基于单片机的电热水壶控制系统的设计

毕业设计（论文） 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目：基于单片机的电热水壶控制系统的设计学生姓名：方宏达学号：200652050110班级:测控06-01班专业：测控技术与仪器指导教师：曾志伟、王向红2010年6月基于单片机的电热水壶控制系统的设计学生姓名：方宏达学号：200652050110班级：测控06-01班所在院(系):汽车与机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院指导教师：曾志伟、王向红完成日期:2010年6月基于单片机的电热水壶控制系统的设计基于单片机的电热水壶控制系统的设计摘要本设计以AT89C51单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制。阐述了控制系统通过加热电路对水进行加热，运用温度传感器DS18B20对水的温度进行采样，然后送入单片机系统，经微机处理后，结合键盘控制实现LED显示，并可实现对水温度的控制，当达到或超过设定的水温，可自动断电和报警。其中硬件电路设计主要包括单片机控制电路、温度检测电路、键盘及显示电路、加热电路和电源转化电路。研究表明，本设计是一种较好的电热水壶控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。关键字：电热水壶；温度控制；控制器；DS18B20基于单片机的电热水壶控制系统的设计TTTTHEHEHEHEDESIGNDESIGNDESIGNDESIGNOFOFOFOFMICROCONTROLLER-BASEDMICROCONTROLLER-BASEDMICROCONTROLLER-BASEDMICROCONTROLLER-BASEDCONTROLCONTROLCONTROLCONTROLSYSTEMSYSTEMSYSTEMSYSTEMFORFORFORFORELETRICALELETRICALELETRICALELETRICALKETTLEKETTLEKETTLEKETTLEAAAABSTRACTBSTRACTBSTRACTBSTRACTThecontrolsystembasedonAT89C51ofanelectrickettleisdesignedinthepaper.Waterisheatedbyelectricheatedcircle.ThetemperatureofwaterwillbesampledwithtemperaturesensorDS18B20.Thesamplingsignalisprocessedbythesinglechip.ThevalueofthetemperatureisshowedonLEDmonitorbythekeyboardcontrolledbythekeyboard.Atthesametime,theheatedsystemwillbeturnoffandthesystemofalarmwillrunwhileagiventemperatureisreached.ThehardwarecircuitdesignmainlyincludestheSCMmaincontrolcircuit,temperature-measurecircuit,keyboardandshowscircuit,temperatureheatedcircuitandpowersupplychangeovercircuit.Theresultsshowthatthisdesignisabettercontrolpreceptfortheelectrickettle.KeyKeyKeyKeyword:word:word:word:ElectricalKettle;Temperaturecontrol;Controller;DS18B20基于单片机的电热水壶控制系统的设计目录1绪论.....................................................................11.1课题的研究背景.....................................................11.2电热水壶的研究现状.................................................11.3研究内容及论文构成.................................................21.3.1研究内容.....................................................21.2.2论文构成.....................................................32电热水壶系统的硬件设计..................................................42.1系统的总体设计思路.................................................42.2AT89C51单片机介绍.................................................42.3温度检测电路的设计.................................................52.3.