制元件来能实现热水 器里的水温显示在数码管。更进步的采用继电器实现自动控制加热装置，是单 片机应用在工业农业国防医药卫生等各行各业中的个典型而普通的例 子，随着科学技术的进步发展，人们生活水平的不断提高，智能电热水器越来 越受人们的青睐，同时节安全节能易操作也是不可缺少的。在本设计中，研 究智能电热水器的水温检测器非常有意义。 设计内容及性能指标 本设计采用单片机温度传感器数码管显示继电器功能按键组 成。温度传感器检测水温并将水温信息转换成电信号传送给单片机，单 片机将得到的数据进行处理显示与控制。上电后数码管显示当前的水温温度， 通过按键可设置水温值，当检测到的水温低于设置的水温值时，继电器吸合接通 外部加热装置，使水温达到设定水温值。当水温值超过设定水温值时，继电器断 开，停止加热。温度检测精确到度。并具有掉电保存功能，数据保存在单片 机内部中，按键还具有连加减功能。 系统方案比较设计与论证 该系统主要由温度测量和温度设置及系统状态显示三部分电路组成，下面介 绍实现此系统功能的方案。 主控制器模块 方案 采用可编程逻辑器件作为控制器。可以实现各种复杂的逻辑功能 规模大密度高体积小稳定性高资源丰富易于进行功能扩展。采用并 行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核 心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。 且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。 方案 采用单片机作为整个系统的核心，用其控制水温测量控制系统，以 实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现水温的自动控制， 而在这点上，单片机就显现出来它的优势控制简单方便快捷。这样 来，单片机就可以充分发挥其资源丰富有较为强大的控制功能及可位寻址操作 功能价格低廉等优点。单片机具有功能强大的位操作指令，口均 可按位寻址，程序空间多达，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是 单片机价格非常低廉。 温度测量 方案 采用数字温度芯片测量实际温度，输出信号全数字化。便于单片机 处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳 定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在摄氏度时，最大线形 偏差小于摄氏度。的最大特点之采用了单总线的数据传输，由数字 温度计和微控制器构成的温度测量装置,它直接输出温度的数 字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采 用单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法 和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多 控制工作，还可以与机通信上传数据，另外在工业控制上也有着广 泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。 方案 采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个 焊接在起的异金属导线所组成如下图，热电偶产生的热电势由两种金属的接 触电势和单导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电 压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有通道的单片机， 在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行转换后，就可以用单片机 进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是 工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小容易遭受来自 导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到转换电路， 感温电路比较麻烦。 图热电偶电路图 从以上两种方案，容易看出方案二的测温装置可测温度范围宽体积小，但是线 性误差较大。方案的测温装置电路简单精确度较高实现方便软件设计也 比较简单，故本次设计采用了方案。 设置温度 方案 采用键盘输入设置温度，键盘则可以用个按键，个复位键，个功能设 定键，个加减个减键。四个键比较常用，而且用到的接口得到了极好的利用， 仅需要个接口。 方案 可采用矩阵键盘，该键盘需要个接口，而我们不需这么多键。 综上所述，我们选择第种方案。 显示模块 方案 用数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了 而得到了广泛应用。 方案 用液晶进行显示。由于其显示清晰，显示内容丰富清晰，显示信 息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。单对于此系统我们不需要显 示丰富的内容，而且液晶价格贵，因此我们放弃了此方案。 综上所述我们选择方案 电源选取 由于本系统采用电池供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。 方案 采用蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压 输出性能。但是蓄电池的体积过于 图数码管显示 数码管显示驱动电路 三极管来驱动位数码管，不仅简单，而且价格便宜。 