，可以得到水溫與流量、加熱功率之間的關(guān)系如表1所列</p>

42、<p>　　表1水溫與流量、加熱功率之間的關(guān)系</p><p>　　對于加熱功率的控制，最簡單的方法是由若干不同功率的電熱絲組合得到幾種加熱功率，但由于快熱式熱水器的加熱功率較普通的大，且檔位設(shè)置較多，用電熱絲組合的方法需要幾組電熱絲和繼電器，成本增高且工作可靠性降低，所以比較理想的是采用可控硅控制功率，電路簡單又控制方便。</p><p>　　溫度檢測的方法較多，最經(jīng)典的方法

43、就是用熱敏電阻（或熱敏傳感器）組成電橋來采集信號，再經(jīng)放大，A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)。目前比較先進(jìn)的方法是采用專門的集成測溫傳感器（如DS18B20），直接將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給單片機(jī)。為了簡化電路，降低成本，本文采用了溫度/頻率轉(zhuǎn)換測溫法，直接將溫度信息轉(zhuǎn)換成頻率信號，用單片機(jī)測出頻率大小，從而間接測出溫度值，溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路簡單可靠，成本低廉。</p><p>　　第四篇 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p&g

44、t;<p>　　快熱式熱水器控制系統(tǒng)電路2（附錄4）所示。它由七部分電路組成：單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、按鍵輸入電路、LED數(shù)碼管及指示電路、報(bào)警電路和加熱控制電路和溫度檢測電。</p><p>　　控制器采用成本低廉且工作可靠的89C51或其兼容系列的單片機(jī)，采用12MHz的晶振。 </p><p><b>　　加熱控制電路</b></p>

45、<p>　　圖3放在論文中所示為加熱控制電路原理圖，電熱絲的加熱功率由雙向可控硅控制，單片機(jī)通過光耦給可控硅觸發(fā)信號，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的有效加熱功率。為了在關(guān)機(jī)和超溫保護(hù)的狀態(tài)下能可靠地關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器來控制加熱電源。其中串聯(lián)在繼電器線圈回路的熔絲為105℃時(shí)，熱保險(xiǎn)絲會熔斷，防止加熱管干燒。與電熱絲并聯(lián)的LED發(fā)光管用來指示電熱絲的工作狀態(tài)。</p><p>　　可控

46、硅觸發(fā)信號中需要對市電進(jìn)行過零檢測，以實(shí)現(xiàn)出發(fā)脈沖的相位延時(shí)。本電路中利用三極管8050和一個(gè)“非”門實(shí)現(xiàn)過零檢測的，電路如圖4放在論文中所示。 </p><p><b>　　溫度檢測電路</b></p><p>　　溫度檢測電路如圖5放在論文中所示，溫度/頻率變換電路是利用反相器組成的RC多諧振蕩器，其中的R24是一個(gè)熱敏電阻，當(dāng)溫度變化時(shí)引起熱敏電阻的阻值變化

47、，從而改變了振蕩器輸出的方波頻率。</p><p>　　該頻率的估算可用如下的公式： </p><p><b>　　f≈1.1RC</b></p><p>　　圖1 加熱控制電路圖</p><p>　　圖2 過零檢測電路圖</p><p>　　圖3 溫度檢測電路圖</p><p

48、>　　第五篇 硬件電路制作</p><p>　　制作硬件電路首先應(yīng)根據(jù)電路原理圖，使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件，如protel,繪制出PCB印制板圖，其次將購買的器件焊接在線路板上，為保證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能在現(xiàn)場可靠工作，制作時(shí)要注意以下幾點(diǎn)。</p><p>　?。ㄒ唬┍M量采用高質(zhì)量的印制電路板，孔化電阻、線距、熔劑、阻焊劑、打孔精度、鍍金厚度、基板質(zhì)量、是否數(shù)控打孔和熱風(fēng)整平等因素，都會影響應(yīng)

49、用系統(tǒng)的調(diào)試、使用和壽命，差的板半年左右就出問題，而且時(shí)好時(shí)壞，很難維修。</p><p>　　（二）在電路板上盡量多加去耦電容，一般在電路板電源入口處并上22～47μF的低頻電容，在中間的電源與地線間并上0.1μF左右的高頻小電容去耦，每四個(gè)14腳以上的芯片附近也須加上22μF電解電容和0.1μF的高頻小電容去耦。這樣能保證減小電源線及地線上的毛刺，保證可靠工作。</p><p>　?。?/p>

