【正文】 將自制的測水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。 保證傳熱的要求，在安裝中，必須考慮某些零部件在傳熱，電磁方面的要求。為達到產(chǎn)品的可靠與安全，安裝時應(yīng)遵循一些基本的要求與原則。但是為了確保一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除機械開關(guān)的抖動影響。 本設(shè)計包含兩個繼電器， 兩個繼電器分別是控制加熱裝置和加水裝置，用發(fā)光二極管來代替加熱裝置和加水 裝置，繼電器用三極管 9012 驅(qū)動。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。第 9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。頭 2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件 提供電源。引腳排列依然是從左下角的那個腳（ 1腳）開始，以逆時針方向依次為 1~12 腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應(yīng)。 報警電路 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 蜂鳴器電路 本系統(tǒng)中采用蜂鳴器報警，由于單片機輸出電流較小，所以用三極管 9013 驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。因為蜂鳴器內(nèi)部有一簡單的振蕩電路，能將恒定的電流電轉(zhuǎn)化成一定頻率的脈沖信號，從面實出磁場交變，帶動鉬片振動發(fā)音。 二、 蜂鳴器的驅(qū)動 由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動的，不需要利用交流信號進行驅(qū)動，只需對驅(qū)動口輸出驅(qū)動電平并通過三極管放大驅(qū)動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡單，這里就不對自激蜂鳴器進行說明了。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 當(dāng)有按鍵被按下時說明用戶要手動上水。 振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。它用于讀外部程序存儲器。 。 P3 口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外 部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 另外， 與 可以配置成定時 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入端（ ）與定時/計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入端（ ），如表 所示。在作為輸出口時，每根引腳可以帶動 8個 TTL輸入負載。 3級加密位 工作電壓 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 （ 2） 晶振采用 12MHZ。 本系統(tǒng)需要完成的控制系統(tǒng)技術(shù)性能大致總結(jié)如下： （ 1） 使用電源 220V AC,功耗小于 5W。加水指示燈（繼電器旁的綠），加熱指示燈（繼電器旁的紅）：加熱元件工作時，該指示燈被點亮。 2℃。 方案三：采用 80C51 芯片，它具有 AT89C2051 和 AT89C51 芯片的所有功能，且 IO 口數(shù)非常多，比 AT89C2051 和 AT89C51 多，價錢雖然比 AT89C2051 和 AT89C51 昂貴，但存儲空間非常大，可以到達 8K?？梢圆捎每删幊绦蚩刂破?PLC，各種單片機來實現(xiàn)。 系統(tǒng)控制框圖如下： 圖 這種設(shè)計方法，需要使用節(jié)點數(shù)來計算一些數(shù)據(jù)比較繁瑣。 設(shè)計方案 系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇 方案一： PIC16C72 單片機為控制器件的智能電熱水器 PIC16C72 是美國微芯(Microchip)公司推出的 8/11 位單片機，采用寬字節(jié)單周期指令，哈佛雙總線和 RISC 結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)吞吐量最高可達 6MIPS，這幾乎是其它大多數(shù) 8 位微控制器速度的 4倍 128 腳封裝的 PIC16C72 單片機內(nèi)集成了以下主要功能： 2KB 片內(nèi) ROM 程序存儲器， 128KB 數(shù)據(jù)存儲器； 22 位 I/O線； 5 路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 2 個 8 位， 1 個 16 位多功能計數(shù)器 /定時器， 1個捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 (CCP)部件。 實驗證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩幸欢ǖ?Mg2+、 Ca2+等離子，它們的存在使水導(dǎo)電。