51单片机只能家用电热水器设计说明

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1、. . . . 毕业论文（设计）基于51单片机家用智能电热水器设计学 生 姓 名： 毅 指导教师： 宋维波 硕士 专业名称： 电子信息工程 所在学院： 信息工程学院 2011年06月目 录摘要IAbstractII第一章绪论11.1 选题的背景、目的与意义11.2 国外研究状况和成果21.3 研究设想和实验设计3第二章系统总体设计42.1 系统设计要求52.2 系统研究思路52.3 系统设计图5第三章系统硬件设计63.1 电源电路73.2 键盘接口电路93.3 报警电路103.4 模数转换电路113.5 温度检测电路123.6 水位检测电路13第四章元器件介绍与功能144.1 AT89C51单

2、片机144.2 数字式温度传感器DS18B20174.3压力传感器194.4模数转化器204.5点阵字符型液晶显示器LCD1602204.6继电器22第五章系统软件设计235.1 PROTEUS(ISIS)和KEIL简介235.2程序设计245.3 PROTEUS(ISIS)仿真30第六章结论32参考文献33致34附录3551 / 52摘要本设计采用ATEML公司生产的AT89C51单片机为核心来设计智能电热水器。本设计也对单片机控制电热水器实现智能化的可能性进行了分析，利用温度传感器、水位检测装置、与模数转换器等来完成本设计。在硬件设计方面，主要对单片机系统与其扩展、电源电路、键盘显示与接口

3、电路、模数转换电路、水位与水温检测电路、报警电路进行了详细介绍。还详细介绍了设计中应用到的主要芯片的性能和特点，包括AT89C51、DS18B20、ADC0809等。在软件设计方面，采用汇编语言编程，是由于其易于为单片机所识别，执行速度快。最后对软件调试进行了误差分析。该智能电热水器设计完善，实现方案简单易行。采用软件设计来控制，可以实现智能检测水位与水温，智能加热，并且提高了整机的可靠性与准确性,简单易行，成本低，安全实用等特点，符合住宅、办公室用水要求，具有推广价值。关键词：智能温度控制，家用热水器，单片机，液晶显示.AbstractThis design uses ATEML compa

4、nys AT89C51 microcontroller as the core to design the Smart electric water heater. The design of intelligent MCU control the possibility of electric water heaters were analyzed using temperature sensors, water level detection device, and the ADC, etc. to complete the design. In the hardware design,

5、the main system and its extension to the microcontroller, power supply circuit, keyboard, display and interface circuits, analog to digital conversion circuit, the water level and water temperature detection circuit, alarm circuit is described in detail. It also details the design applied to the mai

6、n chip in the performance and features, including AT89C51, DS18B20, ADC0809 and so on. In software design, the use of assembly language programming, microcontroller because of its easy for the identification, execution speed. Finally, the error analysis software debugging.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典TheSmartele

7、ctric water heaterdesignedto achievethe programis simple. To control theuse ofsoftware design, candetectthe water leveland water temperaturesmart, intelligent heating, and improve the overallreliability and accuracy, simple, low cost, safe and practicalfeatures,consistent withresidential, officewate

8、rrequirements,with thepromotion ofValue.Keywords:Intelligenttemperature control, home water heaters,MCU, LCD display.第一章 绪论 随着人们生活水平的提高，热水器在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，越来越受到人们的青睐。由于燃气热水器易受水压限制，而且安全性较差。每年使用燃气热水器造成的爆炸、中毒等事故也屡有所闻。消费者对燃气热水器怀有一定的惧怕感，所以燃气热水器渐渐淡出市场。而智能电热水器越来越受到人们的认可。电热水器在中国的历史已经有10多年了，期间也经历了数次起落的过程，

9、在上个世纪的最后几年，随着国外品牌的进入和国一些大家电厂的目光转向电热水器，智能储水式电热水器能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水。使用时不产生废气，既安全又卫生。目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。干净卫生，不必分室安装，调温方便。在电热水器发展到如今的水平，已经可以基本满足生产生活中的需求。但为求精益求精，当今学者将目光放在了更好的调节控制水温水位上，尽可能得使其更智能化，能够做到更加的安全稳定舒适。我国在对电热水器水温水位系统的研究已取得很大的成就，并在不断地完善之中。智能电热水器水温水位检测器是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（电信号）转换

