1、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院（直屬系）：電子信息工程學(xué)院時間:學(xué)生姓名指導(dǎo)教師設(shè)計（論文）題目即熱式電熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計主要研究內(nèi)容1、掌握控制系統(tǒng)設(shè)計方法和一般步驟；2、運(yùn)用單片機(jī)完成對即熱式電熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計；2、熟練運(yùn)用C語言進(jìn)行編程。研究方法理論研究主要技術(shù)指標(biāo)（或研究目標(biāo)）通過對即熱式電熱水器控制系統(tǒng)功能需求分析，給出設(shè)計方案，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計，繪制電路原理圖，完成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計，通過模擬仿真驗證所設(shè)計控制系統(tǒng)的性能。教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字：年月日說明：一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目錄摘要IABSTRACTII弓I言

2、1第1章系統(tǒng)功能需求分析與控制方案設(shè)計31.1 功能需求分析31.1.1 硬件功能需求分析31.1.2 軟件功能需求分析41.2 控制方案設(shè)計41.3 執(zhí)行器的選擇61.4 本章小結(jié)6第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計72.1 鍵盤輸入電路的設(shè)計72.2 LCD1602顯示電路的設(shè)計72.3 DS1302時鐘電路的設(shè)計82.4 溫度采集電路的設(shè)計92.4.1 DS18B20簡介92.4.2 DS18B20電路的設(shè)計92.5 水流檢測電路的設(shè)計102.6 加熱驅(qū)動電路的設(shè)計102.6.1 大功率光耦MOC3042102.6.2 驅(qū)動電路的工作原理112.6.3 驅(qū)動電路的設(shè)計122.7 漏電保護(hù)技術(shù)122.8

3、本章小結(jié)13第3章控制算法設(shè)計143.1 PID控制算法143.2 被控對象模型的建立143.3 參數(shù)整定及MATLAB仿真153.3.1 PID參數(shù)整定153.3.2 MATLAB仿真163.4 本章小結(jié)17第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計184.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計184.2 鍵盤輸入194.3 DS18B20測溫204.3.1 DS18B20初始化204.3.2 DS18B20寫數(shù)據(jù)214.3.3 DS18B20讀數(shù)據(jù)224.3.4 DS18B20溫度讀取224.4 LCD1602顯示234.4.1 LCD1602時序介紹234.4.2 LCD1602初始化244.5 PID算法的軟件設(shè)計244.6

4、PWM輸出254.7 本章小結(jié)26第5章模擬仿真與結(jié)果分析275.1 顯示模擬仿真275.2 加熱模擬仿真285.3 結(jié)果分析28第6章結(jié)論29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄32附錄A系統(tǒng)整體電路圖32附錄B部分源程序33II太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計摘要本文完成了即熱式電熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)選用AT89C52作為主控制器，同時結(jié)合鍵盤模塊、顯示模塊、時鐘模塊、溫度采集模塊、水流檢測模塊和驅(qū)動模塊等完成硬件電路的設(shè)計。通過PID控制算法控制熱水器的出水溫度，利用C語言完成電熱水器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計；另外，采用“隔電墻”技術(shù)做漏電保護(hù)，保證洗浴過程中的安全。最后對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，系統(tǒng)能正確顯示時間與溫度

5、，準(zhǔn)確控制加熱電路的通斷，達(dá)到了預(yù)期控制目標(biāo)。關(guān)鍵詞：AT89C52,電熱水器，PID太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計ABSTRACTThedesignofelectricwaterheatercontrolsystemisintroducedinthispaper.AT89C52wasselected,whichisregardedasthemaincontroller,andcombineswiththekeyboardmodule,displaymodule,clockmodule,temperatureacquisitionmodule,waterflowdetectionmoduleanddri

6、vemoduletocompletethehardwarecircuitdesign.ThewatertemperatureiscontrolledthroughthePID,andthesoftwaredesignofelectricwaterheatercontrolsystemiscompletedbyusingClanguage.Inaddition,the"SafeCare"isusedtodoearthleakageprotection,toensurethesafetyofbathingprocess.Finally,throughthesimulationo

7、fthesystem,itcandisplaythetimeandtemperaturecorrectly,andthecontroloftheheatingcircuitcanbedoneaccurately.Inthisway,theexpectedcontrolobjectivescanbeachievedinthisdesign.Keywords:AT89C52,ElectricWaterHeater,PIDII太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計引言隨著科技在進(jìn)步與發(fā)展，熱水器早已成為家用電器的一員。然而，市場上傳統(tǒng)的熱水器可靠性差，存在一定的安全隱患。老式而簡單的熱水器由于質(zhì)量差和技術(shù)落后等原因，

8、已經(jīng)越來越不被用戶所青睞，也就是說將逐步退出市場?，F(xiàn)在人們的生活質(zhì)量提高了，人們期盼有一種既安全，又方便的熱水器，在浴室和廚房提供熱水。而智能化的熱水器正符合人們的這一需求。它能給用戶提供直觀、數(shù)字化的體驗，而且能精確地采集和控制環(huán)境中的水溫。這樣的熱水器，必將為家庭、小型飯店、賓館酒店提供配套服務(wù)?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，智能化熱水器將成為人們的首選，市場前景廣闊。就國內(nèi)外的熱水器市場來看，目前的電熱水器除了行業(yè)內(nèi)部競爭以及與燃?xì)鉄崴鞯母偁幰酝?，還面臨著太陽能熱水器的競爭。但是不可否認(rèn)的是，電熱水器仍然占行業(yè)的主導(dǎo)地位。并且隨著科技的不斷進(jìn)步，電熱水器也不再滿足于普通的加熱功能而已。越來越

9、多的電熱水器往著智能化、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。部分高端熱水器還具有智能記憶功能，記憶用戶的用水習(xí)慣，在洗浴時間前自動提前加熱，非洗浴時段提供中溫生活用水，不僅讓用戶隨時隨地能享受到熱水，也更加節(jié)能。隨著電熱水器的智能化，相信市場前景會越來越好。當(dāng)前市面上的電熱水器分儲水式和即熱式。其中儲水式使用前需要的預(yù)熱時間長，使用過程中水溫?zé)o法調(diào)節(jié)，而即熱式電熱水器即開即熱，只需幾秒的預(yù)熱時間即可得到源源不斷的熱水供應(yīng)。并且儲水式電熱水器內(nèi)膽容量大，對安裝空間要求高，如果使用者過多就不能供應(yīng)足夠多的熱水，洗澡未用完的熱水也會逐漸變冷，形成浪費(fèi)；相比而言，即熱式電熱水器內(nèi)膽小，安裝便捷，使用時按照用戶個人需

