基于單片機(jī)的熱水器控制板的設(shè)計(jì)--本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目: 基于單片機(jī)的熱水器 控制板的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 副教授 填寫日期：2021年5月22日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc451373119 摘 要 PAGEREF _Toc451373119 h III HYPERLINK l _Toc451373120 Abstract PAGEREF _Toc451373120 h IV HYPERLINK l _Toc451373121 第1章緒論 PAGEREF _Toc451373121 h 1 H

2、YPERLINK l _Toc451373122 1.1 課題研究背景 PAGEREF _Toc451373122 h 1 HYPERLINK l _Toc451373123 1.2 各類家用熱水器的特點(diǎn) PAGEREF _Toc451373123 h 1 HYPERLINK l _Toc451373124 1.2.1 儲(chǔ)水式家用電熱水器 PAGEREF _Toc451373124 h 1 HYPERLINK l _Toc451373125 1.2.2 即熱式家用電熱水器 PAGEREF _Toc451373125 h 2 HYPERLINK l _Toc451373126 1.2.3 燃?xì)馐?/p>

3、家用熱水器 PAGEREF _Toc451373126 h 2 HYPERLINK l _Toc451373127 1.2.4 太陽能家用熱水器 PAGEREF _Toc451373127 h 3 HYPERLINK l _Toc451373128 1.3 課題研究的意義 PAGEREF _Toc451373128 h 3 HYPERLINK l _Toc451373129 第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc451373129 h 4 HYPERLINK l _Toc451373130 2.1 硬件的選用 PAGEREF _Toc451373130 h 4 HYPERLIN

4、K l _Toc451373131 2.1.1 單片機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc451373131 h 4 HYPERLINK l _Toc451373132 2.1.2 傳感器的選擇 PAGEREF _Toc451373132 h 5 HYPERLINK l _Toc451373133 2.2 系統(tǒng)硬件連接 PAGEREF _Toc451373133 h 7 HYPERLINK l _Toc451373134 2.3 系統(tǒng)主控制程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc451373134 h 8 HYPERLINK l _Toc451373135 第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _To

5、c451373135 h 9 HYPERLINK l _Toc451373136 3.1 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc451373136 h 9 HYPERLINK l _Toc451373137 3.2 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc451373137 h 9 HYPERLINK l _Toc451373138 3.3 檢測(cè)電路 PAGEREF _Toc451373138 h 10 HYPERLINK l _Toc451373139 3.4 輸出控制電路 PAGEREF _Toc451373139 h 10 HYPERLINK l _Toc451373140 3.5 溫度設(shè)置電

6、路 PAGEREF _Toc451373140 h 13 HYPERLINK l _Toc451373141 3.6 顯示電路 PAGEREF _Toc451373141 h 13 HYPERLINK l _Toc451373142 3.7 硬件電路總圖 PAGEREF _Toc451373142 h 15 HYPERLINK l _Toc451373143 第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc451373143 h 16 HYPERLINK l _Toc451373144 4.1 單片機(jī)用C語言編程的特點(diǎn) PAGEREF _Toc451373144 h 16 HYPERLINK l

7、_Toc451373145 4.2 溫度檢測(cè)程序流程圖 PAGEREF _Toc451373145 h 17 HYPERLINK l _Toc451373146 4.3 繼電器控制程序流程圖 PAGEREF _Toc451373146 h 18 HYPERLINK l _Toc451373147 4.4 LCD顯示程序流程圖 PAGEREF _Toc451373147 h 19 HYPERLINK l _Toc451373148 定時(shí)器中斷程序流程圖 PAGEREF _Toc451373148 h 20 HYPERLINK l _Toc451373149 第5章基于Proteus與Keil的聯(lián)

8、合仿真 PAGEREF _Toc451373149 h 21 HYPERLINK l _Toc451373150 5.1 Proteus仿真簡介 PAGEREF _Toc451373150 h 21 HYPERLINK l _Toc451373151 5.2 Keil 使用簡介 PAGEREF _Toc451373151 h 21 HYPERLINK l _Toc451373152 5.3 聯(lián)合仿真 PAGEREF _Toc451373152 h 21 HYPERLINK l _Toc451373153 總 結(jié) PAGEREF _Toc451373153 h 24 HYPERLINK l _T

9、oc451373154 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc451373154 h 25 HYPERLINK l _Toc451373155 致 謝 PAGEREF _Toc451373155 h 26 HYPERLINK l _Toc451373156 附錄： PAGEREF _Toc451373156 h 27基于單片機(jī)的熱水器控制板的設(shè)計(jì)摘 要本文系統(tǒng)地介紹了基于AT89S52的家用電熱水器溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)方案、電路原理、程序設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)仿真過程。該系統(tǒng)使用DS18B20進(jìn)行溫度檢測(cè)，利用AT89S52單片機(jī)作為控制核心，運(yùn)用C語言編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)溫度的控制。該系統(tǒng)由單片機(jī)最小系

10、統(tǒng)、傳感器電路、LCD顯示電路、控制電路、溫度設(shè)置輸入電路六大局部組成。借助PROTEUS軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和仿真。該智能電熱水器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善，實(shí)現(xiàn)方案簡單易行。采用C語言編程進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)智能水溫檢測(cè)及顯示，智能加熱，并具有極高的整機(jī)穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，溫度控制，C語言編程，DS18B20Design of electric water heater control panel based on single chip microcomputerAbstractThe composition, design scheme, circuit principle,

11、program design and system simulation process of the temperature measurement and control system of domestic electric water heater based on DS18B20 are introduced in this paper. This system uses DS18B20 to carry on the temperature detection, uses the AT89S52 monolithic computer as the control core, us

12、es the C language programming to realize the system to the temperature control. The system consists of six parts: the smallest single-chip system, sensor circuit, alarm circuit, LCD display circuit, control circuit, temperature setting input circuit. With the aid of PROTEUS software, the circuit des

13、ign and Simulation of the system are realized.The intelligent electric water heater temperature control system is perfect, the realization of the program is simple and easy to implement. Using the software design to control, it can realize the intelligent detection of water temperature and water pre

14、ssure, intelligent heating, and has a high stability and accuracy of the whole machine.Key Words: Single Chip Microcomputer, Temperature Control, C Language Programming, DS18B20緒論課題研究背景熱水器是一種常用家用電器，廣泛應(yīng)用于洗手間、廚房、浴室使用，為人們的生活提供了很大的便捷。常用家用熱水器的設(shè)計(jì)需要考慮使用是否方便、有無污染、是否平安、保溫節(jié)能的效果如何等特點(diǎn)。隨著人民生活水平的不斷提升和電力技術(shù)的不斷開展和普及