10、成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表仪器。传统的电热水器水温水位检测器功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，然而采用单片机的电热水器水温水位检测器功能多样化、精度高、抗干扰能力强。本文所研究的电热水器水温水位检测器是以AT89C51单片机作为主控制元件来能实现热水器里的水温和水位并显示在数码管（或液晶屏），并在水位达不到要求时发出低水位和超水位的报警信号以提醒用户打开或关闭进水阀。更进一步的采用继电器实现自动控制进水和和停止进水，是单片机应用在工业、农业、国防、医药、卫生等各行各业中的一个典型而普通的例子，随着科学技术的进一步发展，人们生活水平的不断提高，只能电热水器越来越受人们的青

11、睐，同时节安全、节能、易操作也是不可缺少的。在本设计中，研究智能电热水器的水温水位检测器非常有意义。1.1 选题的背景、目的与意义据不完全统计，我市城镇居民家庭以电热水器为主，占总量的60以上；从前风光无限的燃气热水器渐渐地黯然失色，市场份额仅剩不足20；新兴的太阳能热水器虽然受到安装条件的限制，但其安全、环保的性能广受消费者青睐，发展态势迅猛，市场占有率已达到15左右。于安全方面的考虑是城镇居民更多选择电热水器和太阳能热水器的主要原因。时下的商品房通风效果并不好，燃气产生的污染无法与时消除，而电热水器和太阳能热水器则基本没有这方面的忧虑。三大热水器：燃气热水器廉颇老矣；电热水器风头正劲；太阳

12、能热水器后劲十足。电热水器的优点：易安装，不受天气的影响，不受楼层和供水管道的限制，投入小。随着技术进步和新品的开发，下置式、嵌入式等多种安装形式的电热水器先后上市，彻底摆脱了房间空间的限制。中央供水和数码智能的电热水器也已进入市场。电热水器的安全问题涉与到消费者的生命，又加上近些年的能源危机，人们生活节奏的加快，智能化电热水器越来越受到消费者的青睐。在当今社会，科技日新月异，热水器技术飞速发展，越来越多的科技成果被运用到热水器的制造中。如今的热水器产品已经绝对不是一个简单的加热器，而是科技含量高的现代化家电产品。随着我国人民生活水平的逐渐提高，其生活条件有了很大的改善，智能化电器在人们日常生

13、活中占有比重越来越大，与家庭生活密切相关的热水器品种层出不穷，花样翻新。正是在这样的背景下，本设计选择基于AT89C51单片机的智能电热水器的设计研究。本选题目的是基于人们对现代家庭舒适、便利、安全以与多元化信息服务的需要，基于AT89C51单片机设计具有智能特征的电热水器控制器。选用AT89C51单片机作为控制芯片，就是为了实现电热水器的智能化，持续稳定的热水供应，自动断电的安全功能，使人们洗浴时能放心享受，利于人们的身体健康，其务实性能快速满足人们对现代生活快节奏的需求。1.2 国外研究状况和成果据了解，热水器胆最关键，如果胆损坏就意味着整台机器报废。与其他家用产品不同的是，电热水器没有必

14、要频繁升级换代，出于安全性和经济性的考虑，热水器的耐用性才是厂商需要绞尽脑汁的。对于热水器来说胆是最关键的，从一定意义来说，胆的品质就代表热水器的品质。目前的胆技术纷 繁复杂，但究其本质目标都是一样的：保温、耐压、不生锈、无水垢、不渗水是胆的基本要求。市场上常见的类型有搪瓷胆、不锈钢胆、钛金胆、金圭胆等，搪瓷胆抗疲劳性差，不锈钢胆焊缝容易漏水，目前比较先进的胆主要是钛金胆。 除了对耐用性的不懈追求，智能化技术运用是今后技术发展的一个普遍趋势。燃气热水器设有自动恒温控制，停气自动关机，超水温泄压等安全保护功能，即使临时停气，仍有储存的热水使用。智能化技术的运用有两个好处，一是更方便，二是更节能，