10、求提供熱水，不造成浪費(fèi)，且減少耗能。而隨著國家電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型，電費(fèi)價格普遍下降，以及電力設(shè)施的改善，也表明了熱水器的發(fā)展前景。由于熱水器的加熱過程是一個非線性系統(tǒng)，且存在較大的滯后性。采用PID控制能達(dá)到較好地控制效果，可以較好的控制出水溫度，提供用戶一個舒適的洗浴環(huán)境。針對上述問題，本次將設(shè)計一個即熱式電熱水器控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)將采用PID控制算法來完成對水溫的控制，解決水溫突變的狀況。本文對這次設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)介紹。第一章介紹了系統(tǒng)的功能需求分析與方案的太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計選取，并介紹了系統(tǒng)整體框架的設(shè)計；第二章講述了硬件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件設(shè)計包括鍵盤電路、時鐘電路、溫度檢測電路、水流檢測電路、顯

11、示電路、驅(qū)動加熱電路等多個部分；第三章介紹了系統(tǒng)控制算法的設(shè)計，以及利用MATLAB對控制算法的仿真；第四章闡述了軟件系統(tǒng)設(shè)計，針對整體軟件系統(tǒng)流程和各個子程序流程進(jìn)行了詳細(xì)介紹；第五章對系統(tǒng)進(jìn)行了Protues仿真；第六章是本次設(shè)計的結(jié)論。太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第1章系統(tǒng)功能需求分析與控制方案設(shè)計本章主要內(nèi)容是根據(jù)本系統(tǒng)所要實現(xiàn)的主要功能，分別預(yù)設(shè)多種方案，在保證可行的前提下，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、便利性等原則，從中選出一種最佳的實施方案，進(jìn)而在后續(xù)設(shè)計中得以實現(xiàn)。1.1 功能需求分析結(jié)合當(dāng)前電熱水器的現(xiàn)狀，本次設(shè)計的電熱水器需要完成如下功能：1、采集熱水溫度，為用戶提供熱水器的實際水溫信息；2、用戶可

12、以手動設(shè)置溫度和校正時間；3、控制熱水器出水溫度穩(wěn)定，給用戶一個舒適的洗浴環(huán)境；4、自動檢測熱水器的工作狀態(tài)，實現(xiàn)通水通電，斷水?dāng)嚯?，防止干燒?、做好漏電保護(hù)，保證用戶在使用過程中的用電安全。1.1.1 硬件功能需求分析結(jié)合上述的系統(tǒng)功能需求分析，硬件電路中需要具備以下幾個電路模塊，包括：1、顯示電路，用來顯示時間、溫度信息；2、鍵盤電路，用來手動設(shè)置時間、溫度；3、時鐘電路，用來提供時鐘信號；4、溫度采集電路，用來采集熱水器的水溫信息；5、水流檢測電路，用來檢測熱水器的工作狀態(tài)；6、加熱驅(qū)動電路,用來控制電熱水器的加熱工作。在滿足實際功能需求，縮短開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本的前提下，本設(shè)計選擇

13、ATMEL單片機(jī)AT89C52為主要芯片，由時鐘模塊和溫度檢測模塊為單片機(jī)提供時間和溫度，輸出至液晶屏顯示，通過按鍵更改時間與預(yù)設(shè)溫度，并由單片機(jī)輸出控制加熱驅(qū)動模塊對熱水進(jìn)行加熱。系統(tǒng)整體框圖如圖1.1所示。圖1.1系統(tǒng)框圖太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計1.1.2 軟件功能需求分析結(jié)合當(dāng)前科技環(huán)境使用情況，軟件設(shè)計選擇C語言來進(jìn)行編程，結(jié)合硬件方案的設(shè)計，本設(shè)計需要實現(xiàn)溫度采集、時間顯示、驅(qū)動控制、鍵盤輸入等功能。軟件設(shè)計采用分塊編寫程序的方案。鍵盤掃描通過返回不同的鍵值來完成不同的按鍵功能；時間顯示電路中液晶與時鐘芯片和CPU通信各需使用一路串口通信1;溫度采集電路中單片機(jī)通過DS18B20訪問協(xié)議

14、（protocol）與DS18B20通信；驅(qū)動控制使用中斷來產(chǎn)生PWM。軟件方面最主要的是多功能的相互配合切換。1.2 控制方案設(shè)計1 .顯示控制方案的設(shè)計：顯示模塊主要通過顯示包括時間、預(yù)設(shè)溫度和實時溫度等信息，讓用戶直觀明了的了解電熱水器當(dāng)前水溫以及工作狀態(tài)。因此需要一款顯示清晰，性能可靠穩(wěn)定的顯小屏。目前主流的顯示器有LED數(shù)碼管和LCD液晶屏。數(shù)碼管應(yīng)用廣泛，顯示亮度高且電路連接簡單。但是不能顯示字符，不能滿足本設(shè)計的顯示需求。而LCD液晶顯示屏具有靈活多變，重量輕，占地小，功耗低、畫面豐富的優(yōu)點。指令操控簡單，顯示內(nèi)容多樣，可以雙行顯示，可以顯示字符、字段，顯示英文、阿拉伯?dāng)?shù)字、漢語

