码管由两个三极管 驱动个指示灯用于指示加热功率。报警电路采用的自鸣式蜂鸣器。 单片机实训许东 图主程序流程图 开始 系统初始化 按键扫描若有 键按下 显示 加热控制 完成次 循环 温度检测 刷新显示温度 开始 赋位选初值 清除位选 送显示断码 选通并延时 改变位选字 消隐 完成位扫描 结束 按键扫描处理子程序 按键扫描子程序负责逐个扫描档位键档位键和开关键是否被按下若有键被按 下则作出相应处理。图为按键扫描子程序程序流程图。 加热控制程序 加热控制程序根据用户设定的加热档位和系统当前的状态来决定是否加热和控制加热的功 率并点亮相应的指示灯。如有超温标志还应打开蜂鸣器报警。图为加热控制程序程序流程 图。 加热控制程序通过控制继电器的通断来决定是否给电热丝通电加热而加热的功率大小则由 双向可控硅的导通角决定。系统程序利用外中断检测市电的过零点检测到过零点后 立即根据设定的加热档位给定时器赋个延时参数并打开定时器允许其中断。当 定时器计满溢出后触发中断中断程序就会给可控硅发个触发信号使其导通。图 分别是过零检测函数程序流程图和可控硅触发信号控制程序程序流程图 图按键扫描子程序流程图 开始 键按下 发按键音消抖 加热档位加 返回值 键按下 发按键音消抖 加热档位减 返回值 开关键按下 发按键音消抖 关机停止输出 等待开关键再次按下 开机恢复工作 返回值 结束 图加热控制程序流程图 开始 有超温标志 断开继电器 关闭可控硅 蜂鸣报警 接通继电器 关闭蜂鸣器 加热档位 不加热指示灯 不亮 外中断控制加 热指示灯亮 外中断控制加 热指示 灯亮 全功率加热 指示灯全亮 结束 图过零检测程序流程图 图可控硅触发信号控制程序流程图 温度检测程序 温度检测程序的基本原理就是将温度频率转换电路测得的频率与事先建立好的温度频率 表进行比较查找出与该频率相应的温度值。事先在实验测试后建立的温度频率表是 温度所对应的频率值它是个频率对应于温度递减的非线性函数我们在语言 中用个维数组来表示下标为温度数组元素为频率值。计算温度的方法采 用高效准确的二分法查表查表的过程如下 先给定查找的温度的最大值和最小值即确定查找的范围我们根据已有的 温度表默认最大值最小值。 假定测得温度为最大值和最小值之中间值即。 将实际测得的频率值与假定温度在表格中对应的频率相比较如 果相等那么假定温度就是当前实际温度即完成查找。 如果说明实际温度应该在和之间因为递减函数特性 所以修改查找范围令同理若说明实际温度应该在 和之间则令 检查查找范围如果判断更接近最大值对应的频率还是 最小值对应的频率实际温度值取频率更接近的那个值即完成查找。 如果那么重复第步骤直到完成查找。 温度检测程序完成温度计算后便刷新系统当前温度寄存器并判断有无超温置位或清除相 应的标志位。图为温度检测程序程序流程图。 开始过零 信号 根据设定档位给定时器 赋延时参数 允许定时器中断 打开定时器 结束 开始中断 输出可控硅导通信号 关闭定时器中断终止定 时器运行 延时保证导通信号有足够 的宽度 结束可控硅导通信号 结束 快热式家用热水器设计 快热式家用热水器的现状 功能要求 当前热水器已成为日常生活中不可缺少的家用电器设计制造更实用更方便更安全 更节能的热水器是产品设计师和生产厂家不断追求的目标。快热式电热水器与普通电热水器 最大的区别在于它取消了储水罐热水随开随用无需预热减少了电能浪费。另外它还 具有体积小使用安全安装方便等优点。 其设计要求如下 用位数码管显示出水温度能显示设定功率档位。 温度检测显示范围精确度。 设置个功率档位指示灯档个灯亮档两个灯亮档个灯全亮。档 无功率输出档位灯不亮。 设置个轻触按钮分别为电源开关键键和键。加热功率分档按 键依次递增至档按键依次递减至。档功率依次为 。 出水温度超过时停止加热并蜂鸣报警温度降到以下时恢复。 内胆温度超过时停止加热防止干烧。 方案论证 按快热式电热水器的功能要求决定采用如图所示的模块组成系统主要包括电源电路 单片机控制器温度检测电路按键输入电路数码管及指示灯电路报警电路和加热 控制电路。 图快热式电热水器系统组成框图 快热式电热水器为了达到快热的效果取消了储水罐使冷水在在进入加热管后立即被 加热这就要求加热管有较大的功率家用电热水器般采用方便可靠的电热丝加热方法。 根据热学及流体力学原理结合实际实验室测试可以得到水温与流量加热功率之间的关 系如表。 表中所列水温值和流量值可以满足大多数家庭用户使用要求。当最大的加热功率为 时按供电计算电流约为所以要求专线供电。 表水温与流量加热功率的关系 温度︒水流量 功率 注进水温度为︒输入电压为。 温度检测 单片机 按键输入 电源 显示 蜂鸣报警 加热控制 对于加热功率的控制最简单的方法是由若干不同功率的电热丝组合得到几种加热功率但 由于快热式热水器的加热功率较普通的大且档位设置较多用电热丝组合的方法需要几组 电热丝和继电器成本增高且工作可靠性降低所以比较理想的是采用可控硅控制功率电 路简单又控制方便。 温度检测的方法较多最经典的方法就是用热敏电阻或热敏传感器组成电桥来采集信号 再经放大转换后送单片机。目前比较先进的方法是采用专门的集成测温传感器如 直接将温度转换成数字信号传送给单片机。为了简化电路又降低成本本文采 用了温度频率转换测温法直接将温度信息转换成频率信号用单片机测出频率大小从 而间接测出温度值温度频率转换电路简单可靠成本低廉。 控制器的选择 系统硬件电路的设计 快热式热水器控制系统电路如图由个部分电路组成单片机系统及外围电路电源电 路按键输入电路数码管及指示灯电路报警电路加热控制电路和温度检测电路。 控制器采用成本低廉且工作可靠的或其兼容系列的单片机采用的晶振。 对电源要求不甚严格电源电路采用普通的市电降压整流然后经集成稳压器稳压 输出电压。按键采用轻触小按钮。显示电路采用两位共阳数码管由两个三极管 驱动个指示灯用于指示加热功率。报警电路采用的自鸣式蜂鸣器。 单片机实训许东