50、三）很好的安排地線、電源線走線，電源線盡量粗、盡量多、盡量組成網(wǎng)絡(luò)。模擬地、數(shù)字地、電源地、大地分開走線，在一點(diǎn)上可靠連接。小信號、模擬信號用屏蔽線，在板上走線時(shí)盡量靠近地線，遠(yuǎn)離大電流信號線、電源線。數(shù)字部分既會干擾小信號線，又會受大電流信號及電源線干擾，也要很好安排。</p><p>　　（四）直流供電盡量使用開關(guān)電源，開關(guān)電源很少受市電的電壓波動、頻率波動的影響，也能隔離從電源線進(jìn)入的傳導(dǎo)干擾。輸入輸出接口

51、應(yīng)盡量采用光電隔離器，使控制系統(tǒng)做成全浮空的系統(tǒng)，使之不受傳導(dǎo)干擾的影響。 </p><p>　?。ㄎ澹┠承┬⌒盘柧€、器件、電路板應(yīng)加電磁屏蔽板或罩。 </p><p>　　第六篇 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　快熱式熱水器的功能，系統(tǒng)程序必須實(shí)現(xiàn)顯示掃描、按鍵掃描處理、加熱控制和溫度檢測（包括超溫報(bào)警）4項(xiàng)任務(wù)。51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)運(yùn)行的方法就是分

52、時(shí)復(fù)用，在程序設(shè)計(jì)時(shí)要相應(yīng)地分配好各任務(wù)的CPU占用時(shí)間。對于以上幾個(gè)任務(wù)稍加分析可以看出，顯示掃描、按鍵掃描和加熱控制任務(wù)相對而言有實(shí)時(shí)要求，而溫度檢測任務(wù)則可用定時(shí)（0.5～1s實(shí)現(xiàn)）。</p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　系統(tǒng)在上電復(fù)位后，先對溫度寄存器、檔位寄存器賦默認(rèn)值，并進(jìn)行清除超溫標(biāo)志，設(shè)置定時(shí)器及中斷系統(tǒng)的工作方式等初始化工

53、作。</p><p>　　由于51系統(tǒng)單片機(jī)沒有停機(jī)指令，所以可以利用主程序設(shè)置死循環(huán)反復(fù)運(yùn)行各個(gè)任務(wù)。把有實(shí)時(shí)要求的子程序（顯示掃描、按鍵掃描、加熱控制）約占用5msCPU時(shí)間，運(yùn)行測溫子程序的時(shí)間間隔為0.5s，那么循環(huán)次數(shù)應(yīng)為100次。</p><p>　　圖6所示為主程序流程圖。</p><p><b>　　顯示掃描子程序</b><

54、;/p><p>　　顯示掃描子程序完成兩位共陽數(shù)碼管的掃描顯示任務(wù)。圖7所示為顯示掃描子程序流程圖。</p><p>　　第三章 按鍵掃描處理子程序</p><p>　　按鍵掃描子程序負(fù)責(zé)逐個(gè)掃描檔位“+” 鍵、檔位“-”鍵和開關(guān)鍵是否被按下，若有鍵被按下，則作出相應(yīng)處理。圖8所示為按鍵掃描子程序流程圖。 </p>&

55、lt;p>　　第四章 加熱控制程序</p><p>　　加熱控制程序根據(jù)用戶設(shè)定的加熱檔位和系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，決定是否加熱和控制加熱的功率并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，若有超溫標(biāo)志，還應(yīng)打開蜂鳴器報(bào)警。圖9所示為加熱控制程序流程圖。</p><p>　　加熱控制程序通過控制繼電器的通斷來決定是否給電熱絲通過加熱，而加熱的功率大小則由雙向可控硅的導(dǎo)通角決定。系統(tǒng)程序利用外中斷INT1檢測市電的過

