單片機(jī)技術(shù)下家用電熱水器控制儀表設(shè)計(jì)

謝宗波

【摘 要】新時(shí)代下，我們的生活水平顯著提升，幾乎在每個(gè)家庭中都安裝了家用熱水器。通過(guò)分析熱水器行業(yè)發(fā)展，集安全、節(jié)能、舒適、便利于一身是對(duì)當(dāng)前家用熱水器的一個(gè)主要要求。所以，我們必須要從熱水器的制造方面下功夫進(jìn)行研究。對(duì)此，文章就單片機(jī)技術(shù)下家用電熱水器控制儀表設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行了探究分析。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)技術(shù)；家用；電熱水器；控制儀表設(shè)計(jì)

我們主要以某款單片機(jī)為研究核心，將一款家用電熱水器控制儀表設(shè)置了出來(lái)。通過(guò)Protel軟件將原理圖設(shè)計(jì)出來(lái)，之后通過(guò)Keil與實(shí)物軟件對(duì)儀表進(jìn)行調(diào)試分析。此儀表利用對(duì)水溫變化的控制以及對(duì)溫度的檢測(cè)，從而保證很多智能環(huán)節(jié)都在單片機(jī)的輔助下完成。

一、研究背景及技術(shù)概述

我們以單片機(jī)為核心，將家用電熱水器控制儀表設(shè)計(jì)出來(lái)，文章主要以STC89C52型號(hào)的單片機(jī)為研究對(duì)象。其中，有以下幾個(gè)組件包含于此儀表內(nèi)：（1）4位數(shù)碼管。其中，預(yù)設(shè)水溫會(huì)通過(guò)兩位數(shù)碼管顯示出來(lái)；實(shí)際水溫再通過(guò)另外兩位數(shù)碼管顯示。其中，在0-99℃控制具體水溫顯示范圍，在±1℃控制其精度，在40-80℃間控制預(yù)設(shè)溫度。如果用戶預(yù)設(shè)的溫度高于具體溫度1℃時(shí)，會(huì)吸合繼電器，將電加熱打開；相反，用戶預(yù)設(shè)的溫度低于采樣得到的具體溫度，且低于1℃時(shí)，就會(huì)斷開繼電器，電加熱就會(huì)暫停。（2）設(shè)置兩個(gè)程序按鍵。溫度鍵，這個(gè)鍵子每被按下一次，這樣會(huì)自動(dòng)增加用戶預(yù)設(shè)溫度1℃，在向80℃增加了用戶預(yù)設(shè)溫度后，就會(huì)向40℃跳轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)溫度，隨后對(duì)接下來(lái)的+循環(huán)鍵進(jìn)行按動(dòng)操作。溫度“-”鍵，每當(dāng)這個(gè)鍵子被按下以后，會(huì)自動(dòng)將用戶的預(yù)設(shè)溫度縮減1℃。如果在40℃控制用戶預(yù)設(shè)溫度，這樣會(huì)向80℃自動(dòng)轉(zhuǎn)換預(yù)設(shè)溫度，從而向下一個(gè)“-”循環(huán)處轉(zhuǎn)變。（3）設(shè)置面板指示燈。將220V電源接通，這時(shí)會(huì)點(diǎn)亮此指示燈；（4）設(shè)置電路報(bào)警系統(tǒng)。過(guò)低或者過(guò)高的溫度都會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若是檢測(cè)溫度低于0℃或者高于85℃時(shí)，報(bào)警器自動(dòng)響起。

由主函數(shù)、顯示函數(shù)、具體溫度與預(yù)設(shè)溫度比函數(shù)共同構(gòu)成了主函數(shù)程序，用戶利用按鍵將自身所需的溫度設(shè)定出來(lái)，并且，預(yù)設(shè)溫度利用數(shù)碼管顯示出來(lái)。

二、具體的設(shè)計(jì)方式方法分析

（一）確定設(shè)計(jì)圖

單片機(jī)控制模塊、控制輸出電路、溫度采集電路、按鍵電路以及顯示電路等是此系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。下圖為基本的系統(tǒng)框架圖，在合理的溫度內(nèi)控制單片機(jī)檢測(cè)按鍵電路溫度。同溫度采集電路互相通訊，然后對(duì)彼此數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，隨后將控制輸出電路以及顯示電路驅(qū)動(dòng)打開，主要由電源、數(shù)字溫度傳感器、電阻等一同構(gòu)成了溫度采集電路。有兩個(gè)獨(dú)立按鍵組成了按鍵電路；由四位數(shù)碼管、74LS138、74HC573構(gòu)成了顯示電路，由電阻、繼電器、二極管以及三極管一同構(gòu)成了輸出控制電路。并且，由單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成了STC89C52控制模塊。

（二）設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)

