【正文】 電熱水器北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 3 的發(fā)展方向，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日常使用的水都會含有一定的 Mg2+、Ca2+等離子，它們的存在使水導電。系統(tǒng)控制框圖如下：圖 系統(tǒng)控制框圖 PLC 電源 16 點輸入 16 點輸出 主機自 自 溫 溫 消 手 手 自動 動 度 度 音 動 動 動/ 總 開 開 按 加 上 總手 開 關 關 鈕 熱 水 停動 選擇排 供 報 除水 水 警 塵閥 閥 器 器繼電器除塵電機北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 7 這種設計方法，需要使用節(jié)點數(shù)來計算一些數(shù)據(jù)比較繁瑣。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。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） 晶振采用 12MHZ。 工作電壓在作為輸出口時，每根引腳可以帶動 8 個 TTL 輸入負載。P3 口作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。它用于讀外部程序存儲器。當有按鍵被按下時說明用戶要手動上水。蜂鳴器的驅動由于自激蜂鳴器是直流電壓驅動的，不需要利用交流信號進行驅動，只需對驅動口輸出驅動電平并通過三極管放大驅動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡單，這里就不對張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 18 自激蜂鳴器進行說明了。報警電路北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（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 驅動蜂鳴器發(fā)出聲音。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。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。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。 本設計包含兩個繼電器， 兩個繼電器分別是控制加熱裝置和加水裝置，用發(fā)光二極張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 30 管來代替加熱裝置和加水裝置，繼電器用三極管 9012 驅動。為達到產(chǎn)品的可靠與安全，安裝時應遵循一些基本的要求與原則。將自制的測水位導線放入水中，通電之后，顯示當前的水位。 軟件調試過程本系統(tǒng)所使用的匯編軟件是 編譯器把 C 語言編寫的源程序與 Keil 內含的庫函數(shù)裝配在一起，然后由 C51 編譯器編譯成目標文件（.OBJ） 。張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 38 圖 中水位顯示 圖 水箱滿水位顯示 調節(jié)設置最高溫度和最低溫度的溫度值，最高溫度設置成 20 度，最低溫度設置成 18 度。交互的裝置模型包括：LED 和 LCD 顯示，RS232 終端，通用鍵盤，I2C，SPI 器件。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動，如發(fā)現(xiàn)搖動應立即補焊。本報警器按鍵處理子程序流程圖如圖 所示。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個 MOSFET管來完成對總線的上拉。低 5 位一直為 1，TM 是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式，DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動，R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。 檢測單元設計一、溫度傳感器張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 24 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。如果給預直流信號蜂鳴器是不響應的，因為磁路恒定，鉬片不能振動發(fā)音。在陶瓷片的兩個鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘著一起。本設計中只用最小系統(tǒng)加上鍵盤、顯示、ISP 接口電路，單片機本身資源可張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 16 以滿足設計要求，所以不必對單片機進行擴展。但是，在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中，會跳過一個 ALE 脈沖。在訪問外部程序存儲器或 16 位的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高 8 位地址，在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口引腳上的內容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內容） ，在整個訪問期間不會改變。 雙數(shù)據(jù)寄存器指針引腳功能介紹按照功能，80C51 的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能 I/O 口、控制和復位等。主要功能特性：（5）缺水報警：出現(xiàn)缺水狀態(tài)時，蜂鳴報警，缺水指示燈亮。溫度+鍵：每按一次該鍵，預設溫度加 1℃，長按該鍵（時間超過1 秒以上） ，預設溫度快速增加，當預設溫度加到 38℃時，按該鍵不起作用。單片機的選擇方案一：采用 AT89C2051 芯片，它具有體積小、功耗小。也可以按照如下方法計算，再增加 25%~30%的備用量，以便隨時增加用戶程序。單片機復位電路按鍵電路報警電路時鐘振蕩加水裝置溫度傳感器水位傳感器LED 顯示蜂鳴器報警圖 系統(tǒng)原理圖 子系統(tǒng)工作原理 溫度控制系統(tǒng) 該子系統(tǒng)利用低功耗單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 實現(xiàn)溫度采樣，將采樣的溫度值通過單片機的 口送入單片機處理，然后實現(xiàn)水溫的控制,利用按鍵對水溫的值進行設置，當溫度高于上限或者低于下限后蜂鳴器報警，使之保持溫度在一定范圍內的穩(wěn)定。而市場上傳統(tǒng)的機械式電熱水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，生活質量的提高使得消費者對電熱水器功能提出延伸至全新的概念層面。