基于单片机的电热水器控制器设计要点

1、本科毕业设计说明书（论文）第3页共35页1绪论1.1 课题背景如今中国的经济发展迅猛，人均收入普遍提升，这使得人们在追求生活品质方面 有了资金的保障。伴随着科学技术水平的显著发展，智能家电逐渐被人们认可，并很 快与人们家庭的日常生活紧密相连。由于罐装液化气以及地方管道燃气价格的增长， 而城镇居民所使用的家用电却很便宜， 这使得多数家庭纷纷转向比较经济便利的电器 产品。据统计我国约有82.5%的城镇居民在使用热水器，约46%的城市居民家庭里表 示有购买热水器的计划，市场平均一年需要1000多万台热水器维持其运行 ，除太阳 能热水器制造商外，规模可观的热水器制造工厂也接近有200家。从这一点可以看

2、出热水器在中国市场有着广阔的前景，但我们也不得不面对其产生的诸多问题， 如漏电, 环保等。这些年，电热水器发生漏电危害用户甚至致用户死亡事件频繁发生，消费者 所考虑的已经从热水器的便利性问题转向其安全性问题，因此对热水器性能的改善是目前的首要问题。随着我国人民所积累的财富越来越大， 人民在追求物质生活和精神生活方面相对 以前有了巨大的心理变化，花样翻新的智能家用电器逐步进入家庭生活的每个角落， 家庭日常生活必需品热水器的品种更是数见不鲜，正是在当今人民生活质量有巨大变化的情况下，本课题选择基于 STC89C51单片机的电热水器控制器的设计。1.2 课题研究的目的及意义本设计是为了满足用户安心、

3、便利大众、安全可靠的需要而设计出一款经济、精准，实现控制要求的电路。(1) 单片机做为控制核心，即能实现所要求的目的，又缩小了设计的成本，使得 到的热水器安全便利。(2) 键盘电路的应用，可以方便用户根据自己的需要调节水温，从而增加了热水器的可操作性。(3) 当温度过高时实施保护，能有效避免热水器干烧而发生意外事故。(4) 有安全保护功能，可实现自动断电，使用户能放心享受沐浴，保证用户的安 全。1.3 国内外研究成果及发展状况国外对智能电热水器的研发开展的比较早，追溯到 19世纪70年代，那时在国外 就对热水器开展研发，经过100多年的努力，涌现出许多性能优良的产品，西门子智 能电热水器，采用

4、最新的计算机控制技术，保证出水温度恒定，让用户可以真正享受到 沐浴带来的酷爽。西门子家电集团在西门子电站技术的防漏电安全技术的基础上，研 发了独特的德国安全专家模式功能 ，这种模式不但具有正常的防止漏电的功能，而 且还能自测电流是否会对人体造成危害，时刻工作检测防漏电系统是否运行正常，这 使得个体和电源完全分开，防止事故发生。随着樱花电热水器室内信息精确定位系统的应用，打破了旧式的只能够单一时间段实现节能的模式，其工作过程越来越人性化，系统可以自主记录、分析用户一段时 间（一个月）的用水量，然后选择一种相对节能的模式为使用者提前备好热水，实现了 24小时都可以节能供水的要求 。先进的智能中温保

5、温系统，完全填补了旧式的弊端， 依据用户设定理想的温度、外界环境、所处的季节等因素的不同，系统会自主选取最 为经济节能的保温状态，防止因恒定的中温保持技术产生巨大的温差造成本来可以避 免的浪费，并可以减少加热时间，彻底实现了节能的功效。我国对电热水器开展研发已经比西方发达国家晚了几十年，20世纪60年代的热水器在中国对国人来说属于闻所未闻的稀有高档产品，周总理的出国访问带回了两台 日本生产的燃气热水器，总理希望这一产品在中国能普及，并多次督促有关部门制定 热水器研发方案。由于种种缘由这一要求一直没有被执行，20世纪80年末90年代初 历经十余年的努力热水器终于进入中国市场 。很快热水器在中国得

6、到普及，随着科 技的发展，国内热水器经历了好几代的更新，每次更新的产品其性能都有很大提升， 在产品使用的便利性和舒适度等方面都有了很大的改良。现在许多热水器都具备恒温保持功能，燃气不流出时热水器会自动停止工作，水量高于设定值时会自动泄压处理， 此外还有安全防护功能，暂时停气时，仍有储存的热水可供使用。随着智能化程度越 来越高，将来的产品将带来更多的益处，然而更加的便利和节能却是制造商始终追求 目标。将来的产品会根据使用者的习惯提前加热，方便使用者随时享受沐浴，不用时 自动开启中温保温模式，系统依据用户所设定的理想目标温度得到可以实现有效节能 的保温温度，缩小热水器表里温差，可大大减少因保温问题

