基于單片機(jī)的熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)--畢業(yè)論文.doc

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1、xx學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)xx學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目 基于單片機(jī)的熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 工學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) xx 學(xué) 生 xx 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 xx xx 二一七年五月十六日- 2 -xx學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高。作為日常的家用電器，熱水器成為了人們的關(guān)注對(duì)象之一。傳統(tǒng)的熱水器只具有簡(jiǎn)單的加熱、加水、亮燈指示等功能，難以滿足人們的需求。針對(duì)這一問(wèn)題，本設(shè)計(jì)提出了一款基于單片機(jī)的熱水器控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)主要分為硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含了AT89S52單片機(jī)、電源電路、顯示電路、指示燈電路、測(cè)溫電路、水位

2、檢測(cè)電路、報(bào)警電路、遙控接收電路、注水繼電器控制電路、復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，KEIL軟件和PROTEUS軟件聯(lián)合進(jìn)行仿真。旨在設(shè)計(jì)出一款可用遙控器自由設(shè)置溫度范圍和預(yù)約時(shí)間、LCD1602液晶顯示溫度和時(shí)間，且具備報(bào)警功能的智能熱水器，熱水器在工作時(shí)加熱、加水、缺水等具有相應(yīng)的指示燈，當(dāng)熱水器的水位達(dá)到水位上限時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警。通過(guò)仿真與調(diào)試及實(shí)物制作，本次設(shè)計(jì)的熱水器控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)功能，本設(shè)計(jì)為進(jìn)一步研究、應(yīng)用提供了一定的數(shù)據(jù)參考。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；熱水器ABSTRACTWith the rapid development of t

3、he national economy, peoples quality of life requirements are getting higher and higher. As a daily household appliances, water heaters have become one of the people concerned about the object. The traditional water heater only has a simple heating, water, light instructions and other functions, it

4、is difficult to meet peoples needs. Aiming at this problem, this design presents a intelligent control system of water heater based on single chip microcomputer.This design is divided into hardware system design and software system design. Hardware system design mainly includes the AT89S52 microcont

5、roller, power circuit, display circuit, indicator circuit, temperature measurement circuit, water level detection circuit, alarm circuit, remote control receiver circuit, water injection relay control circuit, reset circuit, crystal circuit, key circuit. Software system design mainly uses the C lang

6、uage program, KEIL software and PROTEUS software joint simulation. Designed to design a free remote control can set the temperature range and appointment time, LCD1602 liquid crystal display temperature and time, and have the alarm function of intelligent water heater, water heater in the work of he

7、ating, water, water and other indicators with the corresponding, when When the water level of the water heater reaches the upper limit of the water level, the buzzer starts to alarm. Through the simulation and debugging and in-kind production, this design of the water heater control system can achie

8、ve the default function, the design for further research, application provides a certain data reference.Key words: Single-chip; sensor; water heater目 錄摘要IABSTRACTII1 前言11.1 選題背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12 主要研究?jī)?nèi)容32.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容32.2 總體設(shè)計(jì)方案32.2.1 硬件設(shè)計(jì)方案32.2.2 軟件設(shè)計(jì)方案43 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1 AT89S52單片機(jī)53.2 測(cè)溫電路63.3 水位檢測(cè)電路73.4 遙控

9、接收電路73.5 顯示電路83.6 按鍵電路93.7 報(bào)警電路93.8 電源電路103.9 指示燈電路103.10 復(fù)位電路113.11 晶振電路113.12 注水繼電器控制電路124 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)134.1 編程軟件介紹134.2 主程序設(shè)計(jì)134.3 子程序設(shè)計(jì)144.3.1定時(shí)中斷子程序設(shè)計(jì)144.3.2 水位檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)154.3.3 加熱繼電器控制子程序設(shè)計(jì)165 系統(tǒng)仿真與調(diào)試185.1 仿真軟件介紹185.1.1 Proteus軟件185.1.2 Keil軟件185.2 系統(tǒng)電路仿真185.3 PCB板設(shè)計(jì)與制作195.3.1 PCB介紹195.3.2 PCB板設(shè)計(jì)195.3.

10、3 PCB板實(shí)現(xiàn)205.3.4 電路板制作205.4 系統(tǒng)調(diào)試216 結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致謝27附錄1 原理圖28附錄2 實(shí)物圖29附錄3 元器件清單30附錄4 程序清單31- 49 -1 前言1.1 選題背景及意義當(dāng)今社會(huì)，越來(lái)越多的科技成果被運(yùn)用到熱水器的制造中。如今，熱水器已經(jīng)從一個(gè)簡(jiǎn)單的加熱產(chǎn)品變成了科技含量高的現(xiàn)代化家電產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和技術(shù)的積累，整個(gè)熱水器行業(yè)不斷涌現(xiàn)出新產(chǎn)品，熱水器種類(lèi)越來(lái)越多，從最初的燃?xì)鉄崴?，發(fā)展到了現(xiàn)在的燃?xì)鉄崴?、電熱水器、太?yáng)能熱水器。在熱水器的使用效果上，更加人性化，功能也越來(lái)越豐富，甚至結(jié)合了最新的智能家居理念，智能化程度大大提高，給人們的

11、生活帶來(lái)了極大的方便。隨著國(guó)民生活水平的提高，人們的生活條件有了很大改善，智能化電器在人們?nèi)粘Ｉ钪姓加斜戎卦絹?lái)越大，與家庭生活密切相關(guān)的熱水器品種層出不窮，花樣翻新。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)熱水器的銷(xiāo)量在最近幾年里一直以25%的增長(zhǎng)率在增長(zhǎng)，并且銷(xiāo)售總額可能在未來(lái)的5年里達(dá)到500億以上。我國(guó)約有70%的城鎮(zhèn)居民在使用熱水器，26%的城市居民有購(gòu)買(mǎi)熱水器的計(jì)劃，市場(chǎng)平均一年需要1000多萬(wàn)臺(tái)熱水器維持運(yùn)行，中國(guó)熱水器行業(yè)有一定規(guī)模的熱水器生產(chǎn)企業(yè)大約就有200家1。由此可見(jiàn)熱水器在中國(guó)有廣闊的市場(chǎng)，但熱水器也衍生出了漏電，環(huán)保等一系列問(wèn)題，近年來(lái)電熱水器更是多次出現(xiàn)漏電傷人甚至致死事件，因此熱水器的安全性

