【正文】 ??????????????????????????????????23 時鐘電路設(shè)計與仿真 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 電路設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 仿真結(jié)果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 溫度控制器仿真結(jié)果 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27第 4 章 家用電熱水器控制器測試 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 水位預(yù)置情況 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 進水狀況檢測情況 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 電磁閥控制情況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 溫度傳感器情況 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 A/D 轉(zhuǎn)換電路情況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 溫度預(yù)置情況 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 加熱器控制情況 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32實驗總結(jié) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35附 錄 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36附錄一 家用電熱水器控制器（進水控制器）元器件明細(xì)表 ??????????????????????????????????????36附錄二 家用電熱水器控制器（進水控制器）實物照片 ??????????????????????????????????????????????37附錄三 實驗日志 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????370第 1 章 總體方案設(shè)計 題目簡介 電熱水器是當(dāng)前社會家居生活必要的生活用品，區(qū)別燃?xì)鉄崴骱吞柲軣崴?，電熱水器是以電作為能源進行加熱的熱水器。目前，電熱水器按加熱功率大小可分為儲水式，即熱式和速熱式三種形式。近年來，隨著電熱水器在安全、節(jié)能、加熱速度、出水量等方面不斷改進，越來越受到人們的青睞，市場銷售歷年持續(xù)增長，市場占有率已經(jīng)達(dá)到 60%以上。電熱水器經(jīng)過十余年的發(fā)展，熱水器的技術(shù)不斷進步，行業(yè)先后有防電墻、防電閘、3D 速熱、變頻增容等革新性產(chǎn)品出現(xiàn)，電熱水器在安全、節(jié)能、加熱速度、出水量等方面不斷改進，市場銷售歷年持續(xù)增長。隨著近幾年生活水平的提高，人們對用水量的需求越來越大，所以電熱水器的暢銷容積已經(jīng)從 2022年左右的 40 升提升到如今的 60 升左右，湖北、湖南、貴州等長江兩岸，一直是 80 升大容積熱水器暢銷的省份。根據(jù)《中國家用熱水器產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖》(2022 版)顯示，未來中國電熱水器的研發(fā)需求包括安全可靠、節(jié)能、低碳環(huán)保、舒適健康、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級、建筑一體化以及智能化七個方面。如今，傳統(tǒng)電熱水器掛墻安裝受空心墻等原因影響，易掉落，不安全！“大水桶”裸露不美觀，占空間。部分廠家開始考慮建筑一體化或者家居一體化產(chǎn)品，市面上一種集成式熱水器便是此類。集成式熱水器，是將熱水器和浴室柜集成設(shè)計，設(shè)計理念上與傳統(tǒng)熱水器有很大不同，是一種全新的嘗試。本題目結(jié)合學(xué)生已經(jīng)掌握的模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)理論知識和實驗技能，以模擬集成電路和數(shù)字集成電路為核心器件，由學(xué)生自主完成一種全自動的儲水式電熱水器控制器的研制。該控制器可實現(xiàn)對熱水器的進水閥門和加熱器的自動控制，并提供必要的安全、報警等功能。 