基于单片机的电热水器定时控制器设计—20xx年9月

基于单片机的电热水器定时控制器设计—20xx年9月内容摘要：

尺寸布置各个元件的位置，但是毕竟不能完全满足设计的要求，因此用户新建原理图 NewSCH 添加元件库 Add/Remove Library 调出元件 FindPlace Compent 元件布局 连线 设置元件属性 存盘 Save 打印输出报表 Print,Rcport 建立网络报表 Create Netlist 西南科技大学 毕业设计（论文） 12 还要对元件的位置进行手工调整，以便顺利地进行下面的布线工作。 ⑦ 自动布线与手工调整。 Protel 99 的自定布线功能十分强大，只要各种参数设置合理、元件的位置布置的得当，自动布线的成功率几乎是 100%。 但是，由于算法的限制以及用户的特殊要求或习惯，自动布线往往也有许多不尽人意的地方，设 计人员还需要靠手工进行调整。 手工布线中有很多至关重要的窍门，真正掌握了手工布线的技巧才算是真正学会了印制电路的设计。 ⑧ 印制电路板文件的保存及打印输出。 完成印制电路板的布线工作后，用户应该及时地将文件进行存盘保存及打印输出，以备日后用。 开始绘制原理图规划电路板启动 P C B 编制器设置参数装入网络表及元件封装布置元件自动布线与手工调整文件的保存及打印输出结束 图 27 印制板电路设计流程图 西南科技大学 毕业设计（论文） 13 3 控制系统硬件设计 系统设计方案 根据设计要求，系统对水温进行测量、预定加热水温、检测水温；实时显示当前温度或时间，以及显示当前系统工作状态；监视系统工作是否正常；监视系统是否发生故障或工作在危险状态；当发生故障或危险时，及时发出警报和切断系统电源；能根据要求设定开关机；根据要求调整或设置温度和时间。 系统采用模块结构设计： 硬件设计上，主要由温度检测电路模块、显示电路模块、按键电路模块、漏电保护与加热控制电路模块、开关机与报警电路模块和掉电保护与复位电路模块组成。 软件设计上，主要由温度检测子程序、显示子程序、按键子程序、漏电保护与加热控制子程序、开关机子程序和掉电保护与复位子程序组成 ， 系统设计框图如图 31 所示。 图 31 系统框图 温度检测电路将温度信息传送给单片机，再由单片机输出到显示电路， LCD显示检测温度，二极管显示当前工作状态；通过检测按键电路，确定是否有按键请求；根据单片机的请求（加热请求、预约要求、温度要求）启动加热电路；通指示灯 指示灯 蜂鸣和指示灯 LCD显示 放水控制 加水控制 加热开关控制 报警控制 掉电保护和复位 AT89S52 运算比较器 按键电平扫描 漏电检测 A/D 转换器 热敏电阻 西南科技大学 毕业设计（论文） 14 过检测温度是否超温、漏电检测电路，检测当前系统是否发生了危险情况，一旦出现危险情况，启动安全保护电路，立即停止加热电路，并发出报警，切断系统的电源；通过掉电保护与系统复位电路，确保系统工作在正常状态下。 由于考虑到电热水器的潮湿的工作环境对单片机的特殊要求，采用 ATMEL 的AT89S52 单片机作为控制中心。 它具有低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes的可反复擦写的只读 Flash 程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大 AT89S52 单片机提供许多高性价比的应用场合。 硬件设计模块 温度检测模块 采用热敏电阻将温度信息转成电压信息，经过 A/D 转换成数字信号，连接到单片机的 P1口， CPU 查表得到实时温度，经 P2口 将数据输出到 LCD，实现实时显示温度。 1） 温度检测模块框图如图 32所示。 图 32 温度检测模块框图 热电阻器： 将温度信息转换成模拟电压信息； 运算比较器： 通过运算将电压转换成相应的电压信息，用于数模转换； A/D 转换： 将相应的模拟电压信号转换成数字信号，用于单片机使用； AT89S52： 通过 P1口 ，将数字信号传送给 AT89S52， 进行数值转换 ,查表得到相应的 温度信息； 2） 电路： 使用的芯片 LM32 ADC0809 与 74LS74 A、 LM324 14PIN，内有四个运算比较器，其封装图如图 33所示。 B、 ADC0809 模数转换器 1）、 封装图如图 34所示。 运算比较器 A/D 转换 转换 LCD 显示 AT89S52 的 P1接口 热敏电阻 运算比较器西南科技大学 毕业设计（论文） 15 2） 、内部电路框图 如图 35 所示。 3）、 REF+/是标准比较电压， 5V/0V。 将 5V的电压分用 8位数字信号表示，即 图 33 芯片 LM324封装 图 34 ADC0809封装 图 35 ADC0809 内部电路 西南科技大学 毕业设计（论文） 16 分为 256 等分。 将 ANALOG INPUT 模拟电压信号与标准电压运算比较，得到 256其中一个等分电压，用 8位数字表示，传到输出寄存器中，通过数据选择器和启动器将 8 位数字码并行输出。 