12、一直為消費(fèi)者所關(guān)注。所以對(duì)熱水器的改良是迫在眉睫。由于單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的家用電器采用各種型號(hào)的單片機(jī)為控制核心，來(lái)完成和人類(lèi)的交互，并通過(guò)相應(yīng)的程序和內(nèi)部運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)智能化的控制，使家用電器的操作更加人性化，控制更加智能化。單片機(jī)是一種微控制器，體積小、功耗低、通過(guò)編程和外圍電路設(shè)計(jì)，可以完成多種智能控制任務(wù)。因此，在熱水器中，廣泛采用單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)相應(yīng)的溫度傳感器，在熱水器的溫度控制上達(dá)到更高的精度，完成了從最初的旋鈕調(diào)節(jié)逐漸向數(shù)字化調(diào)節(jié)方向轉(zhuǎn)變。正是在這樣的背景下，本設(shè)計(jì)選擇基于AT89S52單片機(jī)的熱水器控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。本設(shè)計(jì)通過(guò)溫度傳感器，讓熱水器在對(duì)溫度的

13、控制方面有了更大的精度。通過(guò)水位傳感器，讓熱水器在對(duì)水位的檢測(cè)方面有了進(jìn)一步的發(fā)展。在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)控制并指示熱水器的各種工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生缺水、水溫過(guò)高或過(guò)低等情況時(shí)能夠及時(shí)給人們進(jìn)行提示，從而防止了意外的發(fā)生，保障了用戶的安全。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀相比較國(guó)外來(lái)說(shuō)，熱水器在中國(guó)的成長(zhǎng)路程不長(zhǎng)。但如今中國(guó)已經(jīng)成長(zhǎng)為了生產(chǎn)熱水器最大的國(guó)家，熱水器年產(chǎn)量約為全世界的總和。據(jù)了解，中國(guó)生產(chǎn)成功的首臺(tái)熱水器是在20世紀(jì)70年代位于江蘇省南京市的玉環(huán)廠。這臺(tái)熱水器的發(fā)明成功標(biāo)志了中國(guó)人民用火燒水洗澡的年代結(jié)束了。熱水器產(chǎn)品種類(lèi)大致分為燃?xì)鉄崴?、電熱水器、太?yáng)能熱水器、空氣能熱水器4類(lèi)熱水器。在這四類(lèi)熱

14、水器中，燃?xì)鉄崴魇前l(fā)展得最早的，它主要的優(yōu)點(diǎn)是體積小，可以隨開(kāi)隨用，且價(jià)格低廉，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，它霸占了熱水器銷(xiāo)售市場(chǎng)很長(zhǎng)一段時(shí)間。但是由于它不能夠裝在浴室里，并且對(duì)安裝的環(huán)境有很大的要求且安全系數(shù)不高，有可能會(huì)引發(fā)調(diào)節(jié)水溫不便等缺點(diǎn)，如今的銷(xiāo)售量已經(jīng)大不如前了。相比較而言，電熱水器的使用時(shí)間較長(zhǎng)，并且節(jié)能環(huán)保，安全。由于我國(guó)現(xiàn)在極度地重視在科技的發(fā)展，并且不斷地在挖掘技術(shù)方面的頂尖人才。所以在熱水器方面的研究成果也在不斷創(chuàng)新，熱水器在經(jīng)過(guò)研究后不斷完善，歷經(jīng)了好幾次更新?lián)Q代，且每次更新的產(chǎn)品性能都有很大的提升，給人們的生活提供了很大便利。國(guó)內(nèi)也相繼出現(xiàn)了很多熱水器品牌，如美的，海爾，萬(wàn)和等等

15、。其中，最出名的莫過(guò)于海爾最近研發(fā)出的國(guó)內(nèi)第一款具有雙重功能的智能熱水器A6銀海象熱水器，它身上的超強(qiáng)記憶能力是其最為突出的優(yōu)點(diǎn)。它能夠在斷電的時(shí)候自動(dòng)記憶，就算是突然斷電，系統(tǒng)也能夠自動(dòng)保存設(shè)置的參數(shù)，并且在下一次開(kāi)機(jī)后可以恢復(fù)到以前的樣子，不用重新輸入數(shù)值，簡(jiǎn)單方便2。除此之外，它還能自動(dòng)保存和分析使用者最近一個(gè)月用水的數(shù)據(jù)參數(shù)，然后用最節(jié)約的方法提前為使用者準(zhǔn)備熱水，體現(xiàn)出了真正的節(jié)能。據(jù)了解，國(guó)外對(duì)熱水器的研發(fā)開(kāi)展得比較早?？梢宰匪莸?9世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)了100多年的發(fā)展，涌現(xiàn)出了很多性能優(yōu)良的產(chǎn)品。國(guó)外對(duì)智能熱水器的主要研究成果有：西門(mén)子智能電熱水器，西門(mén)子家電集團(tuán)采用西門(mén)子在電站

16、技術(shù)上的強(qiáng)大防漏電安全技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出了獨(dú)有的ELCB德國(guó)安全專(zhuān)家模式功能。除具有正常的防漏電裝置外，還具備安全電流自我檢測(cè)功能，可隨時(shí)檢測(cè)防漏電系統(tǒng)是否正常工作，雙重保險(xiǎn)將個(gè)體與電源完全分開(kāi)，杜絕了意外發(fā)生。特別是還具備體貼的停電數(shù)據(jù)保留功能，就算停電48小時(shí)，也能自動(dòng)記憶所有參數(shù)，讓主人毫無(wú)后顧之憂。全新的智能中溫保溫功能，徹底彌補(bǔ)了傳統(tǒng)中溫保溫的缺陷，可根據(jù)設(shè)定水溫、環(huán)境、季節(jié)的不同，自動(dòng)地選擇最節(jié)能的保溫狀態(tài)，縮短了加熱時(shí)間，切實(shí)做到了省電節(jié)能。2 主要研究?jī)?nèi)容2.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要的控制芯片采用了AT89S52單片機(jī)，主要內(nèi)容是研究設(shè)計(jì)熱水器的控制系統(tǒng)，目的是使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)

17、以下功能。（1） 用戶可自己設(shè)置預(yù)約時(shí)間和溫度上下限值，LCD1602能對(duì)當(dāng)前水溫和預(yù)約時(shí)間及溫度上下限值進(jìn)行顯示。（2） 具備水位檢測(cè)功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)前水位低于熱水器水位下限時(shí)，加水繼電器吸合，開(kāi)始加水；當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)前水位高于熱水器水位上限時(shí)，加水繼電器斷開(kāi)，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警。（3） 具有溫度檢測(cè)功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)前水溫低于設(shè)置的水溫下限時(shí)，加熱繼電器吸合，開(kāi)始加熱；當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)前水溫高于設(shè)置的溫度上限時(shí)，加熱繼電器斷開(kāi)，加熱截止。（4） 具備聲光報(bào)警功能。黃燈亮表示系統(tǒng)需加水，紅燈亮起表示系統(tǒng)缺水，綠燈亮起表示系統(tǒng)在加熱，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水位高于熱水器水位上限時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警。（5）具備紅外