1温度传感器US18B20............................................52.3.2温度采集电路.................................................62.4键盘和显示电路的设计...............................................72.4.1LED显示器介绍................................................72.4.2按键和显示电路...............................................82.5加热电路的设计.....................................................92.5.1功率驱动电路.................................................92.5.2加热状态显示电路............................................102.6其他主电路的设计..................................................102.6.1振荡电路和时钟电路...........................................102.6.2系统复位电路................................................102.6.3电源转化电路................................................113电热水壶系统的软件设计.................................................123.1系统总程序设计框图................................................123.2DS18B20测温程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图............................................133.3温度显示流程图....................................................143.4按键程序流程图....................................................15基于单片机的电热水壶控制系统的设计4总结与展望.............................................................16参考文献.................................................................17致谢.....................................................................18附录A程序清单...........................................................19附录B电热水壶控制电路原理图.............................................26基于单片机的电热水壶控制系统的设计第1页共26页1绪论1.1课题的研究背景在目前基于单片机的电热水壶控制系统的设计中，从控制方法上为两种：一种是采用时间控制，在额定的电压下，加热管或加热盘在开始工作后的固定时间自动断电，市面上的某家电热水壶生产厂家即选择的这种控制电路，时间控制系统操作简单，结构简单，成本低廉，但不能做到到精确控制水温，不能满足现代人们的日常需求；另一种控制系统采用温度控制，其通过检测水的温度并对系统控制的机制能良好的实现对水温度实时检测的要求，并在温度达到要求数值时切断加热电路。本文的研究工作在充分借鉴前人研究成果的基础上，兼顾目前一些电热水控制系统存在的问题，实现了对电热水壶内的水温实时显示和达到设定温度后的自动切断加热电路并报警提示的功能。1.2电热水壶的研究现状电热水壶自从1922年出现，前后经历了五个发展阶段[1]。到2000年，由于设计技术和生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 水平的大幅度提升，电热水壶终于借着科学技术的发展开始批量生产并进入千家万户，成为现代社会中必不可少的生活家电。现代电热水壶与上一代产品相比，它们最主要的改进在于使用了隐藏式发热盘。过去的热水壶都采用发热管，发热管裸露水中，既不安全也不美观。如今的隐藏式发热盘，采用不锈钢材质，不仅安全，而且方便清洁。壶身和电源底座可以相互分离，作时不需整机移动，壶身可360度旋转，可以从任意方向取放。市场上的电热水壶的三重安全保护装置，能有效保护使用者的安全。直插式电水壶的三重保护是指蒸汽感应保护、干烧保护和异常熔断保护，蒸汽感应保护是指水开自动断电、干烧保护是指用户忘记放水而发生干烧时自动断电、异常熔断保护是指如干烧保护失效时安全装置熔断断开电源（熔断后需维修更换温控器）；塑料旋转式电水壶和不锈钢水壶的三重保护是指蒸汽感应保护和两重干烧保护，即干烧保护装置有两套，当一套失效时仍有另一套起到保护作用。只要是使用进口温控器的电水壶均有此功能[2]。由上可知，现代电热水壶的核心部件是温控器控器，它有一个温控开关常开，高于给定温度左右闭合。