基于单片机的燃气热水器控制器设计

摘要随着社会的不断进步发展，人们对燃气热水器的要求越来越高。而现今大多数热水器还是处于手动调温阶段，热水温度不能实时显示，水量和气量不能实时显示和控制，洗浴过程中调温困难等等情况。根据以上情况，设计了合理的燃气热水器恒温控制系统结构：采用8位单片机89S51和DS18B20温度传感器构成温度采集系统的方案，较之采用16位的单片机和热敏电阻加A/D转换器的温度采集系统具有较高的性价比；单片机根据温度传感器采集到的数据，经过程序处理，发送数据指令给0832，通过DAC0832数模转换输出不同的电流来控制燃气比例阀的开度，达到控制火力的大小，实现温度的自动控制；为了提高温度控制精度，采用数字PID程序控制，可实现温度的连续可调，用液晶显示器LCD1602显示出水温度；为加强系统的安全性能，设计中还加入了看门狗和声光报警电路；最后，制作出了工程样板并进行硬件模拟调试。实际调试结果显示硬件设计基本达到了要求的技术指标，对比分析可知此设备具有良好的应用前景。关键词：单片机；温度转换；DS18B20；DAC0832ABSTRACTWiththecontinuousprogressanddevelopment,peopleareincreasinglydemandinggaswaterheater.Andnowmostofthewaterheaterthermostatstageorinthemanual,hotwatertemperaturecannotbereal-timedisplay,waterandgascannotbereal-timedisplayandcontroltheprocessbaththermostat,etc.difficultsituation.Accordingtotheabove,thedesignofareasonablegaswaterheatertemperaturecontrolsystemarchitecture:8-bitmicrocontroller89S51andtemperaturesensorDS18B20programsconstitutethetemperatureacquisitionsystem,comparedwith16-bitmicrocontrollerandthethermistorplusA/Dconvertertemperatureacquisitionsystemhasahighprice;Microcontrolleraccordingtothetemperaturesensortothedata,afterprocedurestosendcommandstothe0832data,throughtheDAC0832digital-analogconverteroutputcurrenttocontrolthedifferentgasproportionalvalveopening,tocontrolthesizeoffirepowertoachieveautomatictemperaturecontrol;Toimprovetheaccuracyoftemperaturecontrol,digitalPIDprocesscontrol,enablingthetemperatureofthecontinuouslyadjustable,LCD1602displaywithwatertemperature;Toenhancethesafetyperformanceofthesystem,thedesignwatchdogalsoaddedsoundandlightalarmcircuit;Finally,theprojectproducedasimulationmodelandhardwaredebugging.Theresultsshowedthattheactualhardwaredesigndebugbasicallyreachedtherequirementsofthetechnicalindicators,comparativeanalysisshowsthatthisdevicehasagoodprospect.