15、，其中電熱水器以其優(yōu)秀的使用體驗(yàn)，得到了廣闊人群的青睞。設(shè)計(jì)制造更實(shí)用、更節(jié)能、更平安、更方便的智能家用電熱水器是設(shè)計(jì)工程師和生產(chǎn)企業(yè)不斷追求的目標(biāo)。隨著家用熱水器的不斷普及，市面上出現(xiàn)了各具特色的熱水器，目前市場上流行的家用熱水器主要有儲(chǔ)水式家用電熱水器、即熱式家用電熱水器、太陽能家用熱水器、燃?xì)馐郊訜釤崴鳎渲袃?chǔ)水式家用電熱水器和即熱式家用電熱水器由于電力工程的覆蓋面較廣，備受消費(fèi)者的追捧；各類熱水器各自存在著本身的優(yōu)缺點(diǎn)，往往適合各種不同的場合，但作為一款智能化的家用電熱水器，其溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將直接影響使用性能；因此，一套合理的溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)給用戶更好的使用體驗(yàn)，

16、同時(shí)也將影響產(chǎn)品在市場的占有額。根據(jù)市場調(diào)研反應(yīng)的信息，目前的家用熱水器的市場根本由儲(chǔ)水式家用電熱水器、即熱式家用電熱水器、燃?xì)馐郊矣脽崴?、太陽能家用熱水器占有，下面分別對(duì)上述四款熱水器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析介紹。儲(chǔ)水式家用電熱水器優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)水式家用電熱水器在使用前對(duì)內(nèi)膽內(nèi)的儲(chǔ)水進(jìn)行提前加熱，在使用過程中對(duì)電熱管進(jìn)行斷電處理，無需加熱，杜絕了觸電事故的發(fā)生，使用起來較為平安。在對(duì)內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)行加熱時(shí)，電熱管產(chǎn)生的功率較小一般不會(huì)超過2.5kW，不會(huì)給家用電路造成過大的負(fù)擔(dān)，因此也無需為其提前預(yù)設(shè)或改裝電路。缺點(diǎn)：由于儲(chǔ)水式家用電熱水器采取提前預(yù)熱的方式對(duì)內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)行加熱，使用過程中采取了斷電處理，

17、因此出水量受內(nèi)膽容積和預(yù)加熱溫度的影響，無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)出水。需要內(nèi)膽進(jìn)行儲(chǔ)水，因此熱水器整體體積較大，在安裝過程中存在不便。加熱功率小，使用超過額定容量時(shí)需要等待較長的時(shí)間。使用后沒用完的熱水會(huì)慢慢冷卻，造成浪費(fèi)。易結(jié)垢，污垢清理麻煩。內(nèi)膽如果采用帶壓工作方式，那么對(duì)內(nèi)膽的制造工藝較高，本錢大幅上升。1.2.2 即熱式家用電熱水器優(yōu)點(diǎn)： 即熱式家用電熱水器使用的電熱管功率較大，可實(shí)現(xiàn)快速加熱，無需等待。即熱即用，大幅減小了因熱傳導(dǎo)照成的電能浪費(fèi)。能實(shí)現(xiàn)持續(xù)出水，出水量不受其他條件限制。去除了內(nèi)膽儲(chǔ)水的結(jié)構(gòu)，體積較小，安裝方便。由于不像儲(chǔ)水式電熱水器內(nèi)膽那樣需要較高的制造工藝，所以整體本錢較低。缺

18、點(diǎn)：由于采用即熱式加熱方式，所以需要電熱管的加熱功率較大，6.5kW以上給家庭電路造成不小的負(fù)擔(dān)，安裝時(shí)需要提前預(yù)設(shè)或改裝電路。水的溫升在流量和加熱功率恒定的情況下是恒定的，所以在冬天水的初始溫度較低的情況時(shí)，即熱式家用電熱水器實(shí)現(xiàn)的溫升往往不能滿足使用要求。燃?xì)馐郊矣脽崴鲀?yōu)點(diǎn)：燃?xì)馐郊矣脽崴鞑捎锰烊粴膺M(jìn)行加熱，加熱快。體積小，安裝方便。與即熱式家用電熱水器相比，不受加熱功率的限制，能實(shí)現(xiàn)較大的溫升。同即熱式家用電熱水器一樣，采用即熱即用的加熱方式，能實(shí)現(xiàn)持續(xù)出水，而且不會(huì)由于熱傳導(dǎo)損失過多的熱量。缺點(diǎn)：目前天然氣管道鋪設(shè)的普及面還不夠全面，使用罐裝天然氣更換比較麻煩。使用過程中由于天然氣

19、燃燒不充分容易產(chǎn)生一氧化碳等氣體，在通風(fēng)條件不好的情況下易出現(xiàn)一氧化碳中毒的事故。太陽能家用熱水器優(yōu)點(diǎn)：太陽能家用熱水器使用太陽能加熱，能減少電能的使用或不使用電能，能最大化地節(jié)約電能，利用綠色能源。使用時(shí)的水溫根本恒定，不會(huì)出現(xiàn)較大的溫差變化。缺點(diǎn)：太陽能熱水器的體積較大。出水量受熱水器容積的影響，容器里的水用完了之后不能即刻加熱。安裝的位置要求光照條件充足，受地理位置和天氣的影響較大。安裝需要鋪設(shè)較長的管路，還需要注意保溫，造成安裝不便。本次設(shè)計(jì)以彌補(bǔ)上述兩種電熱水器的缺乏為目的，將即熱式和儲(chǔ)水式熱水器的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，在使用前只對(duì)小局部水進(jìn)行預(yù)熱，在使用過程中通過電熱管和儲(chǔ)存的熱水對(duì)使用的

20、水同時(shí)進(jìn)行加熱，到達(dá)將水溫提升到使用要求溫度的同時(shí)不過大地增加使用過程中消耗的功率，在持續(xù)使用過程中也防止等待時(shí)間過長的情況出現(xiàn)。家用電熱水器控制板硬件包括中央處理器、溫度檢測(cè)傳感器、壓力傳感器、加熱控制驅(qū)動(dòng)電路、停水報(bào)警電路、電源電路、輸入鍵盤、顯示模塊，因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)依次對(duì)硬件的選擇進(jìn)行方案論證，合理地選用硬件有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能、性能及節(jié)約本錢。設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)、控制、顯示的自動(dòng)化，編寫合理的控制程序，使其控制系統(tǒng)智能化，讓使用更加人性化，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)最大化的節(jié)能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及方案設(shè)計(jì)單片機(jī)的定義單片微型計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路制造技術(shù)開展后的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路制造