7、而增加的加热次数，确实 做到不用拔掉热水电器插头却更省电的功能0将来的电热水器将会往更加的人性化，智能化方向发展，人们会感受到热水器带 来无尽的便利1.4 本文内容安排本次设计的主要任务是设计出在单片机的控制下电热水器能实现设计要求的功 能。本次论文一共有五章内容，顺序如下：第一章为绪论，主要对热水器的发展概况进行了详细的介绍。第二章为系统分析，分析出系统需实现的功能，并依据相关要求选择合适的 器件。第三章为系统的硬件设计，主要对系统原理图进行分模块设计与介绍。第四章讲述了单片机控制下的电热水器的软件设计，从系统的工作流程上设计和编写相关程序。第五章为系统在上电运行后的测试结果与简要的分析。2

8、设计方案设计方案便是基于主体的要求对系统的硬件电路和软件程序进行相关的设计策划，并选择其中最理想的解决方案去实现目标。硬件设计就是通过对设计要求进行分析，了解各独立元器件，它包括对各种元器 件的引脚和发展状况的了解，以及对各种元器件在具体电路中使用时具体连接方法的 了解，便于设计顺利进行，同时需要合理规划这些元器件的布局，焊接在电路板上时 能够实现空间利用率的最大化。软件设计是通过编程使得设计方案更加的直观，方面 用户了解系统的具体工作流程。2.1 设计要求本设计是制作一套基于单片机控制的电热水器控制系统，根据人的需要让电热水器能迅速、稳定的达到所设置的温度，以体现本系统的独特优势。2.2 总

9、体方案设计具体方案设计的思路如下：首先用系统按键来设定水温上下限值，然后用温度传 感器采集实际的水温值，通过采集得到的温度值与设定的温度值进行比较，决定系统 的工作过程。如果采集的实际水度低于设定的温度值，则加热器会持续工作，当实际 水温高于设定上限温度时，蜂鸣器报警，加热器立即暂停工作，通过键盘设定的温度 值和温度传感器采集的实际水温值可以通过数码管直接显示3。根据系统功能分析，基于单片机的电热水器控制器的设计主要包括MCU核心控制模块，外围由用户设定温度的按键模块，温度传感器温度采集模块、电源时钟复位模块、加热模块、LED显示模块,报警电路模块组成3，其系统总模块框图如图2.1所示。本科毕

10、业设计说明书(论文)第5页共35页图2.1系统模块图(1) 微控制器控制模块微控制器的俗名叫单片机。它是将计算机的CPU、一定容量的程序存储器和数据 存储器、定时计数器、多种I/O接口和其它一些外围电路集成在一块芯片上，形成的 芯片级的计算机3 o MCU为控制的核心，整个系统，以及系统外围设备的操作都是由 它支配实现的。(2) 复位模块初始化单片机，清除单片机在上一轮工作里缓存的数据与程序，便与单片机稳定 工作。(3) 键盘设定模块键盘电路使用主要目的是为了便于操作者设定和修改所需的温度。下文有具体温度设定的过程。(4) 温度测量模块检测温度模块，使用温度传感器来采集温度，采集到的温度值通过

11、I/O 口发送给单片机，单片机控制LED显示模块显示对应温度。(5) 加热模块当温度传感器采集到的温度低于或高于设定值时，单片机会控制继电器工作进而控制加热模块，启动或停止加热器。(6) LED显示模块系统将温度传感器检测的温度通过数码管显示，便于操作者直接观察水温的变2.3 主要元件介绍本课题设计中核心元件的是单片机，所以选用合适的单片机是设计智能电热水器 的关键，最终能否按照操作者的意愿实现相应功能都要看单片机能否与外设之间进行 稳定的信息交流。所以本设计的当务之急是要根据系统的控制要求选择合适的单片 机，然后再根据系统设计的功能要求选择性能优良的其它元器件。2.3.1 STC89C51

12、单片机单片机是一种集成电路芯片，是一个体积很小功能却相当完善的计算机系统。当前在电子产品中使用的单片机数量和种类都很多，所以对于单片机类型的选择至关重要。选择单片机时需各个角度去分析考虑，如单片机将要应用的场合、外界环 境以及单片机本身存储器的容量、软件编写是否简单等。因此，在单片机芯片在选择时需要考虑其是否具备以下主要性能：(1) 集成化度高，体积小，可靠性高单片机把功用各异的元件集成在一块晶体芯片上，具有相当高的集成度，在体积 上也就小很多。芯片本身是在严格工业测试条件要求的条件下研发的，片内元器件排 列紧凑，其抗干扰性能比普通的中央处理器要高出很多。单片机中所有的数据和程序 等固化在程序