15、等。滿足本模塊的顯示需求，且畫面質(zhì)量高，顯示清晰穩(wěn)定。綜上所述，考慮本次設(shè)計需要的顯示量較多且含有字符，故選擇LCD1602作顯示屏。2 .時鐘方案的設(shè)計：本設(shè)計需要為用戶提供準(zhǔn)確的實時時間，故需要單片機(jī)來提供時鐘信息。方案一：由單片機(jī)提供時鐘信息。單片機(jī)內(nèi)部具有多個定時器，通?？捎啥〞r器中斷實現(xiàn)時鐘功能，十分方便。但由于系統(tǒng)晶振誤差、溫漂、中斷響應(yīng)時間的不確定性及定時器重新裝載時間常數(shù)所帶來的誤差，使得最終計時的誤差偏大，決定它不能用來作為時鐘的時間基準(zhǔn)。方案二：選擇時鐘芯片。時鐘芯片內(nèi)都集成了時鐘、日歷功能，高性能、低功耗，且具有閏年補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點，外圍電路非常簡單并具有掉電保護(hù)功能，給時鐘系

16、統(tǒng)設(shè)計帶來很多方便。由于本設(shè)計中需要定時器產(chǎn)生PWM,無法再用來提供時鐘，所以選擇DS1302太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計時鐘芯片來提供時鐘信息。3 .溫度采集方案的設(shè)計：本設(shè)計采集實時的水溫信息并提供給用戶，讓用戶知道當(dāng)前水溫以便調(diào)節(jié)自己所需水溫。故此需要通過溫度傳感器檢測水溫并將信息傳送至單片機(jī)處理。目前主流的溫度傳感器有熱敏電阻傳感器和數(shù)字溫度傳感器等。傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，采用熱敏電阻，可滿足40C至90c的測量范圍。但熱敏電阻可靠性差，測量溫度精度低，對于1C精度的信號是不適用的，還得經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能由單片機(jī)進(jìn)行處理2o至于數(shù)字溫度傳感器，常用的有DS18

17、B20,它能將采集到的溫度信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且方便進(jìn)行多點溫度采集，功耗也非常低，并且僅有一根總線傳輸，直接與單片機(jī)端口連接，電路非常簡單，主要通過編程來計算溫度3。并且有很好的溫度分辨率，最大溫度分辨率高達(dá)0.0625C,測溫范圍相對較寬，可達(dá)-55C到125C。綜合考慮，數(shù)字溫度傳感器測溫范圍廣，精度高，且電路簡單，故本設(shè)計選擇DS18B20數(shù)字溫度傳感器。4 .鍵盤方案的設(shè)計：本設(shè)計需提供用戶手動校正時間與設(shè)置溫度的功能，所以需要設(shè)計鍵盤來讓用戶輸入時間、溫度信息。以下有兩種方案可供選擇。方案一：獨(dú)立式按鍵。每個按鍵單獨(dú)與單片機(jī)的I/O接口連接，每個I/O口的工作狀態(tài)互不影響，采

18、用端口直接掃描的方式，缺點是每個按鍵都占用單片機(jī)的一個I/O口。方案二：行列式鍵盤。行列式鍵盤工作原理是單片機(jī)內(nèi)部對I/O接口進(jìn)行行列掃描來確定哪一個鍵被按下，當(dāng)按鍵較多時可以降低占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目?？梢蕴岣邌纹瑱C(jī)端口的利用率。本設(shè)計只需要5個按鍵完成溫度、時間的設(shè)置，選擇獨(dú)立按鍵即可滿足設(shè)計需求。5 .水流檢測方案的設(shè)計由于即熱式電熱水器功率較高，需要一個檢測裝置檢測加熱管內(nèi)的水流情況并反饋給單片機(jī)，通過單片機(jī)控制加熱管加熱，防止干燒的情況出現(xiàn)。方案一：超聲波水流傳感器。測量精度高，測量范圍大。但容易受到溫度、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計噪聲等的干擾，受到單片機(jī)頻率限制，且價格較高，不適合本次

19、設(shè)計。方案二：霍爾水流傳感器?；魻杺鞲衅黧w積小，功耗小，容易安裝到通水管內(nèi)，工作溫度范圍廣，在工作溫區(qū)精度小于1%,適用于溫度變化較大的場合，。綜上所述，方案一對被測環(huán)境要求較高，而方案二的適用范圍廣，且檢測精度滿足設(shè)計需求。所以本模塊選擇霍爾傳感器。6 .驅(qū)動控制方案的設(shè)計：單片機(jī)輸出的信號是小功率的直流信號，無法直接控制220V電壓下加熱絲的工作。因此需要在單片機(jī)與加熱絲之間連接一個隔離驅(qū)動電路。方案一：通過電磁繼電器控制。將繼電器線圈接在控制回路中，常開觸點接在加熱電路中。通過控制通過繼電器線圈的電流來控制觸點的閉合與斷開，達(dá)到控制加熱電路的通斷。該方案加熱絲只有通斷兩種狀態(tài)，且加熱滯后

20、時間較大，無法調(diào)節(jié)加熱功率。方案二：通過光耦與雙向可控硅控制。該方案利用光耦驅(qū)動來做到強(qiáng)弱電安全隔離，利用雙向可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷來控制加熱絲的通斷。并且通過控制可控硅的導(dǎo)通角達(dá)到調(diào)節(jié)加熱絲功率的目的。綜上所述，本設(shè)計對加熱控制精度較高，需要對加熱絲功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此選擇方案二作為加熱驅(qū)動模塊。1.3 執(zhí)行器的選擇對于即熱式電熱水器控制系統(tǒng)來說，其執(zhí)行器就是電熱絲。由于即熱式電熱水器是一種大功率的家用電器，需選擇功率較大的電熱絲，對安裝電路要求較高。根據(jù)國家住宅設(shè)計規(guī)范，現(xiàn)有商品住房的電器線路導(dǎo)線必須采用銅芯線，每套住宅進(jìn)線截面積不小于10mm2,分支引線不小于2.5mm2。2.5mm2的標(biāo)準(zhǔn)銅

21、芯線能承受的最大電流是28A,在220V市電供電下，每根導(dǎo)線能接6000W的負(fù)載。本設(shè)計選擇4500W的功率，已經(jīng)能滿足用戶日常的用水需求。普通新購標(biāo)準(zhǔn)住宅的用戶都能方便的安裝，無需對排管線路做改變4。對于較偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)線截面積只有2.5mm2的住宅，只需單獨(dú)使用一根住宅進(jìn)線也能安全安裝該熱水器。1.4本章小結(jié)本章介紹了本設(shè)計所完成的功能，完成了即熱式電熱水器控制系統(tǒng)功能需求分析。根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計出系統(tǒng)整體框架，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計的選取方案。太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計在前面章節(jié)介紹了系統(tǒng)的功能需求分析與系統(tǒng)的整體框架設(shè)計之后，確定了本次設(shè)計所需的硬件，本章節(jié)對硬件部分的各個模塊電路進(jìn)