21、技術(shù)的開展，將中央處理器CPU、時(shí)鐘電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行端口、并行端口、程序存儲(chǔ)單元ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元RAM和系統(tǒng)總線等龐大電路集中在一塊IC芯片上，使其具有邏輯運(yùn)算、檢測(cè)輸出的 功能，具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的根本屬性，簡稱單片機(jī)，又稱單片微控制器；在單片機(jī)外圍設(shè)計(jì)檢測(cè)、輸入、控制電路，廣泛應(yīng)用于智能儀表、工控設(shè)備、家用電器、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)等，具有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的開展，單片機(jī)的性能得到不斷的更新，其運(yùn)算速度、運(yùn)行穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間得到了很大的提升，解決了單片機(jī)階段CPU處理數(shù)據(jù)功能弱、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間小、I/O接口少等難點(diǎn)，而且在其制造本錢、運(yùn)行功耗和體積大小上也

22、得到了很大的完善，為單片機(jī)應(yīng)用于更復(fù)雜的場合提供了很大的空間。中央處理器的選擇直接決定控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和擴(kuò)展功能，在滿足功能的同時(shí)，為適應(yīng)市場競爭的選擇，還需考慮其本錢的計(jì)算，保持較高的性價(jià)比；因此控制系統(tǒng)核心的選用需要綜合設(shè)計(jì)的需要及市場的競爭力，下面列舉幾種目前市場上常用的幾種中央處理器的相關(guān)性能指標(biāo)。AT89C2051占用空間小、功耗小等特點(diǎn)；含有中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器；但I(xiàn)O口和存儲(chǔ)空間較小，不利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。AT89C51低損耗、高性能，具有AT89C2051的所有功能；32個(gè)IO口，128字節(jié)內(nèi)部RAM，4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器；兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，能實(shí)現(xiàn)根本功能的擴(kuò)展

23、，價(jià)格比較廉價(jià)。AT89S52具有AT89C2051和AT89C51的所有功能，32個(gè)IO口，8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由于AT89S52的生產(chǎn)改良了工藝，其本錢與AT89C51不相上下，有的甚至比AT89C51更低。通過對(duì)上述三種單片機(jī)的綜合比較，本設(shè)計(jì)選用AT89S52作為控制系統(tǒng)的中央處理器，經(jīng)過比較我們可以得出AT89S52在滿足設(shè)計(jì)需求的同時(shí)，具有更多的IO接口、RAM及定時(shí)計(jì)數(shù)功能，有利于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展；由于采用了更先進(jìn)的制造工藝，在制造本錢上具有很大的優(yōu)勢(shì)，能保持較高的市場競爭力。傳感器的定義傳感器transducer/sensor是能夠一定

24、的規(guī)定信號(hào)并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)變成控制器可以利用信號(hào)的元件或裝置，一般由轉(zhuǎn)換元件和敏感元件共同組成，其中敏感元件可直接測(cè)量被測(cè)量的變化值，轉(zhuǎn)換元件是指將敏感元件檢測(cè)的變化量轉(zhuǎn)換為可用于傳輸和轉(zhuǎn)換的電信號(hào)局部，用于控制器的數(shù)據(jù)輸入，進(jìn)行邏輯運(yùn)算使用。在有些領(lǐng)域，也將傳感器成為檢測(cè)器、變換器及探測(cè)器等。按照輸出信號(hào)進(jìn)行分類，可將傳感器分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器、膺數(shù)字傳感器和開關(guān)傳感器；模擬傳感器可將被檢測(cè)的非電學(xué)量信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電阻、電壓或電流等模擬電信號(hào)；數(shù)字傳感器可將非電學(xué)量信號(hào)通過敏感元件檢測(cè)后，經(jīng)過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為可供邏輯運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)；膺數(shù)字傳感器可將被檢測(cè)非電學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)或者周期

25、信號(hào)輸出，開關(guān)傳感器可將非電學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)竭_(dá)一定閾值后輸出一個(gè)設(shè)定的高電平信號(hào)或低電平信號(hào)。在傳感器的選擇中可根據(jù)其對(duì)檢測(cè)信號(hào)需要的輸出方式例如開關(guān)信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、脈沖信號(hào)等進(jìn)行選擇。Pt100/Cu50溫度是表征物體冷熱的物理量，它可以通過物體隨溫度變化的某些特征如電阻、電壓變化等特征來間接測(cè)量，金屬鉑Pt和金屬銅Cu的電阻值隨溫度變化而變化，并且具有良好的重現(xiàn)性和溫度性，由此可以利用鉑和銅的此種物理特性制成溫度傳感器，用于測(cè)量-200300范圍內(nèi)的溫度，熱電阻將溫度造成傳感器敏感元件的變化量轉(zhuǎn)換成電阻變換量輸出，電阻與溫度的關(guān)系由各類熱電阻傳感器的分度特性決定。傳感器將由溫度

26、造成的電阻變化量通過輔助測(cè)量電路的配合轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)或電流信號(hào)，同時(shí)設(shè)計(jì)濾波電路去除其中的干擾信號(hào)，保證檢測(cè)信號(hào)的精確性。由于在轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)的變化量是按照一定的比例轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的，所以為了保證溫度測(cè)量結(jié)果的精確性，在設(shè)計(jì)測(cè)量電路時(shí)要求保證被測(cè)量信號(hào)在轉(zhuǎn)換時(shí)盡量滿足線性化，并能滿足一定的穩(wěn)定性，防止由于測(cè)量電路帶來其他附加誤差，影響測(cè)量結(jié)果。DS18B20；在應(yīng)用于溫度測(cè)量領(lǐng)域時(shí)，只需單線即可完成數(shù)據(jù)傳輸，不需要其他外圍電路和元件進(jìn)行輔助；在供電方面可選擇外部供電，也可以選擇寄生電源供電；由于每片DS18B20傳感器上都有一個(gè)唯一的序列號(hào)，因此可以在一條總線上并聯(lián)多個(gè)DS18B20傳感器

27、，應(yīng)用于多點(diǎn)檢測(cè)，節(jié)省微處理器的IO端口；檢測(cè)的數(shù)據(jù)擁有非易失性、上下觸門限和可編程報(bào)警功能。主要特點(diǎn)：通信接口只需要一條線即可和控制器進(jìn)行雙向通訊。每個(gè)器件有一個(gè)存儲(chǔ)在內(nèi)置ROM中的唯一64位的串行代碼。多點(diǎn)性能大大的簡化了溫度測(cè)量的配置。不需要外部器件?？赏ㄟ^數(shù)據(jù)線直接供電。溫度檢測(cè)范圍：-55125(-67257)。測(cè)量精度：-1085。溫度傳感器分辨率9到12位用戶可選。12位溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)間最長750ms。用戶自定義的非易失存儲(chǔ)報(bào)警上/下限。報(bào)警搜索命令標(biāo)識(shí)和尋址超出編程設(shè)定溫度上/下限的器件。接口程序與DS1822兼容。經(jīng)過比照，本設(shè)計(jì)采用一線數(shù)字溫度傳感器作為控制系統(tǒng)溫度檢測(cè)元件

