【正文】 力學(xué)原理，結(jié)合實際實驗室測試，可以得到水溫與流量、加熱功率之間的關(guān)系。 溫度檢測的方法較多，最經(jīng)典的方法就是用熱敏電阻（或熱敏傳感器）組成電橋來采集信號，再經(jīng)放大， A/D轉(zhuǎn)換后送單片機。為了簡化電路，降低成本，本設(shè)計采用了溫度 /頻率轉(zhuǎn)換測溫法，直接將溫度信息轉(zhuǎn)換成頻率信號，用單片機測出頻率大小，從而間接測出溫度值，溫度 /頻率轉(zhuǎn)換電路簡單可靠且成本低廉。硬件的選擇和所選硬件的性能對系統(tǒng)的功能實現(xiàn)以及系統(tǒng)的精度都有直接的影響，系統(tǒng)的設(shè)計成功與否很大程度上取決于硬件系統(tǒng)的設(shè)汁。 單片機的選擇 方案一： 我們知道 8031 芯片內(nèi)部無 ROM，需要外擴程序存儲器 ,由此造成電路焊接的困難，況且使用 8031 還需要另外購買其他的芯片，如 A/D 轉(zhuǎn)換及定時 /計數(shù)器（ PWM）等芯河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 片，從而造成成本較高，不實用。這就是快熱式電熱水器加熱的基本方程式 。 方案一： 熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來達到測量目的。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡單、壽命長、易于維護、動態(tài)特性好等優(yōu)點。 方案二： 集成測溫傳 感器如： DS18B20，直接將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給單片機。 方案三： 溫度 /頻率轉(zhuǎn)化測溫法，直接將溫度信息轉(zhuǎn)換成頻率信號，用單片機測出頻率的大小，從而間接測出溫度值，溫度 /頻率轉(zhuǎn)換電路簡單可靠，成本低廉。 方案一： 運算放大器 LM324 帶有真差動輸入的四運算放大器。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應(yīng)用場 合中采用外部偏置元件的必要性。但用在本電路中接線較復(fù)雜，且價格昂貴所以不用。 驅(qū)動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。 方案二： 通過一個繼電器驅(qū)動，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，而且電路簡單，所以本方案采用。 方案二： 市電整流成 +5v電壓，由于 89C52對電源要求不甚嚴格，市電來源方便，且經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓也較可靠，較經(jīng)濟實惠，所以采用此方案。 方案一： LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，多片七段譯碼器驅(qū)動顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機多個 I/O 口，也給電路的焊接帶來一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊，所以排除此方案。采用動態(tài)掃描顯示，也就是在顯示過中，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，同一時刻只有一位顯示，其他各位熄滅。在動態(tài)顯示方式下 電路設(shè)計簡單，以采用。鍵盤設(shè)置在行、列線的交點上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。但線路較復(fù)雜，價格較昂貴。 方案二： 獨立式按鍵是指直接用輸入端口線構(gòu)成的單個按鍵電路，常用于需要少量幾個按鍵的計算機控制系統(tǒng)。采用輕觸式獨立小按鈕，即實用又方便，因為本電路對鍵盤的要求不高，所以采 用這種方案。 （ 4）調(diào)節(jié)功率 （ 5）檢測出水溫度，判斷是否繼續(xù)加熱 .。 快熱式電熱水器系統(tǒng)組成框圖 圖 快熱式電熱水器系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)控制算法的設(shè)計 實驗測試后建立的溫度 /頻率表是 0— 100c 溫度所對應(yīng)的頻率值。計算溫度 采用高效、準確的二分查找法。 2）假定測的溫度 Te 為最大值與最小值的中間值，即 T e=（ Tm+Ti） /2 河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 3）將實際測的頻率值 T0rig 與假定溫度 Te在表格中對應(yīng)的頻率 Tab[temp]相比較，如果相等，那么假定溫度就是當(dāng)前實際溫度，即完成查找。 6）若 TmTi.1 則重復(fù)第 2）， 3）， 4）， 5）步，直到查找完成。 河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 第 4 章 系統(tǒng)硬件單元電路的設(shè)計 本系統(tǒng)硬件電路主要包涵 :單片機，報警電 路、加熱控制電路、過零檢測電路和溫度檢測電路等部分。器件采用 ATMEL 公司的高密度非易失性存 儲技術(shù)制造兼容 MCS51 標準指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)芯片內(nèi)集成了 8bit 通用 中央處理器和 ISP Flash 存儲單元功能強大的 89C52 可為智能家用電熱水器控制系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 電熱水器控制器是以單片機為核心包括了檢測控制和人 機接口三個部分采用模塊化設(shè)計思想整個系統(tǒng)硬件電路包括單片機及其外圍電路鍵盤及顯示和片外存儲電河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 路溫度電壓以及流量檢測電路加熱護電路漏電檢測電路電源電壓和復(fù)位電路。 