【正文】 于充電狀態(tài)，當按鍵按下去后， VCC 與 GND 導通，電容放電，從而實現(xiàn)放電。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。 有源蜂鳴器和無源蜂鳴器好像一樣，但仔細看，兩者的高度略有區(qū)別，兩種蜂鳴器的引腳朝上放置事，可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種有源蜂鳴器。 圖 DS18B20 （底視圖） 表 DS18B20詳細引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。采用寄生電源供電方式時 VDD端接地。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。如何疏忽都可能造成整機工作失常，甚至導致更為嚴重的后果。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換，水位到達的電極，轉換電位為低（ 0）；水位沒有到達的電極，轉換電位為高（ 1）；北京交通大學海濱學院 畢業(yè)設計（論文） 35 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。 當檢查電路和焊接無誤后，就可以將一些比較主要的元器件和主控芯片裝上去進行調(diào)試。在第一次檢測到有按鍵被按下時，執(zhí)行一段10ms~15ms 的延時子程序，再確認該鍵電平是否仍然為低電平，如果保持為低電平狀態(tài)就 檢測 DS18B20 存在？ 發(fā)送跳過 ROM 指令 溫度轉換 等待 N Y 讀取溫度數(shù)據(jù) 處理數(shù)據(jù) 返回 開始 初始化 DS18B20 讀 DS18B20 的序列號 北京交通大學海濱學院 畢業(yè)設計（論文） 33 說明有鍵按下，從而消除抖動的影響。 三、 繼電器 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大點流的一種“自動開關”，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。 12986—公共腳 A11 B7 C4 D2 E1 F10 G5 DP3 北京交通大學海濱學院 畢業(yè)設計（論文） 23 L 0 0 1 1 0 0 0 1 3DH 1 1 1 1 0 1 1 1 F7H C 0 0 1 1 1 1 0 0 3CH 表 （續(xù)） （ 2）、四位數(shù)碼管顯示電路 圖 數(shù)碼管顯示電路 4 位數(shù)碼管為共陽管，由于單片機輸出電流比較小，故用 4 個 PNP 型的三極管 9015來驅(qū)動數(shù)碼管。而無源蜂鳴器沒有內(nèi)部驅(qū)動電路。當接通電源后，多諧振蕩器起振，輸出 ~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴器發(fā)聲。 復位電路設計 單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如 ROM、 RAM、 I/O、定時器 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒O計相應的電路。在對 Flash 存儲器編程時，這條引腳用于輸入編程脈沖 PROG。對端口寫 “1” 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。 軟件設置空閑和省電功能 空閑模式下， cpu 暫停工作，而 ram 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而 保存 ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。 （ 3） 水位分檔顯示，分三檔：低，中，高。（ 4）電源開啟后，根據(jù)上次設定的溫度（ 220V 總電源不能關閉）自動進入工作狀態(tài)。除此之外單片機的外圍電路也非常的簡單 ,系統(tǒng)緊湊 ,對于這種小規(guī)模的應用系統(tǒng) ,單片機具備了最佳的價格和最簡單的電路。對可能用到的 W寄存器和 STATUS 寄存器內(nèi)容進行現(xiàn)場保護 1 然后在中斷服務程序中對馬達，繼電器進行控制 1漏電檢測報警在中斷里給出，而每 50ms 進入一次中斷，所以發(fā)生漏電時最多 50ms即可切斷電源 1入口→中斷保護→控制馬達→控制繼電器如果用直流對電機進行控制，其轉速太快，過調(diào)量太大，容易引起震蕩。水位至預置水位后繼電器關閉，停止上水；當水溫低于設定最低溫度時，加熱繼電器工作，當溫度加熱高于設定最高溫度的時候繼電器停止工作。該中心預計，在城市電網(wǎng)更大范圍改造和城市住房市場大規(guī)模啟動的帶動下，今后幾年我國電熱水器市場將呈現(xiàn)強勁增長勢頭。尤其是用單片機控制器改造落后的設備具有性價比高、提高設備的使用壽命、提高設備的自動化程度的特點。然而，目前市場上的各種熱水器控制電路還與理想要求相差甚遠。 選擇基于單片機的水溫水位控制系統(tǒng)，是因為它不僅在人們生活中具有顯著的意義，更重要的是能系統(tǒng)地聚溫度和水位參數(shù)于一身，對于更好的掌握和認識單片機的應用和傳感器的應用， 系統(tǒng)地深刻認識自動控制的實際應用，掌握復雜的多子系統(tǒng)地設計起到了很強的鍛煉作用。其中安全技術主要體現(xiàn)在能自動檢測熱水器是否處于正常工作狀態(tài)，并具有調(diào)溫、恒溫、防干燒、防超高溫、防漏電等多項自檢功能，使用戶在使用過程中安全更有保障。 本系統(tǒng)需顯示水位，水位分低、中、高三檔，均用發(fā)光二極管來指示。在模擬量輸入、輸出同時存在時，所需內(nèi)存總數(shù) =模擬量路數(shù) *250；同時，應考慮 PLC 提供的內(nèi)部繼電器和寄存器的數(shù)量，以便節(jié)省資源。 