根據(jù)水位情況進行手動和自動上水控制。 此外，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線遠程控制也將是新一代電熱 水器的發(fā)展北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 方向，用戶可以通過任何一部雙音頻固定電話或手機遙控?zé)崴鞯拈_ /關(guān)、溫度設(shè)定等，并可查詢熱水器的工作狀態(tài)。因此燃氣熱水器是一種人命關(guān)天的特殊產(chǎn)品，即使有百分之一的疏忽，帶給用戶的危險將是百分之百。 電熱水器發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，整個熱水器行業(yè)已經(jīng)從最初的小而少發(fā)展到現(xiàn)在的大而多，產(chǎn)品類型也隨著技術(shù)不斷成熟，由最初的燃氣熱水器獨領(lǐng)風(fēng)騷發(fā)展到今天的燃氣式、電熱式、太陽能、空氣源熱泵等多種類型。在現(xiàn)代社會中，水位和溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了生活的各個方面。因此我設(shè)計了新型的熱水器水溫水位控制系統(tǒng)來滿足于當(dāng)今的需求，該熱水器智能控制系統(tǒng)主要由80C51 單片機控制、 DS18B20 溫度傳感器、獨立鍵盤、 LED 數(shù)碼管和報警系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)能測量并顯示水溫、設(shè)置水溫范圍，若水溫不處于所設(shè)置的水溫范圍則報警，同時還能對水位進行設(shè)置及加水，先設(shè)置好需要加水的水位段數(shù)，單片機會根據(jù) 這個數(shù)進行判斷是否加水。 隨 著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到水位和溫度控制的影子，水位和溫度控制將更好的服務(wù)于社會目前，單片機控制器在從生活工具到工業(yè)應(yīng)用的各個領(lǐng)域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場控制儀表、數(shù)控機床等。隨著全球經(jīng)濟快速發(fā)展，中國電器制造業(yè)的迅猛發(fā)展及城市建設(shè)步伐的不斷加快，為熱水科技產(chǎn)業(yè)帶來了無限商機。 根據(jù)中國商業(yè)聯(lián)合會前不久的統(tǒng)計，電熱水器的市場份額在銷售數(shù)量和銷售收入兩個方面都已經(jīng)超過了長期以來占優(yōu)勢的燃氣熱水器?，F(xiàn)在市場上較為先進的儲水式電熱水器能實現(xiàn)上述等功能，但仍難以滿足人們對現(xiàn)代化家電的使用要求。當(dāng)水位從高到低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時，蜂鳴器報警，缺水指示燈亮，繼電器開始工 作，熱水器容器上水，水位上升超過“低”水位后，缺水指示燈熄滅，蜂鳴器停止報警。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)電性來完成的。 以 PIC16C72 為控制芯片的電熱水器，雖然功能 很強大，但是存在一些很需要改進的地方：中斷的現(xiàn)場保護是中斷應(yīng)用中一個很重要的部分由 PIC16C72 的指令系統(tǒng)中沒有專張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 6 門的 PUSH(入棧 )和 POP(出棧 )指令，所以要用一段程序來實現(xiàn)該功能。所以不采用這種方法。 相比 PIC 和 PLC，單片機技術(shù)新、先進、體積小、精度高、功能擴展極其方便，且衡量之下它的成本較之其它方案要低些。 綜 上所述，我選擇 80C51 芯片作為本次設(shè)計的主控芯片，主要因為這個芯片的存儲空間比較大，可以運用很多場所，與本設(shè)計也相符。（ 3）溫度預(yù)設(shè)范圍為 05～ 60℃，當(dāng)檢 測溫度低于預(yù)設(shè)溫度 1℃時，開始加熱；檢測溫度高于預(yù)設(shè)溫度 1℃時，停止加熱。報警指示燈（紅）：當(dāng)缺水情況時，該指示燈被點亮。 （ 2） 水溫顯示，測溫范圍 099 攝氏度；精度正負 2攝氏度。 （ 3） 由于單片機只訪問片內(nèi) Flash ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，因此單片機的 31 腳接高電平 VCC。 圖 80C51結(jié)構(gòu)框圖 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 12 圖 80C51 此外， 80C51 設(shè)計和配置了震蕩頻率可為 12MHZ 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 2個 16位可編程定時 /計數(shù)器 看門狗（ wdt）電路 當(dāng)把 “1” 寫入 P0 時，則它的引腳可用作高阻抗輸入。 