Keywords:microcontroller;temperatureconversion;DS18B20;DAC0832桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第PAGEIII页目录1绪论 11.1选题的意义 11.1.1燃气热水器简介 11.1.2燃气热水器的发展趋势 21.1.3现有燃气热水器温度调节方案及不足 32燃气热水器方案设计 42.1设计要求及系统设计要点 42.1.1设计要求 42.1.2系统设计要点 52.2方案设计 62.3系统性能指标 83热水器控制器系统分析 93.1燃气热水器的系统组成与工作原理 93.2燃气热水器的数字PID温度控制 103.2.1PID算法控制的实现 103.2.2PID控制器的参数整定 134燃气热水器系统的硬件设计 144.1元器件的选择 144.1.1单片机的选择 144.1.2显示器件的选择 154.1.3数字温度传感器的选择 184.1.4D/A数模转换的选择 204.1.5比例阀的选择 224.1.6风机的选择 244.1.7水汽联动装置的选择 244.1.8变压器的选择 264.2硬件电路的设计 264.2.1主控制电路的设计 264.2.2键盘输入电路的设计 274.2.3声光报警电路的设计 284.2.4温度检测电路的设计 284.2.5液晶显示电路的设计 284.2.6电流控制电路的设计 294.2.7系统的安全性研究 295系统软件设计 325.1主程序流程图 325.2测温程序流程图 345.3数字PID控制器的实现 356系统的设计 356.1软件的调试 356.2硬件的调试 366.2.1检测元器件 366.2.2检测各个引脚信号 367总结和体会 37谢辞 38参考文献： 39附录一 40附录二 41附录三 42附录四 43附录五（程序）： 44桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第29页共49页1绪论1.1选题的意义1.1.1燃气热水器简介所谓燃气热水器就是指以气体燃料燃烧为热源的热水器的统称，是一种小型的热力设备。它的工作原理大体是这样：燃气在燃烧室内完全燃烧，产生高温烟气。高温烟气流经换热器，把换热器中的冷水加热为所需的卫生热水。燃气热水器有这些分类方式，按使用气种可以分为使用天然气、人工煤气和液化石油气3种。按结构可分为容积式和直流式。按给排气方式可分为：直排式、烟道式、平衡式、强排式、强制给排气式等。相对于其它类型热水器而言，燃气热水器具有这样一些优势：不需预热；节能；不结垢、寿命长；使用成本低；款式超薄纤细，外观时尚。第一台燃气热水器诞生已经超过了100年。而燃气热水器技术的发展主要是二战之后50多年的时间内完成的。我国的燃气热水器生产也有近30年的历史。燃气热水器的发展迄今为止经历了三个阶段：（1）以实现简单功能为目的的第一阶段：作为第一阶段代表的燃气热水器是热水流量为5L/min的小型热水器。采用压电陶瓷点火方式，小火先着，水气联动控制阀、控制点火，互相独立的气、水调节阀门，热电偶式的熄火保护装置。这种类型的热水器具有初步的安全性保证，满足基本功能，操作也不复杂，但很快显现出的问题在于：点火装置的可靠性与寿命；熄火保护装置的寿命；操作的相对烦琐。特别是热电偶式熄火保护装置在点火初期的时间延迟操作，令使用者倍感不便。因此，这一阶段的后期，热水器在此基础上做了一些更新：点火装置由压电陶瓷变为电脉冲式，引入了内置电源，同时取消了熄火保护装置，水—气联动阀是热水器上唯一的安全装置。（2）以完善使用特性为目的的第二阶段：自吸阀的引入是对完善使用特性的重要贡献，而以水驱式自动点火作为主要特征，这一进步使燃气热水器的技术品质有了一个质的飞跃。虽然这种类型的热水器仍然由电脉冲点火装置、水—气联动阀、自吸阀、独立的水—气调节装置构成，但其使用性能有了很大的提高，表现为：操作极为方便，使用更为安全。一开水点火便自动进行，在一般情况下，热水器安装在浴室外成为可能，这使燃气热水器使用的安全隐患大大减低。自吸阀灵敏的熄火保护特性，使热水器非燃烧状态的燃气泄漏现象几乎不会出现。有别于自吸阀的一些安全装置也有出现，目前采用自吸阀的燃气热水器依然是市场的主流。此外，热水器的大流量化进一步兴起，出水量超过8L/min的品种增加，市场进一步扩大。（3）以追求高品质为目的的第三阶段，目前正处在第三阶段的兴盛期，亦是竞争最激烈的时期。从事热水器研究与生产的业内人士，同时在追求燃气热水器的更高品质。这主要表现在先进控制技术的引入，目的是解决燃气热水器使用中仍然存在的主要矛盾：出水温度调节给使用者带来的问题，水温度的调产品，线控热水器、恒温热水器、智能型热水器亦有出现。同时，在安全节范围不能满足其使用要求，尽管这种感觉是错误的，只是由于调节过程的复杂性以及使用者对于调节过程的理解障碍所导致，但为解决这一问题，似乎能用热水器本身提供的装置自动解决更为合适。这便是追求热水器更高品质的原因。作为特征性保障方面，缺氧保护装置、防止不完全燃烧装置的使用更是使燃气热水器的综合性能有了极大的提高。1.1.2燃气热水器的发展趋势随着社会生产力的发展以及人们生活水平的提高，燃气热水器也在不断更新、发展，以满足人们对较高生活品质的追求。而今燃气热水器正朝着以下这些方向发展：（1）安全性能不断完善燃气热水器对人体的安全威胁主要是燃烧所产生的烟气。随着排气方式不断地改革，热水器的安全使用已基本得到解决。而安全问题在燃气热水器开发过程中始终是处于重要的位置。（2）舒适性的提高燃气热水器使用的舒适性便是人们关心的重要问题。作为淋浴用热水器要实现舒适沐浴有两个基本要求：一是水温，二是水量。为提高使用舒适性，国内正在研究的课题有：a）扩大热水器的负荷调节比，要求不小于20％～100％（即冬夏型功能），国外热水器负荷调节均在30％～100％；b）发展良好恒温性能的智能化热水器，满足使用过程中水温波动在设定值±1℃范围内；c）实现低的水流阻力，大的水量并维持使用过程中水量相对稳定且不低于7L/min；d）热水器低的运行噪音，希望维持在50～60分贝；e）快速加热功能，减少开始使用或关机后重新启动时的冷水量；f）快速水温恒定功能，以避免淋浴水时冷时热现象。（3）更加环保我国燃气热水器标准中现在除规定了对排烟CO含量的限制外，即限制燃烧不完全程度，还对排烟NOx含量作了要求。（4）向更为节能的方向发展发达国家对燃气热水器提出低污染环保要求的同时也提出进一步节能的要求，即鼓励支持高效低污染燃气热水器的研制。节能的深远意义不仅是节约开支而是国民经济可持续发展的要求。（5）功能的多元化从单一淋浴发展为多功能的热水器：a）供暖/淋浴两用；b）制冷（空调）/淋浴两用；c）其它多功能多用途的热水器。燃气热水器虽然容量小，但分布量大面广，其发展和社会的千家万户有着密切的关系。目前燃气热水器正在向着大容量、高效节能和减少环境污染的方向发展，其发展目标主要包括燃烧系统高效率低污染的自动控制燃烧和热交换部件传热效率的提高、公众安全性以及满足现代生活的舒适感。1.1.3现有燃气热水器温度调节方案及不足目前市场上燃气热水器产品的温度控制基本上采取两种方案：（1）机械旋钮式：热水器的温度调节是通过机械式旋钮实现的，有火力调节旋钮和水量调节旋钮共同控制。火力调节旋钮按标识调小时，热水温度降低；调大时，热水温度升高。水量调节旋钮按标识调小时，水流量减少，热水温度升高；调大时，水流量增大，热水温度降低。用户可以调节合适的热水温度（推荐沐浴温度范围为38℃～42℃）洗浴。（2）数字式这种方式下，水温的调节是通过数字控制实现的，当需要出水温度升高时，则微电脑控制比例阀开大，燃气压力升高，水温升高；反之，则比例阀开小，水温降低。在实际生活中，我们发现绝大多数的中、低档产品都采用机械旋钮式方案，而这些产品恰恰式市场的主流。但是，此类热水器还存在许多不尽如人意的地方，因为该类燃气热水器使用的是煤气和氧气进行燃烧产生热量，需要安装在室外通风良好的地方，否则氧气不足会造成煤气不完全燃烧而产生一氧化碳对人的生命构成威胁，而对热水器的控制调节都在机体上，以致洗浴时需要预先调节好水温，有时候遇到水压不正常就造成水温浮动不定，使洗浴者又要出来调节水温，这样不仅浪费水和燃气，而且给洗浴者带来极大不便。