里面的运动接触片是由双层金属构成的，温度的变化，两边金属热基于单片机的电热水壶控制系统的设计第2页共26页胀冷缩的程度不一样，运动接触片就会随着温度的变化弯曲。磁铁的作用是让运动接触片接近触点的时候靠磁力瞬间吸合。要断开的时候也有一个磁力维持磁力，双层金属的弯力大于一定值，力触点才分开，防止接触片在触点处“弹跳”，降低开关的寿命。当然电热水壶温控器也是日新月异的发展，其中以老牌电热水壶制造国英国生产的温控器最为出色，国产如OTTER温控器也有不错的表现。而电热水壶控制系统的温度传感器的选择也一直是近年来的热点话题。温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。目前工业和生活常使用的温度传感器主要分为以下三类[3]：(1)传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁—镍铬，最低可测到-269℃，钨—铼最高可达2800℃。(2)模拟集成温度传感器/控制器。集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，外围电路简单。(3)智能温度传感器。智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。其内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品，其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635等。目前基于单片机的各类控制系统也紧跟时代，越来越多将智能化温度传感器应用在电热水壶控制系统中。1.3研究内容及论文构成1.3.1研究内容目前常规的基于单片机的电热水壶的控制系统的研究相对于市场上的电热水壶控基于单片机的电热水壶控制系统的设计第3页共26页制系统仍然有很多的缺点，接通电源，就开始加热，直到水沸腾后通过蒸汽来产生声音报警。这种设计有下面几个方面的不足[4]：(1)如水壶中没水，电源误接通时也会一直加热，容易引起事故。(2)当只需要加热到沸点以下某一温度时，不能及时给出声音报警信号。(3)当水加热沸腾后不能自动停止工作。(4)繁琐的温度采集系统。对于常规设计的电热水壶设计上存在的不足，在本设计方案中，用AT89C51单片机作为控制芯片，管理整个电热水壶的工作情况，构成了一个闭环控制系统，而且增加了两个按键和预设温度、实测温度的数码管显示。它的工作情况和常规的热水壶相比，有下面几个方面的特点：(1)设有两个按键，可用来设置希望加热到的温度。(2)当加热到设置温度时，AT89C51单片机会控制停止加热，并通过报警器给出声音提示。(3)简单却又实用的温度检测系统，A/D转换直接在温度传感器内进行，不需额外的芯片进行处理。(4)预设温度显示器显示当前设置的温度，实测温度显示器显示水的实际温度，做到一目了然。1.2.2论文构成本文系统的阐述了基于单片机的电热水壶控制系统，重点对单片机控制系统，按键和温度显示电路以及温度检测电路做了详细的介绍，针对一般电热水壶控制系统存在的的缺点做了改进，并对目前工作的总结及延伸工作的展望做了简单的阐述。第一章为绪论部分，介绍了本课题的研究背景和研究目的，概要的介绍了目前电热水壶的发展状况和存在的问题。并介绍了本文的组织结构。第二章为设计电热水壶控制系统的硬件构成，并给出相关模块的电路原理图。第三章是本文的软件流程图，通过此章，可以详细的了解电热水壶的工作流程。第四章为全文的总结和以后工作的展望。基于单片机的电热水壶控制系统的设计第4页共26页2电热水壶系统的硬件设计2.1系统的总体设计思路本系统采用AT89C51单片机为控制为核心，下有七个模块：电源转化电路模块，温度检测电路模块，键盘和显示电路模块，加热电路模块，以及时钟电路，报警电路和复位电路。图2.1为整个单片机控制的电热水壶的系统框图：AT89C51时钟电路复位电路键盘和显示电路加热电路报警电路温度检测电路电源转换电路图2.1电热水壶控制系统框图整个系统分为以上几个电路模块，键盘可供操作人员输入设定温度，随后加热电路工作，温度传感器DS18B20实时监测水温，并送往AT89C51进行处理并送实测温度显示器显示，作为控制核心器件，AT89C51不断比较给定温度和实测温度，当实测温度达到给定温度时，单片机送出信号，断开连有继电器的加热电路和加热状态显示二极管，并让报警电路蜂鸣提醒。2.2AT89C51单片机介绍AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K字节的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128字节的数据存储器（RAM），基于单片机的电热水壶控制系统的设计第5页共26页器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容MCS-51指令系统，片内置通用8位中央中央处理器（CPU）和Flash存储单元。AT89C51由于其高性价比，可灵活应用于各种控制领域[5]。2.3温度检测电路的设计温度检测部分设计的首要任务就是选择合适的温度传感器。温度传感器种类很多，每种传感器的应用场合也各不相同，常用的有热电偶、热电阻和热敏电阻等几种。DS18B20智能型温度传感器，使用方便、接口简单，与CPU通信采用单线通信方式。