遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　深 圳 大 學</b></p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文（設計）</p><p>　　題目: 遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng) </p><p>　　——控制器部分 </p><p>　　姓名: </p><

2、p>　　專業(yè): 電子科學與技術 </p><p>　　學院: 電子科學與技術 </p><p>　　學號: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　職稱： 講師 </p><

3、p>　　20 年 5 月 19 日</p><p>　　深圳大學本科畢業(yè)論文（設計）誠信聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計），題目 《遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng)——控制器部分》 是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明。除此之外，本論文不包含任何其他

4、個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明的法律結果。</p><p>　　畢業(yè)論文（設計）作者簽名：方軍</p><p>　　日期： 20 年 5 月 20 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論5</b></p>

5、<p>　　1.1電熱水器發(fā)展現(xiàn)狀和課題的意義5</p><p>　　2總體方案設計6</p><p>　　2.1功能需求分析6</p><p>　　2.2總體方案6</p><p>　　3控制器硬件設計8</p><p>　　3.1硬件總體設計8</p><p

6、>　　3.2各硬件模塊的設計8</p><p>　　3.2.1單片機電路8</p><p>　　3.2.2溫度檢測和顯示電路9</p><p>　　3.2.3水位檢測和顯示電路11</p><p>　　3.2.4實時時鐘和顯示電路14</p><p>　　3.2.5電源、加熱和報警電路16

7、</p><p>　　4控制器軟件設計19</p><p>　　4.1軟件主程序設計19</p><p>　　4.2中斷函數(shù)程序流程21</p><p>　　4.3各功能模塊程序設計22</p><p>　　4.3.1水溫檢測程序流程22</p><p>　　4.3.2水位

8、檢測程序流程22</p><p>　　4.3.3實時時鐘程序流程23</p><p>　　5軟硬件調(diào)試25</p><p>　　5.1仿真平臺介紹25</p><p>　　5.2仿真步驟25</p><p>　　5.3仿真結果25</p><p>　　5.4硬件調(diào)試26

9、</p><p><b>　　6總結28</b></p><p>　　遙控式智能家用電熱水器控制系統(tǒng)——控制器部分</p><p>　　【摘要】電熱水器是家用電器中使用極為廣泛的其中一種，由于傳統(tǒng)的電熱水器的固有缺點，現(xiàn)在市場對于智能電熱水器的需求呼聲日漸提高。本論文設計的智能家用電熱水器的控制系統(tǒng)包括控制器部分和遙控器兩部分?？刂破魇且粋€

10、以AT89S52芯片為核心的單片機系統(tǒng)，外圍電路包括水溫傳感、水位傳感、時鐘電路、報警電路、LED顯示等模塊?？刂破鞯腖ED上顯示時間以及水溫信息。通過遙控器可方便地對熱水器進行時間及溫度的設置，使得熱水器的安裝不受高度限制。而控制器能于設定的時間開始加熱，并且讓水溫保持在設定的溫度上。電熱水器控制的人性化和智能化滿足人們對于電熱水器的現(xiàn)時要求，具有廣闊的市場空間。</p><p>　　【關鍵詞】電熱水器；溫度檢

11、測；水位檢測；智能控制</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　電熱水器發(fā)展現(xiàn)狀和課題的意義</p><p>　　以電作為能源進行加熱的熱水器通常稱為電熱水器。熱水器是一種可供浴室、洗手間及廚房使用的家用電器。目前市場上熱水器主要品種有電熱水器、太陽能熱水器、燃氣熱水器。就中國的具體情況而言,由于太陽能熱水器的使用受天氣原

12、因的限制，使用范圍狹窄；燃氣熱水器由于以石油、天然氣為燃料，而燃料供應量又難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，且不利于環(huán)境，因此電熱水器越來越受到消費者的青睞【1】。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。該中心預計，在城市電網(wǎng)更大范圍改造和城市住房市場大規(guī)模啟動的帶動下，幾年來我國電熱水器市場將呈現(xiàn)強勁增長勢頭【2】。</p><p>　　目

