电热水器控制系统课程设计报告参考模板Word文件下载.docx
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在本次课程设计中，根据课题要求，我们组员通过查找资料、分析、讨论，最终确定下本方案。
本方案主要功能是实时检测水温，当温度低于60度是自动加热，高于90度是停止加热，实现智能控制热水器的储水量。
在满足基本功能的前提下，为了能使电路简单，反应快速，并尽量减低成本。
电源选用5V直流电压。
而从方案设计、分析，比较确定方案，到确定参数，并在原来的基础上考虑添加扩展功能，理论计算分析，以及电路原理图的绘制，电路板的焊接调试，最后的撰写设计报告，我们小组各成员一起协商讨论，分工合作，终于圆满地完成了本次的课程设计。
关键词：
单片机，温度传感器，LED灯，数码管，智能控制
Abstract
Inthiscoursedesign,accordingtothetopicrequest,wemembersthroughthesearch,dataanalysis,discussion,andfinallydeterminedthatthisscheme.HisowncauseoftheNE555,andthecircuit,non-contactswitchcircuit,alarmanalogcircuitsandpowercircuitfourparts.Themainfunctioniscleverwaytorealizetheelectricfanprotectionandalarm,namelyinhandtouchestheelectricfanmetalshell,fanwouldimmediatelyloseelectricandalsoissuedthealarm,haswarnednottotouch;
Whenpeopleleaveafewsecondsafteraboutmetalshell,fansautoreplyoperation.Meetingthebasicfunctionofthepremise,inordertoenablecircuitissimpleandquickresponse,andtrytoreducecosts.Choose6Vdcpowersupplyvoltage.Andtheschemedesign,analysis,determinedscheme,todeterminetheparameters,Andconsideraddingextendedonthebasisoforiginalfeatures,theoreticalanalysisandcircuitschematicsdrawing,weldinganddebuggingofcircuitboard,thefinalwrittendesignreport,ourconsultationswiththemembersofthegroup,Division,andfinallysuccessfullycompletedthiscoursedesign.
Keywords:
Single-chipmicrocomputer,Temperaturesensor,LEDlights
前言
科学技术的快速发展往往能给人们的生活带来很多便利，科学技术的产物——热水器，就是其中一个。
随着人们生活水平的日益提高，热水器正在走进每一个家庭。
我国近年来产量增长最快的家电产品之一，也正在不断发展和改进，日益满足人们生活的需求。
我们这次做的是一个电热水控制系统，是通过芯片8951对热水器进行加热和加水控制，从而实现热水器的基本功能。
一.方案详解
设计目标及方案选择
方案一：
以AT89C51单片机为控制中心的智能热水系统
目前家电市场上的电热水器有连续水流式，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，而且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，因此电热水器的智能化成为必然趋势。
采用单片机来实现电热水器的智能化，主要是因为其采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别强。
CPU可以直接对I/O口进行输入、输出操作及逻辑运算，并且具有很强的位处理能力，能有针对性的结局由简单到复杂的各类控制任务。
单片机作为嵌入式应用的微型计算机，由于其出色的性价比，极强的实用性，它取得了巨大的发展。
以AT89C51单片机为控制中心的智能电热水器
AT89C51单片机具有结构简单、控制能力强、可靠性高、体积小价格低等优点在许多行业都得到了广泛的应用。
下面为硬件实现电路框图：
图1基于AT89C51控制的智能热水器
方案二：
PIC16C72单片机为控制器件的智能电热水器
PIC16C72是美国微芯公司推出的8/11位单片机，采用宽字节单周期指令，哈佛双总线和RISC结构，其数据吞吐量最高可达6MIPS，这几乎是其它大多数8位微控制器速度的4倍，128脚封装的PIC16C72单片机内集成了以下主要功能；
2KB片内ROM程序存储器，128KB数据存储器；
22位I/O线；
5路8位A/D转化器。
以PIC16C72为控制芯片的电热水器，虽然功能很强大，但是存在一些很需要改进的地方：
中断的现场保护是中断应用中一个很重要的部分由PIC16C72的指令系统中设的W寄存器和STATUS寄存器内容警校现场保护1然后再中断服务程序中对马达，继电器进行控制1漏电检查报警在中断里给出，而每50ms进入一次中断，所以发生漏电时最多50ms即可切断电源1入口中断保护控制马达控制继电器如果用直流对电机进行控制，其转速太快，过调量过大，容易引起振荡。
通过以上两种设计方法的比较来看，实现电热水器的智能控制可以有很多种方法，可以采用可编程程序控制器PLC，各种单片机来师兄，但考虑到成本控制和软硬件实现难度，我们组采用方案一的控制系统设计，可以进一步提高电热水器的智能作用，能够保证持续的热水供应，并能够在异常情况下自动断电。
本方案还实现对热水器水量的控制，当热水器水量较少的时候，通过处理，发出加热信号给外部电路，进行加水，同时点亮加水指示灯。
当热水器内部容器水位达到一定的高度是，也就是谁快要满的时候，处理器发出一个停止加水的信号给外部电路，同时加水指示灯变暗，这样实现了对热水器的水位控制。
二.原理流程图
图2热水系统流程图
图3热水系统Protuse仿真原理图
三.器件清单
表1元件清单表
名称
规格
数量
温度传感器
DS18B20
1个
单片机
STC89C52RC
4位数码管
HSN3642S
2个
8位锁存器
74HC573
电阻R1~R9
300
10个
电阻R10,R11
1K
电阻R12
4.7k
晶振
—
LED发光二极管
绿色
压电陶瓷片
1片
电容C1
22nf
电容C2
1nf
直流电源
5~6V
铜电线
若干
四.元器件简介
3.1芯片DS18B20
数字温度传感器DS18B20介绍
图4温度传感器DS18B20封装
3.1.1DS18B20的主要特性
1.1、适应电压范围更宽，电压范围：
3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。
1.2、独特的单线接口方式，DS18B20在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。
1.3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
1.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
1.5、温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±
0.5℃。
1.6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。
1.7、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。
1.8、测量结果直接输出数字温度信号，以"
一线总线"
串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
1.9、负压特性：
电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
3.1.2DS18B20的外形和内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DS18B20的外形及管脚排列如下图1:
DS18B20引脚定义：
（1）DQ为数字信号输入/输出端；
（2）GND为电源地；
（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
图5DS18B20内部结构图
3.1.3DS18B20工作原理
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
DS18B20测温原理如图3所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
图6DS18B20测温原理框图
DS18B20有4个主要的数据部件：
（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。
64位光刻ROM的排列是：
开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。
光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：
用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；
如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
例如+125℃的数字输出为07D0H
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