家用智能电热水器控制器(完整).doc

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1、家用智能电热水器控制器(完整) 编 号 审定成绩 大学毕业设计论文设计论文题目学院学 生 姓 名 专 业 班 级 学 号 指 导 教 师 答辩组 负责人 填表时间年月重庆邮电大学教务处制摘要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论文首先结合当前电热水器的发展现状和发展趋势介绍了电热水器控制器研究的目的及意义在确定控制参数的基础上详细介绍了控制器的各功能组成模块及工作原理根据电热水器工作原理进行控制器的硬件电路设计和软件设计最后深入介绍了控制器的调试方法和过程以及对整个控制器的设计与实现工作进行总结硬件电路设计中充分利用51单片机的特点主要对水温控制水位控制和漏电检

2、测模块进行了详细地分析设计其中通过采用自制分段式水位传感器实现了水位测量的低成本设计对水温控制进行了完整的理论分析和算法设计测量精度达到1通过分析漏电检测原理在理论计算基础上设计了漏电检测电路软件部分在硬件平台的基础上实现电热水器的控制工作包括液晶显示程序按键扫描程序水位控制程序温度控制程序漏电检测程序以及声音提示程序等本系统在软硬件设计的基础上使用了计算机仿真演示通过计算机仿真该控制器可以实现对水位控制温度控制等功能并能动态监测电热水器工作状况这也验证了此设计的正确性关键词电热水器AbstractWith the improvement of quality of peoples lives

3、 peoples demand for water heaters tend to be more intelligent and digital Among them whether the electric water heater controller performance is good or not is not only the embodiment of the water heater performance but also related to personal safety and other important content Therefore the electr

4、ic water heater controller design is not only the need of intelligent water heater but also is an important part of electric water heaterFirstly with the electric water heaters current development situation and trend the purpose and significance of the electric water heater controller was introduced

5、 in this paper Based on determining the control parameters the functional component and the working principle of the controller were introduced in detail The controller hardware and software were designed by knowing the working principle of the water heaters Finally the paper described the debugging

6、 process and method in detail the design and implementation of the control system also was summarized Full use of features 51MCU in hardware design mainly analysis the water temperature control water control and leakage detection module in detail Among them the water temperature control for a comple

7、te theoretical analysis and algorithm design measurement accuracy of 1 through the use of home-made sub-type level sensors level measurement and display to achieve a low-cost design By analyzing the leakage detection principle we design the leakage detection circuit based on the theoretical calculat

8、ion Software components could control the electric water heaters based on the hardware platform which includes liquid crystal display program key scanner water level control procedures temperature control procedures leakage test procedures and procedures for voice prompts The system use computer sim

9、ulation shows based on hardware and software design Through computer simulation the controller can realize the water level detection temperature detection and other functions and can dynamically monitor the working conditions of electric water heaters which also verified the correctness of this desi

10、gn Key wordsElectric water heater leakage detection temperature control water line control目 录前 言1第一章 绪论2第一节 电热水器发展现状及发展趋势2一电热水器发展现状2二电热水器控制技术历程及趋势2第二节 课题研究的目的及意义3第三节 本文研究的主要内容4第四节 本章小结5第二章 系统总体设计6第一节 系统概述6第二节 硬件总体选型7一主要元器件选型原则7二主要元器件选型7第三节 软件总体设计8一单片机系统资源分配8二系统软件总体设计9第四节 本章小结10第三章 系统实现11第一节 硬件设计11一电

11、源电路设计11二单片机最小系统电路设计12三人机交互电路设计13四水位控制电路设计14五温度控制电路设计16六漏电检测电路设计17七声音提示模块19第二节 软件设计19一液晶显示程序设计19二按键扫描程序设计22三水位控制程序设计23四温度控制程序设计23五漏电检测及声音提示程序设计26六控制策略程序设计26第三节 本章小结28第四章 系统测试与分析29第一节 硬件调试29一静态调试29二动态调试30第二节 软件调试30一先独立后联机31二先分块后组合31三先单步后连续31第三节 仿真演示32一仿真软件简介32二系统仿真测试过程33第四节 本章小结35第五章 结论36致 谢37参考文献38附