13、前，在我國市場上出現(xiàn)電熱水器由傳統(tǒng)的機械式電熱水器和智能電熱水器兩種。傳統(tǒng)的機械式電熱水器由于沒有MCU芯片的參與,一般只有簡單的測量和控制,難以滿足人們對現(xiàn)代電器的要求[3]。市場上的出現(xiàn)的智能電熱水器品牌眾多，各自產(chǎn)品的功能也是也是十分先進，比如帥康DSF-60DEY型號的電熱水器具有微電腦控制功能、三管加熱系統(tǒng)、分層精控加熱模式，可精確控制加熱水量，洗手、洗菜等少量用水時，可僅加熱1/4膽水，更加快速便捷。還有海爾FCD－JTHM

14、G50型號的電熱水器具備遠程控制功能，通過因特網(wǎng)、手機短信和移動/固定電話等網(wǎng)絡，主人可以在任何時間、任何地點遠程操作家里的熱水器。它還能夠根據(jù)用戶上一周的用水習慣自動提前加熱。西門子DG10120TI型號的電熱水器具有 ELCB智能安全保護 、 線路故障保護 、防凍結保護 、 強弱電分離保護 、 故障自檢等眾多特點。</p><p>

15、;　　可以看到目前在我國市場上的的智能電熱水器，不管是國內(nèi)品牌還是國外品牌都具有了很多先進的智能化功能，然而這些產(chǎn)品還沒有用到遙控器，這樣在使用起來就有些限制，人必須通過接觸電熱水器才能接觸控制電熱水器，這就限制了電熱水器的安裝高度和使用距離。有些是通過微波與電熱水器通信，這樣固然比遙控器更加方便，通信距離也更遠，但是這樣做的成本很高，增加人們的購買負擔。</p><p>　　本課題設計的電熱水器的控制器不僅可以

16、讓電熱水器具備顯示溫度、顯示當前時間、預約加熱、報警、防高溫、防干燒、恒溫多種功能，而且還有遙控器，可以讓人們無需接觸就可以控制電熱水器，同時增加的負擔也不大，符合電熱水器的發(fā)展趨勢。</p><p>　　這款智能電熱水器的控制系統(tǒng)包括控制器和遙控器兩部分，分別由我和李浩同學完成，所以在以后的內(nèi)容中我就重點闡述我負責的控制器部分。</p><p><b>　　總體方案設計<

17、/b></p><p><b>　　功能需求分析</b></p><p>　　作為一款智能電熱水器的控制器，它要有一般電熱水器的基本加熱功能外，還要有一些其他的功能體現(xiàn)它的智能化的特點。所以在此要求的基礎上，這款控制器要可以實時檢測水溫并顯示；它還要提供給用戶水箱內(nèi)水位的信息，并在水位過低時給出警示，確保加熱安全；同時它還要能夠滿足用戶“預約”的要求。除以上功能

18、外，這款控制器還要有一些確保使用安全的功能，它要可以防止干燒，防止水溫過高，可以恒溫、調(diào)溫；同時這款電熱水器的使用條件要用更大的自由度，它可以放在相對較高的位置，這樣直接觸摸控制就很不方便，所以就要有一個遙控器。</p><p>　　根據(jù)以上要求，本課題設計的智能電熱水器的控制器要實現(xiàn)的功能歸納有以下幾個：</p><p>　　對溫度精確控制,可用高清晰度的數(shù)碼管進行實時顯示；</p

19、><p>　　可靠的水位采集電路，實時采集水位供查詢時進行顯示，當水位過低時給出 提示并停止加熱，防止干燒；</p><p>　　具有定時定溫加熱功能，用省時節(jié)能的方式準時加熱到特定溫度，既可免去 等待燒水的時間,又避開用電高峰,節(jié)約電費；</p><p>　　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、防超高溫等多項自檢功能，使

20、用戶在使用過程中安全更有保障；</p><p>　　配備遙控器，操作更加方便。</p><p><b>　　總體方案</b></p><p>　　依據(jù)上面的功能要求，控制器的整體結構可以分為以下幾個部分：單片機、水溫檢測和顯示電路模塊、水位檢測和顯示電路模塊、實時時鐘電路模塊、報警電路模塊、電源電路和加熱電路模塊。具體的電路結構如圖2-1。&l

21、t;/p><p><b>　　控制器硬件設計</b></p><p><b>　　硬件總體設計</b></p><p>　　單片機選用AT89S52，這種單片機的優(yōu)點眾多，使用ATMEL 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器【4】。具體功能如下：&

22、lt;/p><p>　　8K字節(jié)可編程Flash存儲器，至少1000次擦寫周期。</p><p>　　全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz。頻率范圍更大，速度更快。</p><p>　　256字節(jié)RAM，32個雙向I/O口。</p><p>　　8個中斷源，包括3個定時器/計數(shù)器中斷、2個外部中斷和2個串行中斷， 完 全可以滿足對中斷源的要求。<

