热水器水温控制器设计 学位论文.doc

辽 宁 工 业 大 学 单片机原理及接口技术课程设计（论文） 题目： 热水器水温控制器设计 摘 要 随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计设计了一套热水器水温控制器系统，能实现在0～70℃范围内设定控制温度，且70℃时高温报警，十进制数码管显示温度，在PC机上显示温度曲线等功能，并具有较快响应与较小的超调。整个系统核心为51单片机，包括传感器，按键输入电路，LED显示电路，上位机通信电路以及控制加热器的继电器驱动电路。利用ADC0809的8位精度的A/D转换器，完成对水温的实时采样与模数转换，通过数字滤波消除系统干扰，并对温度值进行运算处理，以调节加热功率大小。同时在下位机上通过数码管显示当前温度，通过USB接口传送信息至上位机，可以直接在PC端，观察温度的变化曲线，并根据需要进行相应的数据分析和处理，由此完成对水温的采样和控制其功能是实时检控水的温度，将水的温度控制在允许范围内（0～70℃），温度可由使用者可任意设定并显示。使用电阻丝加热，加热功率1kW。简述了设计中各单元电路的工作原理。 关键词：单片机；温度控制；A/D转换器 目 录 第1章 绪论 1 1.1 热水器水温控制器概况 1 1.2 本文研究内容 1 第2章 CPU最小系统设计 2 2.1 热水器水温控制器总体设计方案 2 2.2 CPU的选择 3 2.3 数据存储器扩展 4 2.4 复位电路设计 5 2.5 时钟电路设计 5 2.6 CPU最小系统图 6 第3章 热水器水温控制器输入输出接口电路设计 7 3.1 热水器水温控制器传感器的选择 7 3.2 热水器水温控制器检测接口电路设计 7 3.2.1 A/D转换器选择 8 3.2.2 模拟量检测接口电路图 8 3.3 热水器水温显示输出接口电路设计 9 3.4 人机对话接口电路设计 9 第4章 热水器水温控制器软件设计 11 4.1 软件实现功能综述 11 4.2 流程图设计 12 第5章 系统设计与分析 14 5.1 系统原理图 14 5.2 系统原理综述 15 第6章 课程设计总结 16 参考文献 17  第1章 绪论 热水器水温控制器概况 热水器水温控制器应用于热水器的温度控制，功能是实时监控水的温度，将水的温度控制在允许范围内（0～70℃）温度可由使用者任意设定，低于设定值时启动加热装置，当到达所设定值时，停止加热。主要研究单片机的数据处理功能，以及实时的采集的及时性，对于51单片机可以有更好更高的了解及应用，对以后的工作研发或是现场控制有着基本的要求。 本文研究内容 设计一个热水器水温控制器实时监控水的温度，将水的温度控制在允许范围内（0～70℃），温度可由使用者可任意设定并显示。使用电阻丝加热，加热功率1kW。 硬件电路设计： 1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路） 2. 温度传感器选择及接口电路设计 3. 显示电路及控制电路设计 4. 继电器控制部分 5. 按键电路 6. 报警部分 软件设计： 1.编程程序流程图 CPU最小系统设计 热水器水温控制器总体设计方案 图2.1 过程层原理框图 因为80C51单片机内部自带8K的ROM和256字节的RAM，因此不必构建单片机系统的扩展电路。单片机的最小系统设计包括单片机的选择、时钟电路设计和复位电路设计如图2.1所示。 1．单片机选择 由于系统属于小型，对于精度和速度方面上都不是有着太高的要求所以选择51系列单片机即可实现课设所要求的目的，对于信息期间的普及化和小型化，产业化，其价格是日益降低，所以选择AT89C51单片机，其优点：有一得性能价格比，集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强大、低功耗、低电压、便于生产便携式产品、 2．时钟电路设计 51单片机时钟信号可以由两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。内部有一个高增益反向放大放大器，用于构成片内振荡器，引脚XTALI和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在XTALI和XTAL2两端跨接警惕或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟发生器，振荡器的频率范围0～24MHz。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠地工作，谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。外部时钟用于特殊的环境所以不予考虑及介绍。 3．复位电路设计 复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此非常重要。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚出现2