快热式家用电热水器.docx
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快热式家用电热水器
单片机课程设计成绩评定表
课题名称
快热式家用电热水器
设计任务要求
1、能够用液晶显示当前水温，能显示设定功率档位；
2、温度检测显示范围为00~99，精确度为±1；
3、设置3个功率档位指示灯，1~4档一个灯亮，5~8档2个灯亮，9档3个灯全亮。
0档无功率输出，档位灯不亮；
4、设置3个轻触按钮，分别为电源开关，“+”键，“-”键。
加热功率分0~9档，按“+”键依次递增至9档，按“-”键依次减至0档;
5、出水温度超过65度时停止加热，并蜂鸣报警，温度降到45度以下时恢复；
学生自评成绩
功能实现：
自评成绩：
学生互评成绩
互评成绩：
指导教师评定成绩
评定成绩：
1、方案论证：
方案一：
采用2为数码管显示出水温度，并能显示功率档位，用热敏电阻组成电桥来采集信号，再经放大，A/D转换后送单片机。
采用不同功率的电热丝组合得到多种加热功率，本方案采用数码管显示虽然低廉，但需要同时显示温度和功率档位，显示不直观。
测温系统，采用了热敏电阻，A/D转换，实现起来较为麻烦。
且硬件连接较为复杂，精度和效率方面有待提高；
方案二：
采用1602液晶显示出水温度，既方便又直观，采用目前较为先进的集成测温传感器DS18B20，该温度传感器能直接将温度转换成数字信号供单片机直接处理，且硬件连接极为简单，效率和精度相比方案一更高；采用目前较为流行的双向可控硅，通过控制双向可控硅的导通角可实现功率的任意控制，相比多种加热丝，价格更为低廉，功率控制更为灵活。
通过对比我们最终选定方案二。
2、系统硬件电路的设计：
1、系统硬件电路简介：
系统硬件电路由7个模块组成，即：
单片系统及外围电路、电源电路、按键输入电路、液晶显示及指示灯电路、报警电路、功率控制电路和温度检测电路。
本系统所有电路均集成与一块电路板上，既可作为快热式家用电热水器系统使用，又可作为一个单片机最小系统用于其它系统开发；同时支持系统升级！
2、系统框图如下：
3、系统各模块原理图：
（1）单片机及外围电路：
设计之初，经过我们的精心考虑，我们最终决定完善单片机的最小系统，这样该系统一方面可以作为一个家用电热水器系统使用，另一方面，还可以作为一个单片机最小系统所使用，便于二次开发。
（2）电源电路：
左边电路将220v的市电转化为5v的直流电，为整个系统供电，右边电路为过零检测电路，用于检测市电的过零点，为功率控制电路提供触发依据；
（3）按键输入电路：
按键按下后，产生一个低电平，通过判断相应管脚的低电平，可以识别当前是哪个按键被按下。
此处三个按键用于控制加热功率；
（4）液晶显示及指示灯电路：
本液晶显示及指示灯电路，由3个LED灯及1602液晶组成。
其中3个LED灯用于指示当前的加热档位，1602液晶不仅用于显示当前的水温，还可用于显示当前加热档位，显示更为直观；
（5）功率控制及报警电路：
左边蜂鸣器用于超温报警，右边双向可控硅用于控制加热功率，可控硅的导通角可由光电耦合器任意控制，D11用于指示当前加热电路正处于工作状态。
4、整机系统PCB图：
3、系统实物图：
4、系统程序的设计：
（1）快热式热水器必须实现温度检测，温度显示，功率控制3大功能，51单片机实现多任务处理的一个方法就是分时复用，在程序设计时要分配好各任务所占CPU的时间。
分时复用规则：
对于实时性要求较高的任务，应放在最里层的循环中，而对实时性要求不是很高的任务，则可放在外层，以达到最
佳状态。
本系统的温度及功率档位显示、按键扫描、加热控制任务相对实时性较高，而温度检测则对实时性的要求较低，可将其放在循环外层。
（2）程序流程图：
N
5、
性能测试：
测试数据一览表
功率档位
加热丝电压
超调量
0
0
0
1
60
0.7%
2
92
1%
3
115
1.4%
4
133
1.8%
5
147
2.3%
6
162
2.9%
7
185
3.8%
8
211
4.5%
9
223
5.1%
本次测试数据，基本上满足了要求。
4、心得体会：
本次课程设计在我们组员的密切配合下，历时一周完成，当中学习到了不少知识。
硬件电路方面,本次课程设计我们将所有系统集于一体，从原理图的绘制，PCB的布局布线，到电路板的制成，电路的调试，当中遇到了不少问题，通过组员的互相讨论，分析，最终我们成功的解决了这些问题，这既增强了我们的团队合作能力，又增强了我们的实际动手能力；双向可控硅的使用加深了我们对于“弱电控制强电”重要思想的理解。
软件方面，本次软件设计，一是增强了自已模块化编程的能力；二是软件调试能力上了一个台阶；三是进一步理解了实时系统与非实时系统的区别以及在程序中CPU的时间分配问题。
5、分工情况：
（1）硬件电路设计：
刘海龙，许琪
（2）系统软件设计：
吴春风
（3）硬件电路调试：
许琪，吴春风，刘海龙
（4）设计报告书写：
吴春风
六、程序清单：
1）主函数main.c：
#include
#include"lcd1602.h"
#include"ds18b20.h"
#include"jiank.h"
#include"delay.h"
voidmain（void）
{
unsignedintj;
Sys_Init（）;//系统初始化
lcd1602_init（）;
ds18b20_init（）;
show_decp（）;//辅助显示
EA=1;//开总中断
while
（1）
{
for（j=300;j>0;j--）
{
Key_Scan（）;
Heater_Control（）;
}
show_temp（）;//显示温度值
}
}
2）显示子函数lcd1602.c:
/**********功能：
显示当前水温值，显示辅助字符，超温报警控制***********/
#include
#include"ds18b20.h"
#include"jiank.h"
#include"delay.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineulongunsignedlong
#definelcd1602_command0
#definelcd1602_data1
#definedata_portP0
sbitrs=P1^5;//数据命令选择，0为命令，1为数据
sbitrw=P1^6;//读写选择，0为写，1为读；
sbiten=P1^7;//使能lcd
ucharcodeDS18B20Buffer1[]={"PowerStall:
"};//辅助显示字符1
ucharcodeDS18B20Buffer2[]={"Value:
"};//辅助显示字符2
ucharTempBuffer[8];//温度缓冲区
/**********************LCD1602写函数*****************************/
voidlcd1602_write（bitstyle,ucharinput）
{
EA=0;//读取温度值时，不允许中断
en=0;