12、录40一英文原文40二英文翻译46三系统电路51四源程序52五其它65前 言随着国民经济的快速发展热水器已经成为人们生活中必不可少的家用电器之一电热水器具有无污染安全保温时间长使用方便等优点越来越受到消费者的青睐有专家预计借家电下乡等国家政策扶持农村三四级市场的拓展以及行业技术升级企业管理升级2010年至2015年我国电热水器的需求量将呈现递增趋势市场保有量将呈现较为平稳的增长态势1目前市场上有两种电热水器连续水流式和贮水式前者虽具有加热速度快和体积小等优点但功率太大大多数家庭的供电线路难以承受而市场上贮水式电热水器大多数采用机械式控制器存在控温精度低加热时间长可靠性差功能单一操作复杂控制不方

13、便等不足很多控制器只具有水位和温度显示功能不具有控制功能另外电热水器安全也是大问题普通电热水器多采用外配漏电保护器有漏电发生时切断电源但一般漏电保护器质量参差不齐漏电保护可靠性差需要用户人工定期测试保护可靠性这样用户无法实时知道漏电保护器的可靠性针对上述情况利用单片机作为控制器的核心可设计出一种多功能的电热水器控制器本文设计了一种智能电热水器微控制器可以实现人机交互水位控制温度控制和漏电实时检测若漏电时可同时切断加热管及控制器电源并发声报警提示热水器干烧报警控制器故障指示等多种实用功能方便用户使用绪论电热水器发展现状及发展趋势一电热水器发展现状经过20多年的发展整个热水器行业已经从最初的小而少

14、发展到现在的大而多产品类型也随着技术不断成熟由最初的燃气热水器独领风骚发展到今天的燃气式电热式太阳能空气源热泵等多种类型随着全球经济快速发展中国电器制造业的迅猛发展及城市建设步伐的不断加快为热水科技产业带来了无限商机目前创新安全节能高效已成为热水器行业间竞争的焦点及发展趋势据调查中国热水器的普及率只有0左右目前466的居民家庭表示要在未来5年中购买或更换热水器未来5年内我国城市热水器需求量将平稳增长达到4660万台热水器行业即将迎来新一轮的消费高峰据国务院发展研究中心市场经济研究所推出的中国城市热水器市场研究咨询报告显示未来三年我国热水器市场将继续保持平稳发展的态势年增长保持在左右目前市场上的

15、电热水器分连续水流式和贮水式前者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生活质量的提高使得消费者对电热水器功能提出延伸至全新的概念层面热水器技术未来将继续朝着以下几个方面发展智能化从最初的手动旋钮调节发展到如今数字化调节方式节能技术从最初机械结构上的保温节能到控制技术上的定时加热或分步加热技术转变由于在水温很高时热量流失较快所以未采用该类技术的产品需要长时间在高温区反复加热不仅启动频繁而且耗电量很大如果用户可根据自己的实际需要设定好规定时段以进行定时倒计时加热则能将保温耗电降至最低安全稳定性由于电热水器不

16、同于一般的家电产品涉及到人身安全所以安全问题一直是各大厂家考虑的重点随着现在各种安全技术在电热水器设计中的普遍应用用电环境的日益规范以及国家对电热水器实行强制认证安全技术已经成为衡量电热水器的重要标准其中安全技术主要体现在能自动检测热水器是否处于正常工作状态并具有调温恒温防干烧防超高温防漏电等多项自检功能使用户在使用过程中安全更有保障此外随着无线通信技术的发展无线远程控制也将是新一代电热水器的发展方向用户可以通过任何一部双音频固定电话或手机遥控热水器的开关温度设定等并可查询热水器的工作状态课题研究的目的及意义传统家用电器较为典型的有空调机电冰箱吸尘器电饭煲洗衣机消毒碗柜等新型家用电器有电磁炉微