56、零點(diǎn)，檢測到過零點(diǎn)后，立即根據(jù)設(shè)定的加熱檔位給定時(shí)器T1賦一個(gè)延時(shí)參數(shù)，并打開定時(shí)器T1，允許其中斷。當(dāng)定時(shí)器T1計(jì)滿益出后觸發(fā)中斷，T1中斷程序就會給可控硅發(fā)一個(gè)觸發(fā)信號，使其導(dǎo)通。圖10和11所示分別為過零檢測程序流程圖和可控硅觸發(fā)信號控制程序流程圖。 </p><p>　　第五章 溫度檢測程序</p><p>　　溫度檢測程序的基本原理就是將溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路測

57、得的頻率與事先建立好的溫度/頻率表進(jìn)行比較，查找出與該頻率相應(yīng)的溫度值。在實(shí)驗(yàn)測試后建立的溫度/頻率表是0～100℃溫度所對應(yīng)的頻率值。它是一個(gè)頻率對應(yīng)于溫度遞減的非線性函數(shù)，在C語言中用一個(gè)一維數(shù)組Tab[101]來表示，下標(biāo)為溫度，數(shù)組元素為頻率值。計(jì)算溫度的方法采用高效、準(zhǔn)確的二分法查表，查表的過程如下：</p><p>　?。ㄒ唬┫冉o定查找的溫度最大值Tmax和最小值Tmin，即查找的范圍，根據(jù)已有的溫度

58、表默認(rèn)最大值Tmax=100，最小值Tmin=0。</p><p>　　（二）假定測得溫度Temp為最大值與最小值餓中間值，即Temp=（Tmax+Tmin）/2。</p><p>　?。ㄈ?shí)際測得的頻率值T0rig與假定溫度Temp在表格中對應(yīng)的頻率Tab[temp]相比較，如果相等，那么假定溫度就是當(dāng)前實(shí)際溫度，即完成查找。</p><p>　?。ㄋ模┤鬞0

59、rig＞Tab[temp]，說明實(shí)際溫度應(yīng)該在Tmin與Temp之間（因?yàn)檫f減函數(shù)特性），則修改查找范圍，令Tmax=Temp；同理，若T0rig＜Tab[temp]，說明實(shí)際溫度應(yīng)該在Temp與Tmax之間，則令Tmin=Temp；</p><p>　　（五）檢測查找范圍，若Tmax-Tmin≤1，則判斷T0rig更接近最大值對應(yīng)的頻率Tab[Tmax]還是最小值對應(yīng)的頻率Tab[Tmin]，實(shí)際溫度值取頻率更

60、接近的那個(gè)值即完成查找。</p><p>　　（六）若Tmax-Tmin＞1，則重復(fù)第 步驟、直到完成查找。</p><p>　　溫度檢測程序完成溫度計(jì)算后，便刷新系統(tǒng)當(dāng)前溫度寄存器，并判斷有無超溫、置位或清除相應(yīng)的標(biāo)志位。</p><p>　　圖12所示為溫度檢測程序流程圖。</p><p>　　單片機(jī)使用外中斷INT0和計(jì)時(shí)器

61、T0檢測輸入頻率的大小。為了減少測量的系統(tǒng)誤差相對值和隨機(jī)誤差對測量精度的影響，程序中取100個(gè)方波周期的和作為檢測結(jié)果。程序中使用靜態(tài)變量px0count進(jìn)行外中斷的計(jì)數(shù)，在測量開始時(shí)，給px0count賦值2是為了讓頻率測量有準(zhǔn)確的起點(diǎn)。</p><p>　　另外，為了區(qū)分測頻的開始和結(jié)束，還使用了測頻開始標(biāo)志位T0tst和測頻完成標(biāo)志位Testok.</p><p>　　圖13所示為

62、頻率測試程序流程圖。</p><p>　　圖6所示為主程序流程圖</p><p>　　圖7顯示掃描子程序流程圖 </p><p>　　圖10零檢測程序流程圖</p><p>　　圖8按鍵掃描子程序流程圖</p><p>　　圖9加熱控制程序流程圖</p><p>　　圖11可控硅觸發(fā)信號控制程序

63、流程圖</p><p>　　圖12溫度檢測程序流程圖</p><p>　　圖13所示為頻率測試程序流程圖</p><p>　　第七篇 控制程序編制和調(diào)試</p><p><b>　　控制源程序清單</b></p><p>　　以下是快熱式電熱水器控制源程序清單，采用C51編寫，在Keil Vis