13、存储器中，很难因受到外界的因素而改变，片内存在着众多信号通道， 故其抗干扰性能极高。(2) 控制功能强为了能够达到对目标的控制要求，单片机的指令系统拥有极其丰富的功能5：分支 转移功能，输入/输出口的逻辑操作和位处理功能，十分适合特殊的控制系统。(3) 工作电压低，相应的功耗也非常低，易于小体积实用产品的生产大多数单片机工作电压仅约为1.8V3.6V，其电流也很小，仅约为几百微安，所 有其功耗很低，产品成型后使用寿命很长。(4) 易扩展单片机本身就是一个微型的计算机控制系统，片内元器件齐全，片外有大量可供 扩展的三总线和串行、并行的I/O管脚，易于形成各类形式的计算机控制系统。(5) 优异的性

14、价比单片机的性能极高。精简指令集计算机流水线及数字信号处理等技术的应用，为 的是提升单片机的运行速率及效率。因为目前可应用单片机场合很多，所有市场对单 本科毕业设计说明书（论文）第7页共35页片机的需求量很高，各大制造商为了能在当今这个异常激烈的市场竞争中脱颖而出， 迫不得已降低单片机成本，使其性价比极大极高5。考虑到硬件设计与软件方案之间会相互作用的影响，所以应把二者结合在一起。综上分析，有以下两个方案：万案一:使用STC89C51单片机作为控制核心，其片内有4KB的程序存储器存储空间,512 字节数据存储器的存储空间，还带有2KB的EPROM存储空间，可以和MCS-51系列 完全兼容，此单

15、片机能够通过串口下载数据。使用AT89S51，芯片内具有4KB的RAM 存储空间，256字节的ROM存储空间 但是没有EPROM存储空间，其也可以和 MCS-51系列单片机完美兼容。虽然两款单片机都能够达到设计的要求，但 STC89C51与ATS89C51相比价格更 低廉，且下载更容易。考虑便利且经济的因素，所以本设计选择STC89C51。其相关功能如表2.1所示，塑料直插式封装如图2.2所示表2.1STC89C51主要功能表主要功能特性兼容MCS51指令系统8KB的可反复擦写动态数据存储器32个双向输入输出接口2048位内部程序存储器3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率为0-24MHZ两

16、个串行中断可编程通用异步收发传输器串行通道超低能耗空闲与掉电模式通过软件设定休眠与唤醒功能234567891 01 113 o141 517 二1 8 “1 9201-P10VCC.P11P00 P12P01-P13P02P14P03-P15P04-P16P05 P17P06-RESETP07-P30/RXDEA/VP-P31 /TXDALE/厂P32 /INTOPSENP33/INT1P27-P34/T0P26-P35/T1P25P36WRP24P37/RDP23-X2P22X1P21-GNDP20U1SlCg9C5SrC89C51 封装图40393837363534333231302827

17、2625242322212.3.2DS18B20 传感器众所周知传感器在当今的检测技术中有着不可撼动的重要地位，虽然计算机对数据进行运算的能力已经十分高超，却不能对真实存在中的非数字量进行处理。倘若没有各式各样的精准稳定的传感器对物理量和模拟量进行检测，并将检查结果传输给计算机，那计算机失去它重要的作用。传感器可以将非电量转变为电量，再将得到的 电量进行信号放大，转换为相应的数字量传输给计算机，最后通过计算机对数字量进 行分析处理。传感技术与计算机技术交叉结合，在自动化和信息化技术领域起重要作 用。各种传感技术与微处理技术的应用可以简化不同工业生产测量控制和检测过程， 可以精确判断出产品的性能

18、，并第一时间检查出存在的危害。由于系统大多会在相当 严酷的环境下在工作，而对采集目标要求却相当高，所以对性能是否优良的传感器的 选用是决定系统是否能完成严格工作要求的关键。DS18B20恰是沿着这种高精度、多 功能、总线标准化、可靠性及安全性极高、研究单片机测温系统等先进控制方向快速 发展，DS18B20作为温度检测设备在人们的家庭起居和工农业生产等方面早已得到 普遍的使用。由达拉斯公司制造的 DS18B20温度传感器芯片外部配有金属保护管封装，具有 高耐磨性，具有各式各样的封装组成，其体积小，容易使用，适合应用在各类狭窄领本科毕业设计说明书（论文）第17页共35页域的测温和监控。具备独有的单

