基于单片机的电热水壶控制系统的设计.doc

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基于单片机的电热水壶控制系统的设计

摘要

本论文设计介绍了MCS-51系列单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制的方法。

通过电加热电路对水进行加热，并对水的温度进行采样，采样信号通过ADC0809将数字量送入单片机系统，经微机处理后，结合键盘控制实现LED显示，并可实现对水的温度的控制和超过水温的报警系统。

单片机控制热水壶的硬件构成包括8051芯片、8255芯片、地址锁存器等组成的单片机控制电路、温度检测电路、A/D转换电路、光电隔离电路、键盘及显示电路和温度加热电路。

整个系统的关键电路是单片机控制电路，完成信号的输入和输出的转换，即可将温度检测电路采样的输入信号通过A/D转换器ADC0809进行处理加工后输出到显示器进行显示，并可以通过控制器控制温度，同时当水加热超过指定的温度以后，蜂鸣器工作报警。

关键字：

单片机；温度控制；控制器

Basedonthesinglechipmicrocomputercontrolsystemdesignofelectricheatingkettle

Abstract

ThethesisintroductsthemethodofusetheseriesofMCS-51one-chipcomputerwhichisthecontrolchiptocontroltheworkofkettleheatwithelectricenergy.Throughelectricheatedcircle,thewaterwillbeheated,thensamplethetemperatureofthewater.ThesamplingsignalwillsetthemimictothesystemofsinglechipcomputerthroughADC0809,afterisprocessedbythecomputerandcontrolledbythekeyboard,itwillbeshowedbyLEDmonitor,atthesametime,thesystemcancontrolthetemperaturebeyondthesetting,thesystemofalarmwillrun.

Thehardwareoftheone-chipcomputercontrolsthethermoswhichincludes8051chips,8255chips,one-chipcomputercontrolcircuitthataddresslatch,etc.makeuptemperature-measurecircuit,circuitischangesbyA/D,light-electricityandisolationcircuit,keyboardandshowscircuit、temperatureheatedcircuit.Thekeycircuitofthewholesystemisacontrolcircuitofone-chipcomputer,finishtheinputandoutputofthesignalconversion,canmeasuretemperaturesampledsignalofinputcircuitwhichwilldealwithafterprocessingthensettodisplayandshowtogoontooutputtingthroughA/DconverterADC0809,andcancontrolthetemperaturethroughthekeyboard,afterheatingandexceedingdesignatedtemperatureinwater,atthesametime,thebuzzerissoundsoastoalarm.

Keywords:

