【正文】 數(shù)達100%，通過檢測，快熱式家用電熱水器比傳統(tǒng)的熱水器可節(jié)省40%的能耗，用多少熱水就加熱多少熱水，沒有熱水用不完的浪費和使用中途熱水供應不足的現(xiàn)象，熱水利用率100%，因為它既不需要提前預熱，也不需保溫，省去了大量的額外開支，給用戶帶來真正的實惠。即熱式產(chǎn)品作為新型環(huán)保產(chǎn)品在我國廣泛使用已是大勢所趨，符合現(xiàn)代消費潮流。一切跡象都在預示著快熱式家用電熱水器的春天就要來臨了。 即熱式電熱水器與普通電熱水器的區(qū)別普通電熱水器有如下缺點：，長期保持在六十度以上高溫，發(fā)熱管易結(jié)垢，內(nèi)膽易漏水，因而較易損壞；、熱量損耗大；；，根據(jù)管道的長短，一般家庭中冷水損耗量大，基本可達1025升每次。而快熱式電熱水器克服了上述缺點。它有很多優(yōu)點，如：安全，干凈環(huán)保；即開即熱，35秒出熱水無需等候，熱水使用時間不受限制，想用多少就用多少；用多少燒多少，省電省水，沒有損耗；內(nèi)置溫控儀保證溫度在3050度之間，解決溫度持續(xù)高溫導致的結(jié)垢漏水問題。體積小不占空間，其中封閉式（尺寸為：24cm**25cm，類似25*25的衛(wèi)生間地磚那么小，純白色。）可以隱藏在櫥柜內(nèi)，安裝方便，特別適合新裝修的房子，款式多樣，美觀實在，也是職工福利和客戶禮品的絕佳選擇。特別方便于洗滌和洗漱，是為現(xiàn)代家具廚房洗滌、衛(wèi)生間洗漱專業(yè)設計生產(chǎn)的快速電加熱熱水器，結(jié)合了燃氣熱水器、太陽能熱水器和傳統(tǒng)儲水式電熱水器的諸多優(yōu)點。 設計要求，能顯示設定功率檔位。～99℃，精確度為177。1℃。，1～4檔1個燈亮，5～8檔2個燈亮，9檔3個燈亮。0檔無功率輸出，檔位燈不亮。，分別為電源開關(guān)、“+”鍵和“”鍵。加熱功率分0～9檔；按“+”鍵依次遞增至9檔，按“”鍵依次遞減至0檔。0～9檔功率依次為0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P和P[1]?！鏁r停止加熱，并蜂鳴報警，溫度降到45℃以下時恢復?！鏁r停止加熱，防止干燒。本設計的設計內(nèi)容包括硬件部分和軟件部分的設計。硬件部分分為元件選擇和電路的設計，元件選擇包括單片機、電源、鍵盤、顯示器、驅(qū)動及加熱控制元件、溫度檢測傳感器等的選擇；電路包括加熱控制電路、過零檢測電路、溫度檢測電路、LED數(shù)碼管及指示燈電路、報警器驅(qū)動電路。軟件部分的設計即系統(tǒng)程序流程的設計，包括主程序的設計、顯示掃描子程序的設計、按鍵掃描處理子程序的設計、加熱控制程序流程圖的設計、溫度檢測程序的設計和頻率測試程序流程圖的設計等。其中，軟件編程采用C語言進行編寫，因為C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性和可維護性上比匯編語言有明顯的優(yōu)勢，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點就是Keil C51生成的目標代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢[2]。也容易實現(xiàn)程序的模塊化和結(jié)構(gòu)化。此外關(guān)于快熱式電熱水器控制源程序在Keil u Vision2 ( )環(huán)境下調(diào)試。2 快熱式電熱水器的硬件設計根據(jù)設計要求，主要包括電源電路、單片機控制器、溫度檢測電路、按鍵輸入電路、LED數(shù)碼管及指示燈電路、報警電路和加熱控制電路。對于快熱式家用電熱水器來說，硬件系統(tǒng)是它的最基本的框架，是系統(tǒng)的所有功能的基礎(chǔ)。硬件的選擇和所選硬件的性能對系統(tǒng)的功能實現(xiàn)以及系統(tǒng)的精度都有直接的影響，系統(tǒng)的設計成功與否很大程度上取決于硬件系統(tǒng)的設計。溫度檢測按鍵輸入電源單片機LED顯示蜂鳴報警加熱控制 電熱水器系統(tǒng)組成框圖 硬件元件的選擇與方案論證 單片機的選擇方案一： 我們知道8031芯片內(nèi)部無ROM，需要外擴程序存儲器，由此造成電路焊接的困難，況且使用8031還要另外購買其他的芯片，如A/D轉(zhuǎn)換及定時/計數(shù)器（PWM）等芯片，從而造成成本較高，不適用。方案二：單片機51機的特點：①字長為8位。幾乎絕大多數(shù)的單片機外圍芯片都直接或間接的支持8位字長，這樣可供它選擇的余地相當大，這使得51單片機的應用達到了無孔不入的地步。②程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量都是64KB。