18、遙控功能?？稍谶b控器可控的范圍內(nèi)，利用遙控器設(shè)置溫度上下限值及預(yù)約時(shí)間，執(zhí)行與主板按鍵同樣的功能。2.2 總體設(shè)計(jì)方案本次研究設(shè)計(jì)的熱水器控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案主要分為硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。2.2.1 硬件設(shè)計(jì)方案在本次硬件設(shè)計(jì)中以AT89S52單片機(jī)為核心控制芯片。在熱水器工作時(shí)，溫度上下限值及預(yù)約時(shí)間可利用遙控器或按鍵進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后，LCD1602液晶顯示屏能夠?qū)⒃O(shè)置的數(shù)值進(jìn)行顯示。采用防水型溫度傳感器DS18B20采集熱水器的實(shí)時(shí)水溫。當(dāng)采集到的溫度小于設(shè)置的溫度下限時(shí)，加熱繼電器吸合，開(kāi)始加熱。當(dāng)采集到的水溫高于所設(shè)立的溫度上限時(shí)，加熱繼電器便自動(dòng)斷開(kāi)，加熱

19、自動(dòng)截止。利用水位傳感器和LM393電壓比較器檢測(cè)上下水位，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水位低于水位下限的時(shí)候，熱水器加熱停止，加水繼電器吸合，開(kāi)始給熱水器加水，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水位高于水位上限的時(shí)候，加水繼電器斷開(kāi)，停止加水，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能3。在本次設(shè)計(jì)中熱水器加熱、加水、缺水都有相對(duì)應(yīng)的指示燈，紅燈代表缺水，黃燈代表加水，綠燈代表加熱。本次設(shè)計(jì)的具體硬件設(shè)計(jì)框圖如下圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖2.2.2 軟件設(shè)計(jì)方案軟件設(shè)計(jì)是電路必不可少的一部分，同時(shí)也是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂。只有軟硬件完美的配合才是一個(gè)完整的電路設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，自己需要有一個(gè)明確的思路，知道自己需要做好那些工作，實(shí)現(xiàn)

20、那些功能。下面將著重介紹系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)方案，本次軟件設(shè)計(jì)方案里的程序主要是通過(guò)C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)。以下是本次軟件設(shè)計(jì)的具體思路。（1）設(shè)計(jì)并確定本次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能。（2）根據(jù)功能繪制好程序流程圖。（3）依照需要實(shí)現(xiàn)的功能和程序流程圖用C語(yǔ)言編寫(xiě)好程序。（4）檢查編寫(xiě)的程序是否有錯(cuò)誤，有，則進(jìn)行修改，無(wú)，則可開(kāi)始運(yùn)行程序。（5）采用Keil軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，Proteus軟件進(jìn)行仿真。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)硬件系統(tǒng)主要包括了兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、報(bào)警系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?/p>

21、來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器件等，并且要設(shè)計(jì)合適的接口電路4。由于本設(shè)計(jì)中AT89S52單片機(jī)自身滿足本次設(shè)計(jì)的要求，所以不必對(duì)單片機(jī)進(jìn)行額外的擴(kuò)展。本次設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包含了AT89S52單片機(jī)、測(cè)溫電路、水位檢測(cè)電路、遙控接收電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路、電源電路、指示燈電路、復(fù)位電路、晶振電路、注水繼電器控制電路。以上所有模塊的功能作用如下：AT89S52單片機(jī)的作用是協(xié)調(diào)模塊工作；測(cè)溫電路顧名思義是用來(lái)測(cè)量水溫；水位檢測(cè)電路是對(duì)系統(tǒng)水位進(jìn)行檢測(cè)；遙控接收電路執(zhí)行的功能和按鍵一樣，接收到信號(hào)后，可對(duì)溫度和時(shí)間進(jìn)行設(shè)置；顯示電路主

22、要是用來(lái)顯示熱水器的預(yù)約時(shí)間和當(dāng)前水溫及水溫上下限值；按鍵電路是用來(lái)對(duì)水溫和預(yù)約時(shí)間的數(shù)值進(jìn)行設(shè)置；報(bào)警電路是當(dāng)水位超過(guò)上限時(shí)，進(jìn)行報(bào)警的；電源電路是為系統(tǒng)供電；指示燈電路主要負(fù)責(zé)對(duì)熱水器的各種狀態(tài)進(jìn)行指示；復(fù)位電路的作用是讓系統(tǒng)回到初始狀態(tài)；晶振電路的作用是為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)；注水繼電器控制電路的作用是控制熱水器是否加水；本次設(shè)計(jì)的主要硬件包括AT89S52單片機(jī)、液晶顯示屏、加熱和加水繼電器、蜂鳴器、水位傳感器，DS18B20溫度傳感器等。3.1 AT89S52單片機(jī)本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心控制芯片。AT89S52是一個(gè)帶有可擦除存儲(chǔ)器的低電壓、高性能的微處理器，俗稱(chēng)

23、單片機(jī)。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I0口，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路5。AT89S52單片機(jī)如下圖3.1所示。圖3.1 AT89S52單片機(jī)3.2 測(cè)溫電路測(cè)溫電路采用的主要元器件是DS18B20，DS18B20是一家名為DALLAS的公司發(fā)明生產(chǎn)的。它是一款體積很小的數(shù)字溫度傳感器，測(cè)量溫度范圍在55125，其測(cè)量溫度的精確度達(dá)到了0.0625，DS18B20的2腳DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；1腳GND為電源地；3腳VCC為外接供電電源輸入端6。在本次設(shè)計(jì)中，采