23、/p><p>　　AT89S52的8K字節(jié)的Flash存儲器可以滿足程序大小的需要，而32個雙向I/O口也可以滿足各個電路模塊對于數(shù)據(jù)口的要求，同時中斷個數(shù)也能夠滿足系統(tǒng)的要求【5】。</p><p>　　對于水溫模塊可以采用一個DS18B20溫度傳感器采集水溫信息；水位檢測模塊將采用一個簡易的水位檢測電路和一個ADC0804A/D轉(zhuǎn)換芯片將采集的水位信號傳給單片機；對于時鐘電路，將采用一個D

24、S1302實時時鐘芯片產(chǎn)生準確的時鐘信號；各個電路模塊的顯示部分將通過LED數(shù)碼管顯示的方式給予顯示；報警電路將用一個蜂鳴器與單片機連接；電源電路將使用一個220V/9V變壓器、電橋、7805芯片，最后輸出5V的可用電壓；加熱電路將用一個光電耦合器芯片MOC3023和加熱絲相連，這樣可以滿足單片機對加熱電路的控制，加熱時用的是220V的市電。</p><p><b>　　各硬件模塊的設計</b&g

25、t;</p><p><b>　　單片機電路</b></p><p>　　單片機電路如圖3-1所示，電路中比較重要的就是晶振的選擇，我在這里選擇12MHz的，這樣單片機執(zhí)行一條指令剛好是1us。因為一條指令周期=機器周期×12，而機器周期剛好是所選晶振的周期，這里就是us，所以可以得到以上結果。</p><p><b>　　

26、溫度檢測和顯示電路</b></p><p>　　要實現(xiàn)溫度檢測的作用最簡單而且最有效的辦法就是運用一個溫度傳感器，讓溫度傳感器檢測的水溫信號傳給單片機，由單片機來分析處理。溫度傳感器種類眾多，主要有四種類型：熱電偶、熱敏電阻、光纖溫度傳感器和集成溫度傳感器，集成溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。</p><p>　　熱電偶溫度傳感器的優(yōu)點是：測量精度高。因熱電偶直接與

27、被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響；測量范圍廣，常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）；構造簡單，使用方便，熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。但是熱電偶傳感器也有缺點：它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，不適合測量微小的溫度變化，而且輸出的是模擬電信號。</p><

28、;p>　　熱電阻溫度傳感器的優(yōu)點是抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓、使用壽命長，缺點是通過的電流有限，因為自身的熱噪聲會影響測量精度，還有就是輸出的也是模擬電信號。</p><p>　　光纖溫度傳感器有體積小，靈敏度高，工作可靠、抗電磁干擾的優(yōu)點，但是它的電路復雜、造價高。</p><p>　　集成溫度傳感器準確度更高，體積更小，功耗更低，線性好，使用時電路簡單更加適合在集成電路系

29、統(tǒng)中應用。集成溫度傳感器又有模擬輸出的和數(shù)字輸出的。模擬溫度傳感器是將溫度信號轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號輸出；數(shù)字溫度傳感器的輸出不是電壓或電流式模擬信號，而是直接在傳感器內(nèi)部將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號直接輸出。</p><p>　　考慮到搭建溫度檢測電路的簡便性和易用性，我選擇數(shù)字式的集成溫度傳感器，因為它相比其他類型的溫度傳感器，它的體積更小、功耗很低、靈敏度更高，而且電路簡單，之所以沒有選擇模擬式溫度傳感器是因為

30、數(shù)字式輸出的直接是數(shù)字信號，而數(shù)字信號是可以直接被單片機接收并處理的，模擬信號則需要再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換（模數(shù)轉(zhuǎn)換）才能被單片機接收處理，這樣就無疑增加了電路的復雜度、程序的復雜性和溫度檢測的靈敏度和精度，又會增加電路的成本。基于以上理由選擇數(shù)字式溫度傳感器是最好的。</p><p>　　在數(shù)字式溫度傳感器中我選擇具有代表性的DS18B20溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國DALLAS公司的產(chǎn)品，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便