28、，其主要考慮的因素有以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)特性：DS18B20的測(cè)溫范圍在-55+125精度轉(zhuǎn)換的最長時(shí)間為750ms；供電方式可以通過數(shù)據(jù)線直接供電或外部電源方式供電，系統(tǒng)工作的功耗極低。本錢分析：由于半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速開展，大型集成電路的功能越來越全面，性能越來越穩(wěn)定，而且體積也在不斷地縮小，制造本錢也越來越低。DS18B20的體積和普通三極管的大小差距不大，安裝及其方便，單價(jià)也只有十元左右的本錢。系統(tǒng)復(fù)雜性：由于DS18B20采用單總線接口方式與AT89S52連接的方式，因此只需要占用AT89C51的一個(gè)I/O端口就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而且在一條總線上可以掛載多個(gè)DS18B20

29、對(duì)溫度進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，無需像模擬傳感器那樣設(shè)計(jì)放大電路，濾波電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路，大大地減少了系統(tǒng)整體的連線數(shù)量，將線路連接的復(fù)雜度降到最低，減少由于連線產(chǎn)生的不必要的工作量；同時(shí)有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。安裝、調(diào)試及維護(hù)：由于采用單總線的連接方式，使系統(tǒng)的連線數(shù)量和使用元件得到了很大的簡化，因此在系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)上具有很大的方便。同時(shí)由于DS18B20本身是一個(gè)全數(shù)字元器件，抗干擾的能力較強(qiáng)，出現(xiàn)故障機(jī)率也較小，無形中減少的系統(tǒng)的維護(hù)工作。DS18B20傳感器擁有三根外部引線：DQ:數(shù)據(jù)傳輸總線；VDD:外部供電線；GND：共用接地線；DS18B20可以采用數(shù)據(jù)線供電和外部供電兩種供

30、電方式；采取數(shù)據(jù)線供電方式時(shí)需要將外部供電線接地，然后通過內(nèi)部電容在系統(tǒng)閑置時(shí)向數(shù)據(jù)線獲取電源，用于完成溫度的轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間較長；采用外部供電時(shí)，只需將外部供電線接入+5V電源即可，這種供電方式在溫度轉(zhuǎn)換上需要的時(shí)間較少。系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件原理結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。系統(tǒng)以AT89S52為控制核心，外圍電路由復(fù)位電路、晶振電路、設(shè)置按鈕、LCD顯示電路、加熱控制電路、DS18B20溫度檢測(cè)電路組成。圖2.1 硬件連接原理結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)控制程序流程如圖2.2所示。系統(tǒng)初始化后會(huì)給系統(tǒng)一個(gè)初始值，之后LCD顯示其當(dāng)前檢測(cè)溫度和設(shè)置溫度；如果溫度設(shè)置按鍵按下，那么可利用加減按鍵重新設(shè)置溫度大小，然后判斷檢

31、測(cè)的實(shí)際水溫是否到達(dá)設(shè)定溫度，假設(shè)溫度設(shè)置按鍵沒有按下，那么直接將檢測(cè)的實(shí)際水溫與初始設(shè)定值進(jìn)行判斷；當(dāng)DS18B20檢測(cè)的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，控制電路吸合繼電器接通加熱電路，電熱管對(duì)水進(jìn)行加熱升溫，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定溫度時(shí)，AT89S52發(fā)出信號(hào)將控制電路的繼電器斷開，加熱電路停止工作，進(jìn)入保溫狀態(tài)，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度時(shí)再次進(jìn)入加熱狀態(tài)。開始顯示溫度結(jié)束初始化按鍵是否啟動(dòng)設(shè)置溫度是否到達(dá)設(shè)置溫度保溫加熱NYYN圖2.2 控制程序流程圖系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路類似于人的心臟，沒有時(shí)鐘電路，單片機(jī)就無法完成驅(qū)動(dòng)，也不能運(yùn)行其內(nèi)部的程序，單片機(jī)內(nèi)所有的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，都是通過時(shí)鐘信號(hào)按照一定的節(jié)拍

32、運(yùn)行；時(shí)鐘信號(hào)為單片機(jī)提供一定的時(shí)間基準(zhǔn)，單片機(jī)所作的每一個(gè)動(dòng)作和數(shù)據(jù)處理，都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的時(shí)鐘周期，單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)的周期越短，其運(yùn)行頻率就越高，對(duì)應(yīng)完成動(dòng)作或者處理數(shù)據(jù)的速度就越快；所以，時(shí)鐘信號(hào)影響著單片機(jī)運(yùn)行代碼的效率，同時(shí)也直接影響著單片機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。單片機(jī)使用的時(shí)鐘電路主要有內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路兩種方式；內(nèi)部時(shí)鐘通過外部連接的石英晶體和電容構(gòu)成自激振蕩器在單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的運(yùn)行；外部時(shí)鐘通過外部時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)直接通過單片機(jī)引腳輸入到單片機(jī)內(nèi)部供單片機(jī)運(yùn)行使用。為時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和硬件電路精簡度，本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘作為單片機(jī)的時(shí)間

33、基準(zhǔn)。電路連接如圖3.1所示。圖3.1 時(shí)鐘電路3.2 復(fù)位電路復(fù)位操作是單片機(jī)需要的一個(gè)重要功能，通過復(fù)位操作使單片機(jī)內(nèi)部的SFR和一些總要的存放器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，只要給RST引腳加上兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平信號(hào)，就可以使單片機(jī)完成初始化進(jìn)行復(fù)位。在單片機(jī)運(yùn)行過程中，或許會(huì)出現(xiàn)一些干擾信號(hào)時(shí)程序進(jìn)入無序運(yùn)行狀態(tài)或者發(fā)出錯(cuò)誤指令，執(zhí)行錯(cuò)誤操作，通過復(fù)位操作，可以使單片機(jī)重新運(yùn)行程序，進(jìn)入初始化狀態(tài)，使其進(jìn)入正常工作狀態(tài)。由此可見單片機(jī)的復(fù)位電路具有較為重要的作用，任何一個(gè)系統(tǒng)都需要復(fù)位電路進(jìn)行中斷程序的運(yùn)行。,電容選用10F便可以可靠復(fù)位。除了上述電復(fù)位外，又是還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位，按鍵

