中南大学网络教育课程考试机械电子学.doc

2015年第二学习阶段(本科)
中南大学网络教育课程考试
《机械电子学》试题
考试说明:
1.首先下载试题及《标准答卷模版》,完成答题后，答卷从网上提交。
2.答卷电子稿命名原则:学号.doc。如:11031020512002。doc.
3。网上提交起止时间：2015年11月20日8：00—12月26日18：00.
试题：
设计一个电热水器,具体要求如下：(100分）
1.采用单片机控制（型号不限）。
2。热水器的容积不小于50L，加热温度不低于70℃,手动设定加热温度、自动保温、通过LED灯实时显示水温、带有漏电检测功能、手动开关。
3.设计出热水器的具体结构和连接方式。给出传感器和主要元器件的具体选型及其技术指标。
4.给出系统工作原理图，硬件接线图，程序流程图和控制程序,撰写相应的设计报告。
机械电子学 共6页

中南大学网络教育课程考试
《机械电子学》答卷
本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。签名_石银法_
学号___13131051012001_专业 机械设计制造及其自动化学习中心_菏泽学习中心
答：
1、多功能家用电热水器的功能特点
　　该电热水器能够设定水温并数字显示水温，显示范围0℃～99℃。具有漏电保护功能,当出现漏电现象时，能够自动切断电源.系统掉电能够保护设定数据。出现传感器故障时，可迅速切断电源并报警提示.
2、系统总体设计
　　根据要实现的功能特点,本系统选用了83C51GB单片机，该单片机内部资源有8KROM、256RAM、A／D转换器、3个16位定时器,15个中断源，具有节电方式和48位I／O线。利用内部资源设计的系统结构框图如图1所示。

单

片

机

温度检测
电源电路
加热电路
显示电路
加热指示
保温指示
漏电流检测
电源指示
电源控制电路

故障报警

温度设定键

(图1）
3、系统的硬件设计
3．1　温度设定与温度显示
　　本系统考虑到水温变化范围较小,利用数值键按键较多，该热水器水温的设置是通过三个功能键来完成的，即：“设定”键、“＋”键、“－"键.当需要调整温度时，先按下设定键再按“＋"键设定温度增1、按“－”键温度减1,直到所需温度为止.单片机I／O线较多，按键可与I／O口直接连接。温度显示电路利用2位数码管显示温度,显示温度范围0℃～99℃，显示电路按常规方法通过驱动电路直接与I／O口连接。
3．2　温度测量与控制
　　因该控制器对温度要求精度不高，传感器选用价格便宜的热敏电阻即可满足要求.传感器输出的信号经放大后可直接连单片机信号输入端（单片机内有A／D)，由软件来启动A／D转换并与设定值比较,当测定值低于设定温度值时,使加热管加热,当测定值达到设定温度时,停止加热。在程序设计时做了回差设计,避免加热管频繁开关。
3．3　漏电检测及报警电路
　　由于电热器工作环境潮湿,为了保证人身安全，该热水器设计了漏电检测电路。一般情况下漏电检测电路输出高电平,当漏电超过允许值时,该电路输出低电平,该电路输出接INT0，并将INT0设置成高级允许中断，这样,当漏电发生时，CPU立即响应中断，切断系统的供电电源。
3．4　掉电保护电路与系统复位电路

　　为了使系统可靠地工作并保存设定数椐，在电热器的控制电路中选用了芯片X25043，该芯片内部具有可编程的看门狗定时器，串行EEPROM、低电压检测电路，并提供复位信号。一旦系统出现故障，电源电压降低到系统的设定位置时，系统复位,保护系统使之免受低电压的影响。EEPROM可在复位时保存设定数据。
3．5　报警电路
　　该控制器设计的报警电路是：当单片机检测到传感器出现故障时,利用软件设计从一I／O线输出信号经放大后驱动报警电路报警以提示故障，并同时通过加热控制电路来实现停止加热.
4、系统软件设计
　　控制器软件的设计采用模块化结构，由主程序、温度显示子程序、A／D转换子程序、漏电保护中断服务子程序、温度控制子程序等模块组成.这里给出主流程图和温度控制流程图。
主流程图如图2所示.

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Y
开始
初始化
启动A/D转换
调显示子程序
调温度控制子程序
传感器有故障
N
报警

(图2）
2015年第二学习阶段(本科)
温度控制流程图如图3所示。
Y
停止加热
加热
正在加热？
入口
低于设定温度
Y
N
N
返回
加热

停止加热
Y
N

高于设定温度

（图3)