31、，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域，并且有適合本課題用的防水型封裝的產(chǎn)品，這一點至關重要。還有一些重要的特點就是：</p><p>　　獨特的單線接口方式，DS18B20在與單片機連接時僅需要一個I/O口即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　測溫范圍從-55°C 到 +125°C，而且在溫度范圍-10°C 到+

32、85°C內(nèi)測溫精度為±0.5°C。這一區(qū)間剛好可以滿足我對測量熱水水溫的要求。</p><p>　　工作電壓范圍3.0～5.5V，符合一般數(shù)字電路供電要求。</p><p>　　在使用時不需要任何外圍電路。這一點也特別重要，因為它大大簡化了電路，可以降低使用者在設計電路和使用電路時的難度，特別是在后期檢查電路時節(jié)省了很多時間，電路簡單同時也代表電路的穩(wěn)定性好，

33、精度更高。</p><p>　　分辨率從9位到12位，用戶可以自己選擇設定。</p><p>　　廣泛使用。這一點也是很重要的，因為這方便我在使用DS18B20時可以很方便的查找相關的資料。</p><p>　　具體的電路如圖3-2，溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)口連接到單片機的P3.2口上。</p><p>　　顯示溫度的介質(zhì)通常情況下可以選

34、擇LCD顯示和LED數(shù)碼管顯示。LCD顯示外觀更加好看，電路集成度比較高，顯示內(nèi)容豐富，但是價格過于昂貴，可以達到LED的幾倍；而LED顯示的價格便宜，雖然電路稍微復雜，但是也沒有很大的難度，不屬于設計電路的難點，使用頻率也很高，而外觀方面屬于次要內(nèi)容，所以最后選擇用LED顯示?？紤]到熱水器內(nèi)的水溫不會超過100°C，也不會低于0°C，所以只需要兩個LED數(shù)碼管就可以完全滿足電路需要。</p><

35、p>　　溫度顯示的實現(xiàn)方法有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是占有CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制，顯示程序比較簡單；缺點是硬件電路比較復雜，占用單片機的I/O口多。動態(tài)顯示特點就是用位選信號來控制數(shù)碼管的亮滅，利用人眼的視覺暫留作用采用快速掃描的方式來顯示內(nèi)容，優(yōu)點就是可以節(jié)省很多I/O口，電路簡單，是使用最多的一種顯示方式，缺點就是顯示程序稍微復雜。考慮到本課題中單片機的I/O口會大量使用，我采用動態(tài)掃描顯示。同時在數(shù)碼管的

36、類型上選擇共陽極數(shù)碼管。</p><p>　　具體的溫度顯示電路如圖3-3，這里數(shù)碼管7號引腳是控制那個紅點的，在本電路中不需要那個紅點工作，所以不需要將它也接在I/O口上，這樣做還可以省下一個I/O，供其他電路部分使用。數(shù)碼管與單片機之間接一個510Ω的排阻，然后接入P0.0～P0.6，作數(shù)據(jù)通信，P0.7另作其他用途。數(shù)碼管的片選由單片機的P3.1口和P3.2口控制。</p><p>

37、<b>　　水位檢測和顯示電路</b></p><p>　　水位檢測的方法有很多，最常用的有電極式水位檢測電路，其整體構思如圖1，脈沖信號先傳給電極0，電極1～N依待測水位的高低適當選定長度。隨著水位的高低變化，脈動信號會通過電極0傳遞到水中。此信號又經(jīng)浸入水中的電極進入信號處理電路，把各電極接收到的信號進行分辨處理變成幅值能反映水位高低的脈動信號。此脈動信號進入到信號保持電路，把脈動信號的

38、幅值保持下來，變成一個相對比較穩(wěn)定的直流信號。此信號再進入到水位顯示及水位處理電路，把檢測到的水位信號經(jīng)該電路處理【7】。如圖3-4：</p><p>　　其他的還有可以利用壓力傳感器來檢測，這種方法可以連續(xù)檢測水位，并且電路簡單，其他的還有超聲波水位檢測，但這些都不很實際，不予考慮。在本課題中，水位不需要連續(xù)檢測，只需要檢測三個水位，依次是：高水位、中水位和低水位，而且壓力傳感器是需要自己花錢購買的，所以采用相