19、线接口方式，在与CPU相连时只需要一条口线即可达到双向通讯功能；其检测温度的范围为一55C+ 125C，自身测量温度的分辨率可达到0.5C ;多个并联使用时，可实现多点测温功能；工作在直流 35V电压下，使 用时不需借助任何外围元件oDS18B20除具备以上特性外还有如下特点：(1) 可以用程序来完成9到12位的数字读数；(2) 用户可以设定不容易变化的报警限值；(3) 当不小心将工作电压的极性接反时，自带系统电路可以使DS18B20不会因自 身的温度太高而毁坏，芯片将进入保护状态暂停工作； 转换速度相当高，在很短时间内就可以完成高位的温度转换；当单线总线上串接多个DS18B20时，可以形成多

20、点测温的大规模温控系统9，其 引脚如图2.3所示。PR-35?f 装I/OGNDNCNC2 DS1SB20NCNC图2.3DS18B20引脚图2.4 本章小结本章对系统的方案设计需考虑的因素以及重要元件的选择做了详细的介绍，本系统选性价比较高的STC89C51和性能稳定的DS18B20作为本次设计的关键元件，得 到系统的架构图。3系统硬件设计依照本系统的总体设计方案，对各电路组成部分进行分模块设计，主要包括单片机最小系统、键盘与显示电路、模数转换电路等，系统硬件结构图如图3.1所示VCCK0RESET+ C1_ 1 0u FC2R7I 0K234567891 01 11 21 31 41 51

21、 61 711 81 92 0-P1.0VCCP11(AD0)L0.0P12(AD1)L0.11 r 1 .P13(AD2)L0.2' r 1 .iP14(AD3)L0.3F LI.P15(AD4)L0.4r pi. L16(AD5)L0.5r li.L17(AD6)L0.6LI.(AD7)L0.7RSI0 (RXD)EA/VLLL3.1 (TXD )ALE/PROGL3.iDO2 (INT0 )LSEN1 L3.i DO(A13 (INT1 )5 )L2.71 L3., DO4 (T0)(A14 )L2.61 L3.L35 (T1)(A13 )L2.5i o.L36 (WR)(A12

22、 )L2.4i o. L3.7 (RD)(A11 )L2.3'XTAL 2(A10 )L2.2VTA_ 1(A9)L2.11 XIAlMr(A8J )L2.0GND8 9C523 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 32 22 14 0图3.1系统硬件结构图3.1 单片机最小系统单片机系统的拓展多数情况下在其小系统的基础上进行拓展的。 最小系统指的是 单片机中的一个真正可用的最小配置系统10。对于STC89C51单片机，因为单片机内 部带有ROM，所以只需要在单片机外部对应引脚上连接一个时钟电路与一个复位电路就可以实现最小系统

23、了，如图3.2所示VCC图3.2单片机最小系统电路在单片机的引脚XTAL1和XTAL2上对应接上微调电容与晶振，这就行成所谓的时钟电路。图中，用电容 C1、C2来限制振荡频率以及协助振荡器起振，一般取范围 在20pf60pf的电容，30pf电容值是其具体的典型值。根据所选用的单片机类型的不 同，晶振的频率范围也不同，本系统选用的是频率是12MHz的晶振。单片机运行前的必要准备工作就是复位。当单片机上电工作时，首先要对单片机 进行复位，系统有故障时也要复位单片机，这就需要所用系统的复位电路必须能做到 精准工作。在本系统里应用的是最为容易的上电复位电路10，即微分电路，由一个电阻和一个电容串联而成

24、。系统上电时，电容充电，电容充电的过程，系统进行复位， 伴随着电容充电结束系统的复位也结束了，系统开始正常工作。因此，复位时间完全 是由电阻值和电容值二者决定的。参考目前所使用的大量的复位电路，并在本系统实 际电路调试后，最终，电容一选用22uf，电阻用1kQ的即可10。3.2 键盘设定与接口显示电路在本系统里键盘电路的选用，其主要的目的是为了方便用户选择想要的温度值。12个按键构成矩阵键盘，09按键用于温度的输入和修改。功能键，即“* ”号键，一键多用，按一次功能键为“设定”温度，此时进入了温度的设定模式，再按一次功 能键为“确认”温度，用于温度设定完成后的确定。“ #”号键还没有进行定义，

25、可用其来作扩展模块。12个键盘做成3*4的矩阵。设计时将键盘的4根行线与单片机的 P2 口的P2.0P2.3相连接，P2.5P2.7则与键盘的3根列线相连接11。显示电路的接口显示有彩屏和数码管两个选择，考虑到成本，本系统选择了LED数码管显示电路，此数码管使用的是4位共阳LED数码管，其段码从对应串口输出11， 正常工作时，系统驱动三极管使其为数码管相应的段位供电，这时只要P0 口有数字显示代码的发送信号，对应的数码管就会被点亮，进而显示出对应的数字，数码管显 示电路如图3.3所示。图3.3数码管显示电路3.3 温度采集模块采用数字温度传感器DS18B20, DS18B20为数字式温度传感器