22、行設(shè)計。2.1 鍵盤輸入電路的設(shè)計為了設(shè)置熱水器的時間和預(yù)約溫度，可以使用按鍵設(shè)置，共設(shè)置五個按鍵,分別是：時間鍵、溫度鍵、增加建、減小鍵和開關(guān)鍵。鍵盤與單片機(jī)的連接圖如圖2.1所小。pmPLLPllP13I時間鍵e0II濕度謔eG11II蟠加施苞G1卜II開關(guān)鍵G-13-減小健圖2.1鍵盤與單片機(jī)的連接圖鍵盤輸入模塊就是5個微動開關(guān)，一端接公共地，另一端與單片機(jī)的P1.0到P1.4相接。按鍵未按下，P1.0到P1.4是高電平，有鍵按下時五個按鍵所對應(yīng)I/O口電平會被拉低，單片機(jī)可以檢測到對應(yīng)I/O輸入低電平，從而確定哪個按鍵按下。2.2 LCD1602顯示電路的設(shè)計本模塊選用LCD1602液

23、晶顯示屏來顯示時間和溫度，并且可通過按鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)，液晶顯示電路與單片機(jī)連接電路如圖2.2所示。LCDI413圖2.2LCD1602與單片機(jī)的連接圖太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計本液晶屏有16個管腳，1號管腳接地，2號管腳接電源，3號管腳是液晶偏壓信號，4、5、6管腳接單片機(jī)的控制信號端，714管腳接單片機(jī)的數(shù)據(jù)端，其接口信號如表2.1所示。表2.1LCD1602接口信號說明表；1GND電源地9D2DataI/O2VDD電源正極10D3DataI/O3VEE液晶顯示偏壓信號11D4DataI/O4R/S數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5DataI/O5R/W讀/寫選擇端13D6DataI/O6E使能端14D7Dat

24、aI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負(fù)極R/S是數(shù)據(jù)/命令選擇端，與單片機(jī)P2.5連接，當(dāng)R/S接收低電平信號時，單片機(jī)對液晶進(jìn)行讀寫命令操作；當(dāng)R/S接收高電平信號時，單片機(jī)對液晶進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)操作。R/W是讀/寫選擇端，與單片機(jī)P2.6連接，當(dāng)R/W接收低電平信號時，單片機(jī)對液晶進(jìn)行寫操作；當(dāng)R/W接收高電平信號時，單片機(jī)對液晶進(jìn)行讀操作。E是使能端，與單片機(jī)P2.7連接，當(dāng)E置高電平時，單片機(jī)才能對液晶進(jìn)行讀寫操作。D0D7數(shù)據(jù)I/O口，與單片機(jī)的P0.0P0.7連接，通過與單片機(jī)并行通信將需要顯示的數(shù)據(jù)傳送至液晶。2.3 DS1302時鐘電

25、路的設(shè)計DS1302可以提供實時時鐘、日歷等信息并有閏年校正功能。其連接圖如圖2.3所示。+5VCCIXIVCC22IP355P3?VT6RSTSCLKI/OX2|XTAL2nDS1302圖2.3DS1302實時時鐘電路DS1302時鐘芯片只通過3根線進(jìn)行數(shù)據(jù)的控制與傳遞：RST(Reset)、SCLK(Serialclock)、I/O(Dataline)。由RST和SCLK控制命令,I/O傳輸數(shù)據(jù)。時鐘芯片的管腳X1、X2連接32.768MHz的晶振，提供振蕩頻率。RST與單片機(jī)太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計P3.5連接，RST是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂贫?。只有將RST置高電平才能對時鐘芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作。S

26、CLK總是輸入端，接單片機(jī)的P36SCLK上升沿，芯片寫入數(shù)據(jù)；SCLK下降沿，單片機(jī)讀取芯片數(shù)據(jù)。I/O端是數(shù)據(jù)傳輸端，接單片機(jī)P3.7芯片通過該端口將時鐘信息送至單片機(jī)5o2.4 溫度采集電路的設(shè)計本系統(tǒng)選擇DS18B20作為溫度傳感器，它在本控制系統(tǒng)中的作用是測量溫度并轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)字量。本節(jié)介紹了DS18B20的特點和它與單片機(jī)的連接。2.4.1 DS18B20簡介與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DS18B20有以下特點：(1) DS18B20只要一條總線即可實現(xiàn)單片機(jī)與DS18B20的通信；(2)電路設(shè)計時無需使用其他元件，因此與單片機(jī)連接電路簡單；(3)電壓范圍：+3.0V+5.5V,可由單片

27、機(jī)電源供電；(4)測溫范圍廣，測量精度為0.0625C。2.4.2 DS18B20電路的設(shè)計3P342溫度傳感器與單片機(jī)的連接如圖2.4所示。VCCXJGNDDS18B20圖2.4DS18B20電路連接圖芯片的3號管腳VCC接5V直流電，1號管腳CND接地，3號管腳DQ接單片機(jī)P3.4。該傳感器能直接將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,無需使用任何外圍元件，故與單片機(jī)之間的連接相當(dāng)簡單。單片機(jī)經(jīng)單線接口訪問DS18B20的協(xié)議(protocol)如下：(D初始化;(2)(3)ROM操作命令;存儲器操作命令;太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(4)處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)段DQ與單片機(jī)P34口連接進(jìn)行雙向通