4）、 工作时序 如图 36 所示。 74LS74 分频器 图 36 ADC0809工作时序 因 8位并行 A/D转换器 ADC0809工作时需外部给它提供一个时钟信号，要求频率范围是 10KHz～。 在本设计中充分利用了单片机的资源，时钟脉冲直接从单片机的第 30管脚 ALE/PROG（ 地址锁存控制信号）提取，其频率为单片机所接的外部晶振的 1/6，因 本设计中提供的外部晶振是 12MHz,故 ALE脉冲是 2MHz。 把 ALE脉冲通过 74LS74进行二分频，得到 1MHz的脉冲供 ADC0809工作。 74LS74 的管脚图与内部结构 如图 3 图 38 所示。 图 37 74LS74的管脚图 图 38 74LS74内部结构图 74LS74 的功能表： 温度检测模块 电路 如图 39 所示。 西南科技大学 毕业设计（论文） 17 表 31 74LS74的功能表 热敏电阻阻值随温度变化， LM324： U2A 的输入电压跟随着变化，电压放大后再通过 LM324： U2B电压跟随器接入 ADC0809 第 0通道 AD 转换。 显示电路模块 主要由 AT89S5 LCD显示器 等组成显示模块。 AT89S52 通过查表找到温度数据，通过接口 P2口输出到 LCD，显示实时温度。 按键电路模块 按键功能电路由 S2— S4控制，这三个按键分别接到单片机的输入引脚 、。 1) 按键功能： S2:设为 ,长按 S2 实现 “ 当前 ” 与 “ 预定 ” 界面切换 ,在各界面中每按一下 S2 则选中某个要设定的对象 ,再按一下则选项中下一个对象 ,若在“ 预定 ”界面长按 S2， 则退回 “ 当前 ” 界面。 S3:设为 ,改变各设定对象参数或状态。 S4:设为 ,流水和停止流水交替切换。 2) 运行方式： 当按键未按下时，相应的输入引脚上只能检测到高电平，而当按键按下时，相应的引脚上便会检测到低电平。 因此，通过软件检测输入引脚的电平值，便可以检测到是否有按键按下了。 3) 框图 如图 311 所示。 4) 电路 原理图 如图 312所示。 漏电检测与加热 模块 电路主要由继电器、稳压管、运算比较器、加热管组成。 1) 加热电路： 西南科技大学 毕业设计（论文） 18 本设计 加热 的加加热方式分手动加热和保温加热。 手动加热是通过按按键就 567U 2 BL M 3 24L1R3M2J21 00 KR31 0K 1 2 V321411U 2 AL M 3 24+ 12 VC11 041122C41 0u12J1T E M PT E M PI N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10U1A D C 08 0 9P R E4C L K3D2C L R1Q5Q6U 3 AS N 74 L S 74 A+ 5VE O CS T A R T _ A L EOEC L O C KT E M P P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17R21 0K+ 5VR11 0K 图 39 温度检测模块电路图 能启动加热电路，而保温加热是当单片机判别出水温低于某一预设的温度时，则自动启动加热电路。 由单片机输出控制信号（单片机的 口输出一高电平），使继电器 J5 闭合，交流电 流经过一能相互抵消互感的两个线圈， 电加热管得到 220V 交流电压，从西南科技大学 毕业设计（论文） 19 而使电加热管加电加热。 P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T / V P D9P 3 . 0 / R x D10P 3 . 1 / T x D11P 3 . 2 / I N T 012P 3 . 3 / I N T 113P 3 . 4 / T 014P 3 . 5 / T 115P 3 . 6 / W R16P 3 . 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2 . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0 . 732P 0 . 633P 0 . 534P 0 . 435P 0 . 336P 0 . 237P 0 . 138P 0 . 039V C C40AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A 1 5S C KM I S OM O S IU9A T 8 9 S 5 1+ 5 VS1S2S3S T A R T _ A L EOEE O CB U Z Z E RL E A KP 2 0P 2 1P 2 2P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7A D D _ W A T E RO F F _ W A T E RR E L A YW A T E R _ L O WW A T E R _ H I G H TL C D _ E。