中南大学网络教育课程考试-机械电子学Word文档格式.doc

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3.网上提交起止时间：

2015年11月20日8：

00—12月26日18：

00。

试题：

设计一个电热水器，具体要求如下：

（100分）

1.采用单片机控制（型号不限）。

2.热水器的容积不小于50L，加热温度不低于70℃，手动设定加热温度、自动保温、通过LED灯实时显示水温、带有漏电检测功能、手动开关。

3.设计出热水器的具体结构和连接方式。

给出传感器和主要元器件的具体选型及其技术指标。

4.给出系统工作原理图，硬件接线图，程序流程图和控制程序，撰写相应的设计报告。

机械电子学共6页

《机械电子学》答卷

本人承诺：

本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。

签名_石银法_

学号___13131051012001_专业机械设计制造及其自动化学习中心_菏泽学习中心

答:

1、多功能家用电热水器的功能特点

　　该电热水器能够设定水温并数字显示水温,显示范围0℃～99℃。

具有漏电保护功能,当出现漏电现象时,能够自动切断电源。

系统掉电能够保护设定数据。

出现传感器故障时,可迅速切断电源并报警提示。

2、系统总体设计

　　根据要实现的功能特点,本系统选用了83C51GB单片机,该单片机内部资源有8KROM、256RAM、A／D转换器、3个16位定时器,15个中断源,具有节电方式和48位I／O线。

利用内部资源设计的系统结构框图如图1所示。

单

片

机

温度检测

电源电路

加热电路

显示电路

加热指示

保温指示

漏电流检测

电源指示

电源控制电路

故障报警

温度设定键

（图1）

3、系统的硬件设计

3．1　温度设定与温度显示

　　本系统考虑到水温变化范围较小,利用数值键按键较多,该热水器水温的设置是通过三个功能键来完成的,即：

“设定”键、“＋”键、“－”键。

当需要调整温度时,先按下设定键再按“＋”键设定温度增1、按“－”键温度减1,直到所需温度为止。

单片机I／O线较多,按键可与I／O口直接连接。

温度显示电路利用2位数码管显示温度,显示温度范围0℃～99℃,显示电路按常规方法通过驱动电路直接与I／O口连接。

3．2　温度测量与控制

　　因该控制器对温度要求精度不高,传感器选用价格便宜的热敏电阻即可满足要求。

传感器输出的信号经放大后可直接连单片机信号输入端（单片机内有A／D）,由软件来启动A／D转换并与设定值比较,当测定值低于设定温度值时,使加热管加热,当测定值达到设定温度时,停止加热。

在程序设计时做了回差设计,避免加热管频繁开关。

3．3　漏电检测及报警电路

　　由于电热器工作环境潮湿,为了保证人身安全,该热水器设计了漏电检测电路。

一般情况下漏电检测电路输出高电平,当漏电超过允许值时,该电路输出低电平,该电路输出接INT0,并将INT0设置成高级允许中断,这样,当漏电发生时,CPU立即响应中断,切断系统的供电电源。

3．4　掉电保护电路与系统复位电路

　　为了使系统可靠地工作并保存设定数椐,在电热器的控制电路中选用了芯片X25043,该芯片内部具有可编程的看门狗定时器,串行EEPROM、低电压检测电路,并提供复位信号。

一旦系统出现故障,电源电压降低到系统的设定位置时,系统复位,保护系统使之免受低电压的影响。

EEPROM可在复位时保存设定数据。

3．5　报警电路

　　该控制器设计的报警电路是：

当单片机检测到传感器出现故障时,利用软件设计从一I／O线输出信号经放大后驱动报警电路报警以提示故障,并同时通过加热控制电路来实现停止加热。

4、系统软件设计

　　控制器软件的设计采用模块化结构,由主程序、温度显示子程序、A／D转换子程序、漏电保护中断服务子程序、温度控制子程序等模块组成。

这里给出主流程图和温度控制流程图。

主流程图如图2所示。

Y

开始

初始化

启动A/D转换

调显示子程序

调温度控制子程序

传感器有故障

N

报警

（图2）

温度控制流程图如图3所示。

停止加热

加热

正在加热？

入口

低于设定温度

返回

高于设定温度

（图3）