64、ion2 μV2.30(C51.exe V7.0)環(huán)境下調(diào)試通過，并下載到AT89C51測試運(yùn)行成功。</p><p>　　/*--------------------------------------</p><p><b>　　快熱式熱水器程序</b></p><p>　　MCU AT89C51 XAL 12MHz</p>

65、<p>　　Build by Gavin Hu, 2005.3.18</p><p>　　--------------------------------------*/</p><p>　　//#pragma src</p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#include &

66、lt;intrins.h></p><p>　　#include <math.h></p><p>　　void delay(unsigned int); //延時(shí)函數(shù)</p><p>　　void display(void); //顯示函數(shù)</p><p>　　unsigned char

67、 keyscan(void); //按鍵掃描處理函數(shù)</p><p>　　void heatctrl(void); //加熱控制函數(shù)</p><p>　　void temptest(void); //測溫函數(shù)</p><p>　　sbit swkey=P1^0; //開關(guān)鍵</p&

68、gt;<p>　　sbit upkey=P1^1; //加熱檔位“+”鍵</p><p>　　sbit downkey=P1^2; //加熱檔位“-”鍵</p><p>　　sbit buzz=P1^05; //蜂鳴器輸出端</p><p>　　sbit triac=

69、P1^6; //可控硅觸發(fā)信號輸出端</p><p>　　sbit relay=P1^7; //繼電器控制信號輸出端</p><p>　　sbit led1=P2^5; //加熱檔位指示燈1</p><p>　　sbit led2=P2^6;

70、//加熱檔位指示燈2</p><p>　　sbit led3=P2^7; //加熱檔位指示燈3</p><p>　　signed char data ctemp; //當(dāng)前測得水溫寄存器</p><p>　　unsigned char data dispram[2]={0x10,0x10}; //顯示區(qū)緩存</

71、p><p>　　unsigned char data heatpower,px0count; //加熱檔位寄存器、外中斷0計(jì)數(shù)器</p><p>　　bit tempov,t0tst,testok; //超溫標(biāo)志、測溫開始標(biāo)志、測溫完成標(biāo)志</p><p>　　/*-----------------------------------------

72、-----</p><p>　　主函數(shù) void main(void)</p><p><b>　　無參數(shù)，無返回值</b></p><p>　　循環(huán)調(diào)用顯示、鍵掃描、溫度檢測、加熱控制函數(shù)</p><p>　　----------------------------------------------*/</p&

73、gt;<p>　　void main(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned char i,j;</p><p>　　ctemp=15; //初始化水溫寄存器</p><p>　　heatpower=5;

74、 //初始化加熱檔位為5當(dāng)</p><p>　　tempov=0; //清除超溫標(biāo)志</p><p>　　swkey=0; //默認(rèn)開關(guān)鍵被按下，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)</p><p>　　TMOD=0x11; //

75、設(shè)定T0和T1工作方式為16位定時(shí)器</p><p>　　TCON=0x05; //設(shè)置外中斷0和1為下降沿觸發(fā)</p><p>　　IP=0x01; //設(shè)置外中斷0優(yōu)先</p><p>　　IE=0x80; //打開總中斷<

76、/p><p><b>　　while (1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=1;</b></p><p><b>　　do{</b></p><p>　　for (j=0;j<10

77、0;j++) //循環(huán)100次約0.5s</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (keyscan()) i=6; //如果有鍵按下，顯示當(dāng)前檔位3s</p><p>　　display(); //調(diào)用顯示函數(shù)一次約4ms</p><p>

78、;　　heatctrl(); //調(diào)用加熱控制函數(shù)</p><p>　　}//end for (b=0;b<100;b++)</p><p>　　temptest(); //每0.5s進(jìn)行一次測溫</p><p>　　} while (--i); //通過改變循環(huán)次數(shù)i的大小

79、決定是否刷新顯示</p><p>　　j=abs(ctemp); //取溫度絕對值</p><p>　　dispram[1]=j%10; //取個(gè)位數(shù)送顯示</p><p>　　j/=10; //取十位數(shù)</p><p>　　dispram

80、[0]=j?j:0x11; //送顯示（帶滅零）</p><p>　　}//end while (1)</p><p><b>　　} </b></p><p>　　/*--------------------------------------</p><p>　　延時(shí)函數(shù) void delay(un