15、按照用户的使用习惯提前预先加热，让使用者随心享用热水。而在非用水时间则启动中温保温方程式，根据设定温度计算出最节能的保温温度，减小热水器外温差，因而大大减少保温加热次数，真正做到不拔插头更省电。在节能上冰箱等家电产品已经走在了前面，热水器这种用电量很大的产品更加应该推进节能技术的普与。对于传统的电热水器行业而言，要想出现本质性的突破几乎是不可能的，而在功能上不断提升，抓住人性化需求，却是一条可行之路。而事实正是如此。阿里斯顿、比利奇、史密斯、海尔、美的争先恐后推出了超大液晶屏、电子线控、超薄时尚、双管加热、漏电保护器、防电墙、多口出水等新技术，尤其是海尔，甚至在电热水器上增加了按摩功能，专门的

16、喷雾按摩喷嘴，让消费者可以足不出户就感受按摩的快乐。国外对智能电热水器的主要研究成果有：西门子智能电热水器，采用德国新电脑温控技术，确保出水温度均匀恒定，使沐浴成为真正的享受。西门子家电集团采用西门子在电站技术上的强大防漏电安全技术为基础，开发出独有的ELCB德全专家模式功能。除具有正常的防漏电装置外，还具备安全电流自我检测功能，随时检测防漏电系统是否正常工作，双重保险将个体与电源完全分开，杜绝意外发生。樱花IMES智能记忆节能系统，突破了传统单时段节能模式，提供了独一无二的三时段定时预热和七种供水模式，其工作过程“聪明伶俐”，它不断自动存储、分析主人近一个月用水的具体数据，以最经济的模式提前

17、为主人准备热水，真正实现全天候节能供水。特别是还具备体贴的停电数据保留功能，就算停电48小时，也能自动记忆所有参数，让主人毫无后顾之忧。全新的智能中温保温功能，彻底弥补了传统中温保温的缺陷，根据设定水温、环境、季节的不同，自动选择最节能的保温状态，避免固定中温技术大幅度温差造成不必要的浪费，缩短加热时间，切实做到省电节能。配合特有超厚高密度聚氨脂发泡层，节能指标全面达到国家专业标准，当然倍受信赖。完美的节能系统整合，把IMES智能记忆作为系统节能的核心，将各种节能的细节整合到尽善尽美，智能记忆与自动加热技术的融合应用，自动加热、实时加热、定时加热三种工作模式任意选择。 就中国的具体情况而言,

18、其研究成果虽稍逊于国外，但是学者们也在努力寻求技术的突破，比如海尔就走在了同行的前面。近日，海尔推出了一款全新产品银海象A6智能专家，成为国第一款具备记忆和计算能力双重智能的热水器。能记是A6的最大特色。它独有的断电自动记忆功能，即使突然停电，系统也会将之前设置的参数自动保存，从而在来电开机时仍保持原有设计，无需重新设置，方便简单。 会算是A6的又一特色。许多热水器也有预约功能，但预约的都是加热时间。用户一般不知道该提前多长时间加热，因此不是早了就是晚了。而A6产品只需设定好你的洗浴时间即可。它会自动根据当前的室温与水温计算好所需的加热时间，并自动提前加热，从而可以最大限度的减少用电损耗。除了

19、能记会算，A6的外观也独具一格。它使用LED超大显示屏，清晰明了；同时，A6引入无线智能遥控技术，不仅使热水器安装彻底摆脱了高度的限制，操作更自由方便。另外，A6采用了下倾式控制面板，实现半隐藏式安装，使浴室装修更完美。此外，A6的节能效果同样出色，智能预约、中温保温、分层加热等让您省钱到家。实验证明，仅中温保温一项技术，就能在24小时节能约0.33度。如市明佳实业发展获得了19项热水器发明专利的授权。在热水器研发中模拟大自然中的负离子功效，利用热水器的电能、空气气压、水压形成的势能和动能，作用于空气或水中的水分子使其发生破裂，使空气中带负电荷的氧分子和微小的水分子结合，生成大量的负离子。1.

20、3 研究设想和实验设计AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能单片机，片4kb的可系统编程Flash只读程序存储器，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8051指令系统与引脚。它集合了Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程与通用8位微处理器于单片机芯片中，功能很强大，可灵活应用于各种控制领域。基于此，我采用AT89C51作为智能电热水器的控制芯片，通过选用电源模块、单片机模块、ISP在线编程接口、键盘模块、数码管与指示灯显示模块、水温、水位检测模块、报警输出模块，来实现智能控制的要求。具体实验设计：AT89C51采用+5