26、，无需其他外加 电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求 通过简单的编程实现912位的数字值读数方式，并且从 DS18B20读出的信息或写 入DS18B20的信息仅需要一根线，因而使用 DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠 性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果1203.4 加热器控制电路该部分在本系统设计中采用日常家庭常用的热得快来代替真实电热水器中的加 热器，并配合继电器的使用来实现给水加热的效果，将热得快中的一根导线剪断，得 到的两根端子分别与继电

27、器对应的 COM 口相连接，构成闭合回路，当DS18B20采集 到的温度值低于设定温度，这时单片机的引脚发出一个低电平信号给继电器，继电器 的常开触点闭合，加热器工作，为水加热，当温度达到对应设定的水温时，温度传感 器会将这一温度信号通过一系列部件的转换与传递，最终到达单片机，单片机控制继 电器停止工作，进而控制加热器停止加热13，图3.4为电磁继电器的具体原理图。1 1 1 1 1 1 1 1R51KRV-IQ390L3W由FT幻/7现1-5.2314 一11IOON3*帚闻曲TDQ-DCS图3.4电磁继电器原理图3.5 报警电路热水器一般工作在比较潮湿的环境下，为了确保用户的安全，所采用的

28、系统必须 具有防漏电检测功能。在热水器正常工作时，流经报警电路对应的磁环电流的大小相 等，方向相反，则磁环检测线圈中不存在因感应而产生的电流信号，漏电检测集成电 路系统就会输出一低电平信号13，而当系统发生漏电情况时，由于流经磁环的电流大 小不均衡，因此在磁环检测线圈里会因电磁感应而产生对应的漏电信号，此漏电信号 再通过集成电路的放大，输出高电平信号，再由三极管的倒相作用将信号发送给单片 机，单片机在判断得知系统存在漏电情况后，会立刻让加热器暂停工作、保温和键盘 操作也会被暂停执行，结束本次程序并通过蜂鸣器发出连续的报警警示。如果发生漏 电保护和自我检查不达标的情况，只能通过切断电源在修复故障

29、之后，重新连接电源 系统才能恢复正常工作13，图3.5为报警电路原理图。3.6 系统硬件结构原理图其具体原理图如图3.6系统的各个模块，在单片机的联通下整合为以完整系统, 所示。U34-LED23456 7 8 S0 11 4 161Ecb452 S3 SceSBBHBe P c gS2 3 4 5 6D C G ；S SU 2 p)no A( 1 2 CPcn A(z 2 pm Av J 三 11 At4 Av oz P141 Av / 2 CPIry-o bwL/ o PL/ D A( o o PLO D A( a o p)_b D A(4 o CPT D1LAT X2LAT XTs R

30、u T N>I 3p -XTn Tea 3PLu TC4 3PQ19012Q29012Q39012b Q490123.7 本章小结硬件原理图进行本章主要对基于单片机的电热水器控制器设计的硬件核心部分, 分块详细介绍。4系统软件设计系统的软件设计主要对包括主程序，键盘扫描处理子程序，温度采集程序，定时 器中断子程序在内的四大程序进行设计分析。4.1 主程序流程图在主程序图4.1中，系统上电后进行初始化操作，清零当前DS18B20中的缓存的 温度值14，使DS18B20接收信号后工作，同一时刻检查是否有按键在设定系统需要 的温度，有就跳至键盘扫描，处理子程序，没有则需要等待一定的读取的延时时

31、间， 最后将结果写入数据累加器，然后进行数据类型的转换，最终把转换得到的数值传输 至数码管。4.2 键盘扫描处理子程序当系统判断有按键被按下的信息后，就会跳转到键盘扫描处理对应子程序，读取 当前的按键值，读取按键值后，判断“ *”号键是否按下，按下则表示系统已经进入 温度设定模式，LED会显示实时温度值，没有则跳回到主程序。一旦进入温度设定模 式，系统就会对键盘不停的扫描，判断当前的按键值，如果检测到的是“*”号键，则说明温度设置成功，不是则需要更新温度显示缓存区 14，具体程序流程图如图 4.2本科毕业设计说明书(论文)第19页共35页4.3温度传感器工作程序流程图(1) 复位：使用前一定要