方案二：采用 AT89C51 芯片，它具有 AT89C2051 芯片的所有功能，且 IO 口數(shù)相對較多，價錢相對也比較便宜，但存儲空間不是非常大。電源指示燈（紅）：接通 220V 電源，該指示燈點亮。系統(tǒng)的整體結構圖如下圖所示： 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 10 圖 單片機最小系統(tǒng) 圖 單片機最小系統(tǒng) （ 1） 單片機 9腳接復位電路，可按復位按鈕 S1 給單片機復位。 32個雙向 i/o 口 ① P0 端口，該口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對端口寫 “1” 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。 程序存儲器允許信號。 按鍵電路 本畢業(yè)設計的按鍵采用獨立式按鍵，是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下 ，周期性地振動發(fā)聲。 有源蜂鳴器直接接上額定電源就可以連續(xù)發(fā)聲，而無源蜂鳴器則和電磁揚聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。開漏單總線接口引腳。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。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”。元件安裝時我們要保證導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。（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。 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。消除按鍵的抖動， 通常用軟件消除的方法。 圖 水位監(jiān)測電路 水位用三根導線，一個是電源負極，當導線接觸到水 后，由于水的導電性，使得兩外兩根導線也是低電平，從而使三極管 9012 導通， 和 是低電平，當兩根導線不接觸水的時候，輸出是高電平。 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)，當減法計數(shù)器 1的預置值減到 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。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)字轉換分辨率。 圖 位共陽數(shù)碼管內(nèi)部結構 （ 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。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。多諧振蕩由晶體管或集成電路構成。 振蕩器的反相放大器輸出。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。 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 14 表 P1口管腳復用功能 端口引腳 復用功能 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。 看門狗（ wdt）電路 圖 80C51結構框圖 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 12 圖 80C51 此外， 80C51 設計和配置了震蕩頻率可為 12MHZ 并可通過軟件設置省電模式。 （ 2） 水溫顯示，測溫范圍 099 攝氏度；精度正負 2攝氏度。（ 3）溫度預設范圍為 05～ 60℃，當檢 測溫度低于預設溫度 1℃時，開始加熱；檢測溫度高于預設溫度 1℃時，停止加熱。 相比 PIC 和 PLC，單片機技術新、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。 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。當水位從高到低，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。 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。 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于社會目前，單片機控制器在從生活工具到工業(yè)應用的各個領域，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。因此我設計了新型的熱水器水溫水位控制系統(tǒng)來滿足于當今的需求，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。 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)品類型也隨著技術不斷成熟，由最初的燃氣熱水器獨領風騷發(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。 此外，隨著無線通信技術的發(fā)展，無線遠程控制也將是新一代電熱 水器的發(fā)展北京交通大學海濱學院 畢業(yè)設計（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熱水器的開 /關、溫度設定等，并可查詢熱水器的工作狀態(tài)。 實驗證明，純凈水幾乎是不導電的，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，它們的存在使水導電。