34、手動(dòng)電平復(fù)位電路如圖3.3所示。 圖3.2上電復(fù)位電路 本次設(shè)計(jì)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位電路。檢測(cè)元件使用一線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，無需A/D轉(zhuǎn)換模塊，直接將DQ端接入單片機(jī)端口即可，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。硬件連接電路如圖3.4所示。圖3.4 溫度檢測(cè)電路DS18B20將檢測(cè)的溫度送入單片機(jī)與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，經(jīng)過比較后通過P3.7端口輸出開關(guān)量，在控制電路輸出通道中，為了防止其他電路的電磁干擾或后級(jí)電路中的電流通過控制電路反向傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)，強(qiáng)大的電壓會(huì)使單片機(jī)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重的損壞，所以在控制電路中需用利用光耦將后級(jí)電路的電流進(jìn)行光電隔離。由于光信號(hào)的傳輸不受電磁、電場等因素的影響，所以可

35、以將控制電路的后級(jí)干擾進(jìn)行有效的隔離。光耦的引腳圖如圖3.5所示。光電耦合器的隔離原理：如圖3.5所示，當(dāng)光耦的左邊的1、2引腳通過電流時(shí)，光耦內(nèi)的發(fā)光二極管會(huì)被點(diǎn)亮，二極管發(fā)出的光照到光敏三極管時(shí)，會(huì)被光敏三極管接收，同時(shí)會(huì)將光耦的4,5引腳導(dǎo)通；而當(dāng)該驅(qū)動(dòng)電流消失后，發(fā)光二極管失去電流熄滅，光敏三極管的4,5引腳重新進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。利用光耦的這種特性就可以在進(jìn)行光電隔離的同時(shí)到達(dá)開關(guān)控制的目的。利用光耦在控制電路中實(shí)現(xiàn)光電隔離時(shí)，進(jìn)行隔離的兩側(cè)電路需要使用獨(dú)立的電源進(jìn)行供電。因此光耦隔離的兩側(cè)電路不能有任何的導(dǎo)線連接，否者就失去了光電隔離的意義，否者后級(jí)電路的電信號(hào)或者電流會(huì)通過連接的導(dǎo)線傳

36、遞到隔離的另一側(cè)造成干擾。 所謂使用獨(dú)立的電源進(jìn)行單獨(dú)的供電，既可以使用兩個(gè)完全獨(dú)立的電源，也可以使用DC/DC的方法轉(zhuǎn)換出另一個(gè)與輸入端沒有導(dǎo)線連接的電源。圖3.5 三極管光電耦合器引腳圖由于電熱管的功率比較大，所以在控制過程中不能使用光電耦合器輸出的開關(guān)量直接去控制電熱管的通斷，而是使用光電耦合器輸出的開關(guān)量去驅(qū)動(dòng)繼電器工作，從而到達(dá)控制電熱管狀態(tài)的功能。如圖3.6所示。圖3.6 控制電路設(shè)計(jì)繼電器輸出接口設(shè)計(jì)：使用繼電器控制的方式來控制開關(guān)量的輸出，是目前在控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種控制方式，通常單片機(jī)系統(tǒng)的輸出信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電設(shè)備，往往需要通過單片機(jī)I/O口的輸出信號(hào)放大后去控制電磁

37、繼電器勵(lì)磁電流的通斷來實(shí)現(xiàn)繼電器接點(diǎn)的狀態(tài)控制，然后再通過繼電器的輸出接點(diǎn)去控制機(jī)電設(shè)備的電源通斷，實(shí)現(xiàn)用小電流控制大電流的作用。雖然繼電器的輸入回路和輸出回路之間不存在電氣連接，但是由于輸入回路通過電流時(shí)，在繼電器輸出回路機(jī)械接點(diǎn)吸合或者斷開的瞬間，輸出回路的機(jī)械接點(diǎn)很容易產(chǎn)生火花造成干擾，所以，在單片機(jī)系統(tǒng)和繼電器控制電路之間仍然需要采用光耦元件進(jìn)行光電隔離。同時(shí)，由于繼電器輸入回路的線圈在繼電器斷開時(shí)由于電磁感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反向電壓，為了使繼電器輸入回路的驅(qū)動(dòng)元件不受反向電壓的損壞，常常在繼電器輸入回路的勵(lì)磁線圈的兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管對(duì)勵(lì)磁線圈由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電壓進(jìn)行放電。不同類型的

38、繼電器，需要的驅(qū)動(dòng)電流大小也不相同，在控制電路的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依照選用的繼電器設(shè)計(jì)繼電器驅(qū)動(dòng)電路，到達(dá)適宜的驅(qū)動(dòng)電流。繼電器的選擇：在選擇使用繼電器時(shí)，一般應(yīng)該注意以下因素：繼電器額定勵(lì)磁工作電壓的選擇：其值應(yīng)等于繼電器線圈控制電路的電壓。在使用繼電器控制開關(guān)量時(shí)，還需要考慮繼電器的額定工作電流是否在驅(qū)動(dòng)電路輸出電流的范圍之類，假設(shè)驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流無法直接驅(qū)動(dòng)繼電器正常工作，可在驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流和繼電器之間增加一級(jí)中間繼電器或者驅(qū)動(dòng)，使最終的驅(qū)動(dòng)電流滿足控制繼電器的額定工作電流。選擇繼電器控制機(jī)電設(shè)備時(shí)，需要計(jì)算其機(jī)電設(shè)備的總功率功率大小，然后根據(jù)功率的大小選擇適合的繼電器進(jìn)行控制，選擇的繼電器

39、能夠承受的負(fù)載過小，在運(yùn)行過程中繼電器非常容易被損毀；選擇負(fù)載過大的繼電器，容易造成本錢上的浪費(fèi)，因此需要根據(jù)機(jī)電設(shè)備的實(shí)際要求選擇適宜規(guī)格的繼電器。接線端口的數(shù)量及類型：同一系列的繼電器接點(diǎn)數(shù)量及接點(diǎn)類型各有不同，例如有單刀雙擲、雙刀雙擲、三刀雙擲等。在選用時(shí)應(yīng)充分考慮實(shí)際的需求，將各個(gè)接點(diǎn)充分利用，簡化控制線路，縮小安裝體積的要求。不同繼電器的體積大小、封裝方式、絕緣能力大小、工作環(huán)境要求和控制延時(shí)長短都處在不同的差異，在選擇使用的繼電器時(shí)，也應(yīng)充分考慮環(huán)境因素及控制要求等方面的因素進(jìn)行選擇。在滿足控制要求的同時(shí)，可選擇性價(jià)比較高的產(chǎn)品。如圖3.6所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，通過按鈕來設(shè)置控制溫度