因此，水溫水位控制在改善人們生活質量中起到了非常重要的作用。北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文）1基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計摘 要隨著人們生活水平的提高，各種熱水器的使用已相當普及?，F(xiàn)在市面上的電器種類繁多，它們都需要對其主要的水位和水溫參數(shù)加以控制，實現(xiàn)電器水溫水位控制的自動化。熱水器技術未來將繼續(xù)朝著以下幾個方面發(fā)展： ① 智能化：從最初的手動旋鈕調節(jié)發(fā)展到如今數(shù)字化調節(jié)方式 ② 節(jié)能技術：從最初機械結構上的保溫節(jié)能到控制技術上的定時加熱或分步加熱技術轉變，由于在水溫很高時熱量流失較快，所以未采用該類技術的產(chǎn)品需要長時間在高溫區(qū)反復加熱，不僅啟動頻繁，而且耗電量很大，如果用戶可根據(jù)自己的實際需要設定好規(guī)定時段以進行定時倒計時加熱，則能將保溫耗電降至最低 ③ 安全穩(wěn)定性：由于電熱水器不同于一般的家電產(chǎn)品，涉及到人身安全，所以安全問題一直是各大廠家考慮的重點。北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 5 本控制系統(tǒng)可以時時采集熱水器內部水溫通過 LED 顯示水溫，由于太陽能熱水器實際溫度不會超過 100 攝制度，所以本系統(tǒng)采用兩位顯示，測量范圍為 00~99 攝氏度，溫度可以精確到小數(shù)點后兩位。一種方法是根據(jù)編程實際使用的節(jié)點數(shù)計算，即編完程序之后，根據(jù)節(jié)點數(shù)計算出實際使用容量。含有中斷、定時/計數(shù)器。溫度－鍵：每按一次該鍵，預設溫度減 1℃，長按該鍵（時間超過 1 秒以上） ，預設溫度快速減小，當預設溫度減到 05℃時，按該鍵不起作用。高溫報警：當溫度高于設定溫度時，蜂鳴報警系統(tǒng)開啟。 兼容 mcs51 指令系統(tǒng) I/O 口80C51 共有四個 8 位的并行 I/O 口：P0、PPP3 端口，對應的引腳分別是 ～ ， ～ ， ～ ， ～ ，共 32 根 I/O 線。在對 Flash 編程和程序校驗期間，P2 口也接收高位地址或一些控制信號。在需要時，可以把地址 8EH 中的 SFR 寄存器的 0 位置為“1” ，從而屏蔽 ALE 的工作；而只有在 MOVX 或 MOVC 指令執(zhí)行時 ALE 才被激活。 復位電路雖然簡單，但其作用非常重要。（2）電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。這里說的“源”不是指電源，而是指振蕩源。 TO－92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 ，其引腳功能描述見表 。I/OC64 位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器Vdd張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 26 TM R1 1R0 1 1 1 1....圖 　DS18B20 字節(jié)定義 由表 可見，DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。 讀溫度NYN 圖 讀溫度流程圖 圖 鍵盤處理子程序Y發(fā) DS18B20 復位命令發(fā)跳過 ROM 命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC 校驗9 字節(jié)完？CRC 校驗正？確？移入溫度暫存器結束　NNY 開始 掃描鍵值 是否有鍵按下 延時 10ms 去抖動是否有鍵按下 提取鍵值 調用鍵盤處理子程序 結束Y張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設計 34 第 5 章 系統(tǒng)調試 硬件調試制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是兩個重要因素，而零件的安裝對于保證產(chǎn)品的安全可靠是至關重要的。北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 35 液位檢測將自制的測水位導線放入水中，通電之后，顯示當前的水位。強大的調試工具，包括寄存器和存儲器，斷點和單步模式。 圖 最低溫度北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 39 圖 最高溫度如圖 所顯示水溫度數(shù)為 攝氏度，溫度比最低溫度低所以加熱繼電器工作，繼電器旁的紅燈亮，水開始加熱，當水溫高于設定的最低溫度時，加熱繼電器停止工作，繼電器旁的紅燈滅，當高于設定的最高溫度時，蜂鳴報警器工作，發(fā)出報警聲，如圖 所示。應用特殊模型的 DLL界面提供有關元件庫的全部文件。 （若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內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。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。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” 。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。開漏單總線接口引腳。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。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。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)。 程序存儲器允許信號。對端口寫“1”時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。①P0 端口，該口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 32 個雙向 i/o 口 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 總體設計方框圖單片機最小系統(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。電源指示燈（紅）：接通 220V 電源，該指示燈點亮。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。在模擬量輸入、輸出同時存在時，所需內存總數(shù)=模擬量路數(shù)*250；同時，應考慮 PLC 提供的內部繼電器和寄存器的數(shù)量，以便節(jié)省資源。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。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