智能家用电热水器控制器的设计.pdf
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1、基于单片机的智能热水器的设计与实现 第I页 摘要 本文阐述了基于单片机(80C52)的智能热水器控制系统的设计过程,硬件部分主要由单片机,电源部分电路,加热及温度调节电路,数码显示器,AD 采集电路,pt1000 温度传感器,AD7705 参考电压,数据存储器电路,等部分组成。软件部分使用 C 语言编写,主要完成温度的采集,预定温度的设定,当前温度的显示,加热器的控制等功能,软件调试无误。电路使用 protues 画出,并使用ISIS 加载软件程序进行仿真运行。关键词:80C52;模块;自能热水器控制系统Abstract In this paper based on SCM(80C52)of
2、the intelligent water heater control system design process,the hardware part is composed of a single-chip microcomputer,power circuit,a heating and temperature regulating circuit,a digital display circuit,AD collection,PT1000AD7705 reference voltage,temperature sensor,data memory circuit,and other c
3、omponents.Software written using the C language,mainly to complete the collection of temperature,the predetermined temperature,the temperature display,heater control functions,software debugging accurate.The circuit uses an Protues draw,and use the ISIS loading software program for simulation operat
4、ion.Key words:80C52;module;since the water heater control system 基于单片机的智能热水器的设计与实现 第II页 目录 摘要.I 引言.1 一、概述.1 1、智能热水器的历史与发展.1 2、本设计主要的研究内容.2 3、系统总体方案设计.2 4、AT89C52 简 介.3 二、硬件设计.3 1、单片机的选择.3 2、电源部分电路.4 3、加热及温度调节电路.4 3、数码显示器.4 4、AD 采集电路.4 5、pt1000 温度传感器.5 6、AD7705 参考电压.5 7、数据存储器电路.5 三、软件设计.8 1、主程序设计.8 2
5、、温度设定.10 3、设定温度的存储流程图.11 基于单片机的智能热水器的设计与实现 第III页 4、采集温度流程图.12 5、温度显示设计.13 6、温度控制流程图.14 四、系统抗干扰及可靠性分析.14 1、硬件抗干扰技术.14(1)抑制干扰源常用措施.15(2)切断干扰传播途径措施.15(3)提高敏感器件的抗干扰性能.16 2、软件抗干扰技术.17 致谢.18 参考文献:.19 基于单片机的智能热水器的设计与实现 第1页(共22页)引言 热水器一直是人类不可或缺的家用电器,随着科技的发展,热水器也经理了更新换代,现在智能热水器已经可以进入了家家户户,他的高性能,方便,可靠被人们深受好评,
6、这里给大家介绍一下我自己设计的智能热水器。一、概述 1、智能热水器的历史与发展 随着世界能源日益紧缺,开发一种更加节能,舒适性更强的热水器一直是欧洲工程师的愿景,经过潜心研究,欧洲工程师利用逆卡诺循环的原理开发的热泵热水器,这种热水器的能量消耗只有电热水器的 1/3,并且比电热水器更加安全,并且比燃气热水器有更好的稳定性;为了提高热泵热水器的舒适性,欧洲工程师创造性的将一个保温水罐与热泵做为一个整体,由于热水与冷水因为重力原因会相对的移动,这样热水逐渐集中水罐的顶部,冷水储存在底部,随着热泵的不断加热,最后达到整灌水都达到设定的恒温状态,由于热水在加温的过程中体积会膨胀,随着保温水罐中的水温越
7、来越高,水罐中的压力也逐渐增大,用这样有一定压力的热水冲洗时对身体有一定的按摩效果,并且这种热水器会根据设定温度自动调节机组开启的时间;由于该热水器有储热的作用,对有波谷低电价政策的地区,可以通过设定自动控制热水器在波谷时间开启,达到进一步的节能;因此这种热水器又叫智能热水器。基于单片机的智能热水器的设计与实现 第2页(共22页)2、本设计主要的研究内容 本设计是以温室为研究对象,以单片机为主要元件,结合温度传感器器、AD、DA 等器件,进行电热水器系统的设计。通过温度调节器,能够方便大家调节理想温度,并通过温度显示器显示当前温度,方便调节,并且设置报警电路,实现智能热水器的可靠性。3、系统总
8、体方案设计 通过对系统需求的分析,该系统主要由 CPU 控制模块、键盘模块、显示模 块、加热棒功率控制模块、AD 采样模块、数据存储模块电路组成。系统框图如下:系统总框图 该系统采用一片 51 系列单片机 AT89C52 实现整体控制。整个系统通过 PWM调节控制加热棒的加热功率进而调节水温,同时通过一片自大放大电路的 16 位高性能 AD 采集水温,形成一个温度调节回路。当温度低是调大 PWM 占空比进而增大加热器功率,使水温升高,反之则调小 PWM 的占空比使温度降低。另外系统提供 3 个按键,用于设置目标温度。还有采用了 3 为共阴极数码管用于显示当前水温。基于单片机的智能热水器的设计与
9、实现 第3页(共22页)二、硬件设计 根据系统设计提出来的要求,结合系统总体设计方案框图可以设计出单片机控制电梯系统的各部分硬件电路图。1、单片机的选择 该系统中,由于需要采用一路 PWM 输出用于控制加热,资源需求及性价比方面的因素,考虑选用 AT89C52 作为该系统的主控芯片。AT89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 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 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器和 Fla
