智能家用电热水器控制器的设计2

毕业设计说明书设计题目智能家用电热水器控制器的设计院（系）计算机科学与信息工程学院专业年级级自动化学生姓名学号指导教师职称讲师设计地点重庆工商大学日期20年5月17日基于单片机的智能热水器的设计与实现第I页摘要本文阐述了基于单片机（80C52）的智能热水器控制系统的设计过程，硬件部分主要由单片机，电源部分电路，加热及温度调节电路，数码显示器，AD采集电路，pt1000温度传感器，AD7705参考电压，数据存储器电路，等部分组成。软件部分使用C语言编写，主要完成温度的采集，预定温度的设定，当前温度的显示，加热器的控制等功能，软件调试无误。电路使用protues画出，并使用ISIS加载软件程序进行仿真运行。关键词：80C52；模块；自能热水器控制系统基于单片机的智能热水器的设计与实现第I页目录摘要................................................................I引言................................................................1一、概述............................................................11、智能热水器的历史与发展......................................12、本设计主要的研究内容.........................................23、系统总体方案设计.............................................24、AT89C52简介...............................................3二、硬件设计........................................................3基于单片机的智能热水器的设计与实现第II页1、单片机的选择.............................................32、电源部分电路.............................................43、加热及温度调节电路.......................................43、数码显示器...............................................44、AD采集电路..............................................45、pt1000温度传感器........................................56、AD7705参考电压..........................................57、数据存储器电路...........................................5三、软件设计........................................................81、主程序设计...................................................82、温度设定....................................................103、设定温度的存储流程图........................................114、采集温度流程图..............................................125、温度显示设计................................................136、温度控制流程图..............................................14四、系统抗干扰及可靠性分析.........................................141、硬件抗干扰技术..............................................14（1）抑制干扰源常用措施....................................15（2）切断干扰传播途径措施..................................15（3）提高敏感器件的抗干扰性能..............................162、软件抗干扰技术..............................................17基于单片机的智能热水器的设计与实现第III页致谢...............................................................18参考文献：.........................................................19基于单片机的智能热水器的设计与实现第1页（共24页）引言热水器一直是人类不可或缺的家用电器，随着科技的发展，热水器也经理了更新换代，现在智能热水器已经可以进入了家家户户，他的高性能，方便，可靠被人们深受好评，这里给大家介绍一下我自己设计的智能热水器。一、概述1、智能热水器的历史与发展随着世界能源日益紧缺，开发一种更加节能，舒适性更强的热水器一直是欧洲工程师的愿景，经过潜心研究，欧洲工程师利用逆卡诺循环的原理开发的热泵热水器，这种热水器的能量消耗只有电热水器的1/3，并且比电热水器更加安全，并且比燃气热水器有更好的稳定性；为了提高热泵热水器的舒适性，欧洲工程师创造性的将一个保温水罐与热泵做为一个整体，由于热水与冷水因为重力原因会相对的移动，这样热水逐渐集中水罐的顶部，冷水储存在底部，随着热泵的不断加热，最后达到整灌水都达到设定的恒温状态，由于热水在加温的过程中体积会膨胀，随着保温水罐中的水温越来越高，水罐中的压力也逐渐增大，用这样有一定压力的热水冲洗时对身体有一定的按摩效果，并且这种热水器会根据设定温度自动调节机组开启的时间；由于该热水器有储热的作用，对有波谷低电价政策的地区，可以通过设定自动控制热水器在波谷时间开启，达到进一步的节能；因此这种热水器又叫智能热水器。基于单片机的智能热水器的设计与实现第2页（共24页）2、本设计主要的研究内容本设计是以温室为研究对象，以单片机为主要元件，结合温度传感器器、AD、DA等器件，进行电热水器系统的设计。通过温度调节器，能够方便大家调节理想温度，并通过温度显示器显示当前温度，方便调节，并且设置报警电路，实现智能热水器的可靠性。3、系统总体方案设计通过对系统需求的分析，该系统主要由CPU控制模块、键盘模块、显示模块、加热棒功率控制模块、AD采样模块、数据存储模块电路组成。系统框图如下：系统总框图该系统采用一片51系列单片机AT89C52实现整体控制。整个系统通过PWM调节控制加热棒的加热功率进而调节水温，同时通过一片自大放大电路的16位高性能AD采集水温，形成一个温度调节回路。当温度低是调大PWM占空比进而增大加热器功率，使水温升高，反之则调小PWM的占空比使温度降低。另外系统提供3个按键，用于设置目标温度。还有采用了3为共阴极数码管用于显示当前水温。基于单片机的智能热水器的设计与实现第3页（共24页）二、硬件设计根据系统设计提出来的要求，结合系统总体设计方案框图可以设计出单片机控制电梯系统的各部分硬件电路图。1、单片机的选择该系统中，由于需要采用一路PWM输出用于控制加热，资源需求及性价比方面的因素，考虑选用AT89C52作为该系统的主控芯片。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。Y212MC930PC1030PEA/VP31X119X218RESET9P3.7/RD17P3.6/WR16P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30P3.1/TXD11P3.0/RXD10GND20VDD40IC4AT89C52+5VC11104C81U/16V+5VR710KR5100KSCLKDINDOUTRESET2DRDY2+5VPWMR61200R61200R61200R61200R61200R61200R61200R61200DSB0DSB1DSB2DSB3DSB4DSB5DSB6DSB7BTX0BTX1BTX2减少增加保存M_WPM_SCLM_SDA本设计中的资源分配：基于单片机的智能热水器的设计与实现第4页（共24页）P10作为PWM输出，用于控制加热功率；P12作为AD7705软件复位控制线；P13作为AD7705的SPI总线时钟线；P14作为AD7705的SPI总线数据输入线；P15作为AD7705的SPI总线数据输出线；P32作为AD7705的数据采集完成中断线；P34-P36作为存储器24C02的IIC总线；P0口用于驱动3为共阴极数码管的段位；P2.0-P2.2用于数码管显示位的为选择；P2.5-P2.7接设置键盘，通过增加和减少按键可以调节水温，调节后若按下保存则将当前水温保存为默认水温，若不按保存则当前温度仅为本次使用的水温，关机后再开机则恢复为之前设置的目标温度。2、电源部分电路该部分主要实现整机电源控制，系统输入AC220V通过一个变压器转化为AC9V再通过整流和降压获得系统控制所需的DC5V。3、加热及温度调节电路该部分电路主要实现加热器的功率控制功能是水温控制的核心，他通过AD采集的水温数据反馈调剂PWM的占空比来调剂加热棒的有效功率，进而使水温不断逼近设置的目标温度，该系统温度控制精度可达0.5度。3、数码显示器本系统采用一个3位共阴极数码管来实现温度的现实，显示精度为1度，单片机通过P0口控制数码管显示，采用动态扫描方式实现数据现实。4、AD采集电路AD7705采用SPIQSPI兼容的三线串行接口，能够方便地与各种微控制器和DSP连接,也比并行接口方式大大节省了CPU的IO口。下应用电路中，采基于单片机的智能热水器的设计与实现第5页（共24页）用80C51控制AD7705，对桥式传感信号进行模数转换。此方案采用二线连接收发数据。AD7705的CS接到低电平。DRDY的状态通过监视与DRDY线相编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行AD转换。这种器件还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。该系统采用一片自带放大电路且增益可编程的AD芯片实现温度采集，由于该芯片自带放大电路且增益可编程，使该设计可靠型更高且更简洁。5、pt1000温度传感器PT1000通过一个电桥形成一组差分电压