rs=style;//选择写入数据还是命令
rw=0;//选择写
data_port=input;
delay_100us（10）;//1ms
en=1;
delay_100us（10）;//1ms
en=0;//数据传完；
EA=1;//读取温度值时，不允许中断
}
/***************************************************************/
/**********************LCD1602初始化函数************************/
voidlcd1602_init（void）
{
delay_100us（20）;
lcd1602_write（lcd1602_command,0x38）;
delay_100us（20）;
lcd1602_write（lcd1602_command,0x38）;
delay_100us（20）;
lcd1602_write（lcd1602_command,0x38）;
lcd1602_write（lcd1602_command,0x38）;//设置8位格式，2行，5x7
lcd1602_write（lcd1602_command,0x0c）;//整体显示，关光标，不闪烁
lcd1602_write（lcd1602_command,0x06）;//设定输入方式，增量不移位
lcd1602_write（lcd1602_command,0x01）;//清除屏幕显示
}
/******************************************************************/
/*********************液晶字符定位函数*****************************/
voidlocation（unsignedcharrow,unsignedcharcolumn）//行：
row，列：
column
{
if（row==0）
lcd1602_write（lcd1602_command,0x80|column）;
if（row==1）
lcd1602_write（lcd1602_command,0x80|（column-0x40））;
}
/********************************************************************/
/****************将字符输出到液晶显示（写入液晶即可显示）***********/
voidprint（uchar*str）
{
while（*str!
='\0'）
{
lcd1602_write（lcd1602_data,*str）;
str++;
}
}
/********************************************************************/
/*******************温度数据转换成液晶字符***********************/
/*******************超温报警提醒*************************************/
voidtemp_to_str（void）//温度数据转换成液晶字符显示
{
ulongtt=0;
tt=read_temperature（）;
if（tt>650000）{beep=0;swpst=0;}//超温报警,断开继电器
if（tt<450000）{beep=1;swpst=1;}//回温消除警报，接通继电器
TempBuffer[0]=tt/100000+'0';//十位
TempBuffer[1]=tt/10000%10+'0';//个位
TempBuffer[2]=46;//小数点
TempBuffer[3]=tt/1000%10+'0';//小数点后一位
TempBuffer[4]=tt/100%10+'0';//小数点后两位
TempBuffer[5]=0xdf;//温度符号
TempBuffer[6]='C';
TempBuffer[7]='\0';
}
/*******************************************************************/
/*************************辅助显示*********************************/
voidshow_decp（void）
{
location（0,0）;
print（DS18B20Buffer1）;
location（1,0）;
print（DS18B20Buffer2）;
}
/********************************************************************/
/**********************液晶字符显示**********************************/
voidshow_temp（void）//液晶显示程序
{
temp_to_str（）;//温度数据转换成液晶字符
location（1,7）;//液晶字符显示位置
print（TempBuffer）;//显示温度
}
/*******************************************************************/
3）测温子函数ds18b20.c:
/************功能：
采集当前水温，送至1602液晶显示******************/
#include
#include"jiank.h"
#include"delay.h"
sbitDB=P1^4;//ds18b20数据线（单总线）
/*************DS18B20初始化*******************************/
voidds18b20_init（void）
{
unsignedcharsuccess_flag=0;
EA=0;//读取温度值时，不允许中断
DB=1;
delay_100us（5）;
DB=0;
delay_100us（14）;
DB=1;
delay_100us
（1）;
if（DB&0X01）
{
success_flag=0;
beep=0;
}
else
{
success_flag=1;
DB=1;
}
delay_100us（100）;
EA=1;//读取温度值时，不允许中断
}
/*****************************************************************/
*******功能：
向ds18b20写一个字节的数据***************************/
/************（从低位写起）*****************************************/
voidwrite_byte（unsignedchardat）
{
unsignedchari,p;
EA=0;//读取温度值时，不允许中断
