用AT89C51单片机设计智能家用电热水器.docx-资料库

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用 AT89C51 单片机设计智能家用电热水器【转自互联网，如需引用请联系原作者】电热水器是一种可供浴室、洗手间及厨房使用的家用电器，市场上传统的机械式电热水器控制精度低、可靠性差，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，笔者采用 AT 89C 51 单片机作为控制器设计了一款智能家用电热水器，基本实现了智能控制功能。 1 ．系统功能及其工作原理该智能热水器具有以下功能： (1) 使用高清晰度数码管实时显示水温，范围 0 ～ 102 ℃ ： (2) 可用键盘方便地设定水温，并显示设定的温度； (3) 按设定温度加热到相应水温，并具有保温功能。系统利用集成温度传感器 AD590 完成温度测量并转换成模拟电压信号，经由 A ／ D 转换器 ADC0804 转换成数字信号送到 AT 89C 51 单片机中，单片机将采集到的温度值与通过键盘设定的温度值进行比较，根据比较结果，控制加热器的开断，同时将温度值实时显示在 LED 显示器上。 2 ．系统设计 2 ． 1 系统硬件设计系统设计硬件原理结构如图 1 所示。系统以高性价比的 AT 89C 51 单片机为核心，由 AD590 测温电路、 ADC0804 模数转换电路、键盘／显示电路、双向可控硅驱动电路 MOC3041 、双向可控硅 TLC 336A 组成加热器控制电路。 2 ． 1 ． 1 控制器电路设计

本系统选择 AT 89C 51 作为主控制器， P0 口作为 ADC0804 转换数据的输入端。 P1 ． 4 接 ADC0804 的 INTR 端检测数据转换是否结束， P1 ． 0 ～ P1 ． 3 的输出信号接到译码器 7447 上作为数码管的显示数据， P1 ． 5 ～ P1 ． 7 则作为 4 个数码管的位选信号控制。 P2 口用来连接矩阵键盘，实现电热水器加热水温的动态设定。 P3 ． 1 用于控制加热器电路的通断， P3 ． 2 连接加热状态指示灯， P3 ． 3 连接电源状态指示灯， P3 ． 6 用于控制 ADC 转换器的启动， P3 ． 7 用于控制读取 ADC 的转换结果。 2 ． 1 ． 2 键盘／显示接口电路设计系统中键盘的功能主要用于用户输入和修改设定的温度。键盘设计 12 个按键，其中 0 ～ 9 数字键用于温度的输入和修改。功能键一个 (* 号键 ) ，具有双重功能，第一次按为“设定”温度，用于进入设定温度模式，第二次按为“确认”设定温度，用于设定温度输入结束后的确认。 # 号键未定义，可用于其它扩展。键盘采用行列式设计， 12 个按键排成 3 × 4 矩阵。设计中用单片机 P2 口的 P2 ． 0 ～ P2 ． 3 接键盘的 4 根行线， P2 ． 5 ～ P2 ．7 接 3 根列线。温度显示电路由 3 位七段码 LED 显示器组成，单片机用 P1 口输出段码和控制信号，通过 7447 TTL BCD 译码器译码，用 3 个共阳极 LED 动态显示温度的各个数位。 2 ． 1 ． 3 AD590 测温电路设计 AD590 测温范围为－ 55 ％～ + 150 ℃ ，满足人们日常生产和生活中的温度范围；电源电压可在 4V ～ 6V 范围变化，可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏； AD590 产生的电流与绝对温度成正比，具有非常好的线性输出性能，温度每增加 1 ℃ ，其电流增加 1 μ A 。为了提高精度，扩大测量范围，在 A ／ D 转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移。当温度变化时， AD590 会产生电流变化， AD590 的电流通过一个 10k Ω的电阻时。这个电阻上的压降为 10mV ，即转换成 10mV ／ K ，为了让 10k Ω电阻精确，可用一个 9k Ω的电阻与一个 2 k Ω电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的 10k Ω。运算放大器 A1 接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗，由运放 A2 减去 2 ． 732 做零位调整 ( 即把绝对温度转成摄氏温度 ) ，最后由运放 A3 反相并放大 5 倍输送给 A ／ D 转换器。 2 ． 1 ． 4 ADC 模数转换电路设计

