基于单机的电热水器控制系统设计论文

1扬州市职业大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的电热水器控制系统的设计系别：电子工程系专业：通信技术班级：09通信（3）姓名：吕丽娜学号：0906020321指导教师：董秀芬完成时间：2012-4-272目录1.引言（或绪论）…………………………………………………………………11.1课题研究背景………………………………………………………………31.2设计意义…………………………………………………………………41.3设计内容和要求……………………………………………………………42.总体结构和方案认证…………………………………………………………53.硬件设计…………………………………………………………………53.1AT89S51简介…………………………………………………………………63.2温度检测…………………………………………………………………93.3实时时钟…………………………………………………………………133.4开关机及报警………………………………………………………………133.5外部复位电路………………………………………………………………143.6温度时钟显示电路…………………………………………………………143.7整体电路…………………………………………………………………154软件设计…………………………………………………………………164.1温度检测模块………………………………………………………………174.2按键模块…………………………………………………………………184.3加热控制程序……………………………………………………………195.Proteus软件仿真……………………………………………………………205.1Proteus软件介绍………………………………………………………215.2Proteus仿真软件的组成………………………………………………225.3功能特点…………………………………………………………………225.4功能模块…………………………………………………………………235.5系统仿真的实现过程……………………………………………………24结论…………………………………………………………………………………25致谢…………………………………………………………………………………26参考文献……………………………………………………………………………27附录源程序…………………………………………………………………293基于单片机的电热水器控制系统的设计作者：吕丽娜摘要：本文主要研究了目前主流的电热水器的构造及工作原理，并以此为基础研究其主要应用。热水器主要有电热水器,太阳能热水器和燃气热水器.基于单片机的电热水器控制技术是一种具有广阔应用前景的技术,采用16位高性能单片机AT89S51，设计了电热水器控制系统，完成了系统硬件和软件设计，增强了系统功能,提高了系统的安全性。要想设计较好的电热水器必须以要强的单片机为基础，而单片机的发展正好为热水器的开发奠定了前提条件。电热水器定时控制器设计系统以ATMEL的AT89S51单片机为核心构成整个控制系统。根据设计要求，系统对水温进行测量、预定加热水温、检测水温；用LCD实时显示当前温度或时间，以及显示当前系统工作状态；监视系统是否发生故障或工作在危险状态；当发生故障或危险时，及时发出警报和切断系统电源；根据要求调整或设置温度和时间。热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。电热水器外形小巧,安装方便,环保节能,安全等有点，因此电热水器电热水器是一种广泛使用的家用电器。关键词：单片机控制系统电热水器41引言（或绪论）1.1课题研究背景随着人们的生活水平提高，热水器越来越受到人们的青睐。目前热水器主要品种有电热水器、燃气热水器、太阳能热水器。就中国具体情况而言，燃气热水器由于以石油、天燃气为燃料，而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求，且用起来不安全；太阳能热水器安装复杂，受天气影响，使用范围狭窄；电热水器外形小巧,安装方便,环保节能,安全等优点，因此电热水器应用更广泛。电热水器是一种可供浴室、洗手间及厨房使用的家用电器。根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。该中心统计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。随着社会经济的发展和生活水平的日益提高，人们对家居环境提出了越来越高的要求，安全、舒适、方便、快捷、人性化成为新的追求目标。1.2设计意义目前市场燃气热水器、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的市场份额，而目前占主流的储水式电热水器体积庞大、预热时间长、热水储水量有限，已不适用现代生活的节奏，于是快热式电热水器以其小巧时尚的外观、比储水式更快的加热速度、比燃气热水器更安全的特点横空出世！对电热水器而言，它具有安全、环保的特点，而且全国电网的改造、电的普及、电价的大幅度下调，以及用电设施的改善，均为电热水器的迅速普及提供了便利的条件。