28、信，將采集的溫度數(shù)據(jù)直接傳送至單片機(jī)。2.5 水流檢測電路的設(shè)計在通水管內(nèi)無水時加熱易發(fā)生事故，因此需檢測水流，做到通水通電，斷水?dāng)嚯?。本設(shè)計選擇霍爾傳感器作水流檢測元件?；魻柶骷惭b容易穩(wěn)定，耗能小,耐腐蝕，非常適合做電熱水器的水流傳感器。本設(shè)計選擇永久磁鋼產(chǎn)生磁場。工作時令磁體與被測物運(yùn)動來檢測磁場，并反饋信息。水流檢測電路如圖2.5所示。電路主要包括霍爾器件、放大電路與光耦。未通水時，霍爾器件離磁鋼較遠(yuǎn)，無法形成霍爾效應(yīng)?；魻柶骷敵龈唠娖绞谷龢O管截止。從而光耦輸出高電平，經(jīng)非門后輸出低電平的控制信號。反之,通水時，霍爾器件輸出低電平。三極管導(dǎo)通，光耦輸出高電平，經(jīng)非門后輸出高電平的控制

29、信號。輸出的控制信號將控制加熱電路的繼電器的通斷6o圖2.5水流檢測電路2.6 加熱驅(qū)動電路的設(shè)計本設(shè)計需要對電熱水器的加熱功率進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，因此選擇光耦與雙向可控硅組成驅(qū)動電路，用來實現(xiàn)單片機(jī)對加熱電路的控制；加熱功率的控制調(diào)節(jié)由PWM脈寬調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)7。2.6.1 大功率光耦MOC3042為了實現(xiàn)可控硅導(dǎo)通角的控制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可控硅的過零可靠觸發(fā)，就必須在單片機(jī)與主電路之間接一個光耦驅(qū)動器，該驅(qū)動器的輸出端必須耐高壓，這樣才能使可控硅可靠觸發(fā)導(dǎo)通。在本設(shè)計中采用的是MOC3042光電雙向可控硅10太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計驅(qū)動器，該驅(qū)動器結(jié)構(gòu)如圖2.6所示正極負(fù)極圖2.6MOC3042引腳排

30、列及內(nèi)部電路圖管腳1和管腳2是輸入端，連接一個發(fā)光二極管。管腳4和管腳6是輸出端,連接一個光控雙向可控硅。當(dāng)輸入15mA以上電流時，二極管發(fā)光使光控可控硅導(dǎo)通，從而接通負(fù)載電路。2.6.2 驅(qū)動電路的工作原理圖2.7雙向可控硅的伏安特性要控制雙向可控硅的導(dǎo)通，首先得了解品閘管的導(dǎo)通及關(guān)斷條件。雙向可控硅的伏安特性如圖2.7所示，無論門極是正的觸發(fā)電流還是負(fù)的觸發(fā)電流，都能觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通。當(dāng)電源電壓在正半周時，可控硅承受正向電壓，此時晶閘管導(dǎo)通，工作在第一象限。同理，當(dāng)電源電壓在負(fù)半周時，可控硅承受反向電壓，品閘管導(dǎo)通，工作在第三象限8。光耦MOC3042的通斷是由輸入端控制的，單片機(jī)的P2

31、4端控制光耦的輸入端。P24端輸出頻率一定脈寬可調(diào)的PWM波，PWM波的頻率由雙向可控硅的觸發(fā)角錯誤！未找到引用源。決定，因為雙向可控硅的觸發(fā)角錯誤！未找到引用源?？烧{(diào)范圍為0'1801因此PWM波的頻率為工頻交流電頻率的2倍即頻率f=100Hz,即PWM波的周期T=10ms。11太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計2.6.3 驅(qū)動電路的設(shè)計加熱驅(qū)動電路如圖2.8所示圖2.8加熱驅(qū)動電路圖由于負(fù)載加熱絲存在少量電感，屬于感性負(fù)載。因此當(dāng)負(fù)載電流過零時，電感的存在負(fù)載電流不能即時發(fā)生變化。根據(jù)楞次定律，負(fù)載電感會產(chǎn)生同方向的電流，該電流會阻止可控硅的關(guān)斷，使該關(guān)斷的可控硅導(dǎo)通，也就是誤導(dǎo)通。在可控硅兩電

32、極之間并聯(lián)一個RC串聯(lián)電路來吸收此電流9。2.7 漏電保護(hù)技術(shù)為保證使用電熱水器時的用電安全，本設(shè)計選擇“隔電墻”作為漏電保護(hù)其示意圖見圖2.9所示。圖2.9隔電墻示意圖隔電墻”的專業(yè)名稱為水電阻衰減隔離法”。該技術(shù)利用水自身電阻，對電熱水器中的通水管設(shè)計，材質(zhì)的選擇以及電氣阻尼技術(shù)等形成隔電墻”。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，220V電壓下漏電電流小于5mA,漏電時也能洗浴。由此可得水電阻R=220V/5mA=44父103口。自來水的電阻率為1300Q加標(biāo)規(guī)定自來水在15c時電阻率應(yīng)大于1300Qcm。若絕緣管長L,內(nèi)孔半徑r,水介質(zhì)電阻R,水電阻率P,則：(2-1)L=R二，r2/=441033.14&q

33、uot;1300r2:106r212太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計因此，當(dāng)絕緣管長L大于106倍內(nèi)孔半徑的平方，即L>106r2,就可以保證自來水的水電阻作防漏電隔離2.8 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各個硬件模塊的設(shè)計，采用分塊描述，介紹了各個模塊的特點以及電路連接。所有模塊設(shè)計完成后，進(jìn)行整理設(shè)計得到系統(tǒng)的總體原理圖，具體原理圖見附錄。硬件電路設(shè)計完成之后，在下一章介紹系統(tǒng)的控制算法13太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第3章控制算法設(shè)計為控制出水溫度的穩(wěn)定，需加入控制算法對電熱絲加熱效率進(jìn)行控制，這里選擇的是利用PID控制算法。本章節(jié)介紹PID控制算法并建立數(shù)學(xué)模型，以及對系統(tǒng)的仿真。3.1 PID控制算法

34、本系統(tǒng)是一個簡單離散控制系統(tǒng)，方框圖如圖6.1所示。它由被控對象、檢測元件、數(shù)字控制器、執(zhí)行器構(gòu)成。圖3.1控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作時，被控過程的輸出信號(水溫)y(t)通過DS18B20檢測變換為數(shù)字量b，并將溫度數(shù)字量b(t)反饋給控制器的輸入端；控制器根據(jù)系統(tǒng)被控變量(溫度)的設(shè)定值r與b(t)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號e(t),按照PID算法進(jìn)行運(yùn)算輸出控制信號u(t)(PWM占空比)執(zhí)行器(加熱絲)根據(jù)控制信號u(t),通過改變操作變量P(t)(加熱功率)的大小，對被控對象(水)進(jìn)行調(diào)節(jié)，克服擾動對系統(tǒng)的影響，從而使被控變量y(t)趨于設(shè)定值r(t),達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)。3.2 被控對象模型

