【正文】 圖 按鍵電路 報警溫度用按鍵 S2， S3， S4來設(shè)置， S2 為調(diào)整鍵，按一次可調(diào)整報警上限溫度值，按兩次可調(diào)整報警下限溫度值，按三次數(shù)碼管恢復(fù)到正常溫度顯示。 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示閉合，所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的 檢測，便可以確認按鍵按下與否。按鍵使用上拉電阻方式接入單片機。 按鍵電路 本畢業(yè)設(shè)計的按鍵采用獨立式按鍵，是直接用 I/O 口線構(gòu)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)。 復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 16 接口電路。 振蕩器的反相放大器輸出。在對 Flash 存儲器編程時，這條引腳接收 12V編程電壓 Vpp。但是，如果鎖定位 1被編程，則 EA在復(fù)位時被鎖存。 。當 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。 程序存儲器允許信號。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。一般情況下，ALE 是振蕩器頻率的 6 分頻信號，可用于外部定時或時鐘。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。 DISRTO 位的默認狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能?？撮T狗定時器（ Watchdog）溢出后，該引腳會保持 98個振蕩周期的高電平。 表 P3端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 T0（定時器 0的外部輸入） T1（定時器 1的外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選 通） 表 （續(xù)） 復(fù)位輸入端。 在 80C51 中，同樣 P3 口還用于一些復(fù)用功能，如表 。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。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。 P2 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。 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。在對 Flash 編程和程序校驗時， P1 口接收低 8位地址。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。在對 Flash 存儲器進行編程時， P0 用于接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。當把 “1” 寫入 P0 時，則它的引腳可用作高阻抗輸入。 ① P0 端口，該口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 I/O 口 80C51 共有四個 8 位的并行 I/O 口： P0、 P P P3 端口，對應(yīng)的引腳分別是 ～ ， ～ ， ～ ， ～ ，共 32 根 I/O 線。 靈活的 isp 字節(jié)和分頁編程 看門狗（ wdt）電路 中斷喚醒省電模式 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 2個外部中斷源 全雙工 uart 串行中斷口線 2個 16位可編程定時 /計數(shù)器 32個雙向 i/o 口 兼容 mcs51指令系統(tǒng) 同時該芯片還具有 pdip、 tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 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。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，且成本較低。片內(nèi)程序存儲器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過 SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲器改寫。 80C51 單片機是一種低功耗高性能的 CMOS 8位微控制器，內(nèi)置 8KB 可在線編程閃存。 （ 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。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)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(shè)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(fù)位電路，可按復(fù)位按鈕 S1 給單片機復(fù)位。高溫報警：當溫度高于設(shè)定溫度時，蜂鳴報警系統(tǒng)開啟。 （ 4） 具有低水位上水，手動上水等功能。 （ 2） 水溫顯示，測溫范圍 099 攝氏度；精度正負 2攝氏度。（ 7）設(shè)置一個蜂鳴器，當熱水器出現(xiàn)異常情況而報警時，由蜂鳴器發(fā)出報警聲，并自動切斷加熱元件的供電。缺水報警：當儲水箱內(nèi)缺水時，自動報警。高溫報警：當檢測溫度高于 65℃時，自動報警。報警指示燈（紅）：當缺水情況時，該指示燈被點亮。電源指示燈（紅）：接通 220V 電源，該指示燈點亮。溫度－鍵：每按一次該鍵，預(yù)設(shè)溫度減 1℃，長按該鍵（時間超過 1 秒以上），預(yù)設(shè)溫度快速減小，當預(yù)設(shè)溫度減到 05℃時，按該鍵不起作用。如 220V 總電源關(guān)閉后再開機，預(yù)設(shè)溫度自動定為 27℃。（ 3）溫度預(yù)設(shè)范圍為 05～ 60℃，當檢 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。（ 2）水溫檢測顯示范圍為 00～99℃，精度為177。為了配合顯示器件，就需設(shè)置按鍵，根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和單片機的口線資源，為系統(tǒng)配制了 3個獨立式鍵盤，用來調(diào)節(jié)溫度報警值。 