基于以上考虑，本方案拟设计一个基于单片机控制的燃气热水器水温自动调节系统，即通过室内的控制器，输入预定温度，由执行机构自动快速地调节到预定温度，以解决上述问题。2燃气热水器方案设计2.1设计要求及系统设计要点2.1.1设计要求进行市场调查，了解燃气热水器的最新发展和用户使用需求。收集、消化有关燃气热水器及其控制器的资料。设计出燃气热水器的单片机控制器，要求功能齐备，使用方便，经济实用，安全可靠。1.控制器应具有以下功能：水温的自动控制和显示；完善的安全保护措施。2.水温：20～90℃可调。3.电源：AC220V或电池本课题是制作一款基于单片机控制的燃气热水器控制器系统，使燃气热水器按人们的需求能快速、稳定的达到人们所需求的温度，以体现燃气热水器比一般热水器所具有的优势。要求温度传感器及转换电路，水温设定与自动调节电路，单片机输入输出接口电路以及显示模块的设计。其中的难点是实现PID控制温度。2.1.2系统设计要点燃气热水器控制器的设计主要考虑的要点是安全性、舒适性、操作方便性以及成本等因素。这些要点尤其是对控制器的应用软件设计提出了较强约束和严格要求。（1）安全性：安全性是整个系统设计首先需要考虑的问题，虽然燃气热水器发展到今天可以认为基本解决了安全性的问题，但是诸如燃气泄漏、烟气泄漏、水温偏高导致烫伤等安全事故还是偶有发生，所以保证系统运行安全可靠是控制器设计的基本要求。安全性设计首先要解决的问题就是避免燃气泄漏和烟气泄漏，要保证做到燃气热水器工作于燃烧状态时烟道畅通；要严格控制燃气阀的开闭；要做到控制器意外死机后燃气阀能及时关闭等。其次要解决的安全性设计问题是避免生活水和采暖水水温偏高，要保证水温过高时控制器中断加热或停机报警。（2）舒适性：舒适性即洗浴的舒适性，也就是要求对生活水出水温度进行良好的控制。温度控制是控制器设计的最重要的任务，控制器设计是否成功关键就是看它对出水温度的控制效果。参照普通燃气热水器的标准，燃气热水器生活水温度控制的指标如下：a）控温精度：热水器的实际出水温度达到稳态后与设定出水温度相比较，其稳态误差不大于±1℃b）初始加热时间和超调量：按GB6932-94之规定，在标准测试条件下，将燃气热水器的进水量调至额定水流量，设定出水温度为进水温度加上20℃，燃气热水器从冷机开始起动加热并将水加热至设定温度的时间不大于20秒，且燃气热水器的出水温度的超调不大于3c）进水量变化时的超调：按GB6932-94之规定，在标准测试条件下，将燃气热水器的进水量调至额定水流量，在燃气热水器的出水温度达到稳定后，将燃气热水器的进水量瞬时变化±20%时，燃气热水器出水温度的超调不大于±3℃；将燃气热水器的进水量瞬时下调50%时，燃气热水器出水温度的超调不大于8从指标可以看出，对生活水温控制的“稳、快、准”要求较高。另外为了保证舒适性，在进水量不同的情况下也要求对生活水温度进行良好的控制，也就是要求控制器的鲁棒性要强。（3）操作方便性：控制器对使用者是不可见的，他只有通过控制器的人机接口将指令传达给系统。操作的方便性就是力求设计简便的流程来实现使用者设置工作方式、设置洗浴、采暖温度等操作，以达到双功能燃气热水器使用方便快捷的目的。（4）成本：燃气热水器最终是要形成产品，进入千家万户使用。而成本是一个产品必须考虑的，尽可能在满足各方面要求的前提下降低成本是厂家追求的。作为整个产品的一部分，控制器也必须尽量压低成本，尽量做到用较小。（5）功能要求：控制器的设计要体现出产品的智能化，除了要实现生活水出水温度控制以外，它还要具有如下功能：提供人机交互——用户可以设置出水温度；故障报警等等。2.2方案设计 方案设计的总体思路如下：首先通过键盘设定一个温度值，然后通过温度传感器采集温度，与设定的温度进行比较，如果温度小于设定值，燃气热水器比例阀开度加大，燃烧室煤气浓度增加，燃烧室火力变大，水温升高，当水温达到设定值时，则停止调节比例阀，保持当前设定值，设定的温度和水温通过LCD1602显示出来。当水温高于某临界温度（如70°）时，报警器发出报警，同时燃气热水器停止工作。所以可以得出电路以单片机为核心，包括温度设定按键模块，LCD显示模块，报警和输出电路等模块组成。燃气热水器温度控制系统硬件部分按核心处理器、外围电路和外部设备三部分来进行设计。核心处理器选用ATMEL公司生产的89S51系列单片机，该单片机功能强大，资源丰富，运算速度快，满足我们温度控制系统的设计需要。外围电路设计必要的电源电路，复位电路等。外部设备分为几个部分加以设计：键盘输入电路、LCD显示电路，燃气比例阀控制电路，温度采样电路、外部看门狗电路及蜂鸣器报警电路。系统设计了一路模拟量转数字量输入（热水器出水口温度）；三开关量输入（温度加一信号、温度减一信号、确定输入信号）；LCD显示部分分两行显示，第一行显示设定的热水温度，第二行显示实际出水温度，显示范围为0～99度。控制器硬件结构电路原理如图3.4所示。燃气比例阀控制电路单片机温度测定电路燃气比例阀控制电路单片机温度测定电路LCD液晶显示电路LCD液晶显示电路温度设定电路温度设定电路安全报警电路保护电路安全报警电路保护电路看门狗电路看门狗电路图3.4硬件结构原理图温度设定电路。通过一个按键产生脉冲输入单片机来调节水温的设定值。温度测定电路，采用温度传感器来测量温度。单片机，是整个电路的控制核心，实现PID模糊控制。LCD液晶显示电路，单片机通过液晶显示温度的设定值和实际测温值。比例阀控制电路，通过控制DAC0832输出大小不同的电流，控制比例阀的开度。报警电路，当实际温度高于设定温度时，报警电路报警。保护电路，当出现干烧，温度高于设定值等情况，自动切断电源，停止工作。看门狗电路，用于单片机断电保持和复位等。2.3系统性能指标1．测温范围：0～99因为被控参数是水，其工作状态始终是液态，所以其工作温度就是在0～99℃之间，LCD液晶显示，其显示数值范围是0～99℃，代表温度范围是0～99℃2．设定温度用户可以自行设定任何一个测量点的温度数值，数字小键盘输入、LCD显示，其显示数值范围是0～99，代表温度范围是0～99℃3．掉电数据保护和系统故障复位利用看门狗（watchdog）电路，具有掉电数据保护功能和系统故障复位功能。当系统突然失电时，可以利用看门狗中的EEPROM数据储存器，将控制系统中的正在运算的数值和结果保存起来，当系统恢复供电后，单片机再从看门狗中读出这些数据，从而保证了系统中临时数据的安全。同时，当系统出现故障死机或者程序跑飞进入某个死循环后，可以利用看门狗电路向单片机发出复位信号，使系统重新开始运行。4．报警功能当温度测量数值偏离设定数值时，系统会自动报警，以提醒用户及时查明故障原因和解决问题。同时当温度调节到位也由蜂鸣器发声，告知用户温度调节完毕，实现智能化。3热水器控制器系统分析3.1燃气热水器的系统组成与工作原理 燃气热水器结构上包括控制，供水与加热，燃气供应与燃烧，供风与排气等多个组成单元，图2.1表示出了具体研究的燃气热水器的结构。图2.1燃气热水器基本结构生活水回路，进水一端接冷水，出水一端接洗浴装置。冷水进水端打开以后，水的压力控制安全阀打开，燃气进入喷嘴，同时电子打火装置也开始工作，燃气开始在燃烧室内燃烧，冷水经过热交换器变成热水供人们使用。通过控制比例阀的大小可以控制火力的大小从而控制水温，由温度传感器反馈信息，通过单片机运用PID编程处理控制，达到水温恒温自动控制。3.2燃气热水器的数字PID温度控制PID控制系统原理框图如图4.5.1所示。系统由PID控制器和被控对象组成。图4.5.1PID控制系统原理框图PID控制器是一种线性控制器,一种它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制偏差：e(t)=rin(t)-yout(t)(4-1)PID控制就是对偏差信号进行比例、积分、微分运算后，形成一种控制规律。即，控制器的输出为：(4-2)式中，——比例系数；Ti——积分时间常数；——微分时间常数。3.2.1PID算法控制的实现由51单片机组成的数字控制系统控制中，PID控制器是通过PID控制算法实现的。51单片机通过AD对信号进行采集，变成数字信号，再在单片机中通过算法实现PID运算，再通过DA把控制量反馈回控制源。从而实现对系统的伺服控制。 本文采用位置式PID控制算法具体如下PID位置算法PID位置算法受控对象re+一uy位置式PID控制算法的简化示意图