35、的建立被控的熱力對象如圖所示3.2所示凸輸出熱水圖3.2熱力對象示意圖假設(shè)加熱器不與外界產(chǎn)生熱量交換，當(dāng)輸入水流量及溫度(Ti)不變，加熱器輸入的熱流量從P增力口至IJP+pi,輸出的熱流量為P+po,輸出水溫變?yōu)門O+to,根據(jù)14太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計熱平衡方程，則:(3-1)CcH-(pi-po)dtp0=R(3-2)C為比熱容(KJ/KgC),R為熱阻(Cs/KJ),對式3-1變形，并將式3-2代入式3-1中，得：八d1RC1二Rpidt對式3-3進(jìn)行拉普拉斯變換得到9與pi之間的傳遞函數(shù)為：(s)Rpi(s)RCs1由于加熱過程是一個大時滯的過程，需要加入延時環(huán)節(jié)，最終得到式：(s)_

36、R,e-spi(s)RCs1(3-3)(3-4)3-5:(3-5)當(dāng)出水流量為6L/min,水的比熱容C=4.2x103J/Kg,熱阻R=2.38Cs/KJ,延時選取1s典型值，得到傳遞函數(shù)：(3-6)G(s二衛(wèi)行pi(s)s13.3 參數(shù)整定及MATLAB仿真建立完被控對象的數(shù)學(xué)模型后，需要對PID控制器的參數(shù)進(jìn)行整定，并進(jìn)行MATLAB仿真3.3.1 PID參數(shù)整定PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系如式(4.8)所示：錯誤！未找到引用源。(3-7)因此其傳遞函數(shù)為：錯誤！未找到引用源。(3-8)對PID參數(shù)的整定即對錯誤！未

37、找到引用源。、錯誤！未找到引用源。和錯誤！未找到引用源。這三個參數(shù)的整定。整定方法有兩種：理論計算法和工程整定法。常用的理論計算法有根軌跡分析法和頻域分析法。與工程整定法相比，15太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計理論計算相對麻煩，工程整定是根據(jù)經(jīng)驗得出來的方法，很實用。理論整定工程上本設(shè)計利用Z-N工程整定方法對PID參數(shù)進(jìn)行整定。根據(jù)Z-N工程整定方法計算公式可得：KP=T=0.118;1=2黑7=2；Td=0.5Mf=0.5(3-9)0.85.K所以控制器的傳遞函數(shù)為：Gc(s)=U(&=0.1181+工+0.5s錯誤！未找到引用源。E(s)2s(3-10)3.3.2 MATLAB仿真PID控

38、制器和被控對象模型建立完成后，選擇MATLAB軟件中的simulink模塊對系統(tǒng)經(jīng)行仿真10,搭建的模型如圖3.3所示。仿真曲線如圖3.4所示。L?PIDControllerTransferFenTransportDelaySeope-圖3.3simulink仿真圖Time(»ec)圖3.4仿真曲線16太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計由圖3.4可知，本控制器具有良好的動、靜態(tài)性能。將PID控制應(yīng)用于單片機(jī)，可以優(yōu)化控制性能指標(biāo)。分析圖3.4的曲線，系統(tǒng)曲線能在較短時間內(nèi)到預(yù)設(shè)值并且保持穩(wěn)定，也沒有明顯超調(diào)，滿足本次設(shè)計的要求。3.4 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了PID控制模型的建立過程，并通過計算得到

39、被控?zé)崃ο蟮膫鬟f函數(shù)。最后通過MATLAB軟件建立控制模型并進(jìn)行仿真。完成控制算法的設(shè)計之后，下一章節(jié)將對軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。17太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件部分設(shè)計時，就每個模塊功能單獨(dú)編寫驗證，然后進(jìn)行系統(tǒng)的整合。下面就系統(tǒng)總流程及各個模塊軟件設(shè)計流程進(jìn)行描述。4.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計軟件整體設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化部分和主體循環(huán)部分2個部分。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.1。圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖18太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計其中系統(tǒng)初始化部分包括對系統(tǒng)的時鐘芯片DS1302初始化、DS18B20初始化、液晶顯示LCD1602初始化、定時器中斷進(jìn)行設(shè)置等，其他模塊的初始化在各模塊

40、函數(shù)中初始化。在系統(tǒng)初始化結(jié)束之后進(jìn)入程序主體循環(huán)部分。主體循環(huán)部分首先獲取時鐘信息和溫度信息并通過液晶屏顯示；緊接著進(jìn)行鍵盤掃描，通過得到的鍵值Keyvalue來判斷是否進(jìn)入時間設(shè)置或溫度設(shè)置子程序；然后判斷加熱標(biāo)志位Start是否等于1,若Start不等于1的話程序結(jié)束返回新一輪的循環(huán)，如果Start等于1則進(jìn)入PID控制算法子程序，控制PWM的輸出來達(dá)到控制加熱絲效率的目的；程序到此完成一次循環(huán)，結(jié)束并返回進(jìn)行新一輪的循環(huán)。4.2 鍵盤輸入本設(shè)計是通過鍵盤輸入對時間和預(yù)約溫度進(jìn)行設(shè)置的，下面對按鍵消抖和按鍵掃描流程進(jìn)行介紹。1 .按鍵消抖鍵盤與單片機(jī)連接電路如圖2.1。由電路圖可知，按鍵

41、按下的I/O口為低電平，通過對I/O口的掃描即可確定按下的按鍵。但是實際上按鍵在閉合和斷開的時候，觸點會存在抖動現(xiàn)象，如圖4.2所示。按鍵抖動會導(dǎo)致程序判斷按鍵多次按下從而令程序運(yùn)行出錯，因此可以在編寫程序的時候通過延時來消除抖動。2 .按鍵掃描在編寫鍵盤掃描程序前先確定每個按鍵的鍵值，時間設(shè)置鍵的鍵值為1,溫度設(shè)置鍵的鍵值為2,增加鍵的鍵值為3,減小鍵的鍵值為4,開關(guān)鍵的鍵值為5。程序的設(shè)計思路是通過對I/O的掃描確定按下的按鍵，返回對應(yīng)按鍵的鍵值，實現(xiàn)鍵盤掃描功能。按鍵掃描的流程圖如圖4.3所示。19太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計延時消抖捐技國是PIMhcFE?Pl=ChfiFED?Pl=OxFB?

