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线路设计实验引言...................................................................2第一章总体结构和方案论证...............................................3第1.1节系统总体结构和原理图..............................................3第1.2节方案论证..........................................................41.2.1电源模块文案论证.....................................................41.2.2主控芯片模块方案论证.................................................4第二章主要元器件介绍..................................................5第2.1节LM7805............................................................5第2.2节AT89C51...........................................................5第2.3节集成温度传感器DS18B20............................................6第2.4节光电耦合器.......................................................6第2.5节继电器...........................................................7第三章系统硬件电路设计分析.............................................8第3.1节系统电源的设计和分析..............................................8第3.2节温度传感电路的设计与分析..........................................8第3.3节水位采集和按钮电路的设计与分析....................................8第3.4节数据显示电路的设计与分析..........................................9第3.5节继电器和蜂鸣器电路的设计与分析....................................9第3.6节遥控电路的设计与分析..............................................9第四章系统软件设计....................................................11第4.1节系统程序设计流程图...............................................11第4.2节系统总的程序如下：...............................................19第五章产品的制作与调试...............................................20第5.1节PCB板图的及产品的制作...........................................205.1.1电路图的绘制......................................................205.1.2PCB板的制作...................................................20第5.2节元件安装焊接.....................................................205.2.1元件安装的基本要求与原则..........................................205.2.2焊接注意的基本事项................................................20第5.3节系统的调试.......................................................19总结...................................................................20参考文献..............................................................21致谢...................................................................22引言热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器.就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制,使用范围狭窄；燃气热水器由于以石油、天然气为燃料,而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求，且不利于环境，因此电热水器越来越受到消费者的青睐.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。该中心预计，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。目前市场上的电热水器又连续水流式和贮水式，前者虽具有加热速度快和体积小的优点，但需要的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。而市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善,而且精度低、可靠性差，生活质量的提高使得消费者对电热水器要求越来越趋向于智能化和数字化，因此我们采用单片机作为控制中心设计了这个热水器自动控制系统。由于考虑到热水器的潮湿的工作环境对单片机的特殊要求.它具有抗干扰能力强,工作可靠稳定,同时考虑到家电业的激烈竞争，节约生产成本，我们用尽量简单的器件实现这些功能，并充分利用内外围功能，以提高产品的性价比，稍加改进，便能以较低成本应用于实际批量生产中。基于以上考虑,该设计将实现如下的功能：1、对温度精确控制.采用DS18B20实时采集热水器内水温，将采集到的温度送单片机处理,然后用数码管进行实时显示。2、可以设定要加热到的温度，当水温达到设定温度时停止加热。.3、可靠的水位采集电路，同时水位分为两个档，当低于第一个档位时，鸣蜂器响10秒起到提示报警作用；当低于第二个水位时，停止加热，防止干烧。4、配备遥控器，操作更加方便。第一章总体结构和方案论证第1.1节系统总体结构和原理图为了使设计具有高可靠性，与实际运用的紧密结合性，从经济、实用的角度出发，我们对热水器自动控制系统进行精心的设计，在设计过程中，我们综合多方面的知识进行分析。系统的整体结构图如下图所示：图1.1热水器自动控制系统方框图该系统主要有：电源电路、温度与水位采集电路、显示电路，报警电路、输出控制电路、加热电路、红外接收和发送模块等。系统总原理图：中央处理单元AT89C51水位采集模块加热模块红外接收模块报警电路晶振电路复位电路温度控制模块温度显示模块红外发送模块图1-2系统整体电路图电路分析我们在下一章节中进行分析。第1.2节方案论证1.2.1电源模块文案论证方案一：采用串联反馈式稳压电路获得直流稳压电源。该电路由比较放大电路、稳压管、三极管、限流电阻及两个取样电路组成，此电路由主回电路式起调整作用的BJTT与负载串联而得名的。但它的输出电源不可能绝对稳定的，只能是基本稳定，且负载电流较大时，调整管的集电极损耗大，电源效率低，有时还要配有庞大的散热装置。方案二：本设计用到的电源为5V，属于中小功率稳压电源，所以可以采用三端稳压芯片LM7805。用其设计的是线性开关，线性稳压电路，具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、文波电压小等优点，但是，在负载电流较大且输出电压较低时，其自身的功耗很大。但如果给本系统供电，完全满足要求。综上所述，所以我选择方案二。1.2.2主控芯片模块方案论证方案一：采用AT89C2051芯片，它具有体积小、功耗小。含有中断、定时/计数器。但IO口数和存储空间相对较少，所以此芯片不利于系统的工作和系统功能的扩展。方案二：采用AT89C51芯片，它具有AT89C2051芯片的所有功能，且IO口数相对较多，价钱相对也比较便宜，存储空间不是非常大，但对于本次的设计存储空间已经足够了。方案三：采用AT89S52芯片，它具有AT89C2051和AT89C51芯片的所有功能，且IO口数非常多，比AT89C2051和AT89C51多。价钱虽然比AT89C2051和AT89C51昂贵，但存储空间非常大，可以到达8K。综上所述，我选择AT89C51芯片作为本次设计的主控芯片，主要因为应用这个芯片成本比较低，而且存储空间也能满足要求。第二章主要元器件介绍第2.1节LM7805三端集成稳压器件LM7800系列，有多种输出稳压值的供选择，常用的有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。在本系统中，由于51单片机的工作电压为5V，因此我们选择LM7805作为三端稳压器件。LM7805系列集成稳压块主要技术参数：输入电压：DC7V～20V最大输出电流：500mALM7805系列稳压块封装如图2-1所示：图2-1LM7805示意图LM7805引脚功能:1脚为输入端2脚为公共端3脚为输出端注意事项：引脚不能接错，公共端不能悬空；为防止过热应安装散热片；(在安装时,由于用力过猛,把引脚给压断过，因此在后面的安装过程中，我们特别小心)。印制板上的滤波电容应直接与引脚相连。)第2.2节AT89C511、AT89C51的特点AT89C51具有以下几个特点：·AT89C51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；·片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；·全静态工作,工作范围:0Hz～24MHz；·三级程序存储器加密；·128×8位内部RAM；·32位双向输入输出线；·两个十六位定时器/计数器·五个中断源,两级中断优先级；·一个全双工的异步串行口；·间歇和掉电两种工作方式。2、AT89C51的功能描述AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，123而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V~6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz～24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。第2.3节集成温度传感器DS18B20DS18B20简介（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可