for（i=8;i>0;i--）
{
p=dat&0x01;
if（p==0）
{
DB=0;
delay_100us
（1）;
DB=1;
}
if（p==0x01）
{
DB=0;
delay_5us（）;
DB=1;
delay_100us
（2）;
}
dat>>=1;
}
EA=1;//读取温度值时，不允许中断
}
/*******************************************************************/
/*********功能：
从ds18b20读取一个字节的数据************************/
unsignedcharread_byte（void）
{
unsignedchari,value;
EA=0;//读取温度值时，不允许中断
for（i=0;i<8;i++）
{
DB=1;
delay_5us（）;
value>>=1;
DB=0;
delay_5us（）;
DB=1;
if（DB&0x01）
value|=0x80;
delay_100us
（1）;
DB=1;
}
EA=1;//读取温度值时，不允许中断
returnvalue;
}
/******************************************************************/
/*************功能:
将读出的数据转化为温度值************************/
unsignedlongread_temperature（void）
{
unsignedcharaa,bb,cc=0;
unsignedlongsum=0;
floattemp;
unsignedinti;
ds18b20_init（）;
write_byte（0xCC）;
write_byte（0x44）;
//delay_50ms（5）;
for（i=180;i>0;i--）//提高响应速度
{Key_Scan（）;Heater_Control（）;}
ds18b20_init（）;
//delay_5us（）;
write_byte（0xCC）;
write_byte（0xBE）;
aa=read_byte（）;//提取低字节数据
bb=read_byte（）;//提取高字节数据
cc=aa;
aa&=0x0f;//屏蔽高4位获取小数部分数据
bb<<=4;
bb+=（cc&0xf0）>>4;//获取整数部分数据
temp=（float）（aa*0.0625+bb）;
sum=（long）（temp*10000）;
returnsum;
}
4）键盘扫描及温控函数jiank.c:
/********功能：
控制加热功率，控制加热与否，指示当前档位*******/
#include
#include"lcd1602.h"
#include"delay.h"
sbitkey1=P3^5;//按键"+"
sbitkey2=P3^6;//按键"-"
sbitkey3=P3^7;//加热开关按键
sbitbeep=P2^2;//蜂鸣器
sbitled0=P1^0;//功率指示
sbitled1=P1^1;//功率指示
sbitled2=P1^2;//功率指示
sbittrigger=P2^3;//光耦激励信号
sbitswpst=P2^4;//加热开关（继电器）
unsignedcharPower_Flag=2;//功率控制标志
unsignedcharPowerBuffer[2];//功率显示缓冲区
/**************系统初始化***********************/
voidSys_Init（void）
{
swpst=1;
trigger=1;//光耦触发禁止
EX0=1;//外部中断0使能
IT0=1;//下降沿触发
TMOD=0X10;//选择定时器1，并设置其工作方式为1；
}
/***********************************************/
/********************蜂鸣函数******************/
voidBeep（void）
{
beep=0;
delay_50ms
（1）;
beep=1;
}
/***********************************************/
/****************键盘扫描函数*****************/
voidKey_Scan（void）
{
//功率“+”
if（key1==0）
{
delay_100us（200）;//20ms
if（key1==0）
{
if（Power_Flag>=0&&Power_Flag<9）
{
Power_Flag++;
Beep（）;
}
while（!
key1）;//等待按键释放
}
}
//功率“-”
elseif（key2==0）
{
delay_100us（400）;//20ms
if（key2==0）
{
if（Power_Flag<=9&&Power_Flag>0）
{
Power_Flag--;
Beep（）;
}
while（!
key2）;//等待按键释放
}
}
//加热开关
elseif（key3==0）
{
delay_100us（400）;//20ms
if（key3==0）
{
Beep（）;
EX0=0;
ET1=0;
led0=1;
led1=1;
led2=1;
while（!
key3）;//等待按键释放
while
（1）
{
if（key3==0）
{
delay_100us（400）;//20ms
if（key3==0）
{
Beep（）;
EX0=1;
ET1=1;
while（!
key3）;//等待按键释放
break;
}
}
}
}
}
else;
PowerBuffer[0]=Power_Flag+'0';
PowerBuffer[1]='\0';
location（0,13）;
print（PowerBuffer）;
}
/******************************************************/
/*******************加热功率控制函数******************/
voidHeater_Control（void）
{
switch（Power_Flag）
{
case0:
{EX0=0;ET1=0;trigger=1;led0=1;led1=1;led2=1;break;}
case1:
case2:
case3:
case4:
{led0=0;led1=1;led2=1;EX0=1;break;}
case5:
case6:
case7:
case8:
{led0=0;led1=0;led2=1;EX0=1;break;}
case9:
{/*EX0=0;ET1=0;trigger=0;*/EX0=1;led0=0
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