基于单片机的电热水壶控制系统的设计

毕业设计（论文）题目：基于单片机的电热水壶控制系统的设计学生姓名：方宏达学号：200652050110班级:测控06-01班专业：测控技术与仪器指导教师：曾志伟、王向红2010年6月基于单片机的电热水壶控制系统的设计学生姓名：方宏达学号：200652050110班级：测控06-01班所在院(系):汽车与机械工程学院指导教师：曾志伟、王向红完成日期:2010年6月基于单片机的电热水壶控制系统的设计基于单片机的电热水壶控制系统的设计摘要本设计以AT89C51单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制。阐述了控制系统通过加热电路对水进行加热，运用温度传感器DS18B20对水的温度进行采样，然后送入单片机系统，经微机处理后，结合键盘控制实现LED显示，并可实现对水温度的控制，当达到或超过设定的水温，可自动断电和报警。其中硬件电路设计主要包括单片机控制电路、温度检测电路、键盘及显示电路、加热电路和电源转化电路。研究表明，本设计是一种较好的电热水壶控制方案。关键字：电热水壶；温度控制；控制器；DS18B20基于单片机的电热水壶控制系统的设计TTTTHEHEHEHEDESIGNDESIGNDESIGNDESIGNOFOFOFOFMICROCONTROLLER-BASEDMICROCONTROLLER-BASEDMICROCONTROLLER-BASEDMICROCONTROLLER-BASEDCONTROLCONTROLCONTROLCONTROLSYSTEMSYSTEMSYSTEMSYSTEMFORFORFORFORELETRICALELETRICALELETRICALELETRICALKETTLEKETTLEKETTLEKETTLEAAAABSTRACTBSTRACTBSTRACTBSTRACTThecontrolsystembasedonAT89C51ofanelectrickettleisdesignedinthepaper.Waterisheatedbyelectricheatedcircle.ThetemperatureofwaterwillbesampledwithtemperaturesensorDS18B20.Thesamplingsignalisprocessedbythesinglechip.ThevalueofthetemperatureisshowedonLEDmonitorbythekeyboardcontrolledbythekeyboard.Atthesametime,theheatedsystemwillbeturnoffandthesystemofalarmwillrunwhileagiventemperatureisreached.ThehardwarecircuitdesignmainlyincludestheSCMmaincontrolcircuit,temperature-measurecircuit,keyboardandshowscircuit,temperatureheatedcircuitandpowersupplychangeovercircuit.Theresultsshowthatthisdesignisabettercontrolpreceptfortheelectrickettle.KeyKeyKeyKeyword:word:word:word:ElectricalKettle;Temperaturecontrol;Controller;DS18B20基于单片机的电热水壶控制系统的设计目录1绪论.....................................................................11.1课题的研究背景.....................................................11.2电热水壶的研究现状.................................................11.3研究内容及论文构成.................................................21.3.1研究内容.....................................................21.2.2论文构成.....................................................32电热水壶系统的硬件设计..................................................42.1系统的总体设计思路.................................................42.2AT89C51单片机介绍.................................................42.3温度检测电路的设计.................................................52.3.1温度传感器US18B20............................................52.3.2温度采集电路.................................................62.4键盘和显示电路的设计...............................................72.4.1LED显示器介绍................................................72.4.2按键和显示电路...............................................82.5加热电路的设计.....................................................92.5.1功率驱动电路.................................................92.5.2加热状态显示电路............................................102.6其他主电路的设计..................................................102.6.1振荡电路和时钟电路...........................................102.6.2系统复位电路................................................102.6.3电源转化电路................................................113电热水壶系统的软件设计.................................................123.1系统总程序设计框图................................................123.2DS18B20测温程序流程图............................................133.3温度显示流程图....................................................143.4按键程序流程图....................................................15基于单片机的电热水壶控制系统的设计4总结与展望.............................................................16参考文献.................................................................17致谢.....................................................................18附录A程序清单...........................................................19附录B电热水壶控制电路原理图.............................................26基于单片机的电热水壶控制系统的设计第1页共26页1绪论1.1课题的研究背景在目前基于单片机的电热水壶控制系统的设计中，从控制方法上为两种：一种是采用时间控制，在额定的电压下，加热管或加热盘在开始工作后的固定时间自动断电，市面上的某家电热水壶生产厂家即选择的这种控制电路，时间控制系统操作简单，结构简单，成本低廉，但不能做到到精确控制水温，不能满足现代人们的日常需求；另一种控制系统采用温度控制，其通过检测水的温度并对系统控制的机制能良好的实现对水温度实时检测的要求，并在温度达到要求数值时切断加热电路。本文的研究工作在充分借鉴前人研究成果的基础上，兼顾目前一些电热水控制系统存在的问题，实现了对电热水壶内的水温实时显示和达到设定温度后的自动切断加热电路并报警提示的功能。1.2电热水壶的研究现状电热水壶自从1922年出现，前后经历了五个发展阶段[1]。到2000年，由于设计技术和生产工艺水平的大幅度提升，电热水壶终于借着科学技术的发展开始批量生产并进入千家万户，成为现代社会中必不可少的生活家电。现代电热水壶与上一代产品相比，它们最主要的改进在于使用了隐藏式发热盘。过去的热水壶都采用发热管，发热管裸露水中，既不安全也不美观。如今的隐藏式发热盘，采用不锈钢材质，不仅安全，而且方便清洁。壶身和电源底座可以相互分离，作时不需整机移动，壶身可360度旋转，可以从任意方向取放。市场上的电热水壶的三重安全保护装置，能有效保护使用者的安全。直插式电水壶的三重保护是指蒸汽感应保护、干烧保护和异常熔断保护，蒸汽感应保护是指水开自动断电、干烧保护是指用户忘记放水而发生干烧时自动断电、异常熔断保护是指如干烧保护失效时安全装置熔断断开电源（熔断后需维修更换温控器）；塑料旋转式电水壶和不锈钢水壶的三重保护是指蒸汽感应保护和两重干烧保护，即干烧保护装置有两套，当一套失效时仍有另一套起到保护作用。只要是使用进口温控器的电水壶均有此功能[2]。由上可知，现代电热水壶的核心部件是温控器控器，它有一个温控开关常开，高于给定温度左右闭合。里面的运动接触片是由双层金属构成的，温度的变化，两边金属热基于单片机的电热水壶控制系统的设计第2页共26页胀冷缩的程度不一样，运动接触片就会随着温度的变化弯曲。磁铁的作用是让运动接触片接近触点的时候靠磁力瞬间吸合。要断开的时候也有一个磁力维持磁力，双层金属的弯力大于一定值，力触点才分开，防止接触片在触点处“弹跳”，降低开关的寿命。当然电热水壶温控器也是日新月异的发展，其中以老牌电热水壶制造国英国生产的温控器最为出色，国产如OTTER温控器也有不错的表现。而电热水壶控制系统的温度传感器的选择也一直是近年来的热点话题。温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。目前工业和生活常使用的温度传感器主要分为以下三类[3]：(1)传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁—镍铬，最低可测到-269℃，钨—铼最高可达2800℃。(2)模拟集成温度传感器/控制器。集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是功能