基于单片机的电热水器温度控制系统设计

1、西北工业大学明德学院本科毕业设计论文摘 要随着科学技术和生产的快速发展，在生活中，温度成为了频繁出现的词汇。温度测量与控制也成为了生活生产中重要的一部分。在化工、石油、冶金等生产领域的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。除了这些部门之外，温度控制系统还广泛应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统。本文所设计的电热水器温度控制系统就采用AT89C51单片机为控制核心，利用AT89C51现有的接口来连接外围硬件模块,并通过DS18B20温度传感器准确的检测出当前的温度、DS1302实时时钟芯片实现显示时间的功能，并将所测到的温度数据传送给单片机进行分析处理。并由

2、LCD1602液晶屏显示温度值及实时时间。其中，系统软件设计中，分别预先设计好所需温度的上下限数值，并通过该上下限控制蜂鸣器的报警，再通过继电器的通断来决定电热丝是否加热，实现对温度的简单控制，达到预先设置范围内。关键词：AT89C51单片机，温度控制，LCD显示西北工业大学明德学院本科毕业设计论文AbstractWith the rapid development of science and technology and production, andin life, the temperature has become a frequently occurring words. Temp

3、erature measurement and control of production has also become an important part of life. Physical processes and chemical reactions in the chemical, petroleum, metallurgy and other production areas, the temperature is often a very important quantity that needs to be controlled accurately. In addition

4、 to these sectors, the temperature control system is also widely used in other areas, is a very versatile class of industrial control systems.In this paper, the design of the electric water heater temperature control system using AT89C51 microcontroller core, use AT89C51 existing interfaces to conne

5、ct peripheral hardware module, and through DS18B20 temperature sensor accurately detects the current temperature, DS1302 real-time clock chip display function, and the measured temperature data to the microcontroller for analysis. By LCD1602 display and real-time temperature. Among them, the system

6、software design, pre-designed upper and lower limit values were good the desired temperature, and through the upper and lower control buzzer alarm, and then through the relay off to determine whether the heating wire heating, simple control of the temperature reach the pre-set range.Keywords: AT89C5

7、1 microcontroller, temperature control, LCD display西北工业大学明德学院本科毕业设计论文目 录第一章 绪 论 . 51.1引言 . 51.2研究的背景及意义 . 51.3本文的主要研究内容和研究对象 . 6第二章 基于单片机的电热水器温度控制系统设计 . 72.1电热水器控制系统功能说明 . 72.2整体设计方案 . 7第三章 系统硬件结构设计 . 83.1系统整体设计线路图 . 83.2最小系统介绍 . 83.3温度采集电路方案 . 113.4继电器控制电路 . 153.5键盘电路 . 153.6实时时钟电路 . 163.7显示电路 . 18

8、3.8 温度报警电路 . 24第四章 系统软件设计 . 254.1 编程软件及编程语言的介绍 . 254.2主程序工作流程图 . 254.3 各模块子程序流程图 . 27第五章 系统的仿真 . 285.1 仿真软件 . 285.2 系统的仿真运行与分析 . 29西北工业大学明德学院本科毕业设计论文第六章 总结与展望 . 31参考文献 . 32致 谢 . 33毕业设计小结 . 34附 录 . 35附录一：电热水器温度控制系统电路图. 35附录二：系统软件编程. 35西北工业大学明德学院本科毕业设计论文第一章 绪 论1.1引言热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。目前市场上热水器主要品

9、种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器.就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制,使用范围狭窄；燃气热水器由于以石油、天然气为燃料，而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求，且不利于环境，因此电热水器越来越受到消费者的青睐。根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。该中心预计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。目前市场上的电热水器又连续水流式和贮水式，前者虽具有加热速度快和体积小的优点，但需要的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。而市

10、场上传统的机械式电热水器控制功能不完善,而且精度低、可靠性差，生活质量的提高使得消费者对电热水器要求越来越趋向于智能化和数字化，因此我们采用ATMEL生产的TC89S51单片机作为控制中心设计了这款智能家用电热水器。1.2研究的背景及意义由于消费水平的提高和人们对生活品质要求的提高，热水器已由一个高档的奢侈品成为一种必备的家庭用具，受到越来越多人的青睐。而电热水器已经成为今后热水器市场的发展方向。因为气价涨了，而电价却降了；电热水器使用安全、卫生、又无污染。今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头，其产品质量、技术水平、服务规范将不断提升，价格也会下降。我国过去的热水器市场一直以燃气热水器为

11、主，近年来电热水器逐渐占据了部分市场成为主导，并且代表了未来的发展趋势。随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发西北工业大学明德学院本科毕业设计论文展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到多点的温度检测，如果对其原理稍加改进，我们还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多

12、领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。1.3本文的主要研究内容和研究对象当今，单片机的技术已经非常成熟了，它集成度高、功能强、存储量大、速度快、抗干扰性强和指令丰富等的优点，使它的应用遍及各个领域。本系统设计一个基于用AT89C51的水温控制系统，能在一定的范围内采集监控水温，控制精度有所提升，同时具有较好的快速性，报警，显示等功能且价格低廉，具有很高

13、的工程应用价值和现实意义。整体设计思路：采用单片机AT89C51为核心。用温度传感器DS18B20采集温度变化信号，通过单片机处理后监控温度，并完成液晶显示、报警等操作；其中传感器用于检测实时水温，LCD显示屏用于显示采集的温度数值，当水温超过设定值时，报警装置进行报警，加热器停止加热；当水温低于设定值时，加热开关断开，温度回落。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文第二章 基于单片机的电热水器温度控制系统设计2.1电热水器控制系统功能说明本课题采用单片机为主控芯片来设计电热水器温度控制系统，主要功能如下：1测量并采集热水器内的温度，并通过显示器实时显示水温，显示范围为090；2正常状态下实时显

14、示时钟；3在温度未达到或超过设定值时报警系统作用；4当温度低于设定值时，电热丝进行加热；当温度超过设定值时，加热开关停止加热，温度下降。2.2整体设计方案采用单片机AT89C51为核心。用温度传感器DS18B20采集温度变化信号，通过单片机处理后监控温度，并完成液晶显示、报警等操作；其中传感器用于检测实时水温，LCD显示屏用于显示采集的温度数值，当温度低于设定值时，电热丝进行加热；当水温高于设定值时，加热停止，温度回落。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文图2-1 系统硬件方案第三章 系统硬件结构设计3.1系统整体设计线路图图3-1系统整体电路图3.2最小系统介绍单片机最小系统主要由电源、复位

15、、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图3-2所示。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文图3-2最小系统电路图3.2.1复位电路 复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，它的操作原理与计算机有着异曲同工之妙，只是启动原理和手段有所不同。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电

16、复位。1、手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文2、上电复位AT89C51的上电复位电路即只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”