81、signed int dt)</p><p>　　參數(shù)：dt，無返回值</p><p>　　延時(shí)時(shí)間=dt*500機(jī)器周期</p><p>　　--------------------------------------*/</p><p>　　void delay(unsigned int dt)</p><p>&

82、lt;b>　　{</b></p><p>　　register unsigned char bt; //定義寄存器變量</p><p>　　for (; dt; dt--)</p><p>　　for (bt=250; --bt; ); //此句編譯時(shí)以“DJNZ”實(shí)現(xiàn)，250*2=500機(jī)器周期</p>&

83、lt;p><b>　　}</b></p><p>　　/*--------------------------------------</p><p>　　顯示函數(shù) void display(void)</p><p><b>　　無參數(shù)，無返回值</b></p><p>　　兩位共陽數(shù)碼管掃

84、描顯示</p><p>　　--------------------------------------*/</p><p>　　void display(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0

85、,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,\</p><p>　　0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf,0xff};</p><p>　　unsigned char i,a;</p><p>　　a=0xfe; //位選賦初值</p><p>

86、　　for (i=0; i<2; i++) //循環(huán)掃描兩位數(shù)碼管</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2|=0x1f; //清除位選</p><p>　　P0=table[dispram[i]]; //送顯示段碼</p>

87、<p>　　P2&=a; //選通一位</p><p>　　delay(4); //延時(shí)2ms</p><p>　　a=_crol_(a,1); //改變位選字</p><p>　　P0=0xff;

88、 //消影</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*----------------------------------------------------------</p><p>　　按鍵掃描處理函數(shù) unsigned

89、char keyscan(void)</p><p>　　無參數(shù)，返回值：無符號字符型，無鍵按下為0，有鍵按下為其它</p><p>　　影響全局變量：heatpower</p><p>　　----------------------------------------------------------*/</p><p>　　unsig

90、ned char keyscan(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i,ch;</p><p>　　if (upkey==0) //“+”鍵</p><p><b>　　{</b></p>

91、;<p>　　buzz=0; //打開蜂鳴器（發(fā)出按鍵音）</p><p>　　for (i=0;i<5;i++) display(); //延時(shí)消抖</p><p>　　buzz=1; //關(guān)閉蜂鳴器</p><p>　　if (heatpower<

92、9) heatpower++; //檔位加一</p><p>　　dispram[0]=0;</p><p>　　dispram[1]=heatpower; //顯示當(dāng)前檔位</p><p>　　while (upkey==0) display(); //等待鍵釋放</p><p>　　return (1);

93、 //返回有鍵按下</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if (downkey==0) //“-”鍵</p><p><b>　　{</b></p><p>　　buzz=0; //

94、打開蜂鳴器（發(fā)出按鍵音）</p><p>　　for (i=0;i<5;i++) display(); //延時(shí)消抖</p><p>　　buzz=1; //關(guān)閉蜂鳴器</p><p>　　if (heatpower>0) heatpower--; //檔位減一</p><p>　　d

95、ispram[0]=0;</p><p>　　dispram[1]=heatpower; //顯示當(dāng)前檔位</p><p>　　while (downkey==0) display(); //等待鍵釋放</p><p>　　return (2); //返回有鍵按下</p><p><b

96、>　　}</b></p><p>　　else if (swkey==0) //開關(guān)鍵</p><p><b>　　{</b></p><p>　　buzz=0; //打開蜂鳴器（發(fā)出按鍵音）</p><p>　　for (i=0;i&l

97、t;30;i++) display(); //延時(shí)消抖</p><p>　　buzz=1; //關(guān)閉蜂鳴器</p><p>　　swkey=1; //置位開關(guān)鍵</p><p>　　while (swkey==0) display(); //等待鍵釋放</p>&

98、lt;p>　　ch=IE; //暫存中斷控制字IE</p><p>　　IE=0x00; //禁止中斷</p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p><b>　　P1=0xff;</b></p>

99、<p>　　P2=0xff; //清除端口輸出</p><p>　　dispram[0]=0x10;</p><p>　　dispram[1]=0x10; //顯示“--”</p><p>　　display();</p><p><b>　　whil