32、让DS18B20芯片复位，复位即单片机给温度传感器发送 一持续时间约480uS的低电平信号，温度传感器接收到低电平信号后会响应单片机。 存在脉冲：DS18B20复位后，单片机会将数据单总线提高，目的是为了在302 后能够接收到存在脉冲，这样以后，通信双方初步完成基本协议，接着单片机和 DS18B20之间将进行通信。倘若出现复位信号时间过短或单总线的电路开路，这两种情况下的任何一种发生单片机都不会接收到存在脉冲，因此在设计时需要留心意外情况发生的处理。(3) 单片机发送程序存储器指令：通信双方接触后就将要完成信息的交换，程序 存储器一共有5条指令，单片机会于每一工作周期内发送一个这些指令。程序存

33、储器 指令的长度为8位，主要目的是就片内64位激光程序存储器实施控制，判断一条总 线上连接的元器件数目，并作出适当的处理。显然，一条总线上可以在同一时刻连接 许多元器件，用独特的ID号来区分各个元器件，正常情况下，单总线只连接一个 DS18B20芯片时能跳过程序存储器指令，程序存储器指令在下文会有详细描述。(4) 单片机发送存储器操作指令：在程序存储器指令发送到DS18B20后，接下来 (连续工作)就是发送存储器操作指令。存储器操作指令的目的是指引温度传感器做出相应的动作，是芯片控制的核心14。(5) 数据的读写操作指令：每个存储器执行完指令会将刚刚的指令或数据进行读 写，这个操作过程需要相应

34、的执行指令来确定。如果操作的是温度转换指令，单片机 需等待500uS的时间，等待温度传感器操作指令结束。如果执行的是数据读写指令， 此时必须要严格按照温度传感器的读写顺序来执行。如果想获取实时温度值，则需在两个工作周期内连续工作两次，第一个周期里需 要操作的有：复位、跳读程序存储器指令、实施温度转换指令。接下来要在第二个周 期需要执行复位、跳读程序存储器、读取数据存储器、读数据(最长9bit，可以在操作过程中暂停读取，只需读取一般温度值时则读取前2个字节就可完成)等一系列指令14，其具体流程图如图4.3所示。图4.3DS18B20工作流程图4.4 定时器中断子程序定时器会在每一工作周期(50u

35、s)中断一次，系统会自动的将采集到的温度与设定的温度进行比较，当采集的温度低于设定的温度时，P3.1 口发送一低电平信号，加热器开始工作，当采集的温度高于设定的温度高时，对应接口则输出一高电平信号，切 断加热器，具体程序流程图如图 4.3所示：本科毕业设计说明书(论文)第21页共35页4.5 本章小结本章完成了对系统软件的分析以及分模块设计，对一系列流程图进行分析设计与绘制，并且对主程序与各个子程序进行了简要的描述5系统运行结果与分析电路图绘制好及对应程序导入单片机后要对系统进行运行分析5.1 仿真软件介绍本次仿真使用的是Proteus软件，它是电路分析实物仿真系统软件，可以满足仿 真各种电路

36、的功能要求，并支持各种单片机的使用，其元器件库完整齐全，使用时简 单方便，是一款很不错的专业的单片机软件仿真系统15，其特点有：(1) 完全满足本次方案设计单片机仿真使用的要求，与其他仿真软件相比具有独 特的优势。(2) 具备各种电路组成的模拟系统，元器件库十分齐全，可供使用的模拟元器件 各式各样。(3) 支持的单片机类型与系列众多。Proteus软件一种可对单片机和电路极模拟程序分析的仿真软件，在一款很实用的专业软件。Keil软件主要用于程序的编译，Keil C51在使用时生成目标代码快，生成的汇编代码很容易被用户理解，它一定程度上反映了在大规模软件开发时高级语言的优越性155.2 Keil

37、仿真程序分析运用keil软件编译本系统的C语言程序，其在运行后的结果如图 5.1所示，这表 明该程序在编译上没有语法上的错误。将此程序生成 *.hex文件后，在Proteus仿真系 统界面导入单片机中，然后即可运行调试仿真。本科毕业设计说明书（论文）第31页共35页lhilr bi*E Virw Pt-qjarl; F'libhi Dabug Pniptiaidila Imli iVLSi Wirkdow HrlpTarget LFunrlianiIB rj 5WiCSDG-l.il/DQ®23GPviev wimg ；/x 托i遗.运时TPdc - a；打匪片inDflfe

38、低2flDeLay IX91BBZ0figN"塔确5i时.玄于ieous39 DG - "1;小鱼*皂越40 DeLa DieBfO (14n K -"«!£时陌如lUGi貼初轴优琰功 LJU蛊TMT化先妙42 D«£aT_nlA3口 12043 "44 /AAA-i-i-jJt 个字M由酋由百卄'45 luu L-mned <cxJh*K 厦赳心±虫=凸三T7HK1 IYliHd OtSMir :畫,Llihli kkUbdlLBE Off-or 1-3 jp "帝阡日次ijt出

