毕业论文《智能家用电热水器的温控设计》.doc

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1、常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程技术 班 号： 电子091 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： 智能家用电热水器的温控设计 指 导 教 师：设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 2011.9.1-2011.10.31 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文毕业设计（论文）任务书专业 电子信息工程技术 班级 姓名 一、课题名称： 智能家用电热水器的温控设计 二、主要技术指标：家用智能电热水器，它能显示水温，范围0到102。能用键

2、盘方便的设定水温，并具有保持该水温的功能。用单片机AT89C51来控制，采用共阳极数码显示，软件程序由汇编语言编写。 三、工作内容和要求： 1.使用高清晰度数码管实时显示水温 ，范围 0到102 。 2.可用键盘方便地设定水温，并显示设定的温度。 3.按设定温度加热到相应水温，并具有保温功能。 4.用AT89C51单片机将采集到的温度值与通过键盘设定的温度值进行比较，根据比较结果，控制加热器的开断，同时将温度值实时显示在LED显示器上。 四、主要参考文献： 1何立民.单片机应用系统设计M.北京航空航天大学出版社.1996 2孙育才编著.MCS-51系列单片微型计算机及其应用（第4版）.东南大学

3、出版社.2004.6（2008.2重印） 3高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计M. 电子工业出版社.2005.2 4刘守义主编.单片机应用技术（第二版）.西安电子科技大学出版社.2007.8 学 生（签名） 2010 年 5 月 7 日 指 导 教师（签名） 2010 年 5 月 10 日 教研室主任（签名） 2010 年 5 月 10 日 系 主 任（签名） 2010 年 5 月 12 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目智能家用电热水器的温控设计一、 选题的背景和意义：现在电热水器是一种可供洗手间、浴室及厨房使用的家用电器，市场上传统的机械式电热水器控制精度低、可靠性差，随着人们

4、生活水平的提高，人们对电热器的要求越来越高，趋向于智能化和数字化。近年来，单片机技术的发展飞快，基于单片机的智能设计越来越多，越来越重要。毕业设计注重于对单片机的理解与应用，明白单片机的工作原理，以便以后单片机领域的开发和研制打下基础，提高自己的设计能力，培养创新能力，丰富自己的知识理论，做到理论和实际结合。能进一步了解单片机的工作原理，内部结构和工作状态。理解单片机的接口技术，中断技术，存储方式，时钟方式和控制方式，这样才能更好的利用单片机来做有效的设计，提高自己的综合能力。二、 课题研究的主要内容：采用AT89C51单片机作为控制器设计了一款智能家用电热水器，基本实现智能控制功能。毕业设计

5、分为两个部分，硬件部分和软件部分。硬件部分介绍：智能家用电热水器硬件电路的设计，单片机AT89C51的功能和其在电路的作用。介绍了AT89C51的管脚结构和每个管脚的作用及各自的连接方法，A/D转换器ADC0809的管脚结构和每个管脚的作用及各自的连接方法。软件部分采用单片机汇编语言并结合单片机AT89C51的功能和其在电路中的作用进行设计编写与调试。结合软硬件进行调试、修改并完成毕业设计。三、 主要研究（设计）方法论述： 根据设计的功能，系统采用集成温度传感器AD590完成温度测量并转换成模拟电压信号，经由A/D转换器ADC0809转换成数字信号送到AT89C51单片机中，单片机将采集到的温

6、度值与通过键盘设定的温度值进行比较，根据比较结果，控制加热器的开断，同时将温度值实时显示在LED显示器上。硬件部分，主要以高性价比的AT89C51单片机为核心，由AD590测温电路、ADC0809模数转换电路、键盘、显示电路、双向可控硅驱动电路MOC3041、双向可控硅TLC336A组成加热器控制电路，软件采用汇编语言来编写，包括主程序模块、定时器中断子程序模块、键盘扫描处理子程序模块、十进制数据调整转换子程序模块、LED数码显示子程序模块和延时子程序等模块。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2011.9.12011.9.10论文选题2011.9.112011.9.15了