17、波炉电烤箱等无论是新型家用电器还是传统家用电器其整体技术都在不断地提高其中外观材料工艺结构器件原理功能及微电子技术的应用都有很大的变化因此家用电器的总体水平和品质呈不断上升趋势家用电器的进步关键在于采用了计算机控制技术从而使家用电器从一种机械式的用具变成了一种具有智能的设备智能家用电器体现了家用电器目前最新的面貌和水平嵌入式家用电器由于单片机有体积小功能强可靠性高的明显特点因而可以构成一个体积很小的控制器并嵌入到家用电器内部以单片机为核心所构成的控制器可以看作是家用电器的一个零件这种结构方式就产生了嵌入式家用电器嵌入式家用电器有两种不同的类型一种是非智能式的家用电器一种是智能式的家用电器嵌入式

18、非智能家用电器也称电脑型家用电器在这种家用电器中单片机只对家用电器进行功能性的控制也就是说其控制作用只是实现家用电器的基本功能过去的电脑型电热水器就是很典型的非智能家用电器在这种电热水器中单片机是不考虑热水器量的多少它只是控制电阻丝加热当的水温达到一定温度时则马上停止全功率加热进入低功率保温单片机的存在只是设置了延时开关红绿灯状态显示等一些辅助性的功能并没有实质性的改进这类家用电器虽然有单片机这样的嵌入式器件存在但其控制功能未能反映人类的任何智能性活动所以一般称为非智能家用电器嵌入式智能家用电器也简称为智能家用电器在这种家用电器中单片机不单对家用电器的基本功能进行控制而且还模拟人智能活动的过程

19、对热水器进行温度水量和稳定性进行控制本课题研究有如下的重要意义有助于提高电热水器整体性能可以提高电热水器使用的安全性现了电热水器智能化的发展方向有助于改善人们生活质量本文研究的主要内容本设计首先介绍了电热水器控制器的系统组成和工作原理在确定工作原理的基础上引出了电热水器控制装置的硬件设计主要有直流稳压电源设计单片机最小系统电路设计人机交互电路设计水位控制电路设计水温控制电路设计和漏电检测电路设计其中详细分析了电源电路中各个器件的作用功率器件的驱动电路设计过程和漏电检测电路的理论计算根据电热水器功能实现的需要进行控制器的控制策略与软件设计主要包括主程序设计和中断程序设计其中主程序设计有水位控制程

20、序设计水温控制程序设计人机交互的程序设计和漏电检测及声音提示程序设计最后介绍了控制器的调试方法和调试过程结尾论述了主要结论通过对各方面资料整理分析总结结合电热水器控制原理本论文提出了一种电热水器控制器系统的设计方案其内容分为以下几个方面第一章结合当前电热水器的发展现状和发展趋势介绍了电热水器控制器研究的目的及意义第二章总体介绍了智能电热水器控制器硬件和软件知识包括系统模块框图主要元器件选型以及主程序流程图等第三章分别从硬件和软件两个方面详细介绍了智能电热水器控制器的实现第四章通过焊接的电路按照提出的测试方法对控制器功能进行测试和分析并运用仿真软件进行仿真演示第五章总结了本次毕业设计所做的主要工

21、作和系统设计中的不足本章小结本章首先介绍了热水器发展现状尤其是中国电热水器的发展现状接着又介绍了未来电热水器的发展趋势引出了研究电热水器控制器设计的目的和意义最后总体介绍了本论文研究的主要内容系统总体设计系统概述智能电热水器控制器以下简称控制器用于控制热水器在安全状态下工作控制热水器水位水温度并且将检测到的信号测量值通过液晶显示屏显示实现电热水器的控制功能根据控制器所需完成的控制功能控制系统模块框图如图21所示包括电源模块51单片机最小系统模块人机交互模块水位控制模块温度控制模块漏电检测以及声音提示模块等七个模块其中电源模块为系统提供12V和5V电源51单片机最小系统模块是整个系统的核心控制部