图驱动电路 温度传感器电路 基本介绍 是美国半导体公司推出的第片支持线总线接口的温 度传感器，它具有微型化低功耗高性能抗干扰能力强易配微处理器等优 点，可直接将温度转化成串行数字信号处理器处理。 进行精确的温度转换，线必须保证在温度转换期间提供足够的能 量，由于每个在温度转换期间工作电流达到，当几个温度传感器挂 在同根线上进行多点测温时，只靠上拉电阻就无法提供足够的能量， 会造成无法转换温度或温度误差极大。 因此，下图电路只适应于单温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池 供电系统中。并且工作电源必须保证在，当电源电压下降时，寄生电源能 够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。 图温度传感器电路引脚图 控制方法 有六条控制命令 温度转换启动进行温度转换 读暂存器读暂存器个字节内容 写暂存器将数据写入暂存器的字节 复制暂存器把暂存器的字节写到中 重新调把中的字节写到暂存器字节 读电源供电方式启动发送电源供电方式的信号给主 供电方式 可以采用两种方式供电，种是采用电源供电方式，此时 的脚接地，脚作为信号线，脚接电源。另种是寄生电源供电方式，如图 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的时钟周期内提供足够 的电流，可用个三极管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， 口接单线总线为保证在有效的时钟周期内提供足够的电流，可用个上 拉电阻和的来完成对总线的上拉。当处于写存储器操作 和温度变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为。 采用寄生电源供电方式是和端均接地。由于单线制只有根线，因此发 送接收口必须是三状态的。主机控制完成温度转换必须经过个步骤 初始化。 操作指令。 存储器操作指令。 继电器加热控制电路 电路如图主要是用来给外部加热源加热的。 图继电器加热电路 系统软件设计 程序结构分析 主程序调用了个子程序，分别是数码管显示程序温度信号处理程序按键 设定报警温度程序。温度信号处理程序对温度芯片送过来的数据进行处理，进行 判断和显示。数码管显示程序向数码管的显示送数，控制系统的显示部分。按键 设定程序可以设定低温和高温报警可精确到度。 系统程序流图 主程序的主要功能是负责温度的实时显示读出并处理的测量的当前 温度值，温度测量每进行次。这样可以在秒之内测量次被测温度，主程 序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理的当前温度值，与设 定的报警温度比较，其程序流程见图所示。 通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分开分存放在 不的的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。 图温度流程图 初始化程序流程图 在工作之前需要进行初始化，流程图如下 图初始化程序流程图 读温度子程序流程图 读温度子程序的主要功能是从中读出温度数据，移入温度暂存器保存。 其程序流程图如下 图温度子程序流程图 发复位命令 发跳过命令 初始化成功 结束 发复位命令 发跳过命令 发读取温度命令 移入温度暂存器 结束 程序编写与调试 编译器软件简介 是美国公司出品的系列兼容单片机语言软件 开发系统，与汇编相比，语言在功能上结构性可读性可维护性上有明显 的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用来开发，体会更加深刻。 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全界面。另外 重要的点，只要看下编译后生成的汇编代码，就能体会到生成的目 标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型 软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍开发系统各部分功能和 使用。 图工具包整体结构图 单片机软件开发系统的整体结构工具包的整体结构，如图所示， 其中与分别是和的集成开发环境， 可以完成编辑编译连接调试仿真等整个开发流程。开发人员可用本 身或其它编辑器编辑或汇编源文件。然后分别由及编译器编译生成目 标文件。目标文件可由创建生成库文件，也可以与库文件起经 连接定位生成绝对目标文件。文件由转换成标准的文件，以 供调试器或使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接 对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如中。 使用软件建立个工程 是目前进行单片机开发最常用的编译软件。关于的使用，有很 多的资料介绍，这里只介绍其整个编译过程，在最短时间内开始使用 开发板。对于更详细的介绍，可以参考些专门书籍资料。在里，每 个完整的程序，都是以个工程的形式建立的。个工程里可以有个或多个 文件和文件，但只可以有个函数。般的做法是将包含 函数的文件加入到工程中，其他文件以头文件的形式加到这个文件 里。这样，在编译的时候，其他的文件会被自动的导入到工程里来。 打开软件后，出现图所示界面。当然，如果在上次关闭时有打 开的工程，再次打开时它会自动加载上次的工程文件。 图软件主界面 首先点击„„为打开个 已经存在的工程，如图所示。 图软件打开新工程界面 点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击保存后，出现如 图所示界面。在此界面上选择电路板上所用的单片机型号 或者是，视开发板上具体型号而定，单击确定