39、 个学节DC 0-j daT»-l j &G - 1?J4T 1-OMflU；l«y_££LSB±Cl “打數把右移一卷/冬腺冲信号川£臬在莅为1打扌寻歆培I OKlQ.f&r存入打齐"誌时Huilri putpulD60写一忙字曹 n.yOtl ira-i-d NrA't-HQnv匚hx1 tua: L 口门曰 Uhi)IKSfimn1iEi4Kl "CTnsr 1-0/Cor L±"dr； x-"1环戢蚣再人一吓字:巧Prog eaid Sx.x«

40、 z da.h.a."33 - J!兀日鼻匕口 -=lH"3d 9 h arearliiqi hex file from水退"Q Ezror 4b1 r O warning-(«) 图5.15.3 Proteus仿真结果Keil编译C语言程序在Proteus中的系统原理图中，双击图中的单片机中，将生成的“水温 .hex”文 件导入单片机中，点击确认按钮，接着点击仿真界面左下角中间的开始按钮，系统进 行初始化，具体界面如图5.2所示。pa TinFnawiii fh m rDS<HPQ4PM4- pniruTF3 IfTKIIFl Till TPiM

41、TJLL.1MT此辿用非门优晉FNP型三風脣TET .亦 B4 - P mnr週"B TTFTF ,_ nriaTIXT哪1<3BK图5.2仿真初始化程序初始化结束后，温度传感器会采集当前温度值，仿真时可以用加减按钮调节所需的温度数值，数码管会显示所设定的温度值，例如45.5C，其结果如图5.3所示图5.3实际温度仿真图G1-raia附 TWCT>图5.4设定温度上限值仿真图图5.5设定温度下限仿真图此时点击设置按钮，进入温度设定模式，可以通过按“加”“减”按键来设定电热水器的上下限温度值，如上限55C，下限39C，仿真情况可以如图5.4, 5.5所示。4斤1于htbk7

42、>JT&T-图5.6实际检测温度低于下限温度仿真图图5.7实际检测温度高于上限温度仿真图当DS18B20温度传感器检测温度低于下线温度时，LED红灯亮起，发出警报, 如图5.6所示。当检测到水温超过设置的上限温度时，蜂鸣器发出警报。在仿真图里 可以看出蜂鸣器正在发出警报，如图 5.7所示。用Proteus仿真可将实物效果通过画面逼真表现出了来，从而使用户可以从系统 的内部结构了解学习系统，极大的提高了单片机的系统的设计效率，比实际硬件系统 相比，仿真系统可以缩短系统设计时间，极大的缩小成本，同时避免了意外的发生。5.4本章小结本章讲述系统的仿真调试，对仿真过程进行了详细的讲述。采

43、用Keil配合Proteus 的使用，得到系统预期效果本设计基于单片机的电热水器控制器设计，以 STC89C51单片机为控制核心，在 温度传感器，键盘设定与 LED显示等一系列外设模块的协调配合下完成系统。系统 正常工作时，可按操作者的需要达到设定的水温，当温度与设定温度不同时，单片机 会控制加热器，使水温达到目标值。这样的设计也普遍使用在现在的家用电热水器上， 给家庭生活带来便利。四年对自动化专业知识的接触学习，我认识到许多所学专业课对我以后的工作有 极大的帮助，这次的毕业设计就是一次检验与考核的过程，这培养了我查阅文献的能 力和书面表达的能力，同时还提升自己对待任务的专注度。本次毕业设计，

44、我对单片机相关知识有了新的认识，以前上课只是为了考试而学 习单片机，觉得它难，在单片机上投入的时间也少之又少，对单片机的了解也只是冰 山一角，但是这次的毕业设计，我不得不去面对自己的弱项，既然学了单片机就要会 使用，同学给我推荐了几本对初学者很有帮助的书，这使我对单片机有了更深一步的 了解，知道了小小的一块单片机只要有程序可以实现许多的功能，而且单片机的性价 比极高，在许多领域都有应用，可以简化很多工业流程，极大的便利了现代控制。单 片机没有被历史淘汰，这说明了它有自己独特的优势在竞争激烈的环境存活下来。从这次的毕业设计中，我真正的体会到，一个人要想取得成功，一定要有吃苦耐 劳的工作素养，在焊

