智能型即热式热水器控制系统.doc

陕西国防学院机电工程系毕业论文

摘要
热水器可分为燃气式、电热式和太阳能三大类；电热式热水器又可分为储水式和即热式两种；即热式热水器又可分为电热管和电热膜两种。总体来讲，电热水器，特别是即热式热水器已逐渐成为家庭生活时尚。其特点是安全、出热水快、节水节能、体积小、价格低，唯一的缺点是功率容量大，功率6KW/220V时，电流达27.3A，这是即开即热特点所决定的。本设计的主要特点是恒温以及温度可调。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而进一步提高产品的质量。本设计运用80C51单片机系统为主控制芯片。其外围电路主要由水温检测和A/D转换、晶闸管控制、水温和状态显示、按键输入以及稳压电源等部分组成。
关键字：温度控制80C51A/D转换

系统介绍
系统原理
该热水器的工作原理为：温度传感器及有关电路将电热水器出口温度转化为电压，单片机利用本身具有的A/D转换器将测得的模拟量转换为数字量，再转化为与之对应的温度值。与设定的温度相比较后，以偏差及其变化量为输入、加热量为输出，就可达到温度自调的目的，并加以显示。其主控电路原理图如下：

方案论证
基于上述原理该系统具有对温度的精确控制、能显示当前时间热水器的实际温度以及自动检测热水器是否处于正常工作状态，并具有调温、恒温、防超高温等多项自检功能，使用户在使用过程中安全更有保障。
水温检测电路
按键输入电路
水温和状态显示电路
本设计中选的显示器是LED，显示方法是静态显示。而常用的显示器件有：(1)显示和记录仪表；（2）CRT显示终端；（3）LED或LCD显示器；（4）大屏幕显示器。在这些显示方法中，显示和记录仪表能连续进行显示和记录。但它的价钱比较贵，且为模拟显示，读数不方便，有一定的误差，所以它只适用于企业的技术改造，在新设计的微型计算机系统中不宜采用。CTR它直观、灵活，不但可显示数字，而且可以显示画面及报表；但系统比较复杂，价格也比较贵，所以多用于大、中型控制系统中。大屏幕显示具有显示清晰、视觉范围宽广等优点，主要用于车站、码头、体育场馆、大型生产装置的现场显示。LED数码管由于具有结构简单，体积小，功耗低，响应速度快，易于匹配，寿命长，可靠性高等优点。虽然LCD也有这些优点但它价格比LED贵。所以本设计选LED。在微型计算机控制系统中常用的显示方法有：（1）动态显示；（2）静态显示。动态显示的优点是使用硬件少，价格低，线路简单。但它占用机时长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。因此是计算机的开销增大。静态显示占用机时少，显示可靠，只要不送入新的数据，则显示值不变同时用起来也比较方便。因此本设计选用静态显示。
芯片介绍
本设计采用的单片机是89C51，89C51单片机的封装共分为DIP、PLCC及PQEP3种形式，常用DIP封装方式。其外形及引脚如下图所示：

89C51单片机共40个引脚，大致可分为4类：
（1）电源引脚。
Vcc（40脚）：电源端，+5V。
Vss（20脚）：接地端（GND）。
（2）时钟电路引脚。
XTAL1（19脚)：外接晶振输入端。
XTAL2（18脚）：外接晶振输出端。
（3）I/O引脚。
P0口（39脚~32脚）：P0.0~P0.7统称为P0口。是一组8位漏极开路型双向I/O口，也是地址/数据总线复用口。
P1口（1脚~8脚）：P1.0~P1.7统称为P1口。是一组内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，可驱动4个TTL门电路。
P2口（21脚~28脚）：P2.0~P2.7统称为P2口。是一组内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，可驱动4个TTL门电路。
P3口（10脚~17脚）：P3.0~P3.7统称为P3口。是一组内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，且该端口每个引脚具有第二功能。
（4）控制线引脚。
RST：复位端。
EA/Vpp（31脚）：片外程序存储器选择端/Flash存储器编程电源。
ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许端/编程脉冲输入端。
PSEN（29脚）：读片外程序存储器选通信号输出端。
硬件设计
电源部分的设计
一组交流输入通过桥式整流电路，输出4种电压：+12V、+6.8V、+5V、-0.7V。+12V用于继电器线圈电源（图中未画出）；+6.8V和-0.7V用于运放正负电源（线性更可靠）；+5V用于89C51及其余元件工作电源。

水温检测和A/D转换电路
在本设计中水温检测和A/D转换电路是一个配套电路，因为水温检测电路所检测出的温度是一个连续变化的量，即模拟量。而单片机处理的数据只能是数字量，所以数据在进入单片机之前，必须把模拟量转换成数字量（也即A/D转换）。
水温检测电路
水温检测电路主要由R4VD