上图的传递函数为：

（2-1）在时域的传递函数表达式

（2-2）对上式中的微分和积分进行近似

（2-3）式中n是离散点的个数。于是传递函数可以简化为：

（2-4）其中u(n)——第k个采样时刻的控制；KP——比例放大系数；

Ki——积分放大系数；Kd——微分放大系数；T——采样周期。如果采样周期足够小，则（2-4）的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。（2-4）表示的控制算法直接按（2-1）所给出的PID控制规律定义进行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，因此被称为全量式或位置式PID控制算法。缺点：1）由于全量输出，所以每次输出均与过去状态有关，计算时e(k)(k=0,1,…n)进行累加，工作量大。 2)因为计算机输出的u(n)对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，输出u(n)将大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生产事故，这在实际生产中是不允许的。3.2.2PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3对于流量系统：P（%）40--100，I（分）0.1--1对于压力系统：P（%）30--70，I（分）0.4--3对于液位系统：P（%）20--80，I（分）1—5PID参数整定过程很复杂，所以很难掌握，可按如下口诀进行：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低4燃气热水器系统的硬件设计4.1元器件的选择 4.1.1单片机的选择（1）单片机芯片的选择MCS5一51系列单片机及其兼容机在国内拥有广泛的用户。目前，国内市场上，Intel公司生产的MCS5一51系列单片机已少见，代之以其它公司生产的MCS一51系列兼容单片机。在Ateml公司的系列产品中，常用的AT89C系列单片机己经停产，因此AT89S系列单片机的价格比AT89C系列单片机低，而且AT89S系列单片机相对于AT89C系列单片机新增不少功能，性能有了较大提升。AT89S系列单片机价格便宜、性能可靠，所以采用AT89S51（2）单片机管脚使用的说明AT89S51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如图2-2所示。与8031相比，AT89S51自带4K的ROM和128B的RAM，因此编写中小型系统就无需任何硬件进行扩展。图2-2AT89S51引脚配置89S51相对于89C51增加的新功能包括：

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新增加很多功能，性能有了较大提升，价格却基本不变，甚至比89C51更低！

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ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。

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工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率只有24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。

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具有双工UART串行通道。

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内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。

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双数据指示器。

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电源关闭标识。

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全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。

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兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 4.1.2显示器件的选择显示器件有液晶模块、数码管等等；液晶模块又分为三类:数显液晶模块、点阵字符液晶模块、图形液晶模块。数码管虽然价格便宜，但数码管里面的发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大，并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。另外，当温度变化时驱动芯片还要能够自动调节输出电流的大小以实现色差平衡温度补偿。即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏。显示包括设定温度和实时温度的显示，并且要显示4位，如果用数码管则会占用单片机太多的端口，那样可能要进行端口扩展，这样就要用到其它扩展芯片，造成成本的上升，并且数码管容易受到干扰，特别是对温度测量这种精度要求较高的显示，容易产生不稳定，造成更大的误差，所以决定选用功能强大不易受到干扰的液晶LCD1602显示。（1）LCD1602A液显及其引脚说明： 温度显示采用LCD1602,以降低对单片机端口数的要求,同时也降低系统的功耗.时间控制电路和键盘输入,1602A可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。1602采用标准的16脚接口，其中:第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15～16脚：15脚接VCC，16接GND,作背光用。（2）LCD1602的指令控制：1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-1所示，表2-1指令表指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清显示0000000001光标返回000000001置输入模式00000001I/DS显示开/关控制0000001DCB光标或字符移位000001S/CR/L置功能00001DLNF置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址（AGG）置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址（ADD）读忙标志或地址01BF计数器地址（AC）写数到CGRAM或DDRAM10要写的数从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）