文章所研究的家用電熱水器控制儀表系統(tǒng)主要由DS18B20溫度采集電路、控制輸出電路、電源電路、設(shè)置按鍵電路、數(shù)碼管顯現(xiàn)電路構(gòu)成。通過(guò)protel99se將系統(tǒng)原理圖繪制出來(lái)，如下圖所示：

圖三為顯示電路，在對(duì)八段四位數(shù)碼管進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，就會(huì)有位選與段選的劃分情況出現(xiàn)，這時(shí)可通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)電路以及單片機(jī)對(duì)要求點(diǎn)亮的數(shù)碼管進(jìn)行選擇，其中，數(shù)碼管的位選用74LS138進(jìn)行選擇，數(shù)碼管的段選用74HC573進(jìn)行選擇，進(jìn)而將點(diǎn)亮所需的段與位發(fā)光二極管進(jìn)行選擇。

其中有一個(gè)最下系統(tǒng)電路存在于家用熱水器控制儀表內(nèi)，其中，10uf電容并聯(lián)電路以及5V電壓連接復(fù)位按鍵是其主要構(gòu)成部分，將它們與單片機(jī)的RET腳連接起來(lái)，并且與10K的下拉電阻連接，在程序進(jìn)入死循環(huán)或者出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以將復(fù)位按鍵按下去，從而達(dá)到復(fù)位系統(tǒng)的目的，然后重新打開啟動(dòng)程序。

其中，單片機(jī)IO口輸入功能在此設(shè)計(jì)中被有效展現(xiàn)了出來(lái)。在一起連接四個(gè)按鍵的一端，并且與地連接，將另外一端分別和STC89C52單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3的端口連接到一起，并且，10K的上拉電阻施加到上面。如果均在高壓狀態(tài)下控制四個(gè)IO口，這樣就表明沒(méi)有有效的按下按鍵，如果在低電壓狀態(tài)內(nèi)控制了IO口，這樣就表明成功按下了所連接按鍵。下圖為按鍵電路。

（三）設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

首先對(duì)按鍵函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其次，對(duì)顯示函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)；最后設(shè)計(jì)實(shí)際溫度與預(yù)設(shè)溫度的對(duì)比函數(shù)。用戶利用按鍵將適宜的溫度設(shè)置出來(lái)，隨后通過(guò)顯示電路將用戶預(yù)設(shè)溫度顯示出來(lái)。利用STC89C52和DS18B20數(shù)字傳感器間的單線通訊，從而對(duì)實(shí)際溫度進(jìn)行采集，隨后單邊機(jī)將數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)起來(lái)，從而將采集的具體溫度顯示出來(lái)。然后利用函數(shù)的比較，對(duì)比分析實(shí)際溫度和預(yù)設(shè)溫度的大小，最后分析有無(wú)必要將繼電器打開持續(xù)完成加熱。主要由DS18B20函數(shù)、按鍵函數(shù)、顯示函數(shù)、主函數(shù)以及延時(shí)函數(shù)等一同構(gòu)成了所設(shè)計(jì)的家用熱水器控制儀表。利用顯示函數(shù)、按鍵函數(shù)完成相關(guān)分析、判斷，從而將相應(yīng)的功能在家用熱水器控制儀表內(nèi)有效的展現(xiàn)出來(lái)。

其中，都是由主函數(shù)與多個(gè)子函數(shù)構(gòu)成了各個(gè)程序，并且，在主函數(shù)內(nèi)將各個(gè)子函數(shù)的功能展現(xiàn)出來(lái)。基于這種設(shè)計(jì)，預(yù)設(shè)溫度主要利用按鍵函數(shù)表示出來(lái)。對(duì)于實(shí)際溫度以及預(yù)設(shè)溫度用顯示函數(shù)顯示出來(lái)，對(duì)于有吸合繼電器的情況可以通過(guò)繼電器函數(shù)進(jìn)行判斷分析。

三、結(jié)語(yǔ)

文章從具體情況入手，將一種實(shí)用、簡(jiǎn)單的家用熱水器控制儀表設(shè)計(jì)了出來(lái)。通過(guò)連接起數(shù)字溫度傳感器、繼電器、單片機(jī)、按鍵、數(shù)碼管以及其他硬件，構(gòu)成一個(gè)先進(jìn)、多樣化的家用熱水器管控系統(tǒng)。通過(guò)pro-tel99se軟件繪制出家用電熱水器控制儀表原理圖，然后根據(jù)具體情況制作出相應(yīng)的樣機(jī)；在編寫與調(diào)試程序時(shí)，主要通過(guò)Keil軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)和完成，通過(guò)燒錄軟件向單片機(jī)內(nèi)錄制程序，并且達(dá)到測(cè)量實(shí)物的目的，然后按照具體的測(cè)試結(jié)果，不斷的對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，從而將具體的設(shè)計(jì)方案制定出來(lái)。

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