【文章內(nèi)容簡介】 220V交流電變?yōu)?V的交流電，然后經(jīng)過橋式整流將其變?yōu)橹绷麟?，通過R2和R3進行分壓，從而實現(xiàn)過壓保護。 過壓保護電路圖 溫度檢測電路的設計，溫度/頻率變換電路是利用反相器組成的RC多諧振蕩器，其中的R24是一個熱敏電阻，當溫度變化時引起熱敏電阻的阻值變化，因而電流發(fā)生變化，從而改變了振蕩器輸出的方波頻率。所以通過頻率值可以間接求得溫度值。該頻率的估算可用如下公式： f≈ （）。 溫度檢測電路圖 數(shù)碼管顯示電路的設計數(shù)碼管顯示電路的設計是采用雙向共陽極串行接口電路，用來顯示加熱檔位，直觀性更強,亦可大大減少電源的功耗。 數(shù)碼管顯示電路圖 報警器驅(qū)動電路的設計。 報警器驅(qū)動電路圖3 快熱式電熱水器的軟件設計本設計的軟件設計部分即為系統(tǒng)程序的設計。按快熱式熱水器的功能，系統(tǒng)程序必須實現(xiàn)顯示掃描、按鍵掃描處理、加熱控制和溫度檢測（包括超溫報警）4項任務。51系列單片機實現(xiàn)多任務運行的方法就是分時復用，在程序設計時要相應地分配好各任務的CPU占用時間。對于以上幾個任務稍加分析可以看出，顯示掃描、按鍵掃描和加熱控制任務相對而言有實時要求，而溫度檢測任務則可用定時(～1s)實現(xiàn)。 主程序的設計 系統(tǒng)在上電復位后，先對溫度寄存器、檔位寄存器賦默認值，并進行清除超溫標志，設置定時器及中斷系統(tǒng)的工作方式等初始化工作。由于51系列單片機沒有停機指令，所以可以利用主程序設置死循環(huán)反復運行各個任務。把有實時要求的子程序（顯示掃描、按鍵掃描、加熱控制）放在最內(nèi)層的循環(huán)中，計算其運行一次占用的CPU時間，然后根據(jù)溫度檢測定時的間隔時間，計算出該循環(huán)的循環(huán)次數(shù)。本例中每運行一次有實時要求的子程序（即顯示掃描、按鍵掃描、加熱控制）約占用5 ms CPU時間，那么循環(huán)次數(shù)應為100次。 顯示掃描子程序的設計顯示掃描子程序完成兩位共陽數(shù)碼管的掃描顯示任務。按鍵掃描處理子程序負責逐個掃描檔位“+”鍵、“”鍵和開關(guān)鍵是否被按下，若有鍵按下，則作出相應處理。具體根據(jù)用戶設定的加熱檔位和系統(tǒng)當前的狀態(tài)，決定是否加熱和控制加熱的功率并點亮相應的指示燈。若有超溫標志，還應打開蜂鳴器報警。這將在加熱控制中介紹其處理過程。本設計所采用的按鍵開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象，保證系統(tǒng)的可靠性，所以采取了按鍵消抖的措施[6]。開 始i=1按鍵掃描若有鍵按下i=6顯示掃描加熱控制完成100次循環(huán)溫度檢測i=0？刷新顯示溫度開 始賦位選初值清除位選送顯示段碼選通并延時2ms改變位選字消 隱完成2位掃描結(jié) 束系統(tǒng)初始化NYNYNY 主程序流程圖 顯示掃描子程序流程圖開 始“+”鍵按下？“”鍵按下？開關(guān)鍵按下？發(fā)按鍵音、消抖加熱檔位加1返回值1返回值2加熱檔位減1發(fā)按鍵音、消抖返回值0開機，恢復工作等待開關(guān)鍵再次按下關(guān)機，停止輸出發(fā)按鍵音、消抖結(jié) 束YNYNNY 按鍵掃描子程序流程圖開 始有超溫標志？斷開繼電器關(guān)閉可控硅蜂鳴報警接通繼電器關(guān)閉蜂鳴器加熱檔位外中斷控制加熱2指示燈亮外中斷控制加熱1指示燈亮不加熱指示燈不亮全功率加熱指示燈全亮結(jié) 束YN 加熱控制程序流程圖 加熱和控制程序流程圖的設計加熱控制程序通過控制繼電器的通斷來決定是否給電熱絲通電加熱，而加熱的功率大小則由雙向可控硅的導通角決定。