24、用溫度傳感器DS18B20采集熱水器的實(shí)時(shí)水溫。溫度傳感器在工作的時(shí)候，如果檢測(cè)到溫度大于設(shè)置的上限溫度值，就會(huì)將檢測(cè)到的溫度傳給單片機(jī)，此時(shí)加熱的繼電器斷開(kāi)，系統(tǒng)自動(dòng)停止加熱；如果檢測(cè)到溫度小于設(shè)置的下限溫度值，則加熱指示燈亮，加熱的繼電器吸合，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)始加熱，熱水器開(kāi)始工作。測(cè)溫電路圖如圖3.2所示。圖3.2測(cè)溫電路3.3 水位檢測(cè)電路水位檢測(cè)電路主要用了2個(gè)水位傳感器和LM393電壓比較器一起組成，主要用來(lái)檢測(cè)熱水器的上下水位。LM393電壓比較器只要有電源就可以工作，工作時(shí)的電源電壓范圍非常廣，它是一種雙電壓比較器集成電路7。在本次設(shè)計(jì)中，當(dāng)檢測(cè)到水位低于下限水位時(shí)，會(huì)將檢測(cè)的水位信

25、息傳遞給單片機(jī)，系統(tǒng)會(huì)停止加熱并且會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟加水繼電器，讓加水繼電器吸合加水，若檢測(cè)到的水位高于上限水位的時(shí)候，加水繼電器自動(dòng)斷開(kāi)，不再加水，蜂鳴器響應(yīng)，開(kāi)始報(bào)警。本次設(shè)計(jì)的水位檢測(cè)電路圖如圖3.3所示。圖3.3 水位檢測(cè)電路圖3.4 遙控接收電路BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，本設(shè)計(jì)中紅外傳感器接收到人體紅外信號(hào)后，經(jīng)過(guò)BISS0001處理，將其輸出給單片機(jī)P3.3口，通過(guò)對(duì)P3.3電平的判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)外圍電路的控制，可對(duì)預(yù)約時(shí)間和溫度上下限值進(jìn)行設(shè)置，與按鍵功能相同。本次設(shè)計(jì)的遙控接收電路圖如圖3.4所示。圖3.4 遙控接收電路圖3.5 顯示電路顯示電路采用了

26、LCD1602液晶顯示來(lái)對(duì)熱水器當(dāng)前溫度和溫度上下限值以及預(yù)約時(shí)間進(jìn)行顯示。LCD1602液晶是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x2即32個(gè)字符。其主要的特點(diǎn)是功能消耗低、體積小、輕薄、模塊化。并且因?yàn)槠渥詭ё址麕?kù)，所以在顯示方面的實(shí)現(xiàn)上只需要按照要求對(duì)其進(jìn)行初始化、設(shè)定相關(guān)的顯示位置和顯示內(nèi)容就可以了，操作簡(jiǎn)單8。作為輸出器件，LCD1602液晶顯示屏在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用中具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。（1）顯示質(zhì)量高。液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持一樣的色彩和亮度，恒定發(fā)光，不需要像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器的畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。（2）數(shù)字式接口。液晶

27、顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口相接更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。（3）體積小、重量輕。液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕。（4）功耗低。相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。在本設(shè)計(jì)中，LCD1602液晶顯示的原理是利用了液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制，只要有電就可以顯示圖形。LCD1602液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。具體的顯示電路圖

28、如圖3.5所示。圖3.5 顯示電路圖3.6 按鍵電路本次設(shè)計(jì)的按鍵電路采用了4個(gè)獨(dú)立式按鍵，獨(dú)立式按鍵的主要優(yōu)點(diǎn)是任何一個(gè)按鈕在工作的時(shí)候都不可能對(duì)別的I/O口線產(chǎn)生影響，并且所有的按鈕都獨(dú)自占據(jù)了一根I/O口線9。獨(dú)立按鍵的觸發(fā)方式為低電平有效，在系統(tǒng)開(kāi)啟狀態(tài)下，單片機(jī)相應(yīng)端口保持高電平狀態(tài)，當(dāng)按鍵被按下，獨(dú)立按鍵兩端連通，然后接地，單片機(jī)相應(yīng)的連接端口的電平被地線拉低，從而能夠被單片機(jī)捕捉到按鍵動(dòng)作。4個(gè)獨(dú)立按鍵分別是設(shè)定鍵、鍵值增加、鍵值減小、確認(rèn)4個(gè)功能定義，通過(guò)這4個(gè)按鍵，能夠?yàn)橛脩籼峁┩暾膮?shù)設(shè)置功能。按鍵主要用來(lái)設(shè)置水溫的上下限值和預(yù)約時(shí)間，按鍵電路圖如圖3.6所示。圖3.6

29、按鍵電路圖3.7 報(bào)警電路報(bào)警電路關(guān)系到使用者的生命安全，本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)控制蜂鳴器來(lái)進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水位超過(guò)水位上限的時(shí)候，單片機(jī)便會(huì)利用驅(qū)動(dòng)口將驅(qū)動(dòng)電平輸出，并利用三極管9012把驅(qū)動(dòng)電流放大，從而驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的聲響10。報(bào)警電路利用聲音和燈光讓人們注意到系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)采用了聲光報(bào)警。報(bào)警電路圖如圖3.7所示。圖3.7 報(bào)警電路圖3.8 電源電路電源電路按元件類(lèi)型可分為電子管穩(wěn)壓電路、三極管穩(wěn)壓電路、可控硅穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路。根據(jù)調(diào)整元件與鏈接方法，可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型；根據(jù)調(diào)整元件工作狀態(tài)不同，可分為線性和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。電源電路主要的功能是為本系統(tǒng)的熱

30、水器供電，使系統(tǒng)能夠正常工作，實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的功能。本次設(shè)計(jì)的電源電路圖如圖3.8所示。圖3.8 電源電路圖3.9 指示燈電路本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了LED指示燈對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的各種狀態(tài)進(jìn)行指示。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫(xiě)，LED指示燈是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料芯片，如果用銀膠或白膠把它固化到支架上，然后用銀線或金線連接芯片和電路板，四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封起來(lái)，可以起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED燈的抗震性能好11。LED的運(yùn)用領(lǐng)域涉及到

31、手機(jī)、臺(tái)燈、家電等日常家電和機(jī)械生產(chǎn)方面。LED燈是一種新型的照明光源，以節(jié)能、健康、環(huán)保及壽命長(zhǎng)的顯著特點(diǎn)，受到了廣大人民的青睞以及國(guó)家的大力扶持。LED燈的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端連接電源負(fù)極，另一端連接電源正極，整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在P型半導(dǎo)體里空穴占主導(dǎo)地位，另一部分是N型半導(dǎo)體，在N型半導(dǎo)體里電子占主導(dǎo)地位。當(dāng)這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間會(huì)形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，以上是LED燈發(fā)光的原理。本次設(shè)計(jì)的指