22、分用于完成系统的控制功能人机交互模块实现单片机和外部的信息传递包括液晶显示模块和按键模块通过这两个模块进行系统控制策略的选择水位控制模块实现水位的检测和控制包括水位检测电路和电磁阀控制电路温度控制模块实现温度的检测和控制包括温度检测电路和加热电路漏电检测模块用于检测是否漏电使热水器在安全的状态下使用声音提示用于发音提示热水器当前状态图21系统模块框图本系统采用51单片机为核心控制器对整个系统进行控制其控制过程如下首先通过人机交互模块设定系统的控制策略接着通过水位控制模块对电磁阀进行进水控制同时通过水位检测模块检测水箱中水位然后通过温度控制模块对加热电阻进行控制同时通过温度检测模块检测水箱中温度

23、并实时通过显示模块将水位温度信号测量值发送给液晶显示屏显示实现对热水器的控制硬件总体选型一主要元器件选型原则元器件选择必须要紧密结合功能需求和应用对象主要元器件的选择在考虑满足功能需求的同时还必须要保证在特定环境下的稳定性能同时还必须尽量降低成本CPU的选择具备以下特点存储器空间至少大于4K具有至少一个外部中断源具有至少一个定时计数器可编程IO口液晶显示屏要求编程简单能显示温度和水位等信息价格低廉水位监测装置要求安装简单价格低廉温度传感器要求低电压供电测温范围宽安装简单还要求数据为串行方式以节约单片机端口资源漏电检测模块中需要漏电电流互感器由于泄漏电流通常为毫安级且必须用一匝穿芯的结构用常规互

24、感器在如此小的安匝数下很难进行测量二主要元器件选型STC89C52RC该芯片是ST公司生产的基于51内核的8位微处理器片内有8K的Flash3个定时器计数器2个外部中断32个可编程IO线8个中断源一个串口通信模块等资源3可以满足本系统CPU的要求LCD1602显示2行每行16个字符每个字符由57点阵构成4DS18B20-55125可编程为9位12位转换精度测温分辨率可达00625分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中掉电后依然保存5由于使用单总线通信方式节省IO口资源水位监测装置用8根不锈钢针分别置于水箱内的8种不同高度的位置当某个钢针不接触水面时其输出为高电平当其与水面接触

25、时则输出低电平它们的输出接至CPU的引脚CPU对这些引脚进行判断后送去显示相应的水位值这种方法省去了传统的AD转换器显示共分8档每档为满水位的1256漏电互感器简介漏电保护器主要由检测元件中间环节执行机构及自检装置等部分组成漏电保护器的检测元件就是漏电电流互感器检测出的漏电电流信号经中间机构放大推动执行机构动作切掉电源达到安全保护的目的软件总体设计从图21可以看出本应用涉及的输入输出通道较多因此在设计中考虑到了单片机的IO通道的充分利用对于只需要基本输入输出功能的模块尽量不使用单片机特殊功能模块的专用引脚本系统软件部分实现对热水器的控制工作包括人机交互水位的控制温度的选择和安全检测等功能一单片

26、机系统资源分配单片机系统资源分配如表21所示列出了本系统使用52单片机的所有的IO资源包括人机交互模块水位控制模块温度控制模块漏电检测模块以及声音提示模块等五个模块表21 单片机系统资源分配编号模块名称系统IO资源占用表接口功能定义52单片机接口1人机交互模块液晶显示模块P00-P07P34P35按键扫描P24-P272水位控制模块水位检测P10-P17电磁阀P223温度控制模块温度传感器P20加热电路P214漏电检测模块外部中断0P325声音提示模块蜂鸣器控制线P23二系统软件设计时采用模块化程序设计的方法按照系统的结构与各部分的功能将整个程序也划分为多个功能模块部分分别进行编程然后装配在一