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 14 表 P1口管腳復(fù)用功能 端口引腳 復(fù)用功能 T2（定時器 /計算器 2 的外部輸入端） T2EX（定時器 /計算器 2 的外部觸發(fā)端和雙向控制） MOSI（用于在線編程） MISO（用于在線編程） SCK（用于在線編程） ③ P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P2 口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。 在 80C51 中，同樣 P3 口還用于一些復(fù)用功能，如表 。在存取外部存儲器時，這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。當(dāng) 80C51 在執(zhí)行來自外部存儲器的指令時，每一個機器周期 PSEN 被激活 2次。 振蕩器的反相放大器輸出。按鍵使用上拉電阻方式接入單片機。多諧振蕩由晶體管或集成電路構(gòu)成。這里只對必須用 1/2duty 的方波信號進行驅(qū)動的他激蜂鳴器進行說明。但是在某些有源蜂鳴器在特定的交流信號下也可以工作，只是對交流信號的電壓和頻率要求很高，此種工作方式一般不采用。 圖 水位報警電路 當(dāng)水位比較低的時候， 紅燈亮，水位在中間的時候，紅燈和黃燈亮，當(dāng)水位慢的時候三個燈都亮，出故障的時候三個燈閃。 圖 位共陽數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1）數(shù)碼管編碼說明 4位數(shù)碼管編碼說明 ，如 表所示： 表 控制命令表 e d dp c g b f a 0 0 0 1 0 1 0 0 0 28H 1 1 1 1 0 1 0 1 1 EBH 2 0 0 1 1 0 0 1 0 32H 3 1 0 1 0 0 0 1 0 A2H 4 1 1 1 0 0 0 0 1 E1H 5 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 6 0 0 1 0 0 1 0 0 24H 7 1 1 1 0 1 0 1 0 EAH 8 0 0 1 0 0 0 0 0 20H 9 1 0 1 0 0 0 0 0 A0H H 0 1 1 0 0 0 0 1 61H 管腳順序：從數(shù)碼管的正面觀看，以第一腳為起點，管腳的順序是逆時針方向排列。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。第 5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。 減法計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。 圖 水位監(jiān)測電路 水位用三根導(dǎo)線，一個是電源負極，當(dāng)導(dǎo)線接觸到水 后，由于水的導(dǎo)電性，使得兩外兩根導(dǎo)線也是低電平，從而使三極管 9012 導(dǎo)通， 和 是低電平，當(dāng)兩根導(dǎo)線不接觸水的時候，輸出是高電平。 繼電器可以模擬的完成實物上的自動控制。消除按鍵的抖動， 通常用軟件消除的方法。 調(diào)試步驟 對于整個系統(tǒng)制作完成后，調(diào)試工作是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。 安裝時接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。導(dǎo)線分三級，當(dāng)水位沒有達到最低級時，蜂鳴器響，繼電器開始模擬進水的過程；當(dāng)水位高于最低級時，蜂鳴器停止，顯示中等水位，繼電器繼續(xù)模擬上水；當(dāng)水位達到最高點時，顯示最高水位的發(fā)光二極管亮，繼電器停止工作。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者 只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。 保證機械強度，電子產(chǎn)品在使用過程中，不可避免的需要運輸和搬動，會發(fā)聲各種有意或無意達到振動，沖擊，如果機械安裝不夠牢固，電氣連接不 夠可靠，都有可能因為加速度的瞬間受力使裝置受到損害。元件安裝時我們要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機械強度、抱著那個傳熱的要求和安裝時接地與屏蔽要充分利用。因此，通過判斷電平的高低，就可以確定是否有鍵按下。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 二、 水位檢測 我們把儲水箱大致分為 3份，水位由潛入熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉(zhuǎn)換，水位到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（ 0）；水位沒有到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1）；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)， 3個電極檢測一遍以后便得到了 3個串行數(shù)據(jù)，然后把這 3個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B2