32、示燈電路圖如圖3.9所示。圖3.9 指示燈電路圖3.10 復(fù)位電路本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路主要是利用了手動(dòng)的方法完成。當(dāng)按下按鍵時(shí)RST直接與VCC相連，為高電平形成復(fù)位，同時(shí)電解電容C1被短路放大，按鍵松開(kāi)時(shí)，VCC對(duì)電容充電，充電電流在電阻R7上，RST依然為高電平，仍然復(fù)位，充電完成后，電容相當(dāng)于開(kāi)路，RST為低電平，正常工作。單片機(jī)復(fù)位電路的作用就跟我們使用的計(jì)算器里的歸零按鍵相同。主要是把系統(tǒng)的電路進(jìn)行初始化，使系統(tǒng)電路回到初始狀態(tài)。除此之外，當(dāng)單片機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，復(fù)位電路能夠根據(jù)系統(tǒng)的需求自動(dòng)地開(kāi)始電路運(yùn)行，若在電路運(yùn)行的時(shí)候出現(xiàn)少許的干擾信號(hào)，導(dǎo)致程序發(fā)出的指令錯(cuò)誤或使系統(tǒng)開(kāi)始無(wú)序的

33、運(yùn)行時(shí)，展開(kāi)復(fù)位操作，就可讓單片機(jī)回到初始狀態(tài)12。本次設(shè)計(jì)的具體復(fù)位電路圖如圖3.10所示：圖3.10 復(fù)位電路3.11 晶振電路本設(shè)計(jì)采用了12MHz的晶振為系統(tǒng)產(chǎn)生所需的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)所需要的時(shí)鐘頻率是由晶振和單片機(jī)內(nèi)部的電路結(jié)合在一起產(chǎn)生出來(lái)的，所產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行的速度越快。任何一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，通常來(lái)說(shuō)晶振電路都接在反相放大器的兩端13。一般情況下，一個(gè)系統(tǒng)為了讓各部分都保持一致，整個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振。本次設(shè)計(jì)的晶振電路圖如圖3.11所示。圖3.11 晶振電路圖3.12 注水繼電器控制電路繼電器是一種經(jīng)常應(yīng)用在通訊設(shè)備、控制設(shè)備、機(jī)電一體化設(shè)備和電力電子設(shè)備中

34、的電控制器件，它的被控制系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩者之間可以進(jìn)行互動(dòng)。繼電器里大電流的工作主要是通過(guò)小電流來(lái)進(jìn)行控制的，在電路中主要作用是保護(hù)、調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路，它是非常重要的控制元件14。本次設(shè)計(jì)采用了5V的繼電器，用來(lái)控制水位，主要由繼電器、三極管和發(fā)光二極管組成。當(dāng)檢測(cè)當(dāng)前水位低于水位下限時(shí)，JDQ2輸出高電平，三極管Q4導(dǎo)通，加水繼電器吸合，指示燈亮，開(kāi)始加熱或加水。當(dāng)水位達(dá)到水位上限時(shí)，JDQ2輸出低電平，三極管截止，繼電器斷開(kāi)，停止加水和關(guān)閉指示燈。注水繼電器控制電路原理圖如圖3.12所示。圖3.12 注水繼電器控制電路圖4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 編程軟件介紹軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不可或

35、缺的，系統(tǒng)有了軟件設(shè)計(jì)的程序，才能夠執(zhí)行指令，設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)才能得到實(shí)現(xiàn)，完整的完成本次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能，一個(gè)可靠安全的軟件設(shè)計(jì)可以最大程度的發(fā)揮出硬件的作用。本次設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)中的所需程序主要是采用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行的，C語(yǔ)言具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便。C語(yǔ)言一共只有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語(yǔ)句，程序書(shū)寫(xiě)形式自由，區(qū)分大小寫(xiě)。（2）可把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作。（3）運(yùn)算符豐富。C語(yǔ)言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有34種運(yùn)算符。C語(yǔ)言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。從而使C語(yǔ)言的運(yùn)算類(lèi)型極其豐富，

36、表達(dá)式類(lèi)型多樣化。靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其它高級(jí)語(yǔ)言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。（4）數(shù)據(jù)類(lèi)型豐富。C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類(lèi)型、指針類(lèi)型、結(jié)構(gòu)體類(lèi)型、共用體類(lèi)型等。能用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。（5）表達(dá)方式靈活實(shí)用。C語(yǔ)言提供多種運(yùn)算符和表達(dá)式值的方法，對(duì)問(wèn)題的表達(dá)可通過(guò)多種途徑獲得，其程序設(shè)計(jì)更主動(dòng)、靈活。它語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大，如對(duì)整型量與字符型數(shù)據(jù)及邏輯型數(shù)據(jù)可以通用等15。4.2 主程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)主要由主程序、定時(shí)子程序、水位檢測(cè)子程序、繼電器控制子程序及其它的功能模塊子程序共同組成。主程序的主要任務(wù)

37、是通過(guò)控制系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊去控制整個(gè)系統(tǒng)。主程序運(yùn)行時(shí)需要將整個(gè)系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，使系統(tǒng)的工作參數(shù)回到初始值，然后用戶自己進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置好參數(shù)之后，系統(tǒng)主程序可開(kāi)始下一步工作。本次軟件主程序設(shè)計(jì)主要的步驟如下：（1）當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行之后，首先將系統(tǒng)內(nèi)所有的參數(shù)初始化，顯示當(dāng)前溫度和時(shí)間，設(shè)置溫度上下限值，并可根據(jù)需要設(shè)置預(yù)約時(shí)間，溫度上下限值和預(yù)約時(shí)間可利用按鍵或遙控器進(jìn)行設(shè)置。若設(shè)置了預(yù)約時(shí)間，則判斷預(yù)約時(shí)間是否完成，是，則開(kāi)始加熱，否，則繼續(xù)等待，接著判斷水溫狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)當(dāng)前水溫低于設(shè)置的水溫下限時(shí)，則開(kāi)始加熱，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水溫高于設(shè)置的水溫上限時(shí)，加熱繼電器斷開(kāi)，停止加熱。（2