100、e (1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while (swkey) display(); //等待開關(guān)鍵按下</p><p>　　buzz=0; //打開蜂鳴器（發(fā)出按鍵音）</p><p>　　for (i=0;i&l

101、t;10;i++) display();//延時(shí)消抖</p><p>　　buzz=1; //關(guān)閉蜂鳴器</p><p>　　if (swkey==0) break; //確認(rèn)開關(guān)鍵被按下</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while (

102、swkey==0) display(); //等待鍵釋放</p><p>　　IE=ch; //還原中斷控制字IE</p><p>　　return (0); //返回?zé)o鍵按下</p><p><b>　　}</b></p><p&g

103、t;　　else return (0); //無任何鍵按下時(shí)由此返回</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*--------------------------------------</p><p>　　加熱控制函數(shù) void heatctrl(void)</p><p

104、><b>　　無參數(shù)，無返回值</b></p><p>　　判斷是否加熱、加熱功率及檔位指示燈處理</p><p>　　--------------------------------------*/</p><p>　　void heatctrl(void)</p><p><b>　　{</b&

105、gt;</p><p>　　if (!tempov) //當(dāng)沒有超溫標(biāo)志時(shí)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　relay=0; //接通繼電器</p><p>　　buzz=1;

106、 //關(guān)閉蜂鳴器</p><p>　　switch (heatpower) //判斷加熱檔位</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0: {EX1=0;ET1=0;triac=1;led1=1;led2=1;led3=1;break;}//0檔不加熱，指示燈不亮</p&g

107、t;<p><b>　　case 1:</b></p><p><b>　　case 2:</b></p><p><b>　　case 3:</b></p><p>　　case 4: {led1=0;led2=1;led3=1;EX1=1;break;} //1~4檔1號指示等亮&l

108、t;/p><p><b>　　case 5:</b></p><p><b>　　case 6:</b></p><p><b>　　case 7:</b></p><p>　　case 8: {led1=0;led2=0;led3=1;EX1=1;break;} //5~8檔1號

109、、2號指示燈亮</p><p>　　case 9: {EX1=0;ET1=0;led1=0;led2=0;led3=0;triac=0;break;} //9檔全功率，指示燈全亮</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else

110、 //當(dāng)有超溫標(biāo)志時(shí)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　relay=1; //斷開繼電器</p><p>　　EX1=0; ET1=0; triac=1; //關(guān)閉可控硅</p><p>　　bu

111、zz=0; //蜂鳴報(bào)警</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*--------------------------------------</p><p>　　測溫函數(shù) void tem

112、ptest(void)</p><p><b>　　無參數(shù)，無返回值，</b></p><p>　　影響全局變量：ctemp，tempov</p><p>　　測量并查表計(jì)算溫度，判斷是否超溫</p><p>　　--------------------------------------*/</p>&l

113、t;p>　　void temptest(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　signed char temp,tempmin,tempmax;</p><p>　　unsigned int t0rig;</p><p>　　unsigned int code temptab[]=

114、{0x6262,0x61eb,0x6171,0x60f7,0x6047,0x5ff7,0x5f6e,0x5eef,0x5e53,0x5dbe,0x5d4b,0x5ca5,0x5c17,\</p><p>　　0x5b6b,0x5ada,0x5a5c,0x599b,0x58ff,0x5869,0x57b0,0x570d,0x5663,0x55c6,0x550e,0x5444,0x5396,\</p>

115、<p>　　0x52dd,0x5240,0x5189,0x50b0,0x5005,0x4f20,0x4e69,0x4db1,0x4cef,0x4c42,0x4b64,0x4aaa,0x49e1,\</p><p>　　0x48fc,0x4847,0x476c,0x46b1,0x4604,0x4503,0x4449,0x4356,0x4299,0x41c0,0x40ce,0x3ff0,0x3f2b,\&l

116、t;/p><p>　　0x3e33,0x3d86,0x3ca6,0x3bd2,0x3b26,0x3a39,0x3973,0x38a6,0x37ef,0x373f,0x3687,0x35c3,0x3507,\</p><p>　　0x3487,0x33bc,0x32ed,0x324f,0x319e,0x3106,0x3053,0x2fa6,0x2f2a,0x2e88,0x2e00,0x2d63,