7、解论文的选题背景和意义2011.9.162011.9.20课题研究方案设计，调研、收集资料2011.9.212011.9.30进一步总结整理材料，进行分析归纳，形成论文提纲2011.10.12011.10.10撰写论文2011.10.112011.10.20对论文进行修改和检查2011.10.212011.10.31正式完成并提交毕业设计论文五、指导教师意见：选题合理，安排恰当，同意开题。希望与企业实际结合，把设计做得更好。 指导教师签名： 2010 年 5 月 10 日六、系部意见： 系主任签名： 2010年 5 月 11 日目录摘要Abstract第1章 前言.1第2章 系统硬件设计.22

8、.1硬件的基本组成22.2 AD590温度传感器的介绍22.2.1 AD590温度传感器简介22.2.2 AD590接口电路22.3 AT89C51单片机芯片的介绍32.3.1单片机概述32.3.2 AT89C51单片机简介 32.4数码显示管82.5 系统硬件设计 102.5.1 单片机选择 112.5.2 温度检测电路的设计 112.5.3 加热控制电路的设计 112.5.4 键盘设定及数据显示电路的设计 11第3章 系统软件设计与编程 .133.1 系统软件的设计 133.1.1 系统主程序的设计 133.1.2 定时器中断子程序的设计133.1.3 温度控制子程序的设计143.1.4

9、温度检测子程序的设计143.2 系统软件的编程 143.2.1 汇编语言源程序14第4章 系统调试 18第5章 结束语 .19答谢辞参考文献摘 要 本文所讨论的基于AT89C51单片机的智能家用电热水器的温控设计能显示水温，范围0到102，还能用键盘方便的设定水温，并显示设定的水温，按设定的温度加热到相应的水温，并具有保温功能。用单片机AT89C51来控制，采用共阳极数码显示，软件部分由汇编语言编写。 智能家用电热水器的温控设计是用来控制水温的，能满足人们对电热水器智能化和数字化的要求，很方便的设定水温，并且对其进行控制，基本实现了智能控制功能。智能家用电热水器的温控设计的思路是: 采用集成温

10、度传感器AD590完成温度测量并转换成模拟电压信号，经由A/D转换器ADC0809转换成数字信号送到AT89C51单片机中，单片机将采集到的温度值与通过键盘设定的温度值进行比较，根据比较结果，控制加热器的开断，同时将温度值实时显示在LED显示器上，用汇编语言编写软件程序，使硬件和软件加以结合，完成水温控制功能。硬件的设计要考虑多方面，以自己设计的目的为出发点，设计合理的方案。智能家用电热水器的温控设计需要硬件和软件的配合、补充，软件编写要和硬件电路相对应，这样才能完成预期的效果。关键词：单片机;汇编语言;模拟电压Abstract This article discussed the basis

11、 of household appliances at89c51 monolithic integrated circuits design of the water temperature control can display the water, range is 0 to 102 , we can use the keyboard to set the water, and that the water and heat to set the temperature of water, and have a hot function. a monolithic integrated c

12、ircuits to control, adoption at89c51 of anodes is the software displays, by the assembler language. Smart household appliances the water temperature control is used to control the water, can satisfy the water heater intelligent and digitization and very convenient for the water, and the control, the

13、 intelligent control function. the household appliances the design of integrated the temperature sensors are: the temperature measurement ad590 completed and translated into the process, through a voltage converter d adc0809 converted to digital send a signal to at89c51 monolithic integrated circuit

14、s, Monolithic integrated circuits will be taken to the value to the keyboard set of values, as a result, to control the heating of the broken, and will appear in the value of real-time led display, the assembler language is write software programs, the hardware and software to be completed. the cont

15、rol function. Hardware designs will consider numerous, to design for the purpose of the starting point, design and reasonable. the household appliances to the design of hardware and software support and complement to write to the software and hardware circuit, in this way can the intended effect. Ke

16、ywords ： monolithic integrated circuits; the assembler language; simulations voltage常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文第1章 前言近年来，单片机技术的发展飞快，基于单片机的智能设计越来越多，越来越重要。毕业设计注重于对单片机的理解与应用，明白单片机的工作原理，以便以后单片机领域的开发和研制打下基础，提高自己的设计能力，培养创新能力，丰富自己的知识理论，做到理论和实际结合。能进一步了解单片机的工作原理，内部结构和工作状态。理解单片机的接口技术，中断技术，存储方式，时钟方式和控制方式，这样才能更好