42、Pl=OxFPPl=OxEF?Kevval«=3KWalwe=5K¥vslue=4Keyvalye=2圖4.3按鍵掃描流程圖4.3 DS18B20測溫DS18B20單線通信功能是分時完成的，因此對時序的要求很嚴(yán)格。本節(jié)介紹了DS18B20初始化時序、寫數(shù)據(jù)時序、讀數(shù)據(jù)時序和檢測溫度的流程11。4.3.1 DS18B20初始化DS18B20的初始化過程如下:(1)把數(shù)據(jù)線置高電平；(2)延時(盡可能短一些)；20太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(3)數(shù)據(jù)線拉到低電平；(4)延時750小(該時間的時間范圍可以從480到960口；(5)數(shù)據(jù)線拉到高電平；(6)延時等待(延時15到60ms,返

43、回低電平)。若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的電平為低電平“0后，還要做一定的延時，其延時的時間要從DS18B20發(fā)出的高電平算起(上面第5步的時間算起)最少需要480微秒；將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平。初始化時序如圖4.4所示。MASTERLRESETFUlSEMASTERR.4B0|ibmdnlwium!«|*44Dp*mfnlrtiiimcsiaszoTi為7UNETYPELEOENDficsrnvMerpulingtowD&liBBZDpullDfllowRnalii!pUlup圖4.4DS18B20的初始化4.3.2 DS18B20寫數(shù)據(jù)DS18B20的寫數(shù)據(jù)過程如下：(1)數(shù)據(jù)線

44、先置低電平；(2)延時確定的時間為15微秒；(3)從最低位到高位依次發(fā)送字節(jié)；(4)延時時間為45微秒；(5)將數(shù)據(jù)線拉到高電平；(6)重復(fù)上述步驟1到6的操作過程，直到字節(jié)全部發(fā)送完畢;(7)最后將數(shù)據(jù)線拉高。寫操作的時序圖如圖4.5所示。MASTERWRITEUOHSLOTIMASTERWRITE.SLOT*IpftCTuc<m圖4.5DS18B20的寫操作時序圖21太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計4.3.3 DS18B20讀數(shù)據(jù)DS18B20的讀數(shù)據(jù)過程如下：(1)將數(shù)據(jù)線拉高“1(2)延時2微秒；(3)將數(shù)據(jù)線拉低“0'；(4)延時15微秒；(5)將數(shù)據(jù)線拉高“1(6) 一個狀態(tài)位決

45、定讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)，并開始數(shù)據(jù)的處理;(7)延時30微秒；這里只要按以上操作將狀態(tài)位的各比特按順序儲存好即可。讀操作時序圖見圖4.6所示。圖4.6DS18B20的讀操作時序圖4.3.4 DS18B20溫度讀取DS18B20經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。所以當(dāng)我們只想簡單的讀取溫度值的時候，只用讀取暫存器中的第0和第1個字節(jié)就可以了。只要測到的數(shù)值乘以0.0625即可得到實際溫度。正溫度對應(yīng)的數(shù)值如表4.1所示。表4.1正溫度對應(yīng)的數(shù)值表溫度二進(jìn)制十六進(jìn)制125C000001111101000007D0H85C00000101010100000660H2

46、5C00000001100100000190H10C000000001010000000A0H0C00000000000000000000H22太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計簡單的讀取溫度值的步驟如下:(1)(2)跳過ROM操作；發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令;(3)跳過ROM操作;(4)(5)發(fā)送讀取溫度命令;讀取溫度值。讀取溫度流程如圖4.7所示。圖4.7讀取溫度流程圖4.4 LCD1602顯示4.4.1 LCD1602時序介紹LCD1602接口信號說明如表3.1所示，令RS為數(shù)據(jù)/命令選擇信號，RW為讀/寫選擇信號，E為使能信號。1602液晶用來顯示字符和數(shù)字時用到的基本操作有：寫指令和寫數(shù)據(jù)。下面我們分析一下

47、LCD1602寫指令操作和寫數(shù)據(jù)操作的操作時序3:寫指令的操作時序：RS=L,RW=L,D0D7=指令碼，£二高脈沖。寫數(shù)據(jù)的操作時序：RS=H,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù)，£=高脈沖。LCD1602在顯示溫度和時間時，先寫地址指令，再寫數(shù)據(jù)。LCD1602有2行每行16個有效地址，第1行有效地址從00h到0Fh;第2行有效地址從40h到23太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計4Fh0在設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針時,只要寫指令80H+地址碼，即可設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針。4.4.2 LCD1602初始化LCD1602指令說明表如表4.2所示表4.2LCD1602指令說明表功能指令碼11000設(shè)置16浸顯示，5

48、夕點陣，8為數(shù)據(jù)口D=1開顯示；D=0關(guān)顯示C=1顯不'光標(biāo)；C=0不顯不'光標(biāo)B=1光標(biāo)閃爍；B=0光標(biāo)不閃爍N=1當(dāng)寫一個字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一S=0當(dāng)寫一個字符，整屏顯示不移動顯示清屏由指令表4.2可知，寫指令38h表示對顯示器的顯示模式進(jìn)行設(shè)置；寫指令0Ch表小顯小器開、不顯小光標(biāo)、光標(biāo)不閃爍；寫指令06h表小文字不動，光標(biāo)自動右移；寫指令01h表示顯示清屏，初始化完成。由此可得到LCD1602的初始化過程：(1)寫指令38h;(2)寫指令0Ch;(3)寫指令06h;(4)寫指令01h。4.5 PID算法的軟件設(shè)計PID控制即比例積分微分控制，在過程才5制中PI