因为DS18B20的一线式串行总线对时序要求比较严格,因此,为了保证与DS18B20的通信可靠性,微处理器与DS18B20通信时需要采用关闭中断的办法,以防止操作时序被中断服务破坏,鉴于对新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点,在实际应用中取得了良好的测温效果[6]。2.3.1温度传感器US18B20本设计的核心器件温度传感器采用美国DALLAS半导体公司（现已并入MAXIM公司）生产的单总线数字温度传感器芯片DS18B20，它是20世纪90年代新推出的一种串行总线技术。该技术只需要一根信号线（将计算机的地址线、数据线、控制线合为一根信号线）便可完成串行通信。单根信号线，既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向的，在信号线上可挂上许多测控对象，电源也由这根信号线供给，所以在单片机的低速（约100kbps以下的速率）测控系统中，使用单根总线技术可以简化线路结构，减少硬件开销[7]。DS18B20的引脚图和功能如下：图2.2DS18B20引脚图GND:接地端。DQ:数据输入/输出引脚，对于单线操作：漏极开路。当工作在寄生电源模式时用来提供电源（建“寄生电源”节）。VDD：可选VDD引脚，工作与寄生电源时，VDD必须接地。如有其他引脚，其他引脚都悬空。DS18B20的工作原理：DS18B20的低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉基于单片机的电热水壶控制系统的设计第6页共26页冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。DS18B20工作过程及时序：由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。初始时，计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。DS18B20内部的比较器以四舍五入的量化方式确定温度寄存器的最低有效位。在计数器2停止计数后，比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与0.25℃进行比较，若低于0.25℃，温度寄存器的最低位就置0；若高于0.25℃，最低位就置1；若高于0.75℃时，温度寄存器的最低位就进位然后置0。这样，经过比较后所得的温度寄存器的值就是最终读取的温度值了，其最后位代表0.5℃，四舍五入最大量化误差为±1/2LSB，即0.25℃[6]。2.3.2温度采集电路DS18B20温度采集数据输入端DQ接入单片机的P3.7口，并接上拉电阻和进行外部电源供电。在外部电源供电方式下,DS18B20工作电源由VDD引脚接入,此时I/O线不需要强上拉,不存在电源电流不足的问题,可以保证转换精度。但DS18B20的GND引脚不能悬空,否则不能转换温度,读取的温度总是85℃[8]。外部电源供电方式是DS18B20基于单片机的电热水壶控制系统的设计第7页共26页最佳的工作方式,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，依然能够保证温度测量精度[9]。温度采集电路如下图：P3.722.0DQ2VCC3GND1U2DS18B20R34.7k图2.3DS18B20温度检测电路2.4键盘和显示电路的设计2.4.1LED显示器介绍发光二极管LED是智能化测量仪器中简单而常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其他信息。它的优点是价格低、寿命长，对电压电流的要求低及容易实现多路显示等，因此在智能测量仪中获得了广泛的应用。LED是近似于恒压的元件，导电时（发光）的正向压降一般约为1.6V或2.4V左右，反向击穿电压一般大于等于5V。工作电流通常在10～20mA左右，故电路中需串联适当的限流电阻。发光强度基本上与正向电流成正比。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压则暗，为了保护各段LED不被损坏，一般需外加限流电阻[5]。多个LED可接成共阳极或共阴极形式，通过驱动器接到系统的并行输出口上，由CPU输出适当的代码来点亮或熄灭相应的LED。图2.47段LED数码管引脚图基于单片机的电热水壶控制系统的设计第8页共26页LED显示器有静态显示方式和动态显示方式两种。静态显示就是当显示器显示某个字符时，相应的段恒定的导通或截止，直到显示另一个字符为止。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极接地；若为共阳极则接+5V电源。每位的段选线分别与一个8位锁存器的输出口相连，显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存的输出将维持不变。正因为如此，静态显示器的亮度较高。这种显示方式编程容易，管理也较简单，但占用I/O口线资源较多。因此，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。