毕业设计说明书家用电热水器控制电路的设计专 业电子信息工程学生姓名班 级学 号指导教师完成日期2011年6月4日家用电热水器控制电路的设计摘 要：设计说明书简述了热水器的发展历史，阐述了快热式家用电热水器控制电 路的构成及工作原理。整个控制电路主要由电源电路、单片机控制器、温度检测电 路、按键输入电路、LED显示电路、蜂鸣报警电路和加热控制电路组成。其中温度 检测电路设计采用温度/频率转换测温法，直接将温度信息转换成频率信号，用单 片机测出频率大小，从而间接测出温度值，温度 /频率转换电路简单可靠，成本低 廉。为了达到快热的效果使冷水在进入加热管后立即被加热，加热电路设计采用方 便可靠的电热丝加热，对于加热功率的控制设计采用双向可控硅控制功率，电路简 单且控制方便。报警电路在温度超过规定值时报警使控制电路自动调整温度。直流 稳压电源部分则为整个控制电路提供能量。系统程序设计包括主函数程序、显示扫 描子函数程序、按键扫描处理子程序、加热控制函数程序与温度检测函数程序等的 设计。设计说明书重点阐述了系统的工作原理、硬件构成、各部分的主要功能以及 软件的结构和实现。关键词： 电热水器；AT89C51；控制电路The Control Circuit Design of the Appliance ElectricWater HeaterAbstract: The developing history of water heater is stated simply and the constitution and controlling principle of water heater system are expounded.The entire circuit is mainly from by the circuit of the power,controller of the SCM, the circuit of temperature measures, the circuit of key input, the circuit of LED,the bee chirps in the warning circuit and heats the control circuit.The circuit of the temperature measures designs and adopts temperature/frequency to change and examine the warm law, change temperature information into a frequency signal directly,determines the frequency size with the monolithic integrated circuit, thus measure temperature value indirectly, it is reliable that temperature/frequency changes the circuit simply,the cost is cheap.For reach hot result make cold water in enter heat, immediately in charge of soon, heat the circuit and design and adopt the convenient and reliable heating wire to be heated,design and adopt the two-way silicon controlled rectifier to control the power as to heating control of power, the electric circuit is simple also the control convenience, alarm circuit main examination system temperature,when the temperature surpasses the rating reports to the police causes the control circuit automatic control warm ,the direct current voltage-stabilized source are partial provides the energy for the entire control circuit, the design of the circuit. the system designs program and includes the main function procedure, reveal that scans the sub function procedure, the button scans and deals with the subprogram, heat and control the design that function procedure and temperature measure the function procedure etc.Systematic operation principle that the design instruction has been explained especially, hardware constitution,each part of main functions as well as software structure and realization.Key