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 8 水位控制系統(tǒng)的設(shè)計方案討論 此系統(tǒng)要進行水溫水位控制，馬上想到的是水溫水位的兩個參數(shù)的控制，在溫度傳感器采用 DS18B20 之后，對于水位的控制不假思索的想到要運用水位傳感器，經(jīng)過幾天的資料搜集，發(fā)現(xiàn)水位的傳感器是通過壓力傳感器變換過來的，看到最多的是浮球式液位傳感器，而且此傳感器的適用溫度范圍和測試精度也適合該設(shè)計系統(tǒng)，但此方案的缺點是價格非常昂貴；后來又考慮采用應(yīng)用于電子秤中的數(shù)字壓力傳感器，去測得整個容器中水的變化和容器中液位的換算關(guān)系，此想法基于電子秤能夠測得一張紙的重量，但是在實際應(yīng)用中，考慮到容器的氧化，容器內(nèi)部的水垢增多， 而且容器的外置也會產(chǎn)生整個容器重量的變化，從而造成液位采集的不準確，此壓力傳感器的市場價格也比較昂貴，應(yīng)用于此控制模型中也是一種浪費；因此我自制了 3根線將容器中的液位分成了 3 個水位擋，通過和電源正極的結(jié)合，利用水導(dǎo)電的特性，通過 9012 三極管等元件構(gòu)成的驅(qū)動電路的電平轉(zhuǎn)換，將液位數(shù)據(jù)輸入 P2口，通過單片機換算轉(zhuǎn)換成液位數(shù)據(jù)存入一個存儲器單元，隨時讀取。 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。 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。含有中斷、定時 /計數(shù)器。再 考慮到成本控制和軟硬件實現(xiàn)難度，采用方案三的控制系統(tǒng)設(shè)計，可以進一步提高電熱水器的智能作用，能夠保證持續(xù)的熱水供應(yīng)，并能夠在異常情況下自動斷電，可以滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，提高了人們生活的質(zhì)量。 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。 通過以上三種設(shè)計方法的比較來看，實現(xiàn)電熱水器的智能控制可以 有很多種方法。在電機電路設(shè)計方面，采用的三極管的導(dǎo)通截止來控制點擊的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，雖然設(shè)計簡單，但是過多的使用三極管以及二極管類的元器件，也會使成本升高。但是在過程中只能檢測三點，雖然可以擴展，但是占了太多的I/O 口，容易造成資源的浪費。所以不采用這種方法。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(yīng)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。 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。 方案二 :根據(jù)控制系統(tǒng)要求， 首先確定 PLC 的控制模塊，估算出所需要的 I/O 點數(shù)（數(shù)字輸入 /輸出量、模擬輸入 /輸出量），再增加 10%~20%的備用量，以便隨時增加控制功能，保證系統(tǒng)投入運行后能夠替換個別故障點或彌補遺漏的點數(shù)，統(tǒng)計出 I/O 總點數(shù)后饑渴確定 PLC的控制規(guī)模，從而確定存儲器（用于存儲用戶程序和數(shù)據(jù)）的容量，存儲器容量除了根據(jù) PLC的控制規(guī)模確定。 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。 報警系統(tǒng) 該系統(tǒng)利用蜂鳴器 報警， 系統(tǒng)故障報警和水溫水位信息報警，以便及時掌握水溫水位控制系統(tǒng)的工作狀況，系統(tǒng)自己不能處理的就可以人工輔助處理，這樣能讓系統(tǒng)更好的運行在穩(wěn)定狀況下。 當 h=c時，傳感器電阻阻值 R為 0，對應(yīng)，系統(tǒng)處于 100%水位。 當 ahb 時，傳感器電阻阻值 R 為 2R，對應(yīng)，系統(tǒng)處于 30%水位。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)電性來完成的。 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。 本控制系統(tǒng)可以時時采集熱水器內(nèi)部水溫通過 LED 顯示水溫，由于太陽能熱水器實際 單 片 機 復(fù)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 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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。 此系統(tǒng)是為多子系統(tǒng)的綜合性控制系統(tǒng)，設(shè)計過程中也是分塊實現(xiàn)設(shè)計調(diào)試，最后進行綜合實現(xiàn)，以下就從各子系統(tǒng)的工作原理進行分別進行說明。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。 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 4 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計方案 設(shè)計原理 系統(tǒng)原理 利用熱敏傳感器和水位傳感器檢測水溫和水位，并加以顯示。利用鍵盤上開關(guān)按鈕進行調(diào)節(jié)水溫的最大和最小限度，手動控制上水和加熱，設(shè)置水位水溫功能。 課題任務(wù) 本設(shè)計主要是對市場現(xiàn)有產(chǎn)品的仿制，要能夠?qū)崿F(xiàn)電熱水器的完整功能。現(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。其中安全技術(shù)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。熱水器技術(shù)未來將繼續(xù)朝著以下幾個方面發(fā)展： ① ② 節(jié)能技術(shù)：從最初機械結(jié)構(gòu)上的保溫節(jié)能到控制技術(shù)上的定時加熱或分步加熱技術(shù)轉(zhuǎn)變，由于在水溫很高時熱量流失較快，所以未采用該類技術(shù)的產(chǎn)品需要長時間在高溫區(qū)反復(fù)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(shè)定好 規(guī) 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。 目前市場上的電熱水器分連續(xù)水流式和貯水式，前者雖具有加熱速度快和體積小的優(yōu)點 ，但需要的功率大，大多數(shù)家庭供電線路難以承受。 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。 就中國的具體