27、起系统软件部分主程序流程图如图22所示图22 系统软件部分主程序流程图系统软件部分主要实现对热水器的控制工作由液晶显示程序按键扫描程序水位控制程序温度控制程序漏电检测及声音提示程序和控制策略程序等七个部分组成其中液晶显示程序显示热水器当前温度和水位按键程序用于设置热水器状态水位控制程序控制水箱的水位温度控制程序控制热水器中水的温度漏电检测及声音提示程序用于实时监测热水器安全状态用于当热水器工作异常时声音报警提示作用本章小结本章首先总体对热水器控制器系统进行了描述在确定控制参数的基础上详细介绍了控制器的各功能组成模块及工作原理根据实现功能提出了系统硬件主要元器件选型原则总体描述了选取的主要元器件

28、并对主控芯片的引脚进行定义最后对系统软件部分进行了总体说明根据控制策略设计软件主程序流程图主要包括水位控制程序设计水温控制程序设计人机交互程序设计和漏电检测以及声音报警提示程序设计等系统实现硬件设计本系统硬件部分包括电源电路STC89C52单片机最小系统电路人机交互电路水位控制电路温度控制电路漏电检测电路以及声音提示电路等七部分电源电路为系统提供12V和5V电源人机交互电路负责单片机和外界信息的交流水位控制电路实现控制水的液位温度控制电路实现控制水温度漏电检测电路负责检测热水器是否在安全的状态下运行声音提示电路负责热水器在非安全状态下时发出声响提示用户硬件设计部分主要完成以上电路的设计包括各个

29、电路的理论分析以及各个电路与单片机的连接等等一电源电路设计本系统需要两种电源分别是5V和12V5V用于52单片机人机交互电路温度检测电路水位检测电路漏电检测电路等12V用于温度控制部分继电器线圈和水位控制部分电磁阀本系统12V电源直接通过外接12V的电源得到5V电源通过LM7805稳压芯片将12V电压变成5V图31是电源的原理图图31 12V转5V电源电路图图中D1是防止电源正负极反接接入电路时损坏元件D2的作用是当输入端对地短路时其电位迅速接近零电位而输出端由于有大电容储存很多电荷而来不及释放其电位仍接近输出电压值VO这时电容将通过稳压器的输出调整管释放电荷其PN结在高于7V的反向偏置电压下

30、会被击穿如果有了保护二极管就能及时将电容的电荷释放从而保护了稳压器发光二极管D3起到指示灯的作用在安装时要尽量使滤波电容C1和01uF电容C3靠近稳压芯片这样可以有效地防止瞬态过电压C2用于滤除稳压芯片输出处的纹波8二单片机最小系统电路设计STC89C52RC单片机最小系统包括52单片机芯片时钟电路和复位电路本系统52单片机芯片采用STC89C52RC该芯片内部有2个16位向上计数定时计数器有四种工作方式5个中断源一个串口通信接口32个IO口内部RAM有256字节内部ROM有8K字节9时钟电路通过内部时钟源提供时钟外部只需要接一个振荡电路振荡电路中的晶振频率是12MHz复位电路采用按键复位方式

31、当单片机复位引脚检测到至少24个时钟周期的高电平时会自动复位系统系统会重新启动10STC89C52单片机最小系统设计原理图如图32所示图32 STC89C52单片机最小系统电路图三人机交互电路设计键盘与显示部分是用户和热水器之间进行信息传递的界面用户主要通过键盘实现对热水器的控制操作并通过显示界面了解热水器的工作参数与状态用户通过键盘进行的操作主要有设定水位和水温度显示部分显示设定水位和水温度和当前热水器工作状态另外在用户查看或进行操作设定时提示用户当前显示的是什么数值项1液晶显示电路液晶12端为电源1516为背光电源液晶3端为液晶对比度调节端通过一个10k电阻接地来调节液晶显示对比度液晶5端