40、的大小，在設(shè)置過程的需要進(jìn)行切換、加減、確定等功能，只需四個(gè)按鍵即可實(shí)現(xiàn)，功能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性高。如圖3.7所示，按鈕依次接入P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口，各自的功能分別為切換、加、減、確定功能，當(dāng)按下按鈕時(shí)接入低電平，單片機(jī)將數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)。圖3.7 溫度設(shè)置按鈕本次設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示器進(jìn)行設(shè)置溫度和檢測(cè)溫度的顯示。LCD液晶顯示屏具有體積小、材質(zhì)輕、消耗功率低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，如 機(jī)、電子表、門禁系統(tǒng)、 機(jī)、打印機(jī)等，都使用了LCD進(jìn)行信息的顯示。從顯示內(nèi)容的不同對(duì)液晶顯示屏來進(jìn)行分類，可以將其分為字符型LCD代表產(chǎn)品1602LCD和點(diǎn)陣型LCD代表產(chǎn)品1

41、2864LCD兩種類型。字符型LCD主要以顯示字符為主，不可以顯示漢字和圖形；點(diǎn)陣型LCD不僅可以顯示字符，而且可以顯示漢字、圖形等內(nèi)容?；诒敬卧O(shè)計(jì)顯示的信息較為簡單，為節(jié)約本錢，提高產(chǎn)品的市場競爭力，本次實(shí)際采用字符型LCD進(jìn)行溫度的顯示。硬件連接如圖3.8所示。圖3.8 顯示電路設(shè)計(jì)圖3.9 仿真電路總圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)盡管匯編語言在控制底層硬件方面有著良好的性能并且有著高效的執(zhí)行效率，但匯編語言本身屬于一種低級(jí)語言，編程的效率比較低，而且可移植性接及可讀性較差，在維護(hù)方面也比較不方便，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)軟件運(yùn)行的可靠性較低。然而采用C語言編程的程序具有結(jié)構(gòu)化等特點(diǎn)，能夠產(chǎn)生高效的程序代碼，極

42、大地方便了開發(fā)人員的編程工作，成為了編程人員選擇編程語言時(shí)的最正確之選，得到了廣泛的應(yīng)用和普及。因此C語言具有匯編語言不可比較的以下特點(diǎn)?？梢杂行У丶涌炀幊痰倪M(jìn)度，尤其針對(duì)一些比較復(fù)雜的系統(tǒng)，程序的代碼數(shù)量越大，編程時(shí)使用C語言的優(yōu)勢(shì)就越明顯?？梢詫?shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使用C語言編寫代碼可以使軟件的邏輯結(jié)構(gòu)清晰、有條理，便于分工合作。省去了人工進(jìn)行單片機(jī)資源存放器、RAM等的分配工作。使用匯編語言編程時(shí)需要對(duì)每一個(gè)子程序分配單片機(jī)資源，在這復(fù)雜、乏味的工作中極易出現(xiàn)過失。使用C語言編程時(shí)，只需要在代碼中對(duì)變量的類型進(jìn)行一下定義，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配相關(guān)的資源，不需要人工進(jìn)行干預(yù)，有效的防止了由于

43、人工分配資源時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。當(dāng)編寫好一個(gè)函數(shù)在匯編語言里稱為算法，移植到不同種類的MCU上時(shí)，由于C語言的編程符合ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，根本不需要多大的修改，只需修改與硬件相關(guān)的代碼后就可以成功地進(jìn)行移植；而匯編語言進(jìn)行的編程進(jìn)行移植時(shí)只有重新編寫代碼，可移植性極差。C語言提供數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符非常豐富，其中包含34種運(yùn)算符，數(shù)據(jù)類型包括整型、浮點(diǎn)型、字符型、數(shù)組類型、結(jié)構(gòu)體、共用體和指針類型等，在很大程度上在使用方便了編程的使用和多樣化，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。同時(shí)提供的儲(chǔ)存器類型有data、bdata、idata、pdata、xdata和code等，并且在調(diào)入單片機(jī)后會(huì)自動(dòng)為數(shù)據(jù)變量分配單片機(jī)的程

44、序存儲(chǔ)空間、內(nèi)部存儲(chǔ)空間和外部存儲(chǔ)空間，極大地提高了程序運(yùn)行的靈活性和數(shù)據(jù)處理能力。C語言編譯器可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷效勞程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)功能，而且可以提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)供用戶編程調(diào)用，節(jié)省了反復(fù)編碼的花費(fèi)時(shí)間，而且編譯器可以自動(dòng)生成硬件的一些初始程序代碼。盡管使用C語言編寫出來的程序會(huì)比使用匯編語言的程序占用的程序存儲(chǔ)空間大5%20%，但是目前半導(dǎo)體技術(shù)的高速開展，單片機(jī)的內(nèi)存和處理數(shù)據(jù)的速度都有了很大的提升，程序占用空間的大小已不是編程時(shí)需要考慮的主要因素，而是主要考慮軟件是否具有長期運(yùn)行的穩(wěn)定性和編程的便捷性。因此，本設(shè)計(jì)采用C語言進(jìn)行編程。開始復(fù)位檢測(cè)傳感器是否存在跳過ROM匹配溫度轉(zhuǎn)換

45、延時(shí)復(fù)位跳過ROM匹配讀取溫度保存溫度數(shù)據(jù)返回YNN= 如圖4.1所示，在進(jìn)行溫度檢測(cè)時(shí)，AT89S52先進(jìn)行復(fù)位操作，之后檢測(cè)DS18B20是否連接，由于本次設(shè)計(jì)中只采用了一只DS18B20對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，所以可以直接跳過DS18B20的ROM匹配工作。在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，AT89S52首先需要通過數(shù)據(jù)線對(duì)DS18B20發(fā)出480s以上的復(fù)位脈沖信號(hào)對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，然后等待DS18B20返回的脈沖信號(hào)；當(dāng)復(fù)位操作完成時(shí)，AT89S52發(fā)出跳過ROM匹配的命令，之后執(zhí)行溫度檢測(cè)和溫度轉(zhuǎn)換的指令，當(dāng)DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換的工作時(shí)，AT89S52可以通過數(shù)據(jù)總線直接從高速暫存存放器