指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置

指令2：光标复位，光标返回到地址00H

指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效

指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁

指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标

指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符

指令7：字符发生器RAM地址设置指令8：DDRAM地址设置

指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：写数据

指令11：读数据4.1.3数字温度传感器的选择采用集成器件DS18B20，DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。1、DS18B20产品的特点（1）、只要求一个端口即可实现通信。（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6）、内部有温度上、下限告警设置。2、DS18B20的引脚介绍TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。（底视图）图1表1DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时序是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。4.1.4D/A数模转换的选择DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有28=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。图4-83是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。图4-83D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。DAC0832引脚功能说明：DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2:电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线

(+5v~+15v)Vref:基准电压输入线

(-10v~+10v)AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.采用ADC0809实现A/D转换。D/A转换器DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图4-82所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为：

图4-82由上式可见，输出的模拟量与输入的数字量（）成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。

4.1.5比例阀的选择燃气比例阀是一种可动永磁式的电磁比例阀系统，它可根据电脑控制器输出电流的大小，自动调节阀口的开度，对燃气流量不断地进行细微的无级调节，使热水器的出水温度可无级设定；另外在比例阀输入电流不变的条件下，阀口开度可随输入压力变化而自动调整，保证输出口压力稳定，使热水器所设定的出水温度保持恒定。该比例阀还具有结构紧凑，性能可靠，调节灵敏等优点。适用于恒温热水器等燃气设备 A：结构及工作原理介绍该阀由开关阀、比例调节系统、稳压系统三大部分组成：a、开关阀：如上图所示,它是一个通断型电磁阀，根据控制器的电信号来打开或关闭阀口。b、比例调节系统：主要由电磁系统、永磁体、球阀组件构成。当线圈得到控制电流时,在磁芯的下端面产生与永磁体端面极性相同的电磁场力，按同性相斥的原理，二者产生排斥力，推动永磁体及球阀下移，与橡胶阀口之间形成相应的开度。电流增加时磁芯磁场增加，推开永磁体的力增大，阀口开度增大；电流减小时磁芯磁场减小，推开永磁体的力减小，阀口开度减小。这样控制器可通过水温反馈信号自动调节电流来自动控制燃气流量，从而达到调控水温、稳定水温的目的。当线圈断电时电磁力消失，永磁力使永磁体吸向磁芯，球阀上移关闭阀口；在断电状态下永磁体始终吸向磁芯，对球阀产生恒定拉力，使该阀口具有良好的密封效果。C、稳压系统：当电流按设定温度值确定后，磁场力可视为一个恒定作用力。输入压力升高，膜片受力增大向上位移，使阀口开度减小；输入压力下降，膜片受力减小向下位移，使阀口开度增大。这样一来保证了输出压力的稳定，使燃烧工况始终保持所需状态。根据温度传感器传给控制板的数据，由单片机发出指令，自动控制火力的大小，从而达到水温的自动调节和控制。4.1.6风机的选择选择强排式燃气热水器风机：一、设计上根据不同的燃气用强排式热水器的要求，采用气动力学与气动声学优化组合的原理，最大限度发挥多翼式风机的特点，使整机具有流量大，风压适中，噪声低的卓越优点。

二、风机外壳采用优质钢板制作并表面处理，外形及安装可依据不同配套厂家定做，从而保证与整机协调统一、美观，安装灵活方便。三、叶轮采用铝合金整体制作或铆合而成,并经严格静、动平衡校正，因些振动极小。四、电机配套轴承采用日本NSK、NTK轴承，质量可靠，经久耐用.五、相关风机性能参数：(参考值)电压：AC220V频率：50HZ转速：2750r/min输入功率：25+10%W风量：1.3m/min负压：180Pa(也可设置正压）。4.1.7水汽联动装置的选择水气联动装置（俗称水气联动阀）包括水控装置和气控装置，工作原理就是检测到足够的冲击水压时，启动燃气机械开关（草帽垫），接通电路（一般为微动开关），进而启动脉冲点火器和电磁阀以及电机。水控装置是控制水流量的装置，又称水温调节阀；气控装置由气阀组件组成，控制燃气的启闭和燃气流量，又称火力调节阀。水气联动装置主要部件有：进气口、泻压阀杆、锥形管、鼓膜、水温调节阀、顶杆、微动开关、火力调节阀、电磁阀、进气口等。水气联动装置的作用是保证在水压足够且被引进热交换器流动时，燃气制阀门才能打开。而当水流停止或压力不足时，自动切断燃气的供气通路，防止因缺水而烧坏设备。

简单地说，就是检测到足够的冲击水压时，启动燃气机械开关（草帽垫），接通电路（一般为微动开关），进而启动脉冲点火器和电磁阀以及电机。

现在常用的水气联动装置主要有两种：一种是压力式，另一种是压差式。

1、压差式：采用薄膜两侧水的压力差的原理。它的输水管设置了节流孔（文氏管），当水流过节流孔时，在薄膜的两侧产生压力差，由压力差来开启和关闭燃气阀瓣。由于节流孔的内径是固定的，所以在单位时间内流过节流孔的水越多，则经过节流孔时水的流速就越快，根据伯努利原理，节流孔两侧所生产的压力差就越大，由阀杆控制阀瓣，使阀口开启的程度随之加大。这样就保证了在热水器的热负荷范围之内，热水温度保持基本稳定，不至于忽冷忽热。当水阀关闭，水停止流动时，薄膜两侧的压力差消失，阀瓣在弹簧的作用下复位，切断了主燃烧器的供气，主燃烧器熄火（此时如有小火燃烧器则保持原来的燃烧状态）。压差式水气联动阀既可用于前制式，又可用于后制式。（本文用压差式）