32、为读写选择端因为不从液晶读取任何数据只向其写入命令和显示数据因此此端始终选择为写状态即低电平接地液晶6端为使能信号是操作时必需的信号接单片机的P34口其余714为数据口接单片机P0口11图33 LCD1602的控制电路2按键电路图34 按键电路图四水位控制电路设计根据电热水器功能需要将水位控制电路分为水位检测电路和电磁阀进水电路两部分进行独立设计其中水位检测电路采用自制传感器实现低成本水位检测由于电磁阀的工作电压为12V功率为3W单片机的工作电压为5V电源不兼容且单片机端口输出电流无法直接驱动电磁阀所以需要一个驱动电路来连接单片机和电磁阀1水位检测电路水位检测电路如图35所示水位传感器可以自制

33、用8根不锈钢针分别置于水箱容积的8平分位置在电极间加电流电路简单直流电压通过470K电阻和钢针无水开路有水侧有十几K电阻分压钢针上的压降不大当某个钢针不接触水面时其输出为高电平当钢针与水面接触时则输出为低电平分别接入CPU的P10-P17引脚CPU对这些引脚进行判断后送去显示相应的水位值这种方法省去了传统的AD转换器显示共分8档每档为满水位的125图35 水位检测电路2电磁阀进水电路电磁阀进水电路如图36所示驱动电路采用达林顿管驱动继电器实现单片机端口控制电磁阀电路其中继电器选用JQC-16F线圈电压为12V触点部分可以承受14V20A的直流电13图中的Q1是达林顿管型号是TIP12214进行

34、强弱电的隔离实现继电器的控制其中D5是二极管起续流保护作用R19起到提高单片机端口驱动能力该电路的工作过程如下当P22端口为高电平时NPN达林顿三极管导通驱动继电器线圈产生电磁场此时继电器的衔铁被吸下使得电磁阀接入12V电源电磁阀电路处于导通状态电磁阀工作打开进水口反之P22为低电平时电磁阀电路处于断开状态进水口关闭15电磁阀通电时处于导通状态电磁阀断电时处于关断状态图36 电磁阀进水电路五温度控制电路设计在传统的温度测量系统中一般采用热电偶或铂电阻进行温度测量在这些电路中有这样一些问题必须解决为了进行准确的温度测量必须给铂电阻提供一个良好的恒流源由于热电偶出来的信号是模拟信号所以此信号在送给

35、CPU之前必须先进行AD转换然后再送给CPU进行处理并且热电偶的信号很微弱只有十几毫安因此在AD转换之前通常还需要进行增益放大因此采用热电偶和铂电阻进行温度测量需要考虑很多问题构成的系统也比较复杂DALLAS公司推出的数字式温度传感器DS18B20很好地解决了这样一些问题DS18B20采用单总线接口只需占用单片机的一个IO口其外围电路也非常简单并且DS18B20将测得的温度信号转换为数字量输出可以与单片机直接相连而不需进行信号放大和AD转换大大简化了电路的设计因此系统采用了DS18B20作为温度传感器进行温度采集1温度检测电路使用DS18B20温度传感器采集温度DS18B20DS18B20的数

36、据IO均由同一条线来完成DS18B20的电源供电方式有2种外部供电方式和寄生电源方式外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式工作稳定可靠抗干扰能力强而且电路也比较简单可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统在外接电源方式下可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点即使电源电压VCC降到3V时依然能够保证温度量精度无论是内部寄生电源还是外部供电IO口线要接10K左右的上拉电16在这里采用外部供电方式供电DS18B20与芯片连接电路如图37所示图37 DS18B20温度检测电路图2加热电路由于单片机端口驱动能力很弱加热电路采用继电器控制方式操作方便其中加热器件参数是12V45W实际加热棒为2