46、器的0到1字節(jié)讀取檢測(cè)的溫度值二進(jìn)制補(bǔ)碼形式；讀取時(shí)采用高位在后，低位在前的原那么。在讀取數(shù)據(jù)完畢時(shí)，需要對(duì)溫度進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)符號(hào)位S等于0時(shí)，二進(jìn)制數(shù)據(jù)將直接轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，當(dāng)符號(hào)位S等于1時(shí)，那么需要先將二進(jìn)制補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成原碼，之后再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)據(jù)。 4.3 繼電器控制程序流程圖開始判斷溫度是否到達(dá)設(shè)定值檢測(cè)當(dāng)前溫度返回YN 當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)首先會(huì)從DS18B20讀取當(dāng)前的實(shí)際水溫，然后與系統(tǒng)的設(shè)置溫度進(jìn)行比照，如果實(shí)際溫度大于設(shè)置溫度，那么單片機(jī)使P3.7端口置低電平，進(jìn)而設(shè)加熱繼電器斷開，停止加熱狀態(tài)；假設(shè)實(shí)際溫度小于設(shè)置溫度，那么在P3.7端口輸出高電平信號(hào)，使繼電器吸合進(jìn)入加

47、熱狀態(tài),流程圖如圖4.2所示。 4.4 LCD顯示程序流程圖設(shè)置顯示模式延時(shí)關(guān)顯示延時(shí)清屏延時(shí)開顯示延時(shí)設(shè)第一行顯示位置顯示第一行內(nèi)容設(shè)第二行顯示位置顯示第二行內(nèi)容開始圖4.3 LCD顯示流程圖如圖4.3的LCD顯示流程圖所示，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，需要對(duì)LCD液晶顯示屏設(shè)置顯示模式，是指完成后關(guān)閉顯示屏，之后進(jìn)行清屏操作，然后從新翻開顯示屏，設(shè)置一定的延時(shí)后，確定第一行時(shí)間顯示的位置后，讀取單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，然后確定第二溫度顯示的位置，讀取單片機(jī)內(nèi)檢測(cè)溫度和設(shè)置溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。開始置T0中斷工作方式設(shè)置定時(shí)常數(shù)允許中斷設(shè)置初始狀態(tài)設(shè)置計(jì)數(shù)值等待中斷輸出狀態(tài)位單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器主要用來實(shí)現(xiàn)定

48、時(shí)和計(jì)數(shù)的功能，其主要相關(guān)的存放器有TMOD工作方式存放器和TCON控制存放器，TMOD存放器主要用于確定其工作方式，可以分別選擇定時(shí)功能和計(jì)數(shù)功能，定時(shí)功能主要用于確定每個(gè)執(zhí)行程序?qū)?yīng)的時(shí)序，使程序有序地執(zhí)行，計(jì)數(shù)功能主要用來對(duì)脈沖信號(hào)或其他控制按鍵的操作進(jìn)行計(jì)數(shù)；TCON控制存放器主要用于控制其定時(shí)器的運(yùn)行和停止，主要通過設(shè)置標(biāo)志位來實(shí)現(xiàn)。如圖4.4所示，首先需要選擇中斷的工作方式，然后設(shè)置定時(shí)常數(shù)，設(shè)置其初始狀態(tài)模式，之后設(shè)置計(jì)數(shù)值，但計(jì)數(shù)或者計(jì)時(shí)滿時(shí)產(chǎn)生允許中斷信號(hào)，最后輸出狀態(tài)位等待中斷操作?；赑roteus與Keil的聯(lián)合仿真5.1 Proteus仿真簡介Proteus是由英國L

49、abcenter Electronics公司在1989年推出的一款電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件。該軟件能夠進(jìn)行電路原理布圖、印刷電路板設(shè)計(jì)、自動(dòng)化布線、電路仿真和分析等操作，Proteus內(nèi)部豐富的元件庫可以提供對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)和所有的周圍電子元件的硬件連接，并且可以調(diào)入程序進(jìn)行模擬仿真。在其ISIS軟件內(nèi)，設(shè)計(jì)人員可利用Proteus豐富的電子元件庫、仿真儀器/儀表、各種勵(lì)磁源信號(hào)等完成一按鍵電路的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真和調(diào)試；并且可以利用數(shù)碼管、液晶顯示屏、指示燈、獨(dú)立按鍵、行列式鍵盤、傳感器等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型進(jìn)行人機(jī)交互式仿真，仿真效果極其直觀，可供設(shè)計(jì)者分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。Proteus擁有三十多個(gè)元器

50、件庫，數(shù)千種元器件及仿真模型，十余種勵(lì)磁源信號(hào)，十余種的虛擬儀器儀表。Proteus由ISIS和ARES兩局部組成，其中ISIS可以完成電子系統(tǒng)仿真，ARES軟件可以完成布線編輯功能。5.2 Keil 使用簡介由于單片機(jī)不能識(shí)別由C語言直接編寫的程序，因此，在完成軟件編程后，要將C語言源程序進(jìn)行編譯轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的可執(zhí)行文件.hex文件。Keil可完成源程序代碼的編寫、調(diào)試和編譯的工作，在調(diào)試過程中可以自動(dòng)檢測(cè)程序代碼的錯(cuò)誤，便于開發(fā)人員進(jìn)行修改，具有極高的編程效率，在生成HEX文件時(shí)，選擇對(duì)應(yīng)的單片機(jī)型號(hào)即可。本次設(shè)計(jì)采用Keil uVision5進(jìn)行編程。具體流程如下。翻開Keil uVis

51、ion5軟件。新建工程。輸入文件名，選擇文件保存位置，確定后選擇單片機(jī)類型為AT89S52。新建源程序。選擇新建文檔，選擇保存位置，本次設(shè)計(jì)采用C語言編程，因此設(shè)計(jì)中擴(kuò)展名為“.c。點(diǎn)擊保存后進(jìn)行源代碼編寫。添加源代碼到工程。生成HEX文件。5.3 聯(lián)合仿真硬件電路和軟件設(shè)計(jì)完成后，需要將源程序生成的HEX為文件調(diào)入Proteus仿真平臺(tái)的硬件電路中進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，對(duì)設(shè)計(jì)的總體進(jìn)行全方面、直觀的測(cè)試，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否成功。翻開硬件電路設(shè)計(jì)，添加HEX文件,為控制系統(tǒng)調(diào)入C語言編譯生成的可執(zhí)行文件。 圖5.1 初始化狀態(tài)啟動(dòng)仿真，設(shè)置溫度61。 圖5.3 保溫狀態(tài)通過實(shí)驗(yàn)仿真，本次設(shè)計(jì)根本實(shí)現(xiàn)了

