【正文】 摘要 熱水器可分為燃?xì)馐健㈦姛崾胶吞?yáng)能三大類；電熱式熱水器又可分為儲(chǔ)水式和即熱式兩種；即熱式熱水器又可分為電熱管和電熱膜兩種?？傮w來(lái)講，電熱水器，特別是即熱式熱水器已逐漸成為家庭生活時(shí)尚。其特點(diǎn)是安全、出熱水快、節(jié)水節(jié)能、體積小、價(jià)格低，唯一的缺點(diǎn)是功率容量大，功率 6KW/220V時(shí)，電流達(dá) ，這是即開即熱特點(diǎn)所決定的。本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是恒溫以及溫度可調(diào)。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)運(yùn)用 80C51 單片機(jī)系統(tǒng)為主控制芯片。其外圍電路主要由水溫檢測(cè)和 A/D 轉(zhuǎn)換、晶閘管控制、水溫和狀態(tài)顯示、按鍵輸入以及穩(wěn)壓電源等部分組成。 關(guān)鍵字：溫度控制 80C51 A/D 轉(zhuǎn)換 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)論文 1 第一章 系統(tǒng)介紹 1． 1 系統(tǒng)原理 該熱水器的工作原理為：溫度傳感器及有關(guān)電路將電熱水器出口溫度轉(zhuǎn)化為電壓，單片機(jī)利用本身具有的 A/D 轉(zhuǎn)換器將測(cè)得的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再轉(zhuǎn)化為與之對(duì)應(yīng)的溫度值。與設(shè)定的溫度相比較后，以偏差及其變化量為輸入、加熱量為輸出，就可達(dá)到溫度自調(diào)的目的，并加以顯示。 其主控電 路原理圖如下： 1． 2 方案論證 基于上述原理該系統(tǒng)具有對(duì)溫度的精確控制、能顯示當(dāng)前時(shí)間熱水器的實(shí)際溫度以及自動(dòng)檢測(cè)熱水器是否處于正常工作狀態(tài)，并具有調(diào)溫、恒溫、防超高溫等多項(xiàng)自檢功能，使用戶在使用過(guò)程中安全更有保障。 1． 2． 1 水溫檢測(cè)電路 1． 2． 2 按鍵輸入電路 1． 2． 3 水溫和狀態(tài)顯示電路 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)論文 2 本設(shè)計(jì)中選的顯示器是 LED，顯示方法是靜態(tài)顯示。而常用的顯示器件有： (1)顯示和記錄儀表；（ 2） CRT 顯示終端；（ 3） LED 或 LCD 顯示器；（ 4）大屏幕顯示器。在這些顯示方法中，顯示和記錄儀表能連續(xù)進(jìn)行顯示和記錄。但它的價(jià)錢比 較貴，且為模擬顯示，讀數(shù)不方便，有一定的誤差，所以它只適用于企業(yè)的技術(shù)改造，在新設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不宜采用。 CTR 它直觀、靈活，不但可顯示數(shù)字，而且可以顯示畫面及報(bào)表；但系統(tǒng)比較復(fù)雜，價(jià)格也比較貴，所以多用于大、中型控制系統(tǒng)中。大屏幕顯示具有顯示清晰、視覺(jué)范圍寬廣等優(yōu)點(diǎn)，主要用于車站、碼頭、體育場(chǎng)館、大型生產(chǎn)裝置的現(xiàn)場(chǎng)顯示。 LED數(shù)碼管由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長(zhǎng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。雖然 LCD 也有這些優(yōu)點(diǎn)但它價(jià)格比 LED 貴。所以本設(shè)計(jì)選 LED。在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的 顯示方法有：（ 1）動(dòng)態(tài)顯示；（ 2）靜態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，價(jià)格低，線路簡(jiǎn)單。但它占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。因此是計(jì)算機(jī)的開銷增大。靜態(tài)顯示占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠，只要不送入新的數(shù)據(jù)，則顯示值不變同時(shí)用起來(lái)也比較方便。因此本設(shè)計(jì)選用靜態(tài)顯示。 1． 3 芯片介紹 本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是 89C51， 89C51 單片機(jī)的封裝共分為 DIP、 PLCC 及 PQEP3 種形式，常用 DIP 封裝方式。其外形及引腳如下圖所示： 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)論文 3 89C51 單片機(jī)共 40 個(gè)引腳，大致可分為 4 類： （ 1）電源引腳。 Vcc（ 40 腳）：電源端， +5V。 Vss（ 20 腳）：接地端（ GND）。 （ 2）時(shí)鐘電路引腳。 XTAL1（ 19 腳 )：外接晶振輸入端。 XTAL2（ 18 腳）：外接晶振輸出端。 （ 3） I/O 引腳。 P0 口（ 39 腳 ~32 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P0 口。是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也是地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 P1 口（ 1 腳 ~8 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P1 口。是一組內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL門電路。 P2 口（ 21 腳 ~28 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P2 口。是一組內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL門電路。 P3 口（ 10 腳 ~17 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P3 口。是一組內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口，且該端口每個(gè)引腳具有第二功能。 （ 4）控制線引腳。 RST：復(fù)位端。 EA/Vpp（ 31 腳）：片外程序存儲(chǔ)器選擇端 /Flash存儲(chǔ)器編程電源。 ALE/PROG（ 30 腳）：地址鎖存允許端 /編程脈沖輸入端。 PSEN（ 29 腳）：讀片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出端。 第二章 硬件設(shè)計(jì) 2． 1 電源部分的設(shè)計(jì) 一組交流輸入通過(guò)橋式整流電 路，輸出 4 種電壓： +12V、 +、 +5V、 。+12V 用于繼電器線圈電源（圖中未畫出）； + 和 用于運(yùn)放正負(fù)電源（線性更可靠）； +5V用于 89C51 及其余元件工作電源。 