21、V电源供电，设计要求制作一直流稳压电源，采用220V市电供电，经桥式整流后送入滤波电路，再经稳压芯片CW7805输出+5V电压。单片机容易受外界环境干扰，因此要求供电电源单独设计制作。单片机硬件部分由单片机最小系统配以按键、显示器件构成。限于单片机型号采用12MHz晶振和两个33F瓷平衡电容组成振荡电路。为使硬件具有通用性，复位电路采用上电与按键复位结合设计，独立式按键通过P3口扫描查询，分别执行功能查询、增值、减值功能。系统工作时，首先检测功能按键，进行温度围设置。其次检测加减按键，进行温度围调节，然后运行程序，由传感器经过模数转换，检测水温，当检测温度低于预设温度1时，开始加热；检测温度高

22、于预设温度1时，停止加热。当温度超过65时，蜂鸣器报警。第二章 系统总体设计目前市场上的电热水器有连续水流式，虽具有加热速度快和体积小的优点，但需要的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。而且市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，因此电热水器的智能化成为必然趋势。采用单片机来实现电热水器的智能化，主要是因为其采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别强。CPU可以直接对I/O口进行输入、输出操作与逻辑运算，并且具有很强的位处理能力，能有针对性的解决由简单到复杂各类控制任务。单片机做为嵌入式应用的微型计算机，由于其出色的性价比，极强的实用性，它取得了巨大的发展。本课题是基于

23、AT89C51单片机的智能电热水器的控制器的设计，要达到的控制要求有：（1）用两位数码管显示水温，两位数码管显示预设温度。（2）水温检测显示围为0099，精度为1。（3）温度预设围为3060，当检测温度低于预设温度1时，开始加热；检测温度高于预设温度1时，停止加热。（4）设置3个程序按键。电源开关键：电源关闭时，4个数码管熄灭，加热元件断电，但单片机系统正常工作，热水器面板上的电源指示灯点亮。电源开启后，根据上次设定的温度（220V总电源不能关闭）自动进入工作状态。如220V总电源关闭后再开机，预设温度自动定为40。温度+键：每按一次该键，预设温度加1，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快

24、速增加，当预设温度加到60时，按该键不起作用。温度键：每按一次该键，预设温度减1，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速减小，当预设温度减到30时，按该键不起作用。（5）设置3个面板指示灯。电源指示灯（红）：接通220V电源，该指示灯点亮。加热指示灯（绿）：加热元件工作时，该指示灯被点亮。报警指示灯（黄）：当热水器出现异常情况时，该指示灯被点亮。（6）报警设置。高温报警：当检测温度高于65时，自动报警。低温报警：当检测温度低于0时，自动报警。缺水报警：当储水箱缺水时，自动报警。漏电报警：当热水器发生漏电情况时，自动报警。（7）设置一个蜂鸣器，当热水器出现异常情况而报警时，由蜂鸣器发出报警声

25、，并自动切断加热元件的供电。2.1 系统设计要求 本次课题的设计要求和技术指标： 1、以51系列单片机为核心器件组成一个智能的水位水温检测系统。 2、系统具有水温和水位的高分辨率显示。 3、系统具有自检水温传感器的功能。4、系统具有控制继电器功能实现自动上水、加热2.2 系统研究思路根据系统的设计要求，从而要解决水位水温的显示和上水控制以与电加热的切换问题。直流稳压电源由整流桥，滤波电路，稳压电路组成。稳压电路采用CW7805芯片，输出+5V。智能电热水器控制电路时钟电路，复位电路，单片机，按键，数码管，漏电检测电路，传感器，蜂鸣器，继电器等部分组成。软件编写时，首先检测功能按键，先进行温度围

26、设置，其次检测加减按键，进行温度围调节，然后运行程序，由传感器经过模数转换，检测水温，水温在小于设置温度围1时，单片机控制继电器对电热水器加热，当水温超过温度设置围1是，单片机控制继电器断电断电，停止加热。当温度超过99时，蜂鸣器报警。以上查询功能有比较电路指令完成。2.3 系统设计图 根据系统的设计要求和设计思路，采用单片机作为控制器件，本次设计的系统包括信号检测、处理、显示和继电器控制几个模块，系统框图如图2.1所示 ：漏电、短路、水位、温度、干烧测量电路A/D转换器ADC0809电源继电器输出报警输出电加热指示单片机AT89C51基于82C55的现实和键盘电路实时时钟DS12887图2.