2.4.2按键和显示电路由于所有LED皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码（字型码），而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平（因为LED为共阴，故应送低电平），以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，本设计选用动态显示方式，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴（共阳）极公共端分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。段选码，位选码每送入一次后延时2ms，因人的视觉暂留效应，给人看上去每个数码管总在亮。本系统采用P0口通过74HC245驱动4位数码管显示预设温度和实测温度并采用了按键软件去抖程序来降低系统成本。按键和显示电路如下图所示：基于单片机的电热水壶控制系统的设计第9页共26页图2.5按键和显示电路图2.5加热电路的设计2.5.1功率驱动电路功率驱动负载通常有两种方式，即继电器驱动方式和晶闸管驱动方式[10]。本系统采用继电器驱动方式。虽然对温度平滑性的控制不如晶闸管移相控制的效果好，但它优点在于它将220V的交流电与单片机控制系统的直流低电压进行了隔离，从而提供了产品使用的安全性[6]，并用单片机的P2.7口对此进行控制。下图是本系统的加热电路：图2.6功率驱动负载电路图基于单片机的电热水壶控制系统的设计第10页共26页2.5.2加热状态显示电路本系统运用发光红色二极管来显示电热水壶是否在加热状态，此电路和负载驱动电路均被单片机同时控制，选择单片机的P3,6口来控制此段电路，电路图如下：图2.7加热状态显示电路图2.6其他主电路的设计2.6.1振荡电路和时钟电路AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。振荡脉冲频率范围为。电热水壶控制系统对于时间精度要求不是OSCZf=0~24MH很高的系统，只要按图2.8进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行，但是由于图中的C1、C1电容起着系统时钟频率调和稳定的作用，因此，在本系统的采用电容参数为30pF，保证电路具有良好的对称性。图2.8时钟电路2.6.2系统复位电路电热水壶系统在启动时或者系统内部发生故障后，都需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。即在RST引脚上要有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可以相应并将系统复位。单片机通常有上电复位，手动复位。上电复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的，如图2.9所示，在通电瞬间，电容C通过电阻R，RST端出现正脉冲，用以复位，只要基于单片机的电热水壶控制系统的设计第11页共26页电源VCC的上升时间不超过1ms，既可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。手动复位，是指通过接通一按钮开关，是单片机进入复位状态，系统上电运行后如果需要复位，一般是通过手动复位来实现的[11]。通常采用手动复位和上电复位的组合，本系统也采用这种组合来实现电热水壶系统的复位操作，如图2.10。图2.9上电复位图2.10上电复位和手动复位组合电路2.6.3电源转化电路电源电路是给电子设备提供必要的电源能力的电路，就输入和输出而言，在集成电路中的主要采用的是交流220V，50Hz的交流电转换为直流电。该部分电路由降压、整流、滤波、稳压四部分组成。转换芯片采用常用的7805，调试方便，电路稳定，价格低廉。下图是本设计的电源转化电路。图2.11电源转换电路图基于单片机的电热水壶控制系统的设计第12页共26页3电热水壶系统的软件设计3.1系统总程序设计框图单片机的I/O口方向是可编程的，在程序中应正确的设置其方向，保证单片机的正常工作。此系统编程采用C语言[12]，C语言是一种结构化的高级语言。其优点是可读性好，移植容易，是普遍使用的一种计算机语言。下图为电热水壶系统的总程序框图：加热开始加热么？系统初始化NY开始P3.7口温度采样有按键按下么？按键处理YN温度达到设定值么？停止加热，蜂鸣器工作返回NY图3.1系统总程序框图基于单片机的电热水壶控制系统的设计第13页共26页3.2DS18B20测温程序流程图由于温度传感器DS18B20的A/D转换是在传感器内部进行，所以本系统的测温程序框图很简洁，如下图：DS18B20初始化定义高八位与低八位启动温度转换读取温度返回开始图3.2DS18B20测温程序流程图基于单片机的电热水壶控制系统的设计第14页共26页3.3温度显示流程图显示电路采用动态扫描法进行LED显示预设温度和实测温度，温度显示流程图如下：开始是否显示完4位置段、位选码的初始值第一位位选码置0查段选表P0段选码显示调用延时20ms指向下一显示单元选择下一位返回第一位位选码置0NY图3.3温度显示流程图基于单片机的电热水壶控制系统的设计第15页共26页3.4按键程序流程图按键采用软件消抖方法来降低系统成本。按键程序流程图如下所示：开始调显示子程序定位键号返回NY有按键否调用延时20ms按键释放？调P1显示程序NY图3.4按键设置温度流程图基于单片机的电热水壶控制系统的设计第16页共26页4总结与展望本设计完成了单片机对电热水壶的控制。整个系统的关键电路是单片机控制电路，是整个系统的核心，完成信号的输入和输出的转换。