計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-基于單片機(jī)的快熱式家用電熱水器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-24 23:20 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性。它的性能特點(diǎn)是短跑保護(hù)輸出、真差動(dòng)輸入級(jí)、底偏置電流為最大100mA、每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。但用在本電路中接線較復(fù)雜，且價(jià)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(dòng)電路使用，74ls04是TTL電平反相器，使用較經(jīng)濟(jì)且性能也很理想，所以在本方案中采用。 驅(qū)動(dòng)及加熱控制電路的選擇 方案一：若干不同功率的電熱絲組合而成。但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(guò)一個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)，采用可控硅控制功率，能經(jīng)受較高的功率，所以可以設(shè)置較多的檔位，成本大大降低可靠性較高，而且電路簡(jiǎn)單，所以本方案采用。方案一：采用干電池，使用方便，安全可靠，但價(jià)格昂貴，且使用時(shí)間較短，所以不采用。方案二：市電整流成+5v電壓，由于89c51對(duì)電源要求不甚嚴(yán)格，市電來(lái)源方便，且經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓也較可靠，較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，所以采用此方案。 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(dòng)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(dòng)顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機(jī)多個(gè)I/O口，也給電路的焊接帶來(lái)一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊，所以排除此方案。方案二：LED數(shù)碼管顯示器動(dòng)態(tài)顯示方式下，將所有位的段選線并聯(lián)在起，由位選線控制哪位接收字段碼。采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，也就是在顯示過(guò)中，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，同一時(shí)刻只有一位顯示，其他各位熄滅。利用顯示器的余暉和人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每一位顯示足夠短，則人看到的就是無(wú)為數(shù)碼管同時(shí)顯示。在動(dòng)態(tài)顯示方式下電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，以采用。 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(jī)的I/O口上。鍵盤設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接＋5V，被拉在高電平狀態(tài)。但線路較復(fù)雜，價(jià)格較昂貴。不適用。方案二：獨(dú)立式按鍵是指直接用輸入端口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，常用于需要少量幾個(gè)按鍵的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根輸入端口線，各鍵的工作狀態(tài)不會(huì)相互影響。采用輕觸式獨(dú)立小按鈕，即實(shí)用又方便，因?yàn)楸倦娐穼?duì)鍵盤的要求不高，所以采用這種方案。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的工作流程（1）接通電源（2）開啟電熱水器（3）調(diào)節(jié)水量。 （4）調(diào)節(jié)功率（5）檢測(cè)出水溫度，判斷是否繼續(xù)加熱.。（6）排水。 快熱式電熱水器系統(tǒng)組成框圖如圖2 圖2快熱式電熱水器系統(tǒng)組成框圖 3 系統(tǒng)控制算法的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試后建立的溫度/頻率表是0—100c溫度所對(duì)應(yīng)的頻率值。它是一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)于溫度遞減的非線性函數(shù)，在c語(yǔ)言中用一個(gè)一維數(shù)組b[101]來(lái)表示，下標(biāo)為溫度，數(shù)組元素為頻率值。計(jì)算溫度采用高效、準(zhǔn)確的二分查找法。過(guò)程如下：1）先給定查找的溫度最大值Tm和最小值Ti，即確定查找的范圍，根據(jù)已有的溫度表默認(rèn)最大值Tm=100，最小值Ti=0。2）假定測(cè)的溫度Te為最大值與最小值的中間值，即T e=（Tm+Ti）/23）將實(shí)際測(cè)的頻率值T0rig與假定溫度Te在表格中對(duì)應(yīng)的頻率Tab[temp]相比較，如果相等，那么假定溫度就是當(dāng)前實(shí)際溫度，即完成查找。4）若T0rig Tab[temp]，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Ti與Te之間，則修改查找范圍，令Tm=Te；同理，若T0rigTab[temp]，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Te與Tm之間，則令Ti=Te；5）檢查查找范圍，若TmTi=1,則判斷T0rig更接近于最大值對(duì)應(yīng)的頻率Tab[Tm]還是最小值對(duì)應(yīng)的頻率Tab[Ti]，實(shí)際溫度值取頻率更接近的那個(gè)值既完成查找。6）若TmTi.1則重復(fù)第2），3），4），5）步，直到查找完成。溫度檢測(cè)程序完成溫度計(jì)算后，便刷新系統(tǒng)當(dāng)前溫度寄存器，并判斷有無(wú)超溫、置位或清除相應(yīng)的標(biāo)志位。三 系統(tǒng)硬件單元電路的設(shè)計(jì)1單片機(jī)晶振電路本系統(tǒng)硬件電路主要包涵:單片機(jī)，報(bào)警電路、加熱控制電路、過(guò)零檢測(cè)電路和溫度檢測(cè)電路等部分。 其中加熱部分采用雙向二極管控制的熱敏電阻，控制方便可靠。 報(bào)警電路采用自鳴式報(bào)警器。實(shí)用也很方便買到。 過(guò)零檢測(cè)部分橋式電路，三極管和一個(gè)“非”門組成的電路，靈明度更高。而溫度檢測(cè)部分很重要，所以采用rc震蕩電路，和熱敏電阻組成的電路進(jìn)行檢測(cè)，簡(jiǎn)單并且成本很低，也很容易實(shí)現(xiàn)。 在整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，CPU既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，是控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的器件。此系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用AT89C51作為控制系統(tǒng)的主機(jī)。AT89C51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖31。 圖31
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