27、1 系统原理框图系统组成的电路原理图如图2.2所示图（2.2）第三章 系统硬件设计根据设计思路、设计要求和原理框图，检测器的功能是有一下几块模块实现的：信号检测、处理、显示和继电器控制几个模块。其中AT89C51为核心控制器件，DS18B20和MPX4115为水温水位的信号采集器件，数码管为显示器件，红绿灯为信号检测器件，继电器为控制器件。单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分容：一是系统扩展，即单片机部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如

28、键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。本设计中只用最小系统加上键盘、显示、ISP接口电路，单片机本身资源可以满足设计要求，所以不必对单片机进行扩展。系统的硬件系统以AT89C51单片机为核心，主要分两部分：直流稳压电源和智能电热水器控制电路。直流稳压电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路组成。智能电热水器系统由时钟电路、复位电路、报警电路、ISP在线编程接口电路键盘、模数转换电路和显示接口电路组成。3.1 电源电路电源电路按元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路、集成稳压电路等。根据调整元件与连接方法，可分为并联型和串联型；根据调整元件工作

29、状态不同，可分为线性和开关稳压电路。本设计中采用了线性工作状态的线性集成稳压电源。直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路与稳压电路所组成，设计框图：电源变压器整流滤波电路稳压电路输入电压U1输出电压U2图3.1 直流稳压电源各部分简介：（1）电源变压器电源变压器作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需的交流电压V2。变压器副边与原边的功率比P2/P1=，式中为变压器的效率。（2）整流滤波电路整流电路将交流电压变成单向脉动的直流电压。滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成份，合之成为平滑的直流电压。常用的整流电路有全波整流电路、半波整流电路、桥式整流电路与倍压整流电路。

30、小功率直流电源因功率比较小，通常采用单相交流供电。由于桥式整流电路克服了半波整流的缺点，在桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每个二极管的平均电流仅为负载电流的一半，与半波整流电路相比较，其输出电压提高，脉动成分减少。整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流成分。滤波电路常见的有电容滤波电路、电感滤波电路与型滤波电路。本设计采用电容滤波电路。电容滤波电路主要利用电容两端电压不能突变的特性，使负载电压波形平滑，故电容应与负载并联。桥式整流电路带电阻负载时的输出直流电压U0=0.9

31、V，接上电容滤波后，空载时的输出直流电压U0=UC=U2。所以，接上负载时的桥式整流电容滤波电路的输出电压介于上述两者之间，其大小与放电时间常数RLC有关，RLC越大，U0越大。（3）稳压电路稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。由于三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而广泛应用。三端式稳压器有两种，一种称为固定输出三端稳压器，另一种称为可调输出三端稳压器。它们的基本组成与工作原理都一样，均采用串联型稳压电路。（4）三端固定输出集成稳压器通用产品有CW7800T系列和CW7900系列。正压系列：C

32、W7800系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管工作保护，以防过载而损坏。一般不需要接元件即可工作，有时为改善性能也会加少量元件。负压系列：CW7900系列与CW7800系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其它特点都一样。(5)稳压电源的技术指标分为两种：一是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流与输出电压调节围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整流器率）、输出电阻、温度系数与纹波电压等。（6）电路目的：给单片机与其他控制电路提供电源。电源设计是电路设计很重要关节。它的稳定与否涉与到电路是否能稳定工作。按要求需要一个+5V电压，一个+

33、12V左右可调电压。于是采用可调压芯片LM317，它是稳压芯片。LM317是三端稳压集成电路，最大输出电流为2.2A，输出电压围为1.25V37V。它具有输出电压可变、藏保护功能、体积小、性价比高、工作稳定可靠等特点。用它制作输出电压可变稳压电源，调节可变电阻R2，便可从LM317输出端获得UO(可变输出电压)。从电路中可以看出，LM317的输出电压(也就是稳压电源的输出电压)U0为两个电压之和，也就是R1两端电压与R2两端电压之和。而IR2实际上是两路电流之和，一路是经R1流向R2的电流IRI，其大小为URI/Rl。因URI为恒定电压1.25V，Rl是一个固定电阻，小于240欧姆。所以IRl