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。實用且很方便買到。 而溫度檢測部分很重要，所以采用 RC 震蕩電路，和 熱敏電阻組成的電路進行檢測，簡單并且成本很低，也很容易實現(xiàn)。此系統(tǒng)控制方案簡單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用 AT89C51 作為控制系統(tǒng)的主機。其與 80C51 引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖 1。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。當(dāng)使用片外存儲器（ ROM、 RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。 P0 口（作為總線時）能驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。在編程 /校驗期間，用于輸入低位字節(jié)地址。對于 80C51， —— T2，是定時器 的計數(shù)端且位輸入；—— T2EX，是定時器的外部輸入端。 P2 口 —— 8 位、準雙向 I/O 口。在編程 /校驗期間，接收高位字節(jié)地址。 P3 口 —— 8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 3．串行口 —— RXD（串行輸入口），輸入。 4．中斷 —— INT0 外部中斷 0，輸入。 5． 定時器 /計數(shù)器 —— T0 定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入，輸入。 6． 數(shù)據(jù)存儲器選通 —— WR 低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。 7．控制線 (共 4 根 ) 輸入： RST—— 復(fù)位輸入。 EA/Vpp—— 片外程序存儲器訪問允許信 號，低電平有效。 注意：在加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 輸入、輸出： ALE/PROG—— 地址鎖存允許信號，輸出。在 EPROM 編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（ PROG）。 當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機器周期中，當(dāng) PSEN 有效時 ，程序存儲器的內(nèi)容被送上 P0 口（數(shù)據(jù)總線）。 溫度傳感器及放大電路設(shè)計 溫度 /頻率變換電路由多諧振蕩器組成， R24 是一個熱敏電阻，當(dāng)溫度變化是引起它的阻值變化，因而電流發(fā)生變化，從而振蕩器的輸出頻率發(fā)生變化，所以通過頻率值可以求得溫度值。它的電路如圖 33 所示： 河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 R21MR310KR110KT12 2 0 / 9 vU 3 D7 4 L S 0 4Q18050220V1234D 2 ~ D 5I N 4 0 0 7 * 4P o r t+5G N D 圖 33 過零檢測電路 驅(qū)動電路的設(shè)計 加熱控制驅(qū)動電路：通過光耦二極管來控制加熱絲的導(dǎo)通，而加熱電阻通過發(fā)光二極管來顯示加熱于否，當(dāng)加熱時二極管發(fā)光，而不加熱時二極管不發(fā)光，其中利用熱繼電器來控制電路的通斷，當(dāng)通電時它的常開觸頭閉合，電路接通，電熱絲加熱，否則電路斷開。電路如圖 34所示： R7510R82 K / 1 WR 2 22 0 K / 2 WR 2 5h e e t e rQ6B T A 4 1U5M O C 3 0 2 3R 2 3L E D 1D6I N 4 0 0 7Q59012K1220VF1F U S EP o r t P o r t+5 圖 43 加熱控制驅(qū)動電路圖 河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 報警器驅(qū)動電路 ，電路圖 如圖 35所示 ： U45vR64 . 7 kQ29012+5G N DPort 圖 44 報警器驅(qū)動電路 路的設(shè)計 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)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。要想實現(xiàn)預(yù)設(shè)計的功能軟件的設(shè)計至關(guān)重要，必須認真考慮。經(jīng)過組合 :得到如下 3大函數(shù) ,再加上中斷函數(shù) (3 個 )一共可分為 4 大函數(shù) .分別如下 : 1:初始化函數(shù) , (void init ())這里面包括了液晶的初始化設(shè)置 ,和進入系統(tǒng)后 ,液晶要固定顯示的字符 ,中斷的設(shè)置 。將實用的子程序放在內(nèi)部。 程序流程圖如圖 所示： 圖 51 主程序流程圖 河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 顯示掃描子程序 顯示掃描子程 序完成兩位共陽數(shù)碼管的掃描顯示任務(wù)。系統(tǒng)程序利用外中斷 INT1 檢測