AD590 测温电路输出的电压信号为模拟信号，要进行数码显示和温度控制，还需将此信号转换成数字信号。为此我们通过 ADC0804 将输入的模拟值转换成数字值，然后再经 AT 89C 51 单片机处理。 ADC0804 是用 CMOS 集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片，分辨率 8 位，转换时间 100 μ s ，输入电压范围为 0 ～ 5V ，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V, ，该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在 CPU 数据总线上。无须附加逻辑接口电路 2 ． 1 ． 5 加热器控制电路设计该部分采用了 Motorola 公司推出的单片集成可控硅驱动器件 MOC3041 ，作为对加热器的驱动和控制。 MOC3041 芯片是一种集成的带有光耦合的双向可控硅驱动电路，它由输入和输出两部分组成，其内部集成了发光二极管、双向可控硅和过零触发电路等器件。其工作过程是：当单片机的 P3 ． 1 口输出低电平时， MOC3041 输入部分的发光二极管导通。发出足够强度的红外光去触发输出部分，即控制可控硅的导通，从而打开加热器；同理，当 P3 ．1 口输出为高电平时， MOC3041 输入部分的发光二极管截止，可控硅断开，关闭加热器。该系统具体电路图如图 2 所示。

2 ． 2 系统软件设计与编程本系统软件包括主程序模块、定时器中断子程序模块、键盘扫描处理子程序模块、十进制数据调整转换子程序模块、 LED 数码显示子程序模块和延时子程序等模块。 2 ． 2 ． 1 系统主程序在主程序中，系统上电自动复位以后首先进行初始化，清除温度缓存区中的数据，然后启动 ADC0804 转换温度传感器输入的电信号。同时检测是否有键按下设定温度，有则跳至键盘扫描处理子程序，没有则待 ADC 数据转换结束读入累加器 A 。然后进行十进制数据转换调整，输出给温度显示电路。主程序流程图如图 3 所示。 2 ． 2 ． 2 键盘扫描处理子程序当主程序检测到有键按下时，就转到键盘扫描子程序扫描按键值，取得按键值之后，判断是否按下 * 号键 ( 温度设定／完成键 ) ，不是则回到主程序，是则进入温度设定模式， LED 显示设定的温度值。进入温度设定模式后，再进行键盘扫描，判断按下的键值，如果是 * 号

键，则说明设定完毕，不是则更新设定温度显示缓冲区的数据。具体程序流程图如图 4 所示。 2 ． 2 ． 3 定时器中断子程序定时器 T0 每 50ms 中断一次，比较采集的电热水器温度和设定的温度，低于设定温度时。使 P3 ． 1 输出低电平，电热器加热，高于设定温度时，使 P3 ． 1 输出高电平，电热器停止加热。程序流程图如图 5 所示。

附系统具体汇编语言源程序： ORG 000011 JMP START ORG000BH ；定时器中断子程序入口 JMP TIME0 START ： MOVSP ， #60H OFF ： SETB P3 ． 1 ：测量温度 >= 设定温度，停止加热 CLR P3 ． 2 ；加热状态灯灭．．．．．．

．．．．．．．．．．．． RETLJRN ： POP PSW POP ACC RETI DELAY ： MOV R7 ， #06 ；延时子程序 D1 ： MOVR6 ， #248 DJNZ R6 ， $ DJNZ R7 ， D1 RET TABLE ： DB 01 H ， 02H ， 03H 键盘码 1 ， 2 ， 3 DB 04H ， 05H ， 06H 4 ， 5 ， 6 DB 07H ， 08H ， 09H 7 ， 8 ， 9 DB 0AH ， 00H ， 0BH * ， 0 ， # END 3 ．结语本文采用 AT 89C 51 单片机做主控芯片，利用温度传感器 AD590 采集温度。并配上键盘／显示接口电路以及加热器控制电路等，电路简单、运行稳定、工作精度高，且通过键盘可以方便地进行温度设定

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