尤其三峡工程的建设、核电站的建设，更是为电热水器的推广和普及起到了助推剂的作用。电热水器对5安装的要求也比较简单，它不受空间限制，可以因地制宜。即热式家用电热水器的问世是家用电热水器具领域一次新的进步，它具有使用安全、卫生、不受水压限制，随时可供热水，水温易调节等优点，弥补了其它热水器的不足，属传统型热水器的替代产品，是家庭、公用住宅、小型饭店、宾馆理想的配套服务设施。随着气价的上涨，电价的不断下降。相信今后几年中我国电热水器市场仍将会呈现强劲增长势头。本设计主要通过AT89S51单片机来实现对电热水器的温度、温度显示及加热控制和超温保护，AT89S51单片机体积小，结构简单，功耗低。相信今后几年低功耗必将成为电热水器这一行业的热点。1.3设计内容和要求1.测量热水器内的温度,并通过显示器实时显示水温,显示范围0~90℃.2.可在20~80℃范围内任意设定水温。3.可随时观看和手动校正时钟4.具有预约功能,24h任意设定开机时间5.当热水器无水时,有报警提示,并且开关自动关闭.6.超温断电保护并报警功能7.具有一定的定时功能,限定烧水的时间8.有仿真结果。2总体结构和方案认证2.1系统总体结构和原理图电热水器控制系统的整体设计方案包括硬件设计方案和软件设计方案。硬件是指以微控制器作为核心，由外接温度测量电路、实时时钟电路、键盘、复位与看门狗电路、热水器加热开关、LED显示电路、功能指示电路、报警电路组成，硬件设计方案图如图所示。6电源晶振信号调理电路温度传感器A/D转换实时时钟键盘复位与看门狗电路微控制器模块加热开关控制LED显示电路功能指示电路报警装置根据功能需求说明，本着节约开发成本、增加系统可靠性、减小体积等原则进行电热水器控制系统的硬件设计。本系统采用51系列单片机的AT89S51作为整个系统的核心，利用AT89S51现有的接口组织外围硬件模块。由于环境的特殊性，温度测量主要由芯片LM324实现。实时时钟，主要取得时钟小时和分钟；键盘有四个按键组成；外部复位电路提高了系统的性能；LED显示电路使用CH451驱动芯片，用于显示时钟和温度；功能指示电路用发光二极管指示当前是什么功能；报警装置为单片机I/O口驱动蜂鸣器，达到报警的效果。系统软件整体设计流程图如图所示。电热水器上电后，首先进行系统初始化，设置时钟的时间；其次显示当前的温度和时钟，并判读加热开关键是否打开，执行相应的操作；如果有功能键按下，则进入功能设定界面，包括校准时钟、设定开关时间、设定热水温度和设定加热时间4种功能，设定完毕后，自此按下功能键表示设定生效；若无功能键按下或者功能设定完毕后，则进行各种条件的判断并执行相应的操作；最后，各种条件判断完毕后，程序回到时钟和温度的读取与显示，进而开始新一轮的程序运行。7系统初始化LCD显示扫描键盘键盘功能子程序有按键？温度测量当前时间与预设时间比较一致？加热温度是否过高、过低?恒温控制程序漏电？报警切断加热管手动加热程序加水、停加水程序放水、停放水程序手动加热？水位高、低？放水、停放水？是否否是是是是是否是3硬件设计3.1AT89S51单片机简介与MCS-51单片机产品兼容，8K字节在系统可编程Flash存储器，1000次擦写周期，全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空8闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。3.11主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4K字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器1000次擦写周期4.0～5.5V的工作电压范围全静态工作模式：0Hz~33Hz三级程序加密锁128×8字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断系统全双工串行UART通道3.12主要功能特性AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S51具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位。定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。9空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止.3.13引脚功能说明AT89S51芯片封装如图所示：1.主电源引脚GND和VCCGND:接地VCC：主电源+4V～+5.5V2.控制信号引脚RST,ALE/PROG,PSEN,EA/VPPRST:复位输入端。在该引脚输入2个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部10数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器。3．时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。4.输入/输出引脚P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。