38、）判斷熱水器當(dāng)前水位，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水位低于系統(tǒng)水位下限時(shí)，加水繼電器吸合，開(kāi)始加水，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水位高于水位上限時(shí)，加水繼電器斷開(kāi)，停止加水，并且蜂鳴器響應(yīng)，開(kāi)始報(bào)警，直至人為按下取消報(bào)警鍵,報(bào)警停止。本次設(shè)計(jì)的軟件主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)流程圖4.3 子程序設(shè)計(jì)4.3.1定時(shí)中斷子程序設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)打開(kāi)以后，先程序初始化，如果想預(yù)約加熱時(shí)間，則允許中斷，允許中斷之后，輸入需要設(shè)置的預(yù)約時(shí)間，輸入完成后，開(kāi)啟定時(shí)器0，液晶會(huì)將輸入的數(shù)值進(jìn)行顯示，當(dāng)預(yù)約時(shí)間完成后，中斷關(guān)閉，系統(tǒng)返回原來(lái)的狀態(tài)，進(jìn)行下一步工作。定時(shí)中斷子程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2 定時(shí)子程序流程圖4

39、.3.2 水位檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行初始化，單片機(jī)會(huì)對(duì)當(dāng)前水位進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完成后會(huì)將檢測(cè)到的實(shí)際水位與系統(tǒng)本身的水位上下限值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前水位小于熱水器水位下限時(shí)，加水繼電器自動(dòng)吸合，開(kāi)始加水。當(dāng)檢測(cè)當(dāng)前水位不小于熱水器水位下限時(shí)，則判斷當(dāng)前水位是否大于熱水器水位上限，若當(dāng)前水位大于熱水器水位上限，則加水繼電器自動(dòng)斷開(kāi)，停止加水，蜂鳴器響應(yīng)，開(kāi)始報(bào)警。若當(dāng)前水位不大于水位上限時(shí)，則返回繼續(xù)加水，本次設(shè)計(jì)的水位檢測(cè)子程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3 水位檢測(cè)子程序流程圖4.3.3 加熱繼電器控制子程序設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，首先開(kāi)始初始化，系統(tǒng)會(huì)對(duì)當(dāng)前的水溫進(jìn)行初步判斷。若

40、檢測(cè)實(shí)際的水溫小于下限值時(shí)，則加熱繼電器吸合，開(kāi)始加熱；若不小于下限值，則檢測(cè)水溫是否大于上限值，當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際水溫大于設(shè)置的上限值時(shí)，加熱繼電器斷開(kāi)，不再加熱。本次設(shè)計(jì)的加熱繼電器控制子程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4 加熱繼電器控制子程序流程圖5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1 仿真軟件介紹在本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了PROTEUS的ISIS電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)和KEIL單片機(jī)編程軟件，通過(guò)對(duì)它們聯(lián)調(diào)可以仿真出本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。下面對(duì)這個(gè)兩個(gè)軟件做簡(jiǎn)單的介紹。5.1.1 Proteus軟件Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與仿真軟件。該軟件具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）具有模擬電路、數(shù)字電路、

41、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)（不高于ARM7）設(shè)計(jì)與仿真功能。（2）具有多種形式的調(diào)試功能。（3）具有各種信號(hào)源和電路分析所需的虛擬儀表。（4）支持Keil、MPLAB等第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。（5）具有強(qiáng)大的原理圖到PCB板設(shè)計(jì)功能，可輸出多種格式的電路設(shè)計(jì)報(bào)表16。5.1.2 Keil軟件Keil軟件是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它可以提供包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，可通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。另外，Keil生成目標(biāo)代碼的效率非常之高，編譯后生成的匯編代碼也很緊湊，且

42、容易理解17。5.2 系統(tǒng)電路仿真本設(shè)計(jì)采用Proteus軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，首先將仿真需要的元器件找到，按照硬件設(shè)計(jì)原理圖在Proteus里面建立元器件連接關(guān)系，然后將硬件電路圖繪制在軟件中，接著新建一個(gè)工程，選擇AT89C52單片機(jī)，新建一個(gè)文本文檔，將文本文檔保存為“.c”文件，將其添加到工程，然后對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行編寫(xiě)，編寫(xiě)完成之后通過(guò)“Options for target”找到“creat hex file”，找到之后選中“creat hex file”并進(jìn)行編譯，生成“.hex”文件，然后在Proteus軟件中雙擊單片機(jī)，在“Program File”中勾選“.hex”文件，單擊確定，

43、接著點(diǎn)擊仿真界面左下角的開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，初始化結(jié)束后，溫度傳感器會(huì)采集當(dāng)前的溫度值，LCD1602會(huì)顯示當(dāng)前溫度和所設(shè)置的溫度上下值。顯示功能的仿真結(jié)果如圖5.1所示。圖5.1 仿真圖5.3 PCB板設(shè)計(jì)與制作5.3.1 PCB介紹PCB，中文名稱(chēng)為印制電路板或印刷線路板，它不僅是電子元器件的支撐體，還是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱(chēng)為“印刷”電路板，它根據(jù)電路層數(shù)分類(lèi)可分為單面板、雙面板和多層板。常見(jiàn)的多層板一般為4層板或6層板，復(fù)雜的多層板可達(dá)幾十層18。5.3.2 PCB板設(shè)計(jì)對(duì)于PCB板的設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)本次設(shè)計(jì)的電路原理圖設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后就進(jìn)

44、行繪制，繪制完成后進(jìn)行檢查，確認(rèn)電路原理圖正確后，進(jìn)行編譯，生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，然后對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行封裝，以生成和實(shí)現(xiàn)元器件具有相同外觀和尺寸的網(wǎng)格。封裝完成之后建立一個(gè)PCB文件，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況對(duì)板子的大小、線距、線寬等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完畢后，單擊設(shè)計(jì)菜單下的更新選項(xiàng)，此時(shí)PCB文件便開(kāi)始更新，更新之后將生成PCB圖。5.3.3 PCB板實(shí)現(xiàn)依照生成的PCB圖進(jìn)行制作，制作的時(shí)候根據(jù)PCB面板的大小安置元件，同時(shí)，盡量保證元件之間的引線不會(huì)發(fā)生交叉。元器件擺放完后，進(jìn)行DRC檢查，排除元器件在布線時(shí)引腳或引線發(fā)生交叉錯(cuò)誤，錯(cuò)誤排除之后，開(kāi)始調(diào)整元器件的位置，調(diào)整完后開(kāi)始布線，在布線時(shí)