17、的利用单片机来做有效的设计，提高自己的综合能力。现在电热水器是一种可供浴室、洗手间及厨房使用的家用电器，市场上传统的机械式电热水器控制精度地、可靠性差，越来越不能满足人们的需求。随着人们生活质量的提高，人们对电热水器的要求越来越趋向于智能化和数字化。为了满足人们的需求，现采用AT89C51单片机作为温度控制器设计了一款智能家用电热水器，基本实现了智能控制功能，给人们的生活带来了很多的方便。毕业设计的目的是了解基本电路设计的流程，丰富自己的知识和理论，巩固所学的知识，提高自己的动手能力和实验能力，从而具备一定的设计能力。毕业设计分为两个部分，硬件部分和软件部分。硬件部分介绍：智能家用电热水器电路

18、的设计，单片机AT89C51、A/D转换器ADC0809的功能和其在电路的作用。介绍了AT89C51、A/D转换器ADC0809的管脚结构和每个管脚的作用及各自的连接方法。系统硬件主要以高性价比的AT89C51单片机为核心，由AD590测温电路、ADC0809模数转换电路、加热控制电路、键盘设定电路及数据显示电路构成，还介绍了数码显示管的工作方式，共阳极和共阴极数码显示管的电路组成，有动态和静态显示两种方式，说明了不同显示方法与单片机的连接。软件部分：主要采用汇编语言来编写，包括主程序模块、定时器中断子程序模块、键盘扫描处理子程序模块、温度检测子程序模块、LED数码显示子程序模块和温度控制子程

19、序等模块。第2章 系统硬件设计基于AT89C51单片机的智能家用电热水器的温控设计，硬件的设计是基础。只有在设计好系统硬件的基础上，加强对硬件电路的了解和应用，才能设计出优秀的软件系统。现在我们对智能家用电热水器的温控电路的硬件系统进行简单的介绍： 2.1 硬件的基本组成智能家用电热水器温控电路的硬件主要由AT89C51单片机、A/D转换器ADC0809、AD590、LM324、3个共阳极LED、按键开关、电阻器、电位器、非门、与门、或门、电容、稳压二极管、晶振、加热丝等组成。2.2 AD590温度传感器的介绍2.2.1AD590温度传感器的简介 AD590是美国AD公司生产的单片集成两端感温

20、电流源。它的测温范围为为-55+150，满足人们日常生产和生活中的温度范围，电源电压可在4V30V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏；输出电阻为710M。D590产生的电流与绝对温度成正比，具有非常好的线性输出性能，非线性误差为0.3。温度每增加1，其电流增加1uA。表2-1为温度与AD590电流、电压的关系表。表2-1温度与AD590电流、电压关系表温度值()AD590电流(uA)经10K电压(V)放大器输出V0(V)ADC0809的输出0273.22.732000H10283.22.8320.4919H20293.22.9320.9832H30303

21、.23.0321.474BH40313.23.1321.9664H50323.23.2322.457DH60333.23.3322.9496H70343.23.4323.43AFH80353.23.5323.92C8H90363.23.6324.41E1H100373.23.7324.90FAH2.2.2 AD590接口电路 AD590是电流输出型器件,必须利用接口电路将AD590所输出的电流信号转换成电压信号,再经过A/D转换器转换成数字信号,提供给单片机处理。再表2-1中,列出了不同温度值下AD590的输出电流,通过图2-1所示的电路可将输出电流转换成0V5V的模拟电压。 图2-1 温度采

22、集电路2.5 系统硬件设计硬件系统以高性价比的AT89C51单片机为核心，由AD590测温电路、ADC0809模数转换电路、加热控制电路、键盘设定电路及数据显示电路构成。该系统设计硬件原理结构框图如图2-7所示： 图2-7 系统硬件结构框图2.5.1 单片机选择该系统由于系统对控制精度的要求不高,所以选用内部具有程序存储器芯片的AT89C51就可以满足要求了。2.5.2 温度检测电路的设计温度检测电路由温度传感器、信号放大器及A/D转换器组成。由AD590将温度转换成电流信号再经信号放大器得到对应的模拟电压,再经ADC0809转换后接入单片机。如图2-8所示。2.5.3 加热控制电路的设计加热