系統(tǒng)程序利用外中斷INT1檢測市電的過零點，檢測到過零點后，立即根據(jù)設定的加熱檔位給定時器T1賦一個延時參數(shù)，并打開定時器T1，允許其中斷。當定時器T1計數(shù)溢出后觸發(fā)中斷，T1中斷程序就會給可控硅發(fā)一個觸發(fā)信號，使其導通。根據(jù)設定檔位給定時器T1賦延時參數(shù)允許定時器T1中斷打開定時器T1結(jié) 束開始（T1中斷）結(jié)束可控硅導通信號輸出可控硅導通信號延時，保證導通信號有足夠的寬度關(guān)閉定時器T1中斷終止定時器運行結(jié) 束開始（過零信號） 過零檢測程序流程圖 可控硅觸發(fā)信號控制程序流程圖 溫度檢測程序的設計溫度檢測程序的基本原理就是將溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路測得的頻率與事先建立好的溫度/頻率表進行比較，查找出與該頻率相應的溫度值。在實驗測試后建立的溫度/頻率表是0～100℃溫度所對應的頻率值。它是一個頻率對應于溫度遞減的非線性函數(shù)，在C語言中用一個一維數(shù)組Tab[101]來表示，下標為溫度，數(shù)組元素為頻率值。計算溫度采用高效、準確的二分查找法。查表的過程如下：，即確定查找的范圍，根據(jù)已有的溫度表默認最大值Tmax=100，最小值Tmin=0。，即Temp=(Tmax+Tmin)/2。[temp]相比較，如果相等，那么假定溫度就是當前實際溫度，即完成查找。 Tab[temp]，說明實際溫度應該在Tmin與Temp之間（因為遞減函數(shù)特性），則修改查找范圍，令Tmax=Temp；同理，若 T0rigTab[temp]，說明實際溫度應該在Temp與Tmax之間，則令Tmin=Temp。，若TmaxTmin=1，則判斷T0rig更接近于最大值對應的頻率Tab[Tmax]還是最小值對應的頻率Tab[Tmin]，實際溫度值取頻率更接近的那個值既完成查找。1,則重復第2，3，4，5步驟，直到查找完成。 溫度檢測程序完成溫度計算后，便刷新系統(tǒng)當前溫度寄存器，并判斷有無超溫、置位或消除相應的標志位[7]。單片機使用外中斷INT0和計數(shù)器T0檢測輸入頻率的大小。為了減少測量的系統(tǒng)誤差相對值和隨機誤差對測量精度的影響，程序中取100個方波周期的和作為測量結(jié)果。程序中使用靜態(tài)變量px0count進行外中斷的計數(shù)，在測量開始時，給px0count賦值2是為了讓頻率測量有準確的起點。另外，為了區(qū)分測頻的開始和結(jié)束，還使用了測頻開始標志位T0tst和測頻完成標志位Testok。開 始打開測頻外中斷等待測試完成Tmin=0，Tmax=100Temp=(Tmin+Tmax)/2T0rig==Tab[temp]?T0rigTab[temp]?Tmax=TempTmin=TempTmaxTmin=1?T0rig接近Tab[max]?Temp=TmaxTemp=TminTemp65?Temp45?刷新當前寄存器清除超溫標志置位超溫標志結(jié) 束NYYNNYYNYNNY 溫度檢測程序流程圖開始（X0中斷）px0count==0？？是起點？清除測頻起點標志px0count=100計時器T0清0啟動計時器T0停止計時器T0停止測頻外中斷置位測頻完成標志結(jié) 束YYNN 頻率測試程序流程圖結(jié)論本次設計的快熱式家用電熱水器采用51系列單片機對電路進行簡單的控制，系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較高。