37、20V15kW由外部12V电源直接给加热器件提供电压加热电路如图38所示原理同电磁阀控制电路图38 加热器件控制电路图六漏电检测电路设计1漏电检测原理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检测原理如图39所示将火线和中线同时穿过一个环形磁芯作为漏电互感器的初级线圈次级线圈数百匝输出漏电信号当系统没有漏电时电源输入线中的火线电流与中线电流完全平衡次级漏电信号为零当系统发生漏电现象时火线电流与中线电流将失去平衡其合成电流就是漏电电流次级漏电信号的大小和漏电程度成正比24图39 漏电检测原理2漏电检测电路漏电检测电路如图310所示设计使用一片LM358双运放第一个运放作放大器第

38、二个运放作比较器为了在5V电源下正常工作将比较器的参考电平D点选定为25V左右运放的参考电平B点选定为3V左右这可以通过R19 39KR15 1KR2 51K来实现漏电互感器输出的信号加在A和B两点当没有漏电时ABC三点电位相同3V左右比较器输出高电平当有漏电现象时C点出现放大的漏电信号信号的负半波将C点的电位从3V向下拉低只要漏电到达一定的程度就可以使C点的电位在某时刻低于D点的电位使比较器输出低电平其下降沿就可以作为单片机的外部中断信号使系统及时做出反映切断电源避免出现严重后果定量分析设允许最大漏电流为IL通常为数毫安具体数据可查阅相关规定漏电互感器次级的匝数为N则次级电流为ILN产生的信

39、号电压为R11ILN放大器的放大倍数为则C点最大下拉幅度为产生漏电中断的条件是26实验调试用一根导线穿过漏电互感器从中通过数毫安的交流电流不必用220V高压只需用几伏特的低压交流电源串联一个电阻就可以R11可选择1K左右调节可调电位器R18可调节放大器的放大倍数或R15直到出现中断信号为止图310 漏电检测电路七声音提示模块蜂鸣器发声驱动电路原理图如图311所示因为单片机的IO口驱动能力弱所以采用PNP三极管扩流电路驱动蜂鸣器当P23口输出低电平时Q3导通蜂鸣器发出声音反之蜂鸣器不发声图311 声音提示电路图软件设计系统软件设计时采用模块化程序设计的方法按照系统的结构与各部分的功能将整个程序也

40、划分为多个功能模块部分分别进行编程然后装配在一起系统软件部分主要实现对热水器的控制工作由液晶显示程序按键扫描程序水位控制程序温度控制程序漏电检测及声音提示程序和控制策略程序等七个部分组成一液晶显示程序设计本设计使用的1602液晶为5V电压驱动带背光可显示两行每行16个字符不能显示汉字内置128个字符的ASCII字符集字库只有并行接口无串行接口液晶屏LCD1602的显示模式一般设置为162显示57点阵8位数据接口显示状态光标显示可按实际需要和个人偏好设定1写操作时序图图313是LCD1602写操作时序图分析可知操作LCD1602液晶的流程如下通过RS确定是写数据还是写命令写命令包括使液晶的光标显

41、示不显示光标闪烁不闪烁需不需要移屏在液晶的什么位置显示等等写数据是指要显示的内容读写控制端设置为写模式即低电平将数据或命令传送数据线上给E一个高脉冲将数据送入液晶控制器完成操作关于时序中的延时基本都为纳秒级单片机操作最小单位为微秒级因此在写程序时可以不做延时图313 LCD1602写操作时序图2初始化过程LCD1602初始化包括初始化以下寄存器显示模式寄存器光标设置寄存器和移屏寄存器显示模式寄存器通常设置162显示57点阵8位数据口光标设置可以设置是光标显示或者是光标不显示方式整屏移动可以设置整屏移动或者不移动LCD1602初始化程序流程图如图314所示图314 LCD1602初始化程序流程图