34、是一个恒定的电流。另一路是LM317调整端流出的电流ID，ID的平均值是50A左右，最大值一般不超过100A。而且在LM317稳定工作时，ID的值基本上是一个恒定的值。调节R2阻值即可调节LM317输出电压UO。既然ID和IRl对调节输出电压UO都起到了一定作用，并且IR1是由R1提供，IRI大小也没有任何限制，LM317输出电压服从1.25+IDR2=UO关系。可调稳压电路原理图如图所示。图3.2 可调稳压电路原理图+5V电压也是利用三端稳压集成电路得到的，采用7805芯片。其用法和LM317差别不大，如下图所示。LM7805的1端是电源的输入端，3端是输出端，2端是接地端。图3.3 780

35、5三端稳压电源电路3.2 键盘接口电路本毕业设计的按键采用独立式按键，是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图：AT89C51P1.0P1.1P1.2ABC+5V图3.4 独立式按键 图3.5 七段数码管按键输入均采用低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。当I/O口线部有上拉电阻时，外电路不可接上拉电阻。独立式按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该

36、键的功能处理程序，具体编程见程序清单。3.3 报警电路热水器工作环境潮湿，为了保证使用者安全，控制器应具备漏电检测功能。在正常情况下，流过磁环的电流大小相等，方向相反，磁环检测线圈无感应电流信号，漏电检测集成电路输出低电平。当出现漏电电流时，由于流过磁环的电流不平衡，于是磁环检测线圈感应出漏电信号，经集成电路M54123L放大输出高电平，经三极管倒相后输出至单片机。单片机接收到漏电信号，则停止加热、保温与键盘操作，结束程序并发出报警信号，蜂鸣器连续呜响。在漏电保护与自检不合格情况下，只有关闭电源与排除故障后，重新接通电源才能工作。R6R3R4U1BELLD1YELLOWQ1NPN-12VP2.

37、0(A8)21AT89C51图3.6 报警电路3.4 模数转换电路 ADC0809的管脚分布与其与AT89C51的主要接口示意图： 图3.7 ADC0809引脚与与AT89C51连接示意图由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。IN0IN7为8条模拟量输入通道，ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压围是05V，若信号太小，必须进行放大；输

38、入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 数字量输出与控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VR

39、EF（）为参考电压输入。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示： 表3.1 ADC0809通道选择表CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0809应用说明：（1） ADC0809部带有输出锁存器，可以与AT89C51单片机直接相连。 （2） 初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3

40、） 送要转换的那一通道的地址到A，B，C端口上。 （4） 在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 （6） 当EOC变为高电平，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3.5 温度检测电路本文采用温度传感器DS18B20采集电热水器的实时温度, 提供给AT89C51的P3.2口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为水温。其电路原理框图如下：GND9DQ8VDD7DS18B20P3.3AT89C51VCCR5.7KVCC图3.8 温度检测电路DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封

41、装形式；温度测量围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，支持3V5.5V的电压围，使系统设计更灵活、方便；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。分辨率设定，与用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20使电压、特性有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。如图

42、2所示DS18B20的2脚DQ为数字信号输入/输出端；1脚GND为电源地；3脚VDD为外接供电电源输入端。当传感器工作时，如果水温超过60，将温度传给单片机，蜂鸣器报警，并断电；如果水温低于30，热水器开始工作，加热指示灯亮。3.6 水位检测电路水位检测为三个并联的不同阻值的电阻，电路的电极电流较小(几个微安)，电腐蚀小，适用水电阻变化围大(几K一100K欧)。某电阻所在水位未到达，电阻截止；水位到达，电阻导通，组成并联电路。将不同阻值所分得的电压经PTB1转换后，可判断出水位信息（高、中、低、干烧）。第四章 元器件介绍与功能4.1 AT89C51单片机4.1.1功能特性描述AT89C51是一

43、种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要功能特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定

44、128*8位部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片振荡器和时钟电路 4.1.2管脚描述图4.1 AT89C51逻辑引脚图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口

45、管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH编程和

46、校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

47、P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状

48、态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。4.1.3引脚功能1、主电源引脚Vcc（40脚）：接+5V电源正端。Vss（20脚）：接+5V电源地端。2、外接晶体引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：接外部晶振的两个引脚。3、MCS-51 输入/输出引脚MCS-51单片机有4个I/O端口，共32根I/O线，4个端口都是准双向口。每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0-P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称

49、P0-P3。 在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。P0口：可作为一般的I/O口用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。P1口：每一位均可独立作为I/O口。P2口：可作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高8位地址线。P3口：双功能口。作为第一功能使用时同P1口，每一位均可独立作为I/O口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。4、控制线RST/Vpd（9脚）：RST即为RESET，Vpd为备用电