39、對經(jīng)濟的辦法——電極式，可以節(jié)省成本，而且對于實現(xiàn)水位檢測這一功能也沒有妨礙，是最佳的辦法。在實際搭建電路的過程中，我發(fā)現(xiàn)電極式一個很重要的缺點就是要在電路中懸空電極，這對于實際使用很不利，也很不方便，所以我根據(jù)實際使用的便利性對電極式水位檢測系統(tǒng)作了一些必要的改正。具體電路如圖3-5，當水同時浸沒三個電阻時，即R21、R23、R26全部浸入水中時水位為“高”；當R23、R26浸入水中時水位為“中”；當只有R26浸入水中時水位為“低”。

40、</p><p>　　當水位檢測電路在水位不同時輸出不同的電壓值，而這個電壓值通過A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后傳遞給單片機，單片機就會處理這些信號。在實際使用這個電路時，由于水質(zhì)或者其他方面的差異，在水箱中的水分別處于“高”、“中”、“低”三個水位時，不同的使用環(huán)境下都有可能得到不同的電壓值，也就是最終在單片機I/O口上得到不同的數(shù)字信號，所以在使用時要對三個水位電壓進行提前測量并標定，讓水量處于三個水位時

41、輸出的是一個小幅度的電壓范圍，而不是一個固定的電壓值，相對于I/O口來說就是一個數(shù)字量的范圍而不是一個單一不變的數(shù)字量。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換芯片可以采用ADC0804，其功能如下【8】：</p><p>　　屬于8位逐次逼近CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>　　內(nèi)部具有時鐘發(fā)生器，轉(zhuǎn)換時間可達100ns。</p><p>　

42、　輸入電壓范圍0V～5V，輸入模擬電源可為5V。</p><p>　　內(nèi)部有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，可以直接與單片機數(shù)據(jù)口相連。</p><p>　　從以上的特點可以看出ADC0804符合電路的要求。具體的水位檢測電路如圖3-6，三極管選用NPN型S8050，放大倍數(shù)達到203。A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0804的數(shù)據(jù)輸出口連接到單片機的P2口，參考電壓標定為2.5V。是芯片的片選端，將其接地就可以保證

43、芯片永遠處于選通狀態(tài)；是芯片的讀信號端，將其與單片機的P3.7相連，單片機可以給ADC0804信號表示將要讀芯片的數(shù)據(jù)；是芯片的寫信號端，與單片機的P3.6口相連，單片機通過它給ADC0804信號表示將向其寫數(shù)據(jù)。是芯片的中斷請求端，但本電路中ADC0804與單片機的通信不用中斷模式，故將其懸空不接入電路。</p><p>　　水位顯示電路可以采用三個發(fā)光二極管連接在單片機的三個I/O口上，通過程序讓單片機可以根

44、據(jù)水位檢測電路的不同水位時的數(shù)字量來使表示相應水位發(fā)光二極管亮。這個電路簡單易行，之所以沒有采用直接將發(fā)光二極管連接到水位檢測電路中的方法，是因為在這種方法下我一直都沒有找到一次亮一個二極管的解決辦法。在這個方法下，當水位由低到高依次升高時，首先是“低”水位二極管亮，接著是“低”水位二極管和“中”水位二極管亮，最后是三個二極管都亮，這種方法顯然不符合人們的使用習慣，故棄之不用。我所采用的辦法可以很好的解決這個問題，因為在程序中規(guī)定單片機

45、只能根據(jù)水位信號來讓一只二極管發(fā)光，符合人們的習慣，雖然在電路上和程序上要多做一些事情，但這是必須的。</p><p>　　具體電路如圖3-7，電路中LED發(fā)光二極管D4表示“高”水位，D5表示“中”水位，D6表示“低”水位。</p><p><b>　　實時時鐘和顯示電路</b></p><p>　　因為這款電熱水器的功能要有人性化的優(yōu)點，要

46、滿足用戶提前對熱水器“預約”的需要，所以就要有一個實時時鐘來讓使用者可以根據(jù)自己的安排來讓電熱水器在幾點幾分開始加熱熱水，這樣可以讓使用者極大的節(jié)約自己的時間，又可以讓用戶有意的規(guī)避城市的用電高峰期，實時時鐘也可以讓單片機有一個判定是否到了加熱時刻的依據(jù)，所以實時時鐘對整個電路都是必要的。</p><p>　　實時時鐘顯示的方式有兩種：</p><p>　　用軟件實現(xiàn)。用軟件計時有個很大的