42、初始化LCD1602程序源代码如下初始化LCDvoid LCD_Initial LcdEn 0LCD_Write LCD_COMMAND0x38 8位数据端口2行显示57点阵LCD_Write LCD_COMMAND0x38 LCD_SetDisplay LCD_SHOWLCD_NO_CURSOR 开启显示无光标LCD_Write LCD_COMMANDLCD_CLEAR_SCREEN 清屏LCD_SetInput LCD_AC_UPLCD_NO_MOVE AC递增画面不动 3向LCD1602发送数据程序设计该子程序用于将8位数据发送至LCD1602控制器图315是该程序流程图该程序的执行过程

43、如下首先选中数据显示的地址然后输入要显示的数据当调用完以下两个子函数就会在对应的位置显示实现对LCD1602的操作图315 向LCD1602发送数据程序流程图向LCD1602发送数据程序源代码如下液晶字符输入的位置void GotoXY unsigned char x unsigned char y if y 0 LCD_Write LCD_COMMAND0x80x if y 1 LCD_Write LCD_COMMAND0x80 x-0x40 void Print unsigned char str 将字符输出到液晶显示 while str 0 LCD_Write LCD_DATAstr s

44、tr 二按键扫描程序设计按键信号处理包括三个方面的内容分别是检测并判断是否有按键动作确定按键的键值和根据所按键值做出一系列的针对性处理即按键响应考虑到用户在进行按键操作时按下及松开的瞬间都容易产生抖动现象造成单次按键操作时按键端口电平多次跳变另外输入信号在按键已经闭合或断开的稳定期也可能存在干扰窄脉冲也要采取措施加以克服硬件法和软件法都可以克服按键的抖动与窄脉冲干扰影响采取硬件措施需要增加额外的元件本设计采用软件措施完成去抖动与防干扰处理本设计采用定时中断扫描的方式进行按键检测ms扫描一次按键端口状态按键检测过程中无需一直监视按键端口或执行额外的延时程序节省了单片机的CPU资源和中断资源按键扫

45、描程序流程图如图316所示图316 按键扫描程序流程图三水位控制程序设计水位控制程序设计主要是对水位采集程序的设计水位采集程序主要是对单片机端口的设置由于是开关量的检测即当端口检测到低电平则表示水位上升到对应的钢针在软件编程的时候可以参考上一小节的按键扫描程序进行设计四温度控制程序设计温度控制程序设计主要是对温度采集程序的设计温度采集是通过分时与DS18B20的单总线通信完成的有严格的时隙概念因此对DS18B20的各种操作必须按协议进行通过单线总线的所有执行处理都从一个初始化时序开始初始化时序如图317所示初始化时序包括一个由总线控制器发出的复位脉冲和跟有其后由从机发出的存在脉冲存在脉冲让总线

46、控制器知道DS18B20在总线上且已准备好操作图317 DS18B20初始化时序图该程序的执行过程如图318所示先将数据线DQ置高电平1延时该时间要求不是很严格但是要尽可能短一点数据线DQ拉到低电平0延时750us该时间范围可以在480960us数据线DQ拉到高电平1延时等待如果初始化成功则在1560ms内产生一个由DS18B20返回的低电平0据该状态可以确定它的存在若CPU读到数据线DQ上的低电平0后还要进行延时其延时的时间从发出高电平算起第步的时间算起最少要480us将数据线DQ再次拉到高电平1后结束void Init_DS18B20 void unsigned char x 0DQ 1

47、DQ复位delay_18B20 8 稍做延时DQ 0 单片机将DQ拉低delay_18B20 80 精确延时大于480usDQ 1 拉高总线delay_18B20 14 x DQ 稍做延时后如果x 0则初始化成功x 1则初始化失败delay_18B20 20 2读取DS18B20当前温度DS18B20在出厂时默认配置为12位其中最高位为符号位即温度值共11位单片机在读取数据时一次会读2字节共16位读完后将低11位的二进制数转化为十进制数后在乘以00625便为所测的实际温度值另外还需要判断温度的正负前5个数字为符号位这5位同时变化我们只需要判断11位就可以了前5位为0时读取的温度为正值时只要将测得的数值乘以