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家用智能电热水器控制器(完整)讲课教案.doc
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1、家用智能电热水器控制器(完整)精品文档 编 号: 审定成绩: XX大学毕业设计(论文)设计(论文)题目:家用智能电热水器控制器学 院 名 称 :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收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 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。 其中,电热水器控制器性能的好坏不仅是电热水器性能好坏的体现,更关系到人身安全等重要内容。因此,电热水器控制器的设计是智能电热水器的需要,同时也是电热水器的重要组成部分。论文首先结合当前电热水器的发展现状和发展趋势,介
2、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
3、、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 漏电检测 温度控制 水位控制AbstractWith the improvement of quality of peoples lives, peoples demand for water heaters tend to be more intelligent and digital. Among them, whether the electr
4、ic 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 electric water heater controller design is not only the need of intelligent water heater; but also is an i
5、mportant part of electric water heater.Firstly with the electric water heaters current development situation and trend, the purpose and significance of the electric water heater controller was introduced in this paper. Based on determining the control parameters, the functional component and the wor
6、king 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 process and method in detail, the design and implementation of the control system also was
7、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 complete theoretical analysis and algorithm design, measurement accuracy of 1, through the u
8、se 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 calculation. Software components could control the electric water heaters based on the ha
9、rdware 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 simulation shows based on hardware and software design. Through computer sim
10、ulation, 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 design. 【Key words】Electric water heater leakage detection temperature c
11、ontrol 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
12、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 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6
13、5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、控制不方便等不足,很多控
14、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。第一章 绪论第一节 电热水器发展现状及发展趋势一、电热水器发展现状经
15、过20多年的发展,整个热水器行业已经从最初的小而少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70左右。目前,46.6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2。据国务院发展研究中心市场经济研究所推出的“中国城市
16、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6左右。就中国的具体情况而言,太阳能热水器由于安装位置的局限性,只适用于居住在顶楼的居民,且受天气原因的限制,使用范围狭窄;燃气热水器由于必须分室安装,且须由专业人员安装,并且燃气热水器不易调温,需定期除垢,在使用中还易产生有害气体,特别是使用液化石油气和人工煤气型的直排式燃气热水器,会产生轻度油烟,严重时甚至会危及生命。因此燃气热水器是一种人命关天的特殊产品,即使有百分之一的疏忽,带给用户的危险将是百分之百。根据中国商业联合会前不久的统计,电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期
17、以来占优势的燃气热水器。该中心预计,在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下,今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。二、电热水器控制技术历程及趋势目前市场上的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
18、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
19、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。现在市场上较为先进的储水式电热水器能实现上述等功能,但仍难以满足人们对现代化家电的使用要求。在现如今众多的控制手段中,要满足低价格、高性能、尤其是智能化的要求,采用典型的嵌入式控制系统单片机为核心的控制器应为首选。第二节 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
20、、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。嵌入式非智能家用电器也称电脑型家用电器。在这种家用电
21、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贮水量的多少,它只是控制电阻丝加热,当贮水罐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
22、能活动的过程对热水器进行温度、水量和稳定性进行控制。基于以上电热水器特性的分析,可以从电热水器的智能化、节能技术以及安全稳定性等这些方面对电热水器控制器进行设计。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。第三节 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
23、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
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