49、D控制算法是應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，魯棒性強(qiáng)和適用面廣等優(yōu)點。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，PID控制算法可表示為：u(t)=Kpe+錯誤！未找到引用源。(4-1)式中，Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)；Kp為比例系數(shù)；Ki=錯誤！未找到引用源。為積分系數(shù)；Kd=KpTd為微分系數(shù)。當(dāng)采樣周期足夠小時，對式(3.1)近似離散化可得位置式PID算法：u(k)=錯誤！未找到引用源。(4-2)位置式PID數(shù)字控制器的輸出u(k)是全量輸出，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)所應(yīng)達(dá)到的位置(加熱絲的功率)。位置式PID算法控制算法流程圖如圖4.8所示。24太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計圖4.8位置式PID控制算

50、法流程圖4.6 PWM輸出單片機(jī)有2個16位定時器T0和T1,所以可在程序設(shè)計中利用定時器中斷來控制PWM的占空比?？梢栽诙〞r器T1中斷中完成對數(shù)據(jù)的采集和處理以及PID控制算法，在定時器T0中斷中產(chǎn)生PWM波的基本周期信號。本設(shè)計是利用控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來控制加熱絲的功率，因此在程序中產(chǎn)生的PWM周期應(yīng)是市電電網(wǎng)電壓周期的一半，即10ms。通過控制10ms內(nèi)PWM輸出口的高低電平時間即相當(dāng)于控制PWM輸出的占空比。設(shè)置PWM輸出口初始為低電平，T0在2ms中斷溢出后，改變PWM輸出口的電平輸出高電平，并經(jīng)過8ms后進(jìn)入下一次的中斷，完成一個周期的PWM輸出，如此往復(fù)實現(xiàn)PWM信號的輸出。

51、用修改定時器中斷初值的方法調(diào)整時間寬度可以實現(xiàn)脈寬改變。具體實現(xiàn)方式為:設(shè)n為定時器T1的初值，f為單片機(jī)的晶振頻率，當(dāng)系統(tǒng)在f=11.0592MHz時，PWM信號的加熱時間寬度為=(65536-n)/f,通過改變定時器T1的初值n可以改變加熱時間ton,從而控制電阻絲件的加熱時間，其中n由PID控制算法得到的輸出來決定。4.7 本章小結(jié)本章對整個系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，系統(tǒng)軟件設(shè)計部分一定要巧妙的使用模塊化的編程思想，如果都放在整體來設(shè)計，會顯得程序繁重，看25太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計的又不清晰。本次軟件設(shè)計拆分為兩個部分，由系統(tǒng)主程序部分、各模塊子程序部分組成，使得編出來的程序結(jié)構(gòu)

52、和思路更加清晰，而且易于閱讀，后期檢查也很方便。下章將對系統(tǒng)進(jìn)行仿真。26太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第5章模擬仿真與結(jié)果分析再完美的設(shè)計，沒有通過檢驗難免會有瑕疵，所以系統(tǒng)調(diào)試在整個系統(tǒng)制作中至關(guān)重要。本章選擇Protues軟件對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，經(jīng)過多次調(diào)試后，系統(tǒng)終于實現(xiàn)了預(yù)期的功能。5.1 顯示模擬仿真本小節(jié)進(jìn)行的是系統(tǒng)顯示模塊部分的仿真。其中圖5.1所示是正常工作時液晶屏的顯示狀態(tài)。LCD1602圖5.1液晶顯示圖5.2是通過溫度設(shè)置按鍵調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)溫度時的顯示狀態(tài)。此時預(yù)設(shè)溫度顯示光標(biāo)閃爍，可通過加減鍵來調(diào)節(jié)水溫。LCD1602圖5.2調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)溫度27太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計5.2 加熱模擬仿真本小節(jié)

53、進(jìn)行的是系統(tǒng)加熱模塊部分的仿真。如圖5.3所示，未通水時三極管Q2基極接收到的控制信號是低電平，三極管截止。此時繼電器線圈不通電，常開觸點斷開，使加熱電路斷開，電熱水器停止加熱。如圖5.4所示，通水后三極管Q2基極接收到的控制信號是高電平，三極管導(dǎo)通。此時繼電器線圈通電，常開觸點閉合，接通加熱電路，電熱水器開始加熱。圖5.4通水加熱5.3 結(jié)果分析通過以上仿真結(jié)果可以看出，本次設(shè)計能正確顯示時間、溫度信息，并可通過按鍵調(diào)節(jié)校正。系統(tǒng)也能準(zhǔn)確的根據(jù)控制信號的不同接通或者斷開加熱電路，實現(xiàn)對加熱的控制。綜上，本設(shè)計結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計要求。28太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第6章結(jié)論本次設(shè)計的即熱式電熱水器控制

54、系統(tǒng)以ATMEL單片機(jī)AT89C52為核心，結(jié)合溫度采集電路、顯示電路、水流檢測電路和驅(qū)動電路等完成硬件電路的設(shè)計，選才¥Protel繪圖軟件繪制電路原理圖，同時采用Keil軟件完成軟件部分的程序編寫；利用MATLAB對PID控制算法仿真；最后選擇Protues軟件對系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)需要檢測并顯示溫度、時間信息；通過PID算法控制加熱絲功率，保證出水溫度穩(wěn)定；并且通過水流檢測裝置控制加熱電路，防止出現(xiàn)熱水器干燒的情況。經(jīng)過多次調(diào)試后，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測溫度，并通過液晶屏顯示時間與溫度；并且可以通過按鍵來手動校正時間與設(shè)置溫度；系統(tǒng)能夠自動檢測水流信號，在斷水時切斷加熱回路，通水后接通加熱回路，實現(xiàn)加熱控制，防止干燒。本設(shè)計還有一些不足之處，由于電熱絲加熱是一個非線性的大時滯系統(tǒng)，簡單的PID控制難以做到精確控制，使得控制精度變低，需要改進(jìn)。綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計方案是可行的。29太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計致謝從剛剛確定論文題目的一臉茫然，到現(xiàn)在談及電熱水器可以說出自己的一些看法，三個月的時間不長不短，但是對于我來說卻是從無到有的一種升華