2、干簧管（或霍尔）式：采用磁钢感应干簧管（霍尔开关）。热水器进水管内安装磁钢，打开水阀水流量达到设计值时，磁钢转过感应点，干簧管就闭合，控制电路接通，燃气阀门打开，热水器燃烧。4.1.8变压器的选择变压器主要是将220V变压成燃气热水器中各个系统所需要的电压，可以买伊戈尔电气公司的产品，质量和功能都能满足多电源提供的要求。4.2硬件电路的设计4.2.1主控制电路的设计 主控制电路由看门狗复位电路、晶振电路、LED灯显示电路、单片机芯片等构成，单片机通过程序控制外围电路互相配合，进行温度的显示、调节、控制等操作。如图4.2.1.图.2键盘输入电路的设计由于本系统要求的输入，仅为用户预设的两位温度值，故所需要的键数比较少，用3个单键（十位按键，个位按键，确定）即可，还有一个结束按键。由于单片机引脚有限，在设计初期还不能确定是否有多出来的资源供使用，还有考虑到键盘响应的及时性和单片机运行的效率，所以本系统采用中断扩展控制方式，即四个单键先分别与四个I/O口相连。其电路图如图3.5所示。图3.5键盘输入电路4.2.3声光报警电路的设计如下图所示，蜂鸣器主要起报警作用，当出现干烧，温度过大等情况时，蜂鸣器响起。图4.2.3蜂鸣器报警电路4.2.4温度检测电路的设计 温度检测电路由DS18B20温度传感器，通过把测量到的温度传回给单片机，实现了温度采集发送的任务。如图4.2.4图.5液晶显示电路的设计图4.2.5.LCD1602一方面通过温度传感器测得的温度显示出来，另一方面把设定的温度显示出来。如图.2.6电流控制电路的设计单片机通过P0口输出数据，DAC0832把数据量转换为模拟量，由于转换出的电流很小，最大的只有330uf左右，所以需要用运放先把电流转换成电压，出来的电压是负值，所以发光二极管倒过来接，根据发光二极管的大小来显示输出电流的大小，通过接一个220的电阻，达到把电压转换成电流的简单电路，达到电流控制的作用。如图4.2.6. 图.7系统的安全性研究系统的安全性，是指在规定的条件下，规定时间内完成规定功能的能力。目前，安全性理论已经被广泛地应用在工程的各个领域，并且日益起到重要的作用。单片机应用燃气热水器温度控制是其智能化的发展趋势。因而，随着单片机在燃气热水器系统中的深入应用，使其应用的安全性就成为一个非常突出、急待解决的重要问题。影响可靠性、安全运行的主要因素是系统内部和外部的各种干扰和系统的整体结构设计。其中，干扰对测控系统造成的严重后果主要表现在测量数据误差增大、控制状态失效、程序运行异常等方面。我们知道，燃气热水器不同于其它系统，它具有特殊的工作条件，而单片机作为燃气热水器系统的控制核心，其应用环境非常恶劣，这就要求它必须具有很强的抗干扰能力，能够在各种恶劣的环境下可靠地进行控制、监测、实时显示数据和进行通信等功能。因此，提高单片机控制系统的可靠性已经成为提高整个燃气热水器水温控制系统安全性的一个重要的环节。控制系统中可靠性非常重要，在系统的设计初期就要充分考虑。燃气热水器水温控制系统的设计，相对于同类系统的设计来说更为复杂和特殊，它需要考虑的可靠性问题更多，所以更要引起设计者的重视，在实际设计中，应该尽可能考虑各种不确定因素，充分利用实际经验来分析其产生来源，制定相应的安全策略，提高温度测控系统的可靠性。1系统硬件设计中安全性问题的解决在单片机测控系统的设计中，其硬件可靠性设计应该考虑以下几个方面：1.元器件的选择系统的可靠性是建立在系统中各个组成元器件的可靠性基础上的，所以，在选择元器件时，应该参照以下几个原则进行：（1）充分分析系统的功能需求，根据系统所要达到的性能要求来合理选择半导体器件；（2）由于燃气热水器内部的腐蚀和振动等不利条件，应该选择温漂小、独立封装、稳定性好的元器件；（3）减少焊点数量可降低接触不良、短路等故障，因此，应该尽量选用集成度高的电路，减少使用分立元器件。2.采用AT89S51内部“看门狗”电路设计（1）看门狗定时器（WDT）WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入换乱或死循环而设置，它由一个14位计数器和看门狗复位SFR（WDTRST）构成。外部复位时，WDT默认关闭状态，要打开WDT，用户必须按顺序将01EH和0E1H写到WDTRST寄存器（SFR地址为0A6H），当启动WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其他方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。（2）使用看门狗（WDT）打开WDT需按次序写01EH和0E1H到WDTRST寄存器（SFR地址为0A6H），当WDT打开后，需在一定的时候向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT

溢出。14位WDT计数器计数达到16383机器周期内复位WDT,也即写01EH和0E1H到WDTRST寄存器，WDTRST为只写寄存器。WDT计数器既不可读也不可写，当WDT溢出时，通常将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。复位脉冲持续时间为98*Tosc，而Tosc=1/Fosc（晶体振荡频率）。为使WDT工作最优化，必须在合适的程序代码时间段周期地复位WDT防止WDT溢出。（3）掉电和空闲状态时的WDT掉电时期，晶体振荡停止，WDT也停。掉电模式下，用户不能复位WDT。有两种方法可退出掉电模式：硬件复位或通过激活外部中断。当硬件复位退出掉电模式时，处理WDT可像通常的上电复位一样。当由中断退出掉电模式则有所不同，中断低电平状态持续到晶体振荡稳定，当中断电平变为高即响应中断服务。为防止中断误复位，当器件复位，中断引脚持续为低时，WDT并未开始计数，直到中断引脚被拉高为止。这为在掉电模式下的中断执行中断服务程序而设置。为保证WDT在退出掉电模式时极端情况下不溢出，最好在进入掉电模式前复位WDT。在进入空闲模式前，WDT打开时，WDT是否继续计数由SFR中的AUXR的WDIDLE位决定，在IDLE期间（位WDIDLE=0）默认状态是继续计数。为防止AT89S51从空闲模式中复位，用户需周期性地设置定时器，重新进入空闲模式。当位WDIDLE被置位，在空闲模式中WDT将停止计数，直到从空闲（IDLE）模式中退出重新开始计数。复位电路如下图4.2.7。图4.2.75系统软件设计5.1主程序流程图本系统实现对燃气热水器的温度实时显示、控制功能，首先对DS18B20进行初始化，然后判断设定水温和从DS18B20温度传感器测来的温度进行比较，当设定水温大于实测水温时比例阀开度增大，当设定温度小于实测水温是比例阀开度减小，否则，保持当前数据，比例阀保持当前开度，直到停止运行热水器。当水温大于临界温度值时，蜂鸣器报警并且停止运行。图4.4显示了本系统的主程序流程图。开始开始LCD初始化18B20初始化键盘扫描温度设定T1和读取测量温度T2显示T1和T2DA数模转换Val++保持ValVal--PID温度调节输出值Val=30电流输出控制ENDT1<T2时的输出值T1>T2时的输出值T1=T2返回继续检测图5.1主程序流程图5.2测温程序流程图读取12位读取12位2进制数据12位数据双8位分离10进制温度显示初始化DS18B20启动测温开始图4.1测温子程序流程图在测温时首先对DS18B20进行初始化，初始化DS18B20成功后，启动DS1820开始测温，所输出的是12位2进制数，然后将12位数进行双8位分离，经单片机及其温度数据对应表进行2进制到10进制的转换，最后实时输出并显示10进制温度值。测温子程序流程图见上图4.1。5.3数字PID控制器的实现由上一小节可确定本系统采用的PID算法应使用位置式PID算法，通过DAC0832和V/I转换电路，控制输出电流，由于电压大小有限，输出必须限幅，以免程序误操作，产生不可避免的错误。具体流程图如图4.3所示，其体程序见附录。设定温度取得测量温度设定温度取得测量温度计算偏差计算控制增量输出限幅保存当误差返回主程序6系统的设计6.1软件的调试软件的调试主要通过Keil软件进行操作，对程序编写过程中的错误进行查找，找出错误，进行修改，然后再进行编译直至编译成功，生成HEX文件，才能下载到单片机里，继而实现相应功能。首先，写按键、发光二极管和蜂鸣器的控制程序，把简单的部分先解决掉，然后是调液晶显示器1602，达到要显示的效果，再者就是把测温和显示和在一起，达到正确显示温度的效果，然后，调试DAC0832，根据发光二极管的明亮程度和测量电压值来判别DAC0832输出值的效果，最后，把所有的子程序合成总的程序，实现连调，达到，输入温度，测温，显示，比较，改变DAC输出达到恒温控制等效果。6.2硬件的调试在印制电路板工作完成之后，根据设计的步骤要求我对自己的硬件电路板进行了调试工作，这里将调试的过程及在调试的过程中所遇到的问题提出来进行讨论，以便能够进一步的掌握设计工作的要领。6.2.1检测元器件检测所有元器件的好坏，是否正常工作，导线是否导通等。具体的实现方法是先检测电容、电阻及导线是否短接，采用的工具是万用表。6.2.2检测各个引脚信号给电路接通电源，大概用手摸一下元器件是否发热，有的话，关掉电源，进行再次检测；没有的话，则测试所有芯片的VCC端电压是否达到要求，接地端是否都接地，无误后，则开始对电路中所用到的引脚进行信号波形测试，所使用的工具最好是示波器。检测都没有什么问题的时候，就可以烧写单片机程序，进行整体调试了，调试的结果能达到设计的要求数据，就算硬件设计工作完成。在调试本系统时，有些问题在仿真软件上是无法表现出来的。比如本系统LCD显示的问题，在Proteus上能很清昕地显示，不过烧到单片机上时，可能会因为某些小细节的问题导致无法正常显示，比如说某些管脚可能不适合这样用，这都要通过实际硬件去慢慢调试出来。还有蜂鸣器电路，也可能由于电阻参数设定的不好，导致蜂鸣器响声或者导通度不够，达不到满意要求，通过调整使蜂鸣器响声达到满意的程度。本来是想用运放实现个V/I转换电路实现电流的稳定精确控制，但是参考网上的和课本的几个经典电路和别人尝试过的电路都无法实现，后面干脆不用那么麻烦，直接从DAC接运放变成的电压U1处接个电阻和发光二极管，可以实现输出电流从几mA到几十mA的变化，而且输出也相当稳定，可见实践出真理，有些东西理论说得好听，但是到实际中就派不是用场，要不断的实践调试才能做出符合实际应用的电路，符合毕设设计要求。7总结和体会本文设计的燃气热水器控制器由单片机AT89S51、温度传感器DS18B20、及键盘及显示电路系统软件的设计采用模块化结构，采用定时中断的结构，主要由主系统程序、LCD显示子程序、键盘中断服务子程序、PID调节子程序等程序组成。该控制系统具有较强的智能，可根据用户设定的温度，自动控制温度，给出恒定温度的出水以及漏电保护、防干烧、漏气保护等功能。且具有不需预热、无需等待、节能省电、安全环保、体积小巧、节约空间和水温恒定等突出优点。本次课程设计是对所学知识的一次综合性运用。其中包括对模拟电子技术基础、和数字电子技术基础、单片机等知识的运用。从而完成了本次设计。在设计的过程中发现了自身知识的不足，也发现我们必须具备专业基础知识以外，才能成功的设计出一件合格的东西。这次课程设计收获很多，体会也很深刻，并且对我们所学的东西也产生了浓厚的兴趣。在设计过程中，也学会了很多新的东西，PROTEL软件绘制电路原理图和PCB图，以及一些仿真软件的应用，最典型的就是PROTEUS软件的应用，以及与KEIL软件的联合使用功能。当然最重要的是学到了关于基本电子设计的一些基本方法，同时也加深了对一些常用的电子元件的理解及其基本用法的掌握。但由于仅仅对产品样板进行了调试，由于时间紧迫和各种条件的限制，没有在实际的燃气热水器上面进行调试，因而该设计还有许多需要修改完善的地方除此之外，我觉得在这次设计的过程中，我发现团队精神的重要性，很多时候一个人的力量是有限的，一个人不可能什么都会，什么都能自己解决，还是有需要他人帮助的时候，我觉得人与人之间的相互帮助很有必要，这样不仅能帮助大家很快的解决问题，还能提高我们每个人的实际水平，也培养了我们的团队合作精神，这些能力对于我们今后的学习和工作都很有帮助。