本方案著重體現(xiàn)在速度之快上，它采用雙向晶閘管（即可控硅）對加熱電路進行控制，這樣系統(tǒng)的可靠性就大大增強，因為晶閘管能夠根據(jù)門極電壓可靠的接通和斷開，而且采用發(fā)光二極管來及時的檢測電路的加熱情況。而設計的另一個優(yōu)勢還在于它采用了溫度/頻率檢測電路，通過電路頻率的變化及時的反映當時的溫度變化，這樣就避免了因為熱敏電阻的變化不能及時的傳給單片機而帶來的滯后問題。頻率的變化受到外界的干擾要遠遠小于電阻變化所帶來的干擾，而且完全不涉及非線性造成的溫度過高時造成的錯誤，因此準確性，可靠性都得到了大大提高。在設計中還采用了兩位共陽數(shù)碼管來反應功率檔位，通過它們的亮滅數(shù)量輸出加熱功率，及時的提醒使用者當時的水溫變化情況，更加清晰，也能減少功耗。而在設計中還采用了輕觸式按鈕來調(diào)節(jié)功率的檔位，其中按“+”按鈕時逐漸增加功率檔位，而按“”按鈕時逐漸減小功率檔位，還有一個是控制電源開關(guān)的通斷，即總開關(guān)。設計中還采用報警器來及時的反應溫度是否超標，提示操作者是否繼續(xù)加熱熱水器。盡管這次設計中我還不能做到盡善盡美，一些內(nèi)容還是有待于進一步的研究，因為畢竟我們的知識有限，而且以前還沒有接觸過單片機的具體設計與深入研究，但為了這次論文設計，我還是看了不少資料，特別是很多有關(guān)單片機設計的書籍，再加上我們學習了一些理論知識，開拓了我的視野，使我親身了解到了單片機的用處是如此的廣泛。在設計中我遇到了很多困難，讓我對一些生疏的知識有了溫習與鞏固，對其有了更加深刻的了解，比如二分查找算法。在本次課程設計中，我真正了解到實踐與理論相結(jié)合的重要性，以前總是在頭腦中產(chǎn)生一些想法，卻從來沒有機會去認真的研究它，以至于不知道結(jié)果是成功還是失敗，但通過這一次畢業(yè)設計終于可以使我通過自己的努力與導師及同學的幫助親自完成了一個設計，雖然成果難免有不足之處，但終究是親自動手去做的，收益是可想而知的。 致謝時光荏苒，四年的大學時光即將結(jié)束，在這里，我首先要感謝我的導師赫健老師，本文在大綱的確定，初稿的完成以及最終定稿，都有賴于赫健老師的悉心指導。在設計過程中，赫健老師一直給我很大的幫助，幫我分析遇到的困難，支持、鼓勵我解決問題的信心，使我的設計得以順利完成。此外，我還要感謝電信學院的各位老師，感謝他們傳授我知識以及對我的關(guān)懷與鼓勵。最后感謝對我有幫助的同學，謝謝他們給我的照顧與關(guān)心。我深深的知道，幾句簡單的話語根本無法表達對你們的感激之情，只有在心里默默的祝福我的老師、同學們，祝你們一生幸福安康！參考文獻[1]郇玉龍,趙寧,[EB/OL]. [2]湯競南,[M].北京:人民郵電出版社,2008,2038,13814 3.[3][M].北京:人民郵電出版社,2008,15.[4]馬長林,陳怡,[M].北京:清華大學出版社,2008,209.[5]田立,田清,[M].北京:人民郵電出版社,2007, 153165.[6]張友德,趙志英，、應用與實驗[M].上海:復旦大學出版社，2006，294.[7]:C語言描述[M].北京:高等教育出版社,2005,250253.附錄A 控制源程序清單以下是快熱式電熱水器控制源程序清單，采用C51編寫，在Keil u Vision2 （ ）環(huán)境下調(diào)試通過，并下載到AT89C51測試運行成功。/*快熱式熱水器程序MCU AT89C51 XAL 12 ＭＨｚ*/includeincludeincludevoid delay(unsigned int)。 //延時函數(shù)void display(void)。 //顯示函數(shù)unsigned char keyscan(void)。 //按鍵掃描處理函數(shù)void heatctrl(void)。 /