47、優(yōu)點就是不用專門的時鐘電路，所以在電路設計上可以省下一大塊。但是它的固有缺點又限制了它在本設計中的使用。用軟件計時就是用單片機的定時器中斷用程序語句來產(chǎn)生一個1s中斷，但是單片機在執(zhí)行不同語句時的時間長短不是恒定的，所以這樣很容易產(chǎn)生一個很小的誤差，而這樣的誤差是可以累積成一個很大的誤差，這對于長時間、準確及時來說是堅決不允許的，所以這種方式不可行。</p><p>　　用硬件實現(xiàn)。用硬件就要選擇一個時鐘芯片與單

48、片機進行時鐘通信，這里選擇我們?nèi)粘：艹Ｓ玫臅r鐘芯片DS1302，它也是美國DALLAS公司推出的具有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘芯片，具有很多很實用的優(yōu)點：</p><p>　　它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能，并且是12小時制和24小時制可選的，可以滿足使用者對時鐘的各種要求。</p><p>　　簡單的三線接口，只有一個串口的I/O，與單片機接

49、連簡單，節(jié)省單片機的I/O口。</p><p>　　工作電壓范圍2.0V～5.5V，在芯片電壓為2.0V時，內(nèi)部工作電流低于300nA。</p><p>　　可接外部后備電池，可以防止在芯片斷電后時鐘丟失。斷電后芯片在后備電池的供電下，時鐘繼續(xù)計時，當重新接電后無須重新修正時鐘，方便使用。</p><p>　　外圍電路簡單，搭建電路很容易。</p>&

50、lt;p>　　廣泛使用，可參考的資料很多。</p><p>　　基于以上理由，選擇使用硬件來計時的實時時鐘、選擇DS1302作為本電路的時鐘芯片是正確的。具體的電路圖如圖3-8，DS1302的晶振選用規(guī)定的32.768KHz的， VCC1口接3.6V的備用電池以防止主電源斷電。是芯片的復位端，芯片工作時此端必須接高電平，接單片機的P2.5口。SCLK口是DS1302的輸入口，接受來自單片機的信號控制DS13

51、02的I/O口是讀入還是輸出，接單片機的P2.4口。DS1302的I/O口接P3.4用于和單片機的通信。</p><p>　　上文已經(jīng)論證過兩種顯示方式——LCD顯示和LED數(shù)碼管顯示——的特點與優(yōu)劣，并且決定選擇LED數(shù)碼管顯示方式，為了電路中器件盡量的相同性，在實時時鐘的顯示上也選擇相同的方式，并且也采用動態(tài)掃描的方式，數(shù)碼管選擇共陽極的。由于用戶在定時加熱時，年、月、日、秒這些信息對其是無用的，所以可以不予

52、顯示，我們只需要顯示出小時和分鐘這兩個信息，這樣四只數(shù)碼管就可以滿足要求。</p><p>　　具體的電路如圖3-9，數(shù)碼管和單片機的連接和溫度顯示電路是一樣的，但是數(shù)碼管這次連單片機的P1.0～P1.6口。在時鐘顯示電路中，DS6和DS5數(shù)碼管表示時鐘的“分鐘”單位，DS4和DS3表示“小時”單位。數(shù)碼管的片選分別接單片機的P2.1、P2.1、P2.2和P2.3。</p><p>　　電

53、源、加熱和報警電路</p><p><b>　　電源電路</b></p><p>　　因為市電是220V的，而單片機和其他芯片的要求電壓是5V左右，所以要有一個電源電路來提供合適的電壓。電路的結構如下圖3-10所示：</p><p>　　220V/9V變壓器在電子市場可以很容易的買到，橋式整流電路我選用4個IN4007整流二極管搭建一個電橋，中

54、間經(jīng)過一些電容濾波，然后經(jīng)過一個L7895C芯片就可以得到輸出5V的電壓。這個電路比較簡單，但是可以滿足電路對電源的要求。具體的電路圖如圖3-11。</p><p>　　電橋是用四個IN4007整流二極管構成的，在與L7805C之間接入兩個電容值分別為1000uF和0.1uF的電容可以起到濾波的作用，可以讓電壓更加平穩(wěn)。9V的電源經(jīng)過L7805C后就可以輸出5V的電壓，供電路使用。</p><

55、p><b>　　加熱電路</b></p><p>　　因為加熱電路的加熱電源是220V的交流電，并非是單片機直接供電，而單片機需要控制加熱電路什么時候加熱，什么時候停止加熱，所以我們必須在加熱絲和單片機之間加上一個光電耦合器芯片MOC3023和一個雙向可控硅芯片BTA41，這樣單片機就可以控制加熱絲是否要通電，這樣就搭建了一個可控的加熱電路。電路如圖3-12：</p>&