one-chipcomputer;temperaturecontrol;controller

目录

摘要 I

ABSTRACT II

1绪论 1

1.1电热水壶选题目的 1

1.2电热水壶的研究意义 1

1.3电热水壶的发展现状 1

1.4电热水壶的设计方法 2

2热水壶控制系统总体概述 3

2.1热水壶的设计方案 3

2.2MCS-51单片机控制系统的总体介绍 3

2.3总体方案论证 4

3电热水壶控制系统的硬件设计 5

3.1温度检测电路和A/D转换器的电路 5

3.1.1AD590温度传感器概述 5

3.1.2温度检测电路 6

3.1.3A/D转换器电路原理和电路接口图 7

3.2单片机8051芯片介绍和主要电路 9

3.2.1MCS-51单片微机8051引脚介绍和接口电路 9

3.2.2振荡电路和时钟电路 11

3.2.3单片机的复位电路 12

3.2.4中断优先级 13

3.2.574LS373地址锁存器芯片介绍 14

3.38255输出口扩展 15

3.3.18255的引脚介绍 15

3.3.28255与8051的外部接口电路 16

3.4单片机的抗干扰电路 17

3.4.1光电隔离抗干扰的简介 17

3.4.2光电隔离器的原理电路 18

3.4.3光电隔离的电路 18

3.5键盘及显示电路 19

3.5.1键盘输入特点 19

3.5.2按键接口电路的消抖措施 20

3.5.3矩阵键盘的概述 21

3.5.4LED显示原理及显示方式 22

3.5.5系统应用 24

3.6加热电路和报警装置 24

3.6.1加热电路 24

3.6.2报警装置 25

4单片机的软件设计 26

4.1总的程序设计框图 26

4.28255的程序设计 26

4.2.18255的程序的初始化 26

4.2.2对端口C的置位/复位 27

4.3键盘和显示接口电路程序设计 27

4.3.1键盘和显示器的程序设计 27

结论 29

致谢 30

参考文献 31

附录 32

IV

基于单片机的电热水壶控制系统的设计

1绪论

1.1电热水壶选题目的

由于以前的电热水壶没有水温控制控制系统，接通电源就一直加热。

电热水壶长时间作业无人看管很危险容易发生火灾还造成电能的浪费。

对于常规的电热水壶，只要接通电源，就开始加热，直到水沸腾后通过蒸汽来产生声音报警。

如水壶中没水，电源误接通时也会一直加热，容易引起事故。

当只需要加热到沸点以下某一温度时，不能及时给出声音报警信号。

没有水温控制系统的电热水壶加热开水时水加热沸腾后不能自动停止工作，需要人的看管，使用起来很不方便。

一旦忘记就有发生水壶烧干烧坏的可能，严重的话还有可能发生火灾造成严重的经济损失。

使人们用起来很不方便，近几年带温控系统的电热水壶发展很快，所以研究基于单片机电热水壶水温控制系统这个课题[1]。

1.2电热水壶的研究意义

选择基于单片机电热水壶水温控制系统这个课题，可以更好的让我认识带温控的电热水壶的发展，知道电热水壶的发展现状。

随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。

以及各种新技术应用在电热水壶上。

温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。

特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来。

此外，电热水壶已经走进千家万户，做这样一个设计，不仅可以检验自己的专业课理论水平和动手实践能力，其产品也具有一定的市场前景[2]。

1.3电热水壶的发展现状

电热水壶在我国已有二三十年的历史，直到近几年，电热水壶才经历了较大的更新换代，采用集温控、防干烧、超温保护等功能于一体的加热装置，产品安全性大大提高，且使用方便性也进一步提高。

由于需求旺盛，电热水壶产品也出现了很多新的型式，例如壶身和电源底座可以相互分离，壶身可360度旋转，可以从任意方向取放的无线水壶；无线水壶中又有发热管为隐藏式，加热方式为电磁涡流式，以及功能上更加贴近喝茶使用的泡茶壶等新型产品。

近些年，电水壶厂家将自己列为水家电产品厂家，之所以在行业中有这样的转变，不仅因为电水壶厂家生产的产品切切实实与水有关的产品，还有一个重要原因是，电水壶厂家不单单将水加热，还有将水进行过滤。

之所以把这个功能加进来，是因为考虑到现在的水污染问题比较严重，自来水里存在着除不掉的重金属、农药等残留物，及漂白粉本身的味道。

还有北方地下比较硬，容易结水垢，带有；净水功能的电水壶是在里面加了一个滤芯，可将其中的重金属，农药残留物滤掉，让消费者能够饮用到更加健康的水。

从功能上来看，带有净水功能的电水壶可以避免饮水机最为头痛的二次污染司题。

1.4电热水壶的设计方法

MCS-51系列单片微机具有很强的功能，使用范围广，既可构成功能很强的复杂系统，也可组成较简单的应用系统[3]。

目前，单片机在家电，工业生产等领域的应用非常广泛，为了适应不同产品对单片机的不同要求，半导体生产厂家生产出了各种规格的单片机。

本文介绍了一种以MCS-51系列单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制的方法。

温度检测电路由热电偶、运算放大器，温度传感器AD590等组成，直接输出电流（1μA/K）经运算放大器LM358进行I/V转化后，可得到电压输出，输出电压为100mV/℃，经A/D转换通道送到微处理器中。

A/D转换一般都设置在前向通道中，它将外界输入的模拟信号转换成计算机数据总线能接受的数字量。

工程上常用的隔离方法有光电隔离器、变压器、继电器和集成组件等，而光电隔离器有独特优点得到广泛应用[4]。

由于该器件是通过电——光——电这种转换来实现对输出设备进行控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离作用，隔离电压与光电隔离器的结构有关。

2热水壶控制系统总体概述

2.1热水壶的设计方案

对于常规的电热水壶，只要接通电源，就开始加热，直到水沸腾后通过蒸汽来产生声音报警[5]。

这种设计有下面几个方面的不足：

（1）如水壶中没水，电源误接通时也会一直加热，容易引起事故。

（2）当只需要加热到沸点以下某一温度时，不能及时给出声音报警信号。

（3）当水加热沸腾后不能自动停止工作。

针对以上不足，在本设计方案中，用MC-51单片机作为控制芯片，管理整个电热水壶的工作情况，构成了一个闭环控制系统，而且增加了三个按键和六位数码管显示。

它的工作情况和常规的热水壶相比，有下面几个方面的特点[6]：

（1）有三个按键，可用来设置希望加热到的温度即报警的温度。

上电复位后，设置温度初值为20度，每按一下按键，温度设置值就会增加1度，整个温度设置值在20—100度之间循环。

（2）这个按键还具有启动电热水壶开始工作的作用。

当每次电源接通后，只有按键按下过之后，电热水壶才开始加热，这样，可以防止电源误接通时电热水壶一直加热，引发事故。

（3）当加热到设置温度时，单片机会控制停止加热，并通过蜂鸣器给出声音提示。