45、不能出現(xiàn)小于或等于90度的角，以防尖端放電和腐蝕過(guò)度。布線完成后，可對(duì)PCB圖進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)錯(cuò)誤并連接完成后進(jìn)行PCB板的轉(zhuǎn)印、腐蝕、鉆孔等操作。本次設(shè)計(jì)制作的PCB圖如圖5.2所示。圖5.2 PCB圖5.3.4 電路板制作在本次設(shè)計(jì)的電路板制作中，首先需要對(duì)PCB板進(jìn)行檢查，然后對(duì)元器件的種類(lèi)、型號(hào)、數(shù)量進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)完后將元器件按照從左到右，從上到下，從里到外，從小到大，從低到高的順序合理的裝置在電路板上19。裝置完成后用焊接工具開(kāi)始進(jìn)行焊接，焊接完成后，檢查焊料是否會(huì)引起焊點(diǎn)短路，是否存在漏焊等現(xiàn)象，焊接完成后實(shí)物圖如圖5.3所示。圖5.3 焊接實(shí)物圖5.4 系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試的

46、主要任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤和工藝性故障。當(dāng)把所有的元器件焊接完成后，開(kāi)始調(diào)試，首先對(duì)焊接的電路板進(jìn)行檢查，查看是否焊接完整，檢測(cè)電源線，看電源電路是否能為整個(gè)系統(tǒng)正常供電，檢查完成后，打開(kāi)電源，給系統(tǒng)通電，系統(tǒng)開(kāi)始工作，LCD1602顯示屏顯示當(dāng)前溫度、溫度上下限值及預(yù)約時(shí)間。在這里用戶可設(shè)置加熱時(shí)間和溫度上下限值，系統(tǒng)剛打開(kāi)的時(shí)候，預(yù)約時(shí)間是默認(rèn)關(guān)閉的，如圖5.4所示。圖5.4 LCD1602顯示圖 若需要預(yù)約時(shí)間，需自己設(shè)置，這里隨意設(shè)置的預(yù)約時(shí)間為1分鐘，預(yù)約時(shí)間不到，熱水器不會(huì)進(jìn)行加熱。當(dāng)預(yù)約時(shí)間到達(dá)之后熱水器開(kāi)始加熱。本次設(shè)計(jì)的時(shí)間值不是固定的，另外，若不需要預(yù)

47、約，可不進(jìn)行設(shè)置，在本次設(shè)計(jì)調(diào)試的時(shí)候，用熱水進(jìn)行加熱。預(yù)約時(shí)間示意圖如圖5.5所示,圖5.5 預(yù)約時(shí)間示意圖當(dāng)檢測(cè)到熱水器當(dāng)前溫度低于設(shè)置的溫度下限時(shí)，加熱繼電器吸合，開(kāi)始加熱，加熱指示燈亮。溫度檢測(cè)示意圖如圖5.6所示。圖5.6 溫度檢測(cè)示意圖當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到熱水器當(dāng)前的溫度高于設(shè)置的溫度上限值時(shí)，加熱繼電器會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，停止加熱，加熱指示燈關(guān)閉。如圖5.7所示。圖5.7 溫度檢測(cè)示意圖當(dāng)水位傳感器檢測(cè)到熱水器當(dāng)前水位低于水位下限時(shí)，缺水指示燈亮起，加水繼電器吸合，開(kāi)始加水，直到加至水位上限時(shí)，加水繼電器關(guān)閉。水位檢測(cè)示意圖如圖5.8所示。圖5.8 水位檢測(cè)示意圖當(dāng)檢測(cè)到熱水器當(dāng)前水位高于水位上

48、限時(shí)，加水繼電器斷開(kāi)停止加水。且報(bào)警指示燈亮，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，直到人為按下取消報(bào)警鍵，報(bào)警停止，報(bào)警示意圖如圖5.9所示。圖5.9 報(bào)警示意圖6 結(jié) 論本設(shè)計(jì)針對(duì)功能單一的熱水器控制系統(tǒng)，提出了解決的方案。通過(guò)對(duì)方案的確定、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，繪制了電路原理圖，PCB圖，利用系統(tǒng)仿真與調(diào)試制作了電路板。本次設(shè)計(jì)的熱水器控制系統(tǒng)基本能完成預(yù)期的定時(shí)加熱、自動(dòng)檢測(cè)水溫水位及智能報(bào)警功能。解決了熱水器功能單一的問(wèn)題。但是，在本次設(shè)計(jì)中還存在很多不足之處。例如在控制方面可以讓水位傳感器實(shí)時(shí)對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)，確保全天水位都處在正常狀態(tài)，用戶可以不用因?yàn)槿彼膯?wèn)題，不能正常使用熱水器。在溫度的加熱方

49、面可以讓系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄用戶每一次淋浴時(shí)的溫度，然后對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出用戶淋浴時(shí)最常用的溫度，了解到用戶的習(xí)慣后可智能化安排預(yù)熱功能，這樣不但節(jié)約了用戶自己設(shè)置的時(shí)間，還非常節(jié)能。在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我清楚的認(rèn)識(shí)到自己以前所學(xué)習(xí)的單片機(jī)和編程基礎(chǔ)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所有我還需要認(rèn)真地去學(xué)習(xí)。參 考 文 獻(xiàn)1 羅運(yùn)俊. 太陽(yáng)能熱水器發(fā)展概況及基礎(chǔ)知識(shí)J.太陽(yáng)能熱水器技術(shù)講座（一）2004,1(1):58-61.2 焦青太. 當(dāng)今世界太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展概況J.建筑節(jié)能;2007,4(8):59-62.3 胡潤(rùn)青. 蓬勃發(fā)展的太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)J.建設(shè)科技;2006,2(12):58-60.4 汪

50、銘東, 梅廣輝. 基于單片機(jī)與DS18B20的機(jī)柜溫度控制器設(shè)計(jì)J.現(xiàn)代電子技術(shù);2014,4(12):8-10.5 顧涵. 基于51單片機(jī)的小型溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.常熟理工學(xué)院;2012.6 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);2010,5(6):2-18.7 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;2011,2(12):5-15.8 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;2012,6(4):3-10.9 趙君. 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)D.吉林大學(xué);2012.10 翟敏煥. 基于單片機(jī)的即熱

51、式電熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.現(xiàn)代計(jì)算機(jī);2012,3(10):20-26.11 盧晶晶. 基于單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.單片機(jī)應(yīng)用;2011,8(9):13-16.12 趙齊, 宋蕊. 基于單片機(jī)的熱水器溫度智能控制設(shè)計(jì)J.微型機(jī)與應(yīng)用;2012,5(8):2-7.13 朱桂霞, 尹飛. 太陽(yáng)能熱水器的智能控制J.硅谷;2011,7(10):12-18.14 孫先波, 譚建軍. 太陽(yáng)能熱水器防凍智能測(cè)控儀設(shè)計(jì)J.湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011,9(2):5-10.15 劉國(guó)鈺. 太陽(yáng)能熱水器的檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.科技致富向?qū)?2012,3(10):15-20.16 李青霖,