45、接实物的时候使我深刻体会到认真细心的重要性，特别是在面对 错综复杂的电路图时。专业知识的学习也很重要，特别是要能将理论与实际联系在一 起，把我们所学的理论知识运用到实际的操作中去，要用知识去改变一切。致谢时间不可逆转的向前流逝，不知不觉我就要和我的大学的学习生活说声再见了。 一切来得似乎太快，新生军训的日子似乎就在不久前，但是现在的我该和过去说声再 见了。回首往昔，无数个走过的日子历历在目，打开抽屉翻开泛黄的日记，无数画面 在脑海浮现，心理感慨万千，充满不舍。四年的大学生活，我学到了很多东西，不论 是学习上还是生活上都较以前有了长足的进步，在这里我要感谢四年里帮助我的人。首先，感谢学校四年来对

46、我的教育培养，为我营造了一个良好的学习氛围，学习 设施优良，使我倍感自豪的融入其中。其次，感谢我的指导老师冯钧老师，有了他的谆谆教诲，处处提点，才使我的毕 业设计的前期材料以及后期的论文能够顺利的完成。做毕业设计期间，所有自动化老 师都对我的毕设给予了极大的帮助， 这为我之后论文与设计能够顺利完成消除了不少 麻烦，在这里由衷的感谢辛勤的老师们。最后，感谢父母这么多年一直对我充满信心，让我在面对困难时没有退缩，同时 感谢三位舍友以及朋友对我极大的帮助本科毕业设计说明书(论文)第27页共35页参考文献1 姜坪商城现代化J.商业资讯，2010(6) : 34-37.2 空气能热水器周刊J.制冷快报，

47、2014(101):1-3.3 赵君.基于8051单片机的温度控制系统D.吉林：吉林大学，2012.4 杨丹丹,杨风,马慧卿.基于单片机的温度采集系统设计J.山西电子技 术应用实践，2014,19(3):19-21.5 R.Tawegoum, R.Teixeira and GChassriaux.Simulati on of humidity con trol and gree nhouse temperature track ing in a growth chamber using a Passive air con ditio ning unit J.Co ntrol Engin eer

48、i ng Practice,2006,8(4):853 861.6 王海宁.基于单片机的温度控制系统的研究D.安徽:合肥工业大学,2008 .7 周景润，郝晓霞.传感器与检测技术M.电子工业出版社，2009.8 翟敏焕.基于单片机的即热式电热水器控制系统的设计A.现代计算 机，2012.9 Artori S，ZHANG G X. Geometric Error Measurement and Compensation of Machi nes.A nn als of the CIRP. 199510 何宏.单片机原理及接口技术M.北京:国防工业出版社,2006.11 许思达.基于51单片机的T

49、FT液晶显示设计J.电子元器件应用， 2010,12(10):38-44.12 朱智鹏.基于单片机温度采集控制系统的设计J.高科技产品研发， 2014,161(17),27-28.13 杨欣电子设计从零开始M.北京：清华大学出版社,2005.28-102 .14 周建春.基于单片机和PC串口通信的温度采集系统设计D.苏州大学, 2010.15 丁明亮.51单片机应用设计与仿真基于Keil C与ProteusM.北京: 北京航空航天大学出版社，2009.本科毕业设计说明书（论文）第37页共35页附录#in elude <reg51.h>/包含头文件#defi ne uint un s

50、ig ned int#defi ne uchar un sig ned char 宏定义sbit SET=P3A1; sbit DEC=P3A2;sbit ADD=P3A3;sbit BEEP=P3A6;sbit ALAM=PM7;sbit ALA M1= PM4;sbit DQ=P3A7;bit sha nshuo_st;bit beep_st;sbit DIAN = P0A5; uchar x=0;sig ned char m;uchar n;uchar set_st=0;sig ned char sha ngxia n=45; sig ned char xiaxia n=40;/定义调整

51、键/定义减少键/定义增加键/定义蜂鸣器/定义加热制冷继电器/定义DS18B20总线I/O/闪烁间隔标志蜂鸣器间隔标志/小数点计数器温度值全局变量/温度值全局变量/设置状态标志/上限报警温度，默认值为38下限报警温度，默认值为5/uchar codeLEDData=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff; uchar codeLEDData=0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0xCF,0xDA,0x9B,0xDC,0x9B,0x8B; /数码管显示码表 /*18

52、b20 延时子程序 */void Delay_DS18B20(i nt num) _while( num-);/* 初始化 DS18B20*/void In it_DS18B20(void)un sig ned char x=0;DQ = 1;/DQ 复位Delay_DS18B20(8);稍做延时DQ = 0;/单片机将DQ拉低Delay_DS18B20(80);精确延时，大于 480usDQ = 1;/拉高总线Delay_DS18B20(14);x = DQ;稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败Delay_DS18B20(20);/* 读_ 个字节 */un sig ned char Read One Char(void)un sig ned char i=0;un sig ned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-)循环8次，读出一个字节DQ = 0;/给脉冲信号dat>>=1;数据右移一位DQ = 1;/给脉冲信号