2． 2 水溫檢測(cè)和 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在本設(shè)計(jì)中水溫檢測(cè)和 A/D 轉(zhuǎn)換電路是一個(gè)配套電路，因?yàn)樗疁貦z測(cè)電路所檢測(cè)出的溫度是一個(gè)連續(xù)變化的量，即模擬量。而單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)只能是數(shù)字量，所以數(shù)據(jù)在進(jìn)入單片機(jī)之前，必須把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（也即 A/D 轉(zhuǎn)換）。 2． 2． 1 水溫檢測(cè)電路 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)論文 4 水溫檢測(cè)電路主要由 R4VD R5R7RP1 組成 橋式檢測(cè)電路和放大器組成，他的工作原理是先由橋式檢測(cè)電路檢測(cè)出溫度信號(hào)再經(jīng) IC IC6 兩個(gè)放大器將信號(hào)放大處理之后傳送給 ADC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，其中該電路還可以通過(guò) RP1 和 RP2 兩個(gè)滑動(dòng)電阻來(lái)分別調(diào)節(jié)零度和滿度兩點(diǎn)的 A/D 值為 00H 和 FFH。 2． 2． 2 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路主要由 A/D 轉(zhuǎn)換器組成，本設(shè)計(jì)采用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片為 ADC0809。因?yàn)?ADC0809 具有較高的轉(zhuǎn)換速度和精度，受溫度影響較小，能較長(zhǎng)時(shí)間保證精度，重現(xiàn)性好，功耗較低，且具有 8 路模擬開關(guān)，對(duì)于過(guò)程控制它是比較理想的器件。 1． 電路組成及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809 是含 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)，以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的 COMS組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。它的精度是 1LSB。在 A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有 一個(gè)高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，一個(gè)帶模擬開關(guān)樹組的 256 電阻分壓器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器。 8 路的模擬開關(guān)的通 /斷由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在 8 個(gè)通道中任意訪問(wèn)一個(gè)單邊的模擬信號(hào)。其原理框圖如下： 2． ADC0809 的引腳功能 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如下圖所示： ? IN7~IN0： 8 個(gè)模擬量輸入端。 ? START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)。當(dāng) START 為高電平時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換開始。 ? EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)出一個(gè)正脈沖，表示 A/D 轉(zhuǎn)陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)論文 5 換完畢。此信號(hào)可用做 A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的檢測(cè)信號(hào)，或向 CPU 申請(qǐng)中斷的信號(hào)。 ? OE：輸出允許信號(hào)。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，允許從 A/D 轉(zhuǎn)換器的鎖存器中讀取數(shù)字量。此信號(hào)可作為 ADC0809 的片選信號(hào)，高電平有效。 ? CLOCK：實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可通過(guò)外接 RC 電路改變時(shí)鐘頻率。 ? ALE：地址鎖存允許，高電平有效。當(dāng) ALE 為高電平時(shí)，允許 C、 B、 A所示的通道被選中，并把該 通道的模擬量接入 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ? C,B,A：通道號(hào)選擇端子。 C 為最高位， A 為最低位。 ? D7~D0：數(shù)字量輸出端。 ? V,V：參考電壓端子。用以提供 D/A 轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻的標(biāo)準(zhǔn)水平。對(duì)于一般單極性模擬量輸入信號(hào)， V=+5V， V=0V。 ? Vcc：電源端子。接 +5V。 ? GND：接地端。 3． ADC0809 的技術(shù)指標(biāo) ? 單一電源， +5V供電，模擬量輸入范圍為 0~5V。 ? 分辨率為 8 位。 ? 功耗為 15mW。 ? 轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時(shí)鐘頻率。 ? 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與 TTL兼容。 ? 無(wú)須進(jìn)行零位及滿量程調(diào)整 ? 溫度范圍為－ 40℃ ~＋ 85℃。 2． 3 晶閘管控制電路 晶閘管控制電路是由 、 、 輸出三路晶閘管控制信號(hào)來(lái)分別控制 2kW電熱膜的通斷，三路控制電路相同。在運(yùn)行過(guò)程中 輸出低電平時(shí)， G3（ PNP）導(dǎo)通，經(jīng) MOC3041 光耦，自動(dòng)過(guò)零觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，接通 2kW 電熱膜電源； 輸出低電平時(shí)， G2（ PNP）導(dǎo)通，經(jīng) MOC3041 光耦，自動(dòng)過(guò)零觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，接通 2kW 電熱膜電源； 輸出低電平時(shí)， G1（ PNP）導(dǎo)通，經(jīng) MOC3041 光耦，自動(dòng)過(guò)零觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，接通 2kW 電熱膜電源。本設(shè)計(jì)中所用的晶閘管是