52、王棟殷, 瑩瑩. 現(xiàn)代家庭新型全自動(dòng)太陽(yáng)能熱水中心研究J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2011,6(26):5-8.17 霍震宇, 馬永強(qiáng), 楊駐. 智能化太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.煤炭技術(shù);2011,9(12):35-40.18 Consumer preferences for improvements in mobile telecommunication servicesJ. Orhan Dagli,Glenn P. Jenkins.Telematics and Informatics. 2016,8(1):45-50.19 Measuring the Foreign Exchange Premiu

53、m and the Premium for NonTradable Outlays for 20 Countries in A fricaJ. Yan Kuo,Sener Salci,Glenn P. Jenkins.S Afr J Econ. 2015,8(2):65-70.致 謝首先，衷心感謝我的兩位指導(dǎo)老師xx老師和xx老師。本次設(shè)計(jì)是在張老師、魏老師的指導(dǎo)下完成的。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，不管是寫(xiě)論文還是制作實(shí)物，我都受到了兩位老師很多的幫助。從設(shè)計(jì)的選題、研制計(jì)劃的安排到設(shè)計(jì)的具體過(guò)程，兩位老師都給予了悉心的指導(dǎo)。張老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開(kāi)明的學(xué)術(shù)思想，魏老師事必躬親的工作精神、寬

54、人律己的高尚品德深深打動(dòng)著我，使我倍受教育，讓我收獲頗多。在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向張老師、魏老師致以誠(chéng)摯的謝意！再一次向他們表示衷心的感謝，感謝他們?yōu)閷W(xué)生營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無(wú)私幫助！ 同時(shí)，感謝xx學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化所有教師對(duì)我在學(xué)業(yè)和成長(zhǎng)上付出的寶貴時(shí)間和辛勤汗水，感謝13級(jí)電氣二班的同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上給我的大力支持和幫助。我衷心的祝愿你們身體健康，工作順利！附錄1 原理圖圖附錄1.1原理圖附錄2 實(shí)物圖圖附錄2.1 實(shí)物圖圖附錄2.2 實(shí)物圖附錄3 元器件清單表3.1 元器件清單元器件名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量/個(gè)萬(wàn)用板9*151個(gè)液晶16021個(gè)單片機(jī)AT89S521個(gè)IC

55、座40腳1個(gè)母座16p1個(gè)排針16p1個(gè)排針3p2個(gè)防水探頭DS18b201個(gè)繼電器5v2個(gè)電阻1.5k2個(gè)電阻10k5個(gè)電阻1k3個(gè)電阻2.2k4個(gè)排阻1031個(gè)三極管90123個(gè)蜂鳴器5v1個(gè)晶振12MHz1個(gè)電解電容10uf1個(gè)瓷片電容30pf2個(gè)按鍵RST5個(gè)LED5mm3個(gè)接線端子2p2個(gè)電源接口DC1個(gè)自鎖開(kāi)關(guān)1個(gè)電源線USB1個(gè)水位傳感器2個(gè)電壓比較器LM3931個(gè)IC座8腳1個(gè)藍(lán)白電位器1032個(gè)電阻30k1個(gè)電阻1001個(gè)電解電容100uf1個(gè)紅外一體接收頭1個(gè)紅外遙控器1個(gè)獨(dú)石電容1041個(gè)附錄4 程序清單/宏定義#define uint unsigned int #def

56、ine uchar unsigned char/LCD管腳聲明sbit LCDRS = P11;sbit LCDEN= P12;/初始化時(shí)顯示的內(nèi)容uchar code Init1=Tp:00.0 C Ti:000;uchar code Init2= Up:00 Down:00 ;液晶的基本操作程序/LCD延時(shí)void LCDdelay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=10;y0;y-);/寫(xiě)命令void write_com(uchar com) LCDRS=0; P0=com; LCDdelay(5); LCDEN=1; LCDdelay(5);

57、 LCDEN=0;/寫(xiě)數(shù)據(jù)void write_data(uchar date) LCDRS=1; P0=date; LCDdelay(5); LCDEN=1; LCDdelay(5); LCDEN=0;1602初始化程序/1602初始化void Init1602() uchar i=0; write_com(0 x01);/清屏 write_com(0 x38);/屏幕初始化 write_com(0 x0c);/打開(kāi)顯示 無(wú)光標(biāo) 無(wú)光標(biāo)閃爍 write_com(0 x06);/當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符是指針后一一位 write_com(0 x80);/設(shè)置位置 for(i=0;i16;i+) wri

58、te_data(Init1i); write_com(0 x80+40);/設(shè)置位置 for(i=0;i16;i+) write_data(Init2i); 顯示時(shí)間溫度數(shù)據(jù)程序void Display_1602(uint aa,uchar dss,uchar sxx,uchar xxx)/溫度顯示write_com(0 x80+3);write_data(0+aa/100);write_data(0+aa/10%10);write_data(.);write_data(0+aa%10);write_data(0 xdf);/定時(shí)顯示write_com(0 x80+13);write_data

59、(0+dss/100);write_data(0+dss/10%10);write_data(0+dss%10);/上限顯示write_com(0 x80+40+4);write_data(0+sxx/10%10);write_data(0+sxx%10);/下限顯示write_com(0 x80+40+13);write_data(0+xxx/10%10);write_data(0+xxx%10);字符顯示程序void Display_wd()/溫度顯示write_com(0 x80);write_data(S);write_data(e);write_data(t);write_data(

60、 );write_data(s);write_data(t);write_data(a);write_data(t);write_data(e);/程序頭函數(shù)#include /顯示函數(shù)#include /宏定義#define uint unsigned int #define uchar unsigned char/LCD管腳聲明sbit jdq= P10;/加熱繼電器sbit shui=P13;/加水繼電器sbit Feng = P26; /蜂鳴器/按鍵sbit Key1=P14; /設(shè)置sbit Key2=P15; /加sbit Key3=P16; /減sbit Key4=P17; /確定 sbit shang=P37;/上限sbit xia=P36;/下限sbit DQ=P22; /定義DS18B20總線I/Osigned char w,bj,bjx,bjd; /溫度值全局變量uchar c;/溫度值全局變量bit bdata flag=0,flag_BJ,flag_off=1,que;/時(shí)間計(jì)算#define Imax 14000 /此處為晶振為11.0592時(shí)的取值, #define Imin 8000 /如用其它頻率的晶振時(shí),#define Inum1 145 /要改變相應(yīng)的取值。#define Inum2 7