52、對(duì)電熱水器水溫的智能控制；當(dāng)檢測(cè)水溫為62時(shí)，檢測(cè)溫度高于設(shè)置溫度61時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)，如圖5.3所示。圖5.4 加熱狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)水溫為49時(shí)，實(shí)際水溫低于設(shè)置溫度，系統(tǒng)進(jìn)入加熱狀態(tài)，如圖5.4所示。總 結(jié)本次設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為控制核心，采用DS18B20一線式溫度傳感進(jìn)行溫度檢測(cè)，并配以外圍時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵輸入電路、繼電器控制輸出電路、LCD液晶屏顯示電路等，在實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)精度和控制要求的同時(shí)，最大限度地降低了硬件電路的復(fù)雜程度，有利于提高控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及操作便捷性，同時(shí)具有較高的性價(jià)比。例如在初定方案時(shí)選擇的單片機(jī)為AT89C51，但在后面的了解中，發(fā)現(xiàn)A

53、T89S52有著遠(yuǎn)高于AT89C51的性能，如內(nèi)存大，IO接口多，可擴(kuò)展性強(qiáng)等，同時(shí)由于采用了新的加工工藝，在有著優(yōu)秀性能的根底上本錢比AT89C51還要低，所以也是采用AT89S52作為本次設(shè)計(jì)的控制核心的重要因素；同樣，在溫度傳感器的選擇上，假設(shè)采用熱電阻作為溫度檢測(cè)的元件，那么需要給其配備復(fù)雜的輔助電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，大大增加了硬件連接的復(fù)雜程度，不利于系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其本錢更勝于采用DS18B20傳感器的方案。此次設(shè)計(jì)中還存在較多的缺乏，有很多有待優(yōu)化的地方，其中在控制方面加上水壓傳感器進(jìn)行水壓檢測(cè)，保證正常工作時(shí)水壓滿足要求；在加熱過程中也可以根據(jù)進(jìn)水的初始溫度或箱內(nèi)水溫的情況進(jìn)

54、行分級(jí)加熱，以保證在不同的初始狀態(tài)下自動(dòng)采用不同的加熱功率進(jìn)行加熱，保證家庭電路不長時(shí)間地承當(dāng)過大的負(fù)載；也可以利用系統(tǒng)自動(dòng)采集用戶的使用數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析用戶習(xí)慣，智能化安排預(yù)熱功能，最大化地實(shí)現(xiàn)節(jié)能；在這次設(shè)計(jì)中，認(rèn)識(shí)到自己的編程根底較為薄弱，需要加強(qiáng)C語言編程的學(xué)習(xí)和擴(kuò)展。參考文獻(xiàn)1謝龍漢 莫衍.Proteus電子電路設(shè)計(jì)及仿真 M.北京：電子工業(yè)出版社，2021.1:5-9.2丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用 M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2021.10:23-24.3彭偉.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例:基于8051+Proteus仿真 M.北京：電子工業(yè)出版 社,2021:56-79.4劉琨

55、 孫春亮.單片機(jī)C語言入門 M.北京：人民郵電出版社,2021:45-70.5晁陽.單片機(jī)MCS-51原理及應(yīng)用開發(fā)教程 M.北京：清華大學(xué)出版社,2007:66-71. M.北京：國防工業(yè)出版社，2021.11:12-15.7蔣輝平,周國雄.基于Proteus的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2021.4:170-188.8劉建清等.輕松玩轉(zhuǎn)AVR單片機(jī)C語言M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2021.3:12-34.9朱清慧 陳紹東.Proteus實(shí)例教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2021.10:56-60.10別傳爽.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：北京理工大學(xué)出版社，202

56、1.12:60-67.11陳繼文.單片機(jī)機(jī)械控制設(shè)計(jì)及典型應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.2:70-83.12陳杰，黃鴻.傳感器與檢測(cè)技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2021.8:1-1513韓婷婷.基于單片機(jī)和PID控制的即熱式熱水器的研制J.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2021，23614孟偉 方世巍.基于單片機(jī)的智能家用熱水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.微型機(jī)與應(yīng)用，2021，302115李美鳳 賈偉偉.基于單片機(jī)的熱水器智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.電子質(zhì)量，2021，(4)16譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，2021.6:3-5.17于忠得.單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京：國防工業(yè)出版社，2021.1

57、1:1-4 197-206.18張毅剛.基于Proteus的單片機(jī)課程的根底實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.北京：人民郵電出版社，2021.4:1-60.19劉暢生，宣宗強(qiáng)，雷振亞，張昌民.傳感器簡明手冊(cè)及應(yīng)用電路-溫度傳感器分冊(cè)上冊(cè)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.11:74-76.20朱清慧，陳紹東.Proteus實(shí)例教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2021.10:1-16.21周淇，周旭欣.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2021.1:1-34.22趙建領(lǐng).51系列單片機(jī)開發(fā)寶典M.北京：電子工業(yè)出版社，2021.2:390-412.23王守中.一讀就通51單片機(jī)開發(fā)M.北京

58、：電子工業(yè)出版社，2.11.2:153-169.致 謝在本次設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，得到了指導(dǎo)老師和同學(xué)的大力幫助，借此時(shí)機(jī)向他們表示誠摯的感謝。在本次設(shè)計(jì)中舒老師提供了許多方面的幫助，還有同學(xué)的意見，有他們的幫助，才能讓我根本完成設(shè)計(jì)的根本要求，在論文完成之際，謹(jǐn)向付出了巨大心血和辛勞的老師和同學(xué)致以崇高的敬意和衷心的感謝。最后深深地感謝在百忙之中對(duì)我的論文進(jìn)行評(píng)審并提出珍貴意見的老師們。附錄：/基于單片機(jī)的熱水器控制板設(shè)計(jì)/#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define

59、BUSY 0 x80 /LCD檢忙#define DATAPORT P0 /定義P0口為LCD通訊端口#define PLAYE_ADDR XBYTE0XBFFF sbit RED_ALARM=P10; /紅色指示燈sbit GREEN_ALARM=P12; /綠色指示燈sbit P1_4=P14; /時(shí)鐘調(diào)整sbit P1_5=P15; /時(shí)鐘加sbit P1_6=P16; /時(shí)鐘減sbit DQ = P17; /定義ds18b20通信端口 sbit LCM_RS=P20;/數(shù)據(jù)/命令端sbit LCM_RW=P21;/讀/寫選擇端sbit LCM_EN=P22; /LCD使能信號(hào)sbit

60、ad_busy=P32; /adc中斷方式接口sbit RECLED_EOC=P35; /ISD1420放音結(jié)束查詢標(biāo)志sbit OUT=P37;uchar ad_data; /ad采樣值存儲(chǔ)uchar seconde=0; /定義并初始化時(shí)鐘變量uchar minite=0;uchar hour=12;uchar mstcnt=0;uchar temp,temp1,temp2; /顯示溫度變量uchar s,set;uchar K;bit ON_OFF=0;bit outflag;uchar code str0= : : ;uchar code str1=SET: C SA: . C;voi