50、源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机震荡工作时，该引脚上将出现持续两个机器周期的高电平，这时可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。当Vcc发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚上可接备用电源Vpd（+5V）为部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输出端。ALE在每个机器周期输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出端的低八位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。PSEN（29脚）：片外程序存储器选通信号输出端，低电平有效。在从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机

51、器周期该信号有效两次，并通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，该信号将不出现。 EA/VPP（31脚）： EA为片外程序存储器选通断。该引脚有效（低电平）时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片程序存储器。对于片还有EPROM的机型，在编程期间，此引脚用作12V编程电源Vpp的输入端。4.2 数字式温度传感器DS18B204.2.1功能特性描述 DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特

52、而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的“DS1820”体积更小、更经济、更灵活。使您可以充分发挥“一线总线”的长处。 DS18B20、 DS18B22 “一线总线”数字化温度传感器 同DS18B20一样，DS18B20也 支持“一线总线”接口，测量温度围为 -55C+125C，在-10+85C围,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压围

53、，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用围。分辨率设定，与用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！ DS1822与 DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为2C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。

54、DS18B20和DS1822使电压、特性与封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。4.2.2管脚描述 DS18B20可编程温度传感器有3个管脚，如图3.2所示。GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，围3.O5.5V。本文使用外部电源供电。图4.2 DS18B20管脚图1、 测温功能：当DSI8B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的0，1字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数

55、据格式以00625LSB形式表示。温度值格式表4.1示:表4.1 温度格式LS ByteMS ByteBit723Bit15SBit622Bit14SBit521Bit13SBit420Bit12SBit32-1Bit11SBit22-2Bit1026Bit12-3Bit925Bit02-4Bit824其中“S”为标志位，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。表2.1表是对应的一部分温度值。DSI8B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH做比较，若TTH或T ROM操作命令 - 存储器操作命令- 处理数据1）初始化 单

56、总线上的所有处理均从初始化开始 2）ROM操作品令 总线主机检测到DSl8B20的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如 指令 代码 Read ROM(读ROM) 33H Match ROM(匹配ROM) 55H Skip ROM(跳过ROM CCH Search ROM(搜索ROM) F0H Alarm search(告警搜索) ECH 3）存储器操作命令 指令 代码 Write Scratchpad(写暂存存储器) 4EH Read Scratchpad(读暂存存储器) BEH Copy Scratchpad(复制暂存存储器) 48H Convert Temperature(温度变换)

57、 44H Recall EPROM(重新调出) B8H Read Power supply(读电源) B4H4.3压力传感器4.3.1功能特性描述 HK610压力传感器是一款以应变片为原理的压力传感器。应变片压力传感器,应用先进的镀膜工艺,将应变电桥直接制作在测压膜片上。由于不用传统的胶粘工艺,显著改善了应变式传感器的长期稳定性与抗蠕变特性,使产品使用的温度围大为扩展。 由于没有活动部件,抗振动和抗冲的能力很强,可用于恶劣的环境。该压力传感器的主要技术特点：高温、高压高精度、高稳定性 精度优于0.05%/年抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构体积小、重量轻直接过程安装4.3.2工作原理金属电阻应变

58、片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：R=S/L式中：金属导体的电阻率（cm2/m）S导体的截面积（cm2） L导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。4.4模数转化器ADC0809是一个典型的A/D转换

59、芯片，为逐次逼近式8位CMOS型A/D转换器，片有8路模拟选通开关、三态输出锁存器以与相应的通道地址锁存与译码电路。ADC0809 可处理8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL 兼容。8 路8 位AD 转换器，即分辨率8 位。具有转换起停控制端。转换时间为100s，单个5V 电源供电，模拟输入电压围05V，不需零点和满刻度校准。首先输入3 位地址，并使ALE1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动AD转换，之后EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD 转

60、换完成，EOC 变为高电平，指示AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE 输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。A/D转换是把从热电偶接收到的温度模拟量转换成温度数字量输送到单片机里，以便可以用单片机进行控制。4.5点阵字符型液晶显示器LCD16024.5.1基本参数与引脚功能160LED分为带光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。4.5.2主要技术参数显示容量：16*2个字符芯片工作电压：4.55.5V工作电流：2.0mA（5.0V）模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95*4.35（W*H）mm表4.2 引脚功能说明：编号符号引脚说明