23、控制信号经反相器反相后,驱动固态继电器(SSR)工作,从而接通或断开加热丝两端的电源,实现对水的加热控制。加热控制电路如图2-8所示。为了使加热控制更加精确,系统采用了三组加热电阻丝组合实现,当温度小于5时,仅A组加热丝工作;当温差在510之间时，采用A、B两组加热控制；当温度大于10时，采用A、B、C三组加热控制。2.5.4 键盘设定及数据显示电路的设计键盘扫描由11个按键及3位LED共阳极显示器组成。通过P1、P2口直接驱动键盘，为了简化显示接口，这里采用串行口扩展LED显示器，如图2-8所示.该系统的原理图如图2-8所示：第3章 系统软件设计与编程硬件是基础，软件是根本。现在，我们对智能

24、家用电热水器温控的软件系统的设计进行简单的介绍：3.1系统软件的设计软件系统主要包括主程序模块、定时器中断子程序模块、键盘扫描处理子程序模块、温度检测子程序模块、LED数码显示子程序模块和温度控制子程序等模块。3.1.1 系统主程序的设计主程序，用于进行初始化处理，包括各端口的初始化、定时/计数器的设定、中断容许的设定等。同时进行键盘的扫描输入。图2-9为主程序流程图。3.1.2 定时器中断服务子程序的设计通过单片机内部的定时器T0进行50ms定时，再通过寄存器R6进行计数，以实现1S定时中断的要求。进入中断服务程序之后，可进行当前温度的检测及显示，根据所测值与设定值的比较结果进行温度控制等。

25、图2-10为定时中断服务子程序流程图。图2-9 主程序流程图 图2-10 定时中断服务子程序流程图3.1.3 温度控制子程序的设计通过比较键盘设定值与温度检测值之间的差别，按照一定的控制规律，控制输出口线的状态，实现3组加热丝的控制。图2-11为温度控制程序流程图。3.1.4 温度检测子程序的设计 温度检测采用每1S定时采样一次的方式，为了实现温度的准确检测，采用了平均值滤波法以抗干扰。即连续4次起动ADC0809进行A/D转换，求取转换结果的平均值，存入指定单元，以得到检测温度值。图2-12为温度检测程序流程图。图2-11 温度控制程序流程图 图2-12 温度检测程序流程图3.1.5 温度显

26、示子程序的设计在每次温度检测之后，进行一次温度显示刷新。在进行温度设定时，显示所设定的温度值。3.2系统软件的编程3.2.1 汇编语言源程序本次毕业设计，是使用我们学过的汇编语言进行编写，加深我对汇编语言的理解。系统具体汇编语言源程序如下：ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP TOINTORG 0030H MAIN:MOV SP,#60H MOV P1,#0FFH MOV SCON,#00H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TD0,#0B0H MOV R6,#14H MOV 5DH,#00H MOV 5EH,#00H MOV 5FH,#0

27、0H ACALL DISP SETB ET0 SETB EA SETB TR0 LM0: ACALL KEY AJMP LM0 TOINT:MOV 50H,#00H MOV B,#00H MOV R7,#04H MOV DPTR,#7FFFH TT0: MOVX DPTR,A JB P3.2,$ MOVX A,DPTR ADD A,50H MOV 50H,A JNC TT1 INC B TT1: DJNZ R7,TT0 CLR C XCH A,B RRC A XCH A,B RRC A CLR C XCH A,B RRC A XCH A,B RRC A MOV 50H,A RET TCONT:

28、MOV A,51H CLR C SUBB A,50H MOV R0,A JNC CCPR MOV P1,#0FEH AJMP CONEND CCPR: MOV A,R0 SUBB A,#19H JC CCPR1 MOV P1,#0F8H AJMP CONEND CCPR1:MOV A,R0 SUBB A,#0CH JC CCPR2 MOV P1,#0FCH AJMP CONEND CCPR2:MOV P1,#0FEH CONEND:RET KEY: ACALL KS JNZ K1 ACALL DELAY AJMP KEY K1: ACALL DELAY ACALL KS JNZ K2 AJMP