這樣做的好處是可以盡可能使用大的存儲器，無論是程序還是數(shù)據(jù)都是這樣，在存儲器價格日益低廉的今天，幾乎可以用微不足道的價格換取相當可觀的性能。③功能日益強大?，F(xiàn)在程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、掉電不丟失數(shù)據(jù)存儲器、看門狗、A/D轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路等都集中到一個芯片上。沒有別的特殊要求，一個片子就能組成幾乎十分完整的單片機系統(tǒng)。④軟件上單片機的編制語言十分豐富。包括匯編語言、C語言、PLM，某些單片機甚至固化有解釋型的BASIC語言，適應幾乎所有人員的需要[3]。因為89C51芯片內(nèi)部有ROM，且芯片ROM全部采用Flash ROM,它能于3V的超低壓工作，與MCS51系列單片機完全兼容，由于89C51單片機成本低廉且工作可靠，采用12MHz的晶振。此外，89C51還可以工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU，而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘震蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其他功能。所以我們選擇了89C51作為系統(tǒng)微處理器。 電源的選擇方案一：采用干電池，使用方便，安全可靠，但價格昂貴，且使用時間較短，所以不采用。方案二：由于89C51對電源要求不甚嚴格，+5V電源來源方便，且經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓比較可靠，較經(jīng)濟實惠，所以采用此方案。 鍵盤的選擇方案一：鍵盤選用行列式鍵盤，行列式鍵盤的接口方法，直接接口于單片機的I/O口上。鍵盤設置在行、列線的焦點上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接+5V，被拉在高電平狀態(tài)。但線路較復雜，價格較昂貴，不適用。方案二：獨立式鍵盤是由若干個機械觸點開關(guān)構(gòu)成的，把它與單片機的I/O口線連起來，通過讀I/O口的電平狀態(tài)，如果按鍵不被按下，其端口就為一種電平，如果按鍵被按下，則端口就為另一種電平，即可識別出相應的按鍵是否被按下。獨立式鍵盤有上拉電平和下拉電平兩種接法，通常采用下拉電平接法，即各按鍵開關(guān)一端接低電平，另一端接單片機I/O口線，這是為了保證在按鍵斷開時各I/O口線有確定的高電平[4]。本設計采用獨立式按鍵，其是常用于需要少量幾個按鍵的計算機控制系統(tǒng)。每個獨立式按鍵單獨占用一根輸入端口線，各鍵的工作狀態(tài)不會相互影響。采用輕觸式獨立小按鈕，既實用又方便，因為本電路對鍵盤的要求不高，所以采用這種方案。 顯示器的選擇LED數(shù)碼管顯示器可分為兩種顯示方式：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。方案一：LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，多片七段譯碼器驅(qū)動顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機多個I/O口，也給電路的焊接帶來了一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊。方案二：動態(tài)數(shù)碼管顯示一般用在需要多只數(shù)碼管顯示的場合，它采用分時的方法，讓每只數(shù)碼管輪流顯示。采用動態(tài)顯示可以大幅的降低硬件成本和電源的功耗。因為分時顯示，某一時刻只有一只數(shù)碼管在工作，顯示驅(qū)動電路也可以分時復用。通常各位數(shù)碼管的段選線相應并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時各數(shù)碼管輪流分時選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用動態(tài)掃描方式，即在每一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應的段碼，在另一時刻選通另外一位數(shù)碼管，并送出相應的段碼。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以數(shù)碼管同時顯示的感覺[5]。在動態(tài)顯示方式下電路設計簡單，所以采用。 驅(qū)動及加熱控制元件的選擇方案一： 對于加熱功率的控制，最簡單的方法是由若干不同功率的電熱絲組合得到幾種加熱功率，但由于快熱式熱水器的加熱功率較普通的大，且檔位設置較多，用電熱絲組合的方法需要幾組電熱絲和繼電器，成本增高且工作可靠性降低，所以不用。