10、sh 存储单元,功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52 有 40 个引脚,32 个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含 2个外中断口,3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,2 个读写口线,AT89C52 可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S 系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起,特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。本设计中的资源分配:基于单片机的智能热水器的设计与实现 第4页(共22页)P10 作为 PWM 输出,用于控制加热功率;P12 作为 AD7
11、705 软件复位控制线;P13 作为 AD7705 的 SPI 总线时钟线;P14 作为 AD7705 的 SPI 总线数据输入线;P15 作为 AD7705 的 SPI 总线数据输出线;P32 作为 AD7705 的数据采集完成中断线;P34-P36 作为存储器 24C02 的 IIC 总线;P0 口用于驱动 3 为共阴极数码管的段位;P2.0-P2.2 用于数码管显示位的为选择;P2.5-P2.7 接设置键盘,通过增加和减少按键可以调节水温,调节后若按下保存则将当前水温保存为默认水温,若不按保存则当前温度仅为本次使用的水温,关机后再开机则恢复为之前设置的目标温度。2、电源部分电路 该部分主
12、要实现整机电源控制,系统输入AC220V 通过一个变压器转化为AC9V 再通过整流和降压获得系统控制所需的 DC5V。3、加热及温度调节电路 该部分电路主要实现加热器的功率控制功能是水温控制的核心,他通过 AD采集的水温数据反馈调剂 PWM 的占空比来调剂加热棒的有效功率,进而使水温不断逼近设置的目标温度,该系统温度控制精度可达 0.5 度。3、数码显示器 本系统采用一个 3 位共阴极数码管来实现温度的现实,显示精度为 1 度,单片机通过 P0 口控制数码管显示,采用动态扫描方式实现数据现实。4、AD 采集电路 AD7705 采用 SP I Q SP I 兼容的三线串行接口,能够方便地与各种微
13、控制器和 DSP 连接,也比并行接口方式大大节省了 CPU 的 I O 口。下应用电路中,采基于单片机的智能热水器的设计与实现 第5页(共22页)用 80C51 控制 AD7705,对桥式传感信号进行模数转换。此方案采用二线连接收发数据。AD7705 的 CS 接到低电平。DRDY 的状态通过监视与 DRDY 线相编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行 AD 转换。这种器件还具有高分辨 率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点,非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。该系统采用一片自带放大电路且增益可编程的 AD 芯片实现温度采集,由于该芯片自带放大
14、电路且增益可编程,使该设计可靠型更高且更简洁。5、pt1000 温度传感器 PT1000 通过一个电桥形成一组差分电压接入 AD7705,当温度升高或降低时使的 PT1000 的电阻值发生变化,使的 AIN0+与 AIN0-间的电压差发生变化就反应出温度的变化。6、AD7705 参考电压 该部分电路主要是为 AD7705 提供一个精确的基准电源,该电压的精准度直接影响 AD 采集的精度。7、数据存储器电路 该系统选用一片 EEPROM 作为数据存储器,主要用于存储预设的目标温度,每次开机系统将按照预设的目标温度加热。4、AT89C51 简介 AT89C52 是 51 系列单片机的一个型号,它是
15、 ATMEL 公司生产的。AT89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 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 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存基于单片机的智能热水器的设计与实现 第6页(共22页)储单元,功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52 有 40 个引脚,32 个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含 2 个外中断口,3 个 16
16、位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,2 个读写口线,AT89C52 可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起,特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次)Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软
17、件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52P 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器,采用工业标准的C51 内核,在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。主要管脚有:XTAL1(19 脚)和 XTAL2(18 脚)为振荡器输入输出端口,外接 12MHz 晶振。RST/Vpd(9 脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40 脚)和 VSS(20 脚)为供电端口,分别接+5
18、V 电源的正负端。P0P3 为可编程通用 I/O 脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0 端口(3239 脚)被定义为 N1 功能控制端口,分别与 N1 的相应功能管脚相连接,13 脚定义为 IR 输入端,10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口,分别连接 N1 的 SDAS(18 脚)和 SCLS(19 脚)端口,12 脚、27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口,连接主板 CPU 的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0 口 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸收电流的 方式驱动 8 个
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- 智能 家用 电热水器 控制器 设计
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