功能及技術(shù)性能指標(biāo)要求家用電熱水器控制器包括進水控制和溫度控制兩部分，它們之間的電路結(jié)構(gòu)相對比較獨立。其功能及技術(shù)性能指標(biāo)要求如下：進水控制：（1）水位預(yù)置：從低到高，共 5 級；1（2）水位預(yù)置指示：紅色發(fā)光二極管，5 個，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；（3）進水狀況檢測：從低到高，共 6 級，其中包括 1 個水位溢出檢測；（4）進水狀況指示：綠色發(fā)光二極管，5 個，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；（5）控制進水電磁閥輸出端口：1 個，開關(guān)量，高電平有效；（6）電磁閥吸合及水位溢出指示：雙基色發(fā)光二極管，紅色亮表示水位已達(dá)到溢出位置，綠色亮表示電磁閥吸合。（7）狀態(tài)指示一：雙基色發(fā)光二極管，紅色亮表示控制器工作在水位預(yù)置狀態(tài)，綠色亮表示控制器工作在進水狀態(tài)；溫度控制：（8）溫度預(yù)置及檢測范圍：0℃ ~ 50 ℃；（9）溫度測量誤差：≤ 1 ℃；（10）溫度顯示方式：LED 數(shù)碼管，兩位；（11）控制加熱器輸出端口：1 個，高電平有效；（12）狀態(tài)指示二：雙基色發(fā)光二極管，紅色亮表示控制器工作在溫度預(yù)置狀態(tài)，綠色亮表示控制器工作在加熱狀態(tài)。 進水控制器電路結(jié)構(gòu)及工作原理進水控制器電路由水位預(yù)置電路、進水狀況檢測電路、電磁閥控制電路及電磁閥組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。通過【預(yù)置/進水】鍵我們可以選擇進水控制器電路的兩種不同工作狀態(tài)，分別是水位預(yù)置狀態(tài)和進水檢測狀態(tài)。在【預(yù)置/進水】鍵調(diào)制水位預(yù)置狀態(tài)時，通過按動【脈沖】按鍵，可以驅(qū)動 LED 燈依次點亮，用以顯示由低到高的預(yù)置水位。水位預(yù)置狀態(tài)部分原理：通過不斷按動【脈沖】鍵，在脈沖電路中產(chǎn)生單個脈沖，預(yù)置編碼電路開始對電路狀態(tài)進行編碼。同時，譯碼驅(qū)動電路將預(yù)置編碼電路輸出的編碼再進行譯碼，譯碼驅(qū)動電路將編碼的預(yù)設(shè)編碼電路的代碼然后譯碼，并驅(qū)動預(yù)置水位指示燈從低到高，表明當(dāng)前預(yù)置水位。進水狀態(tài)時，如果水箱中的水位低于設(shè)定水位，狀態(tài)比較電路輸出高電平，高電平作用到繼電器上，電路連通，進水電磁閥的工作。接觸到水，使得水箱中的水位上升，先后接觸放在微型開關(guān)的不同高度位置的水箱，水的狀態(tài)指示燈由低到高依次點亮，指示當(dāng)前水位狀態(tài)，同時優(yōu)先編碼器對微動開關(guān)電路輸出狀態(tài)（低電平有效）進行編碼。當(dāng)水箱中的水位達(dá)到設(shè)定水位的狀態(tài)，電路輸出低電平，控制繼電器斷開，電磁閥停止工作。如果水位達(dá)到預(yù)定水位時，2電磁閥并沒有停止工作，當(dāng)水接觸到溢出微動開關(guān)，強行控制繼電器斷開電磁閥，停止工作，避免水溢出的發(fā)生。圖 進水控制器電路結(jié)構(gòu)框圖 溫度控制器電路結(jié)構(gòu)及工作原理溫度控制器電路由溫度傳感器電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、溫度預(yù)置電路、加熱器控制電路、數(shù)碼管顯示電路、時鐘電路及加熱器組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。溫度控制器也有兩種工作模式，可通過【預(yù)置/加熱 】按鍵進行選擇。在【預(yù)置/加熱】鍵調(diào)制溫度控制狀態(tài)時，通過按動 【脈沖】按鍵，使得計數(shù)器對該脈沖進行計數(shù)，同時產(chǎn)生兩組 8421BCD 碼，生成的 BCD 碼通過 LED數(shù)碼管顯示出來，以表示當(dāng)前的預(yù)置溫度。在【預(yù)置/加熱】鍵調(diào)制加熱狀態(tài)時加熱狀態(tài)時，整個電路完成的是溫度信號——電信號——要求信號——小信號放大的過程。對于熱水器，可控的是 0℃~ 50℃的溫度，而通過能夠控制電路的是電信號。3溫度傳感器電路將 0℃~ 50℃水溫轉(zhuǎn)換成 0 V ~ 5 V 電壓信號。產(chǎn)生的電壓信號同樣不能直接作用到電路中，需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬電壓轉(zhuǎn)換成 8 位二進制代碼存放在寄存器中。接著，通過代碼轉(zhuǎn)換電路將寄存器中的代碼轉(zhuǎn)換成8421BCD 碼，以表示實際的水的溫度，再通過 LED 數(shù)