谢辞我在专业里，成绩属于中上一点的学生，理论基础底子不是很扎实，实践动手次数不是太多，很多问题对我来说考虑得还不是很周全。但是通过这次学习，使我的理论知识得到了一定的加强。刚开始接触这个课题时，对一些理论知识不是很懂，特别是对题目有诸多方面的不确定性，向导师李海标教授的请敦问题也比较多，有些看起来很简单的问题也需要请教。但是每当我向李老师请教的时候，李老师总是耐心地解答，帮助我解决在论文过程中所遇到的各种困难，李老师不仅诲人不倦，而且具有渊博的知识，扎实的理论基础和实践功底，严谨踏实的治学态度，这些都使我受益无穷。尤其是导师平易近人、豁达开朗的生活态度，让我感到无比亲切。在此我谨向李老师表示我深深的谢意。其次，我也要衷心感谢桂林电子科技大学对我的培养和教育，感谢给我们上课的各位老师、感谢教辅人员和其他各位领导对本人帮助。在论文的整个过程中，我还得到了其他人的大力帮助，在此我一并向他们表示感谢。参考文献：[1]朱荣明.燃气热水器水温智能控制系统[J].西北工业大学学报，2001.（1）：69-71[2]王幸之.单片机应用系统的抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.9[3]余永权.单片机应用系统的功率接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991[4]李秉操.单片机接口技术及其在工业控制中的应用[M].陕西：陕西电子编辑部，1993[5]求是科技编著.单片机典型模块设计实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2004[6]缴瑞山，韩全立主编.单片机控制技术及应用[M].北京：高等教育出版社，2003[7]马明建.数据采集与处理技术[M].西安：西安交通大学出版社，1998.9[8]郭天翔.新概念51单片机C语言教程.电子工业出版社.2009.12[9]解骁武.AVR单片机在家用双功能燃气热水器中的应用[J].工业控制计算机，2004.（6）：42-44[10]王文郁，石玉.电力电子技术应用电路[M].北京：机械工业出版社，2001[11]郭富昭编著.8051单片机典型模块设计与应用，人民邮电出版社，2007[12]唐晨光唐绪伟等编著.单片机原理与应用及上机指导，清华大学出版社，2010[13]薛小玲刘志群贾俊荣编著.单片机接口模块应用与开发实例详解，北京航空航天大学出版社，2010[14]张金主编.现代电子系统设计，电子工业出版社，2011[15]陆坤等.电子设计技术[M]成都：电子科技大学出版社，1997.附录一主电路图附录二DAC0832控制电路图附录三主控电路PCB附录四DAC0832控制电路PCB附录五（程序）：#include<AT89x51.H> //器件配置文件#include<intrins.h>#include<math.h>#include<stdio.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineulongunsignedcharucharcodeSet[]={"SET:00"};ucharcodeTemp[]={"TEMP:00.0"};ucharcodedigit[10]={"0123456789"};//定义字符数组显示数字uchardis[3]={0,0,0};#defineLCD_DataP2 //定义LCD数据输入引脚#defineDAP0 //定义DAC0832数据输入引脚#defineLCD_RSP3_5#defineLCD_RwP3_4//定义LCD引脚#defineLCD_EP3_3sbitDQ=P1^0; //定义18B20引脚sbitbeep=P3^2; //定义蜂鸣器引脚sbitk1=P1^1; //定义按键引脚sbitk2=P1^2;sbitk3=P1^3;sbitk4=P1^4;sbitled1=P1^5; //定义发光二极管引脚sbitled2=P1^6;sbitled3=P1^7;uinttempp; //定义整型的温度数据floatf_temp; //定义浮点型的温度数据uintnum;/********************************************************************************************18B20温度传感器程序*********************************************************************************************/voiddelay_18B20(unsignedinti) //延时1微秒{while(i--);}voidds1820rst() /*ds1820复位*/{ unsignedcharx=0; DQ=1; //DQ复位 delay_18B20(4);//延时 DQ=0;//DQ拉低 delay_18B20(100);//精确延时大于480us DQ=1;//拉高 delay_18B20(40);}uchards1820rd()/*读数据*/{ unsignedchari=0; unsignedchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; //给脉冲信号 dat>>=1; DQ=1; //给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); }return(dat);}voidds1820wr(ucharwdata) /*写数据*/{ unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){ DQ=0; DQ=wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ=1; wdata>>=1;}}uintread_temp()/*读取温度值并转换*/{ uchara,b; ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ ds1820wr(0x44);//*启动温度转换*/ ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ ds1820wr(0xbe);//*读取温度*/ a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); tempp=b; tempp<<=8; tempp=tempp|a; f_temp=tempp*(0.0625); //温度值在寄存器中为12位，分辨率为0.0625 tempp=f_temp*10+0.5; //乘以10表示小数点后面只取一位，加0.5是四舍五入 f_temp=f_temp+0.05; returntempp;}//************************************//延迟voiddelay(ucharms){ intz; while(ms--) for(z=0;z<125;z++);}/*************************************************************************************