另外的重要电路是温度检测电路和加热控制点路。温度检测电路采用单线通信温度传感器DS18B20，拥有较好的测量性能与性价比，采集温度后送单片机并显示。按键和预设温度显示使本系统有很好的操作性，设计安全、可靠，能够满足实际要求。在本文研究的基础上，可结合PID控制算法，让此控制系统拥有设定温度的保温系统，更精确的控制壶内水温。另外一种系统的改进为设置隐藏加热盘，加热效率高且操作安全。此两项项工作即为论文后续工作所要解决的内容。后续研究的实际意义十分重要，可以将算法加入到单片机控制系统，使整个系统的性能更好，安全性更高。基于单片机的电热水壶控制系统的设计第17页共26页参考文献[1]维基百科．[EB/OL]．http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_kettle#Electric_Kettles．[2]Woodham,JonathanM.TheKettle:anappreciation[M].Lewes,UK:TheIvyPress,1997．[3]赵燕．传感器原理及应用[M]．北京：北京大学出版社．2010:147-168．[4]杨红科等．HT46R47在电热水壶中的应用[J]．微计算机信息，2004,37(11)．[5]李朝青．单片机原理及接口技术（第三版）[M]．北京航空航天大学出版社，2005．[6]赵浪涛等．DS18B20芯片在温度测量系统中的应用[J]．兰州工业高等专科学校学报．2009:16(4)．[7]胡天明等．基于DS18B20的数字温度计设计及应用[J]．黑龙江工程学院院报(自然科学版)．2008:22(2)．[8]CarrieBatson．DS18B20DataBooklet．http://www.maximic.com.2006．[9]朱渝等．基于DS18B20数字式温度传感器、AT89C2051单片计算机实现对液压油冷却系统的温度调整[J]．北京科技大学学报．2004:26．[10]余永权等．单片机在控制系统中的应用[M]．电子工业出版社，2003:205-206．[11]孙传友等．测控系统原理与设计(第2版)[M]．北京航空航天大学出版社，2007[12]马忠梅．单片机的C语言应用程序设计[M]．北京航空航天大学出版社，2007．基于单片机的电热水壶控制系统的设计第18页共26页致谢本研究及学位论文是在我的导师曾志伟和王向红悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。感谢老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。另外本科四年所有的知识皆从各位其他老师那汲取而来，在此谨也向其他老师致以诚挚的谢意。在此，我还要感谢在一起愉快的度过本科生活的测控0601班同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，顺利的走完这四年的大学之路。从开始进入课题到论文的顺利完成，有很多可敬的师长、同学、朋友给了我个方面的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢！基于单片机的电热水壶控制系统的设计第19页共26页附录A程序清单#include<reg51.h>#include<stdio.h>typedefunsignedcharuint8;typedefunsignedintuint16;/*****************************************************///定义引脚sbitBCD4=P2^3;sbitBCD3=P2^2;sbitBCD2=P2^1;sbitBCD1=P2^0;sbitDQ=P3^7;//温度传感器数据引脚通信定义sbitBEEP=P2^6;//蜂鸣器信号引脚constuint8Code[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//定义数字显示数组为常量//0,1,23456789#defineC0xc6//显示'C',表示温度符号//全局变量uint16Htemperature=0;uint8setupflag=0;//定义ds18b20,数码管延时子函数voidmDelay(uint8Delay)基于单片机的电热水壶控制系统的设计第20页共26页{while(Delay--);}//定义按键延时子程序voidDelay(uint8Delay){uint8i;for(;Delay>0;Delay--){for(i=0;i<200;i++);}}//温度传感器DS18B20的初始化函数uint8Init_DS18B20(void){DQ=1;//DQ复位信号DQ=0;//初始化发送一复位脉冲mDelay(600);//脉冲时间大于480usDQ=1;mDelay(100);return(0xff);}//读一个字节uint8ReadOneChar(void){uint8i=0;uint8dat=0;for(i=8;i>0;i--)基于单片机的电热水壶控制系统的设计第21页共26页{DQ=0;//低电平脉冲信号dat>>=1;//dat右移一位DQ=1;//高低平脉冲信号if(DQ){dat|=0x80;}mDelay(10);//延时}return(dat);//返回dat值}//写一个字节voidWriteOneChar(uint8dat){uint8i=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//低电平脉冲信号DQ=dat&0x01;mDelay(10);//延时DQ=1;//高电平脉冲信号dat>>=1;//dat右移一位}mDelay(4);}//读取温度uint16ReadTemperature(void)基于单片机的电热水壶控制系统的设计第22页共26页{uint8ltemp=0;//定义温度高八位uint8htemp=0;//定义温度低八位floattemp=0;mDelay(255);Init_DS18B20();//温度传感器DS18B20初始化WriteOneChar(0xCC);//跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44);//启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);//跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE);//读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度ltemp=ReadOneChar();//读取温度值低位htemp=ReadOneChar();//读取温度值高位temp=htemp;temp=(htemp<<8)|ltemp;temp=temp*0.0625;temp=temp*10;returntemp;}//温度显示函数voidDisplayTemperture(uint16temp){R1=temp;P0=Code[temp/100%10];BCD4=0;mDelay(100);BCD4=1;P0=Code[temp/10%10];基于单片机的电热水壶控制系统的设计第23页共26页BCD3=0;mDelay(100);BCD3=1;P0=Code[temp%10];BCD2=0;mDelay(100);BCD2=1;P0=C;BCD1=0;mDelay(100);BCD1=1;}//温度设置函数voidSetupTemperature(void){inti;P1=code[0];for(i==0;i<=9;i++){while(1){if(P3^2==1){R2=(i+1);mDelay(100);}if(P3^3==1)基于单片机的电热水壶控制系统的设计第24页共26页{R3=(i+1);mDelay(100);}R4=(R3*10+R2);P1=code[R4%10];BCD3=0;mDelay(100);BCD3=1;P1=code[R4/10];BCD2=0;mDelay(100);BCD2=1;P1=C;BCD1=0;mDelay(100);BCD1=1;break;}}Htemperature=R4;}//主函数voidmain(void){uint16CurrentTemp;基于单片机的电热水壶控制系统的设计第25页共26页P2^7=0;P3^6=0;//BEEP=1;//关闭蜂鸣器SetupTemperature();//设置温度//主循环while(1){CurrentTemp=ReadTemperature();//读取温度DisplayTemperture(CurrentTemp);//显示温度if(CurrentTemp>Htemperature)//当温度高于预设最高温度，报警{BEEP=0;Delay(10);BEEP=1;P2^7=1;P3^6=1;}}}基于单片机的电热水壶控制系统的设计第26页共26页附录B电路原理图VCCD1D2D3D4B7B0B6B5B4B1B3B2P1.7P1.0P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1B0B7B1B2B3B4B5B6P2.2P2.1P2.0D4D3D2D1D2D3D4D0D0P2.6P2.7P2.6P2.7P2.0P2.1.P2.2P2.3P1.0P1.7P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6D1P2.3XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51234567891RP1RESPACK-822.0DQ2VCC3GND1U2DS18B20C130ufC230ufX1CRYSTALR18.2kC310ufR2820kD1LED-RED7623U3OPTOCOUPLER-NANDR34.7kTR1TRSAT2P3SD210BQ015D310BQ015D410BQ015C41n5VI1VO3GND2U47805L1B82412A1103K000D510BQ015C510pR4820kRL1G2RL-1A-CF-DC512U5:A740634U5:B7406A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U674HC245A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U774HC245R5820kR6820k56U5:C740698U5:D74061110U5:E7406LS1SPEAKERSW1SW-SPST1312U5:F7406