words: Electrical water heater ; AT89C51; Control circuit目录1 概 述 12 方案论证 63 系统组成器件的选用 73.1 单片机 AT89C5173.1.1 功能特性描述 83.1.2 单片机的工作方式 123.1.3 8051的基本时钟周期 133.2 数码管 133.2.1 数码管的基本组成 133.2.2 多位数码管的显示 143.3 三端固定输出稳压器7805 154 系统硬件电路的设计164.1 直流稳压电源电路 174.2 显示电路 174.4 过零检测电路 194.5 温度检测电路 195 系统程序的设计205.1 主函数 205.2 显示扫描子函数 215.3 按键扫描处理子程序 225.4 加热控制函数 235.5 温度检测函数 256 结束语28参考文献 29致 谢30附 录31附录1程序清单 32附录 2 电路原理图 错误!未定义书签。家用电热水器控制电路的设计1 概 述目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器。就中国 的具体情况而言，由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制，使用范围狭窄；燃 气热水器由于以石油、天然气为燃料，而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需 求，且不利于环境，因此电热水器越来越受到消费者的青睐。快热式家用电热水器就是让通过机体的水流即刻转化成理想水温的热水器。它 的问世是家用电热器具领域一次新的进步，弥补了其它热水器的不足，属传统型热 水器的替代产品。快热式家用电热水器在欧美等西方国家已经有数十年历史，省时、 方便、节能、节水、环保等特性已得到广大用户认可，而中国市场尚未全面推广， 主要归根于用电设施尚未得到根本性的改善。目前，随着全国电网的改造，电的普 及，电价的大幅度下调，以及用电设施的改善，均为电热水器的迅速普及提供了有 利的条件。据国务院近期发布的调查结果显示，目前电热水器取代燃气热水器已经 占据了国内热水器市场近60%的市场份额，并呈现出不断增长的趋势。从增长速度 来看，快热式家用电热水器年增长率高达40%。为此，进行快热式家用电热水器的 技术改进和完善，提高其能量利用率对节约能源和环境保护，都有着不可忽视的重 要意义。快热式家用电热水器无需储水罐，热水即开即用，无需预热，减少了电能的浪 费，应用价值极高。另外还具有体积小、使用安全、安装方便、水温恒定、不易结 水垢、使用寿命长等优点。其设计的功能要求如下：用2位数码管显示水温，能显示设定功率位。温度检测显示范围为0099C，精度为土 1C。设置3个功率档位指示灯， 14档1个灯亮， 58档2个灯亮， 9档3个灯亮；0档 无功率输出，档位灯不亮。设置3个轻触按钮，分别为电源“开关”、“+”、“-”键。加热功率分为09 档。按“+”键依次递增至 9 档，按“-”键依次递减至 0 档。 09 档功率依次为 0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P 和 P。出水温度超过65C时停止加热，并蜂鸣报警，温度降到45C以下时恢复。内胆温度超过105C时停止加热，防止干烧。2方案论证目前，随着全国电网的改造，电的普及，电价的大幅度下调，以及用电设施的 改善，均为电热水器的迅速普及提供了有利的条件。据国务院近期发布的调查结果 显示，目前电热水器取代燃气热水器已经占据了国内热水器市场近60%的市场份额， 并呈现出不断增长的趋势。从增长速度来看，即热式电热水器年增长率高达40%。 为此，进行快热式家用电热水器的技术改进和完善，提高其能量利用率对节约能源 和环境保护，都有着不可忽视的重要意义。按照快热式电热水器的功能要求，设计采用如图 2-1 所示的模块组成系统，即 由电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED显示电路、蜂鸣 报警电路和加热控制电路组成，以实现设计的功能。图 2-1 快热式电热水器系统组成框图为了达到“快热”的效果，快热式电热水器取消了储水罐，使冷水在进入加热 管后立即被加热，这就要求加热管有较大的功率，家用电热水器一般采用方便可靠 的电热丝加热。根据热学及流体力学原理结合实际实验室测试，可以得到水温与流 量、加热功率之间的关系如表2-1所列。表中所列水温值可以满足大多数家庭用户的使用要求，当最大加热功率为7.5kw时，按220V供电计算，电流约为34A,所以要求专线供电。对于加热功率的控制，最简单的方法是由若干不同功率的电热丝组合得到几种 加热功率，但由于快热式家用电热水器的加热功率比普通的大，且档位设置较多， 用电热丝组合的方法需要几组电热丝和继电器，成本较高且工作可靠性降低，所以 比较理想的方法是采用可控硅控制功率，电路简单且控制方便。表2-1水温与流量、加热功率的关系水流量功率/KW二,.22.533.544.547423634325.554484138356.562544642387.57060514641注：进水温度为15C，输入电压为AC220V。温度检测的方法也较多，最经典的方法就是用热敏电阻（或热敏传感器）组成 电桥来采集信号，再经放大、A/D转换后送单片机。目前比较先进的方法是采用专 门的集成测温传感器（例如：DS18B20），直接将温度转换成数字信号传送给单片 机。为了简化电路、降低成本，本设计采用了温度/频率转换测温法，直接将温度信 息转换成频率信号，用单片机测出频率大小，从而间接测出温度值，温度/频率转换 电路简单可靠，成本低廉。3 系统组成器件的选用3.1 单