方案二：通過一個繼電器驅(qū)動，采用可控硅控制功率，能經(jīng)受較高的功率，所以可以設置較多的檔位，成本大大降低可靠性較高，而且電路簡單，又控制方便，所以本方案采用。 溫度檢測傳感器的選擇溫度檢測的方法很多，有熱電偶，熱敏電阻，還有專門的集成測溫傳感器等。方案一：熱電偶傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來達到測量目的。通常把被測溫度的變化轉(zhuǎn)化為敏感元件的電阻變化、電勢的變化，再經(jīng)過相應的測量電路輸出電壓或電流，然后由這些參數(shù)的變化來檢測對象的溫度變化。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡單、壽命長、易于維護、動態(tài)特性好等優(yōu)點。但有變化率非線性，不適合測量高溫區(qū)等缺點。方案二：溫度檢測的方法較多，最經(jīng)典的方法就是用熱敏電阻（或熱敏傳感器）組成電橋來采集信號，再經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后送單片機。目前比較先進的方法是采用專門的集成測溫傳感器（如DS18B20），直接將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給單片機。這種方法顯然比較先進，但電路比較復雜，成本也比較高[2]。方案三：為了簡化電路，降低成本，本文采用了溫度/頻率轉(zhuǎn)化測溫法，直接將溫度信息轉(zhuǎn)換成頻率信號，用單片機測出頻率的大小，從而間接測出溫度值，溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路簡單可靠，成本低廉。所以采用此方案。 供電線路的選擇快熱式電熱水器為了達到“快熱”的效果，取消了儲水罐，使冷水在進入加熱管后立即被加熱，這就要求加熱管有較大的加熱功率。家用電熱水器一般采用方便、可靠的電熱絲加熱方法。根據(jù)熱學及流體力學原理，結(jié)合實際實驗室測試，可以得到水溫與流量、。，按220V供電計算，電流約為34A，所以要求專線供電。 水溫與流量、加熱功率的關(guān)系水流量/(L/m)功率/kW 溫度/℃22．533．544．547423634325．554484138366．562544642387．57060514641注：進水溫度為15℃，輸入電壓為AC220V。 傳感器輸出的放大電路的選擇方案一：運算放大器LM324帶有真差動輸入的四運算放大器。該四運算放大器可以工作在低到3V或者高于32V的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。它的性能特點是保護輸出、真差動輸入級、底偏置電流為最大100mA、每封裝含四個運算放大器、具有內(nèi)部補償?shù)墓δ?、共模范圍擴展到負電源、行業(yè)標準的引腳排列、輸入端具有靜電保護功能。但用在本電路中接線較復雜，且價格昂貴，所以不用。方案二：采用74LS04作為輸出放大電路的選擇，它還可以作為驅(qū)動電路使用,74LS04是TTL電平反相器，使用較經(jīng)濟且性能也很理想，所以在本方案中采用。 系統(tǒng)硬件電路的設計快熱式熱水器控制系統(tǒng)電路如附錄圖B所示。它由加熱控制電路、過零檢測電路、溫度檢測電路、數(shù)碼管顯示電路、報警器驅(qū)動電路等電路組成?？刂破鞑捎贸杀镜土夜ぷ骺煽康?9C51或其兼容系列的單片機，采用12MHz的晶振。89C51對電源要求不甚嚴格，電源電路采用普通的市電降壓整流，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器（7805）穩(wěn)壓輸出+5V電壓。按鍵采用輕觸小按鈕。顯示電路采用兩位共陽數(shù)碼管，由兩個三極管9012驅(qū)動。3個LED指示燈用于指示加熱功率。報警電路采用5V的自鳴式蜂鳴報警器。 ，電熱絲的加熱功率由雙向可控硅控制，單片機通過光耦給可控硅觸發(fā)信號，控制可控硅的導通角從而控制電熱絲的有效加熱功率。而加熱電阻通過發(fā)光二極管來顯示加熱與否，當加熱時二極管發(fā)光，而不加熱時二極管不發(fā)光，為了在關(guān)機和超溫保護的狀態(tài)下能可靠的關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器來控制加熱電源。其中串聯(lián)在繼電器線圈電路的熔絲為105℃的熱保險絲，當溫度超過105℃時，熱保險絲會熔斷，防止加熱管干燒。與電熱絲并聯(lián)的LED發(fā)光管用來指示電熱絲的工作狀態(tài)。 加熱控制電路圖 過壓保護電路的設計此電路通過變壓器將