56、lt;p>　　MOC3023是一個光耦合器芯片，與單片機的P0.7口相連，從其內(nèi)部結構知道當P0.7口處于低電平時，其內(nèi)部的LED燈亮，然后芯片就處于導通狀態(tài)，電熱絲R4就會通過電流進行加熱。BTA41是一個雙向可控硅芯片。</p><p><b>　　報警電路</b></p><p>　　報警電路在單片機接受到水位信號處于“低”是會發(fā)出蜂鳴聲。具體的電路如圖3

57、-13，蜂鳴器通過一個三極管連接到單片機的P1.7口上。</p><p><b>　　控制器軟件設計</b></p><p><b>　　軟件主程序設計</b></p><p>　　主程序流程圖如圖4-1， 程序開始時對AT89S52單片機、DS18B20溫度傳感器和DS1302時鐘芯片進行初始化，然后調(diào)用溫度檢測、水位檢

58、測子函數(shù)采集溫度和水位信號，然后單片機控制顯示電路顯示溫度、水位并讀取和顯示時鐘芯片的時鐘，同時單片機還控制加熱電路是否加熱。如果有外部遙控器中斷請求，單片機將響應并執(zhí)行相應的中斷函數(shù)。</p><p><b>　　中斷函數(shù)程序流程</b></p><p>　　當遙控器有按鍵按下時，單片機將響應外部中斷并執(zhí)行中斷函數(shù)，具體流程如圖4-2。</p><

59、;p>　　各功能模塊程序設計 </p><p><b>　　水溫檢測程序流程</b></p><p>　　如圖4-3，水溫檢測程序時當單片機在采集水溫信息時要調(diào)用的子函數(shù)。程序在讀出傳感器溫度后隨即進行轉(zhuǎn)換，因為讀出的溫度值是二進制的，需要轉(zhuǎn)換成BCD碼表示的溫度值。</p><p><b>　　水位檢測程序流程</b&g

60、t;</p><p>　　如圖4-4，水位檢測程序會在單片機采集水位信號時被調(diào)用，程序中用定時器0進行定時，規(guī)定2s檢測一次水位信號，電壓信號通過AD轉(zhuǎn)換后再由單片機讀取。</p><p><b>　　實時時鐘程序流程</b></p><p>　　如圖4-5，這個子程序開始時需設置一下初始時間，然后再讀芯片內(nèi)的時鐘值，并作數(shù)值處理，分離分鐘和小

61、時值的個位與十位以便顯示。</p><p><b>　　軟硬件調(diào)試</b></p><p>　　寫好的程序功能能否在設計的硬件上如愿以償?shù)貙崿F(xiàn)呢？當然硬件和軟件的仿真調(diào)試是單片機開發(fā)必不可少的步驟。本文設計的硬件和軟件調(diào)試在Proteus軟件來完成。</p><p><b>　　仿真平臺介紹</b></p>

62、<p>　　Proteus是一款新穎的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設計仿真平臺，特別適用于單片機仿真，能夠在線、實時仿真多種類型的單片機，諸如MCS-51系列單片機、PIC單片機、AVR單片機等，能夠像硬件仿真器一樣進行軟硬件調(diào)試，而沒必要花錢去購買和維護價格不菲的仿真器，對于初學單片機的人來說，既減少了學習成本，又達到了良好的學習效果。用Proteus仿真單片機硬件投入少，Proteus所提供的元件庫中，大部分可以直接用于接口電路的搭建

63、，同時該軟件所提供的儀表，不管在質(zhì)量還是數(shù)量上，都是可靠和經(jīng)濟的。</p><p><b>　　仿真步驟</b></p><p>　　要在Proteus中仿真電路首先需要在軟件中新建并保存一個文件，然后在元件庫中找到所需的元件，排列好元件的位置，然后對元件的各個接口進行電氣連接。當電路搭建完成之后就可以雙擊單片機打開一個“edit component”窗口，然后加載在

64、Keil編譯程序時生成的Hex文件，點擊OK后關閉此窗口后點擊“調(diào)試”菜單中的“執(zhí)行”選項或者是直接按下F12，就可以觀察到程序仿真的結果了。</p><p><b>　　仿真結果</b></p><p>　　首先調(diào)試的是水溫檢測程序，其結果如圖5-1和圖5-2：</p><p>　　然后是實時時鐘程序調(diào)試結果，如圖4-2:</p>