29、 KEY K2: MOV R3,#0FEH MOV R4,#00H K3: MOV A,R3 MOV P1,A MOV A,P2 JB ACC.0,L1 MOV A,#00H AJMP LK L1: JB ACC.1,L3 MOV A,#04H AJMP LK L2: JB ACC.2,NEXT MOV A,#08H AJMP LK LK: ADD A,R4 PUSH ACC K4: ACALL DELAY ACALL KS JNZ K4 POP ACC RET NEXT: INC R4 MOV A,R3 JNB ACC.3,KEY RL A MOV R3,A AJMP K3 KS: MOV

30、A,#00H MOV P1,A MOV A,P2 CPL A ANL A,#07H RET DELAY:MOV R0,#10 DEL2: MOV R5,#250 DEL1 NOP NOP DJNZ R5,DEL1 DJNZ R0,DEL2 RET DISP: MOV R2,#03H MOV R1,#5DH SETB P1.3 DL0: MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SUBF,A DL1: JNB TI,DL1 CLR TI INC R1 DJNZ R2,DL0 RET TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92

31、H,82H,0F8H,80H,90H END第4章 系统调试系统调试包括硬件和软件调试。硬件调试的任务是排除系统的硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试，除发现和解决程序错误外，也可以发现硬件故障。在设计、调试大型程序之前，应先根据要求划分模块，优化结构；再根据各模块的特点确定何为主程序，何为子程序，何为中断服务程序，相互之间如何调用；接着根据各模块的性质和功能将各模块细化，设计出程序流程图；最后根据各模块流程图编制具体程序。在此基础上再将各模块的功能往主程序上堆砌，直至各模块之间联调、统调，实现全部功能。在这个设计中，采用了软件滤波方式以保证检测环节

32、的准确性，并且采用3组加热控制以提高温度变化的精度。在此基础之上，还可以增加液面检测、缺水报警电路及打印电路等其他辅助电路的设计，使得这个控制系统更趋于完善。投产前应经过一段时间的考机和试运行。将软件固化到程序存储器中，让系统在真实环境下运行，检验其可靠性和抗干扰能力，直到完全满足要求，系统才算研制成功。最后还需建立一套完整、健全的维护机制，以确保系统正常工作。第5章 结束语通过近两个月的学习和交流，终于完成了智能家用电热水器的温控设计的毕业设计。此次设计是在老师的悉心指导和帮助下完成的，从课题选择、方案论证到最后的设计完成，无一不凝聚着程老师的心血和汗水，在此向程老师表示深深的感谢和崇高的敬

33、意。此次毕业设计主要的设计思路是：系统采用集成温度传感器AD590完成温度测量并转换成模拟电压信号，经由A/D转换器ADC0809转换成数字信号送到AT89C51单片机中，单片机将采集到的温度值与通过键盘设定的温度值进行比较，根据比较结果，控制加热器的开断，同时将温度值实时显示在LED显示器上。最终完成了采用AT89C51单片机作为控制器的一款新的智能家用电热水器,基本实现了智能控制功能.本次毕业设计通过上网搜索，在图书馆翻阅大量有关书籍查找资料，了解单片机AT89C51、ADC0809、AD590、数码显示管等的有关知识，学习时钟电路、控制电路的设计原理。在这些都搞得比较清楚后才开始进入真正的设计阶段,画设计总体框图、流程图和电路图，经过不断的修改才完成硬件系统的设计，并进行了软件的设计和调试，最终完成了毕业设计，并完成了毕业设计论文的写作。通过这次毕业设计，我学到了很多东西,有很多都是课堂上所学不到的,自己的独立设计能力 、搜索资料能力、整理资料能力、分析和解决问题的能力等都得到了很大的提升。我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，才能学到知识，得到锻炼。这次设计为以后能够从事电子方面的设计和研究打下了坚实的基础。答谢辞本毕业设计是