65、<p><b>　　硬件調(diào)試</b></p><p>　　實時時鐘的硬件調(diào)試結果如圖5-3，時鐘以24小時制顯示時鐘。</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　在畢業(yè)設計中，硬件方面我搭建了硬件電路，具體有：單片機電路、水溫檢測和顯示電路、水位檢測和顯示電路、實時時鐘和顯示電路、5V電源

66、電路、加熱電路。軟件方面我編寫基于DS18B20傳感器的溫度檢測和顯示C語言程序、基于DS1302時鐘芯片的實時時鐘和顯示程序，還編寫了水位檢測和顯示程序和加熱程序。其中在proteus軟件上成功調(diào)試了溫度檢測和顯示、實時時鐘和顯示程序，兩者都能夠在軟件上很好的實現(xiàn)各自的功能，溫度程序可以穩(wěn)定的在數(shù)碼管上顯示準確的溫度值，時鐘程序也可以準確的顯示時鐘。由于時間的緊迫，程序沒有時間在自己的電路上調(diào)試，水位檢測的程序也沒能夠程序調(diào)試。<

67、;/p><p>　　這款電熱水器還有很大的改進空間，比如以后可以將控制器的紅外遙控改進為微波遙控，這樣通信的距離更廣，更方便操作。通過做這個畢業(yè)設計，大大的提高了我單片機硬件電路和軟件編寫、調(diào)試方面的水平，鍛煉了我的動手能力，是對自身能力的巨大提升。</p><p>　　【1】苗紅蕾，一款新型的智能家用電熱水器，邢臺職業(yè)技術學院學報第22卷第1期，2005年2月</p><

68、p>　　【2】 劉坡、鄭素麗、陳樂君，智能家用電熱水器控制，http://www.motorola.com.cn/semico-</p><p>　　nductors/mcudsp/doc/A11149_B1.pdf</p><p>　　【3】王福源、王瑋、侯均衡，智能型電熱水器的控制系統(tǒng)設計，三峽大學學報（自然大學學版）第24卷第6期，2002年12月</p><

69、;p>　　【4】 Jan Axelson，The Microcontroller Idea Book，http://www.lvr.com/files/mibch1.pdf</p><p>　　【5】kenneth J.Ayala 《The 8051 Microcontroller-architecture,programming and applications》，WEST PUBLISHING COMP

70、ANY ,1991年，第4頁</p><p>　　【6】李光飛、李良兒、樓然苗等，《單片機C程序設計實例指導》，北京航天航空大學出版社2005年9月，46頁。</p><p>　　【7】 張紹良，長壽命電極水位檢測電路 ，《電子制作》2004年第5期14～16頁</p><p>　　【8】郁玉龍、趙寧盧、洪武，用AT89C51單片機設計智能家用電熱水器，《實用電子制

71、作》2007年10月刊33～35頁。</p><p>　　【9】李光飛、李良兒、樓然苗等，《單片機C程序設計實例指導》，北京航天航空大學出版社2005年9月，182頁。</p><p>　　【10】 李光飛、李良兒、樓然苗等，《單片機C程序設計實例指導》，北京航天航空大學出版社2005年9月，183頁。</p><p>　　致謝：在做畢業(yè)設計過程中，感謝我的導師丁金

72、妃老師給我的大力幫助，由于丁老師平時不懈的督促，讓我在做畢業(yè)設計時充滿壓力和動力。雖然也經(jīng)常遇到一些不解的問題，但多虧老師的解答讓我及時的解決問題，一直把畢業(yè)設計做完。同時也很感謝我的搭檔李浩同學，由于他在我遇到問題時時常的提醒，熱心的提供很多相關的資料，才讓我更好的解決困難。在此我衷心的感謝我的導師丁金妃老師和我的搭檔李浩同學。</p><p>　　【Abstract】The electric water he

73、ater is the one of the most popular electric equipment. Because of the disadvantage of the old electric water heater, so the intellectualized-electric water heater is necessary. The control unit of the intellectualized-e

74、lectric water heater contains controller and remote control. Controller is a microcontroller system whose importance is a AT89S52, it has water-temperature sensor、water-level sensor、clock circuit、alarm circuit and LED d