基于单片机的电热水壶控制系统的毕业设计(论文)word格式

前言

Intel公司在MCS-48系列单片微机的基础上，采用HMOS技术，研制出了8位高档的MCS-51系列产品微机。

该微机型在性能上有了很大的改进和提高：片内程序存贮器容量扩大了一倍，外部程序存贮器的寻址空间扩大到64K字节。片内数据存贮器扩大了一倍，外部数据存贮器的空间达到64K字节。并行I/O口线增加到32，且可进行位处理。MCS-51设有两个16位的定时器/计数器，且可程序设定多种工作方式。设有一个全双工串行I/O口，可程序设定4种工作方式，设有4个8位的通用工作寄存器区，可适应多级中断和子程序嵌套的情况，这样可避免寄存器内容进行栈保护操作，提高了中断响应速度，加速了子程序的调用，设有两个内部中断源和两个外部中断源，一个串行口中断源，可程序设定中断优先级，堆栈位置可允许设定，深度可在允许范围内选用。MCS-51指令系统增强了加，减，乘，除，比较，堆栈操作，因而运算功能大大加强。所设置的灵活的跳转指令，不仅能充分满足了实际应用的需要，而且可尽量减少程序存贮空间的占用，MCS-51内部设有可直接进行位寻址的存贮器、位处理指令、位处理累加和运算器等，因而为一种功能极强的位处理机。这为控制方面的应用和逻辑运算提供了很大方便。

从以上可见，MCS-51系列单片微机具有很强的功能，使用范围广，既可构成功能很强的复杂系统，也可组成较简单的应用系统。

目前，单片机在家电，工业生产等领域的应用非常广泛，为了适应不同产品对单片机的不同要求，半导体生产厂家生产出了各种规格的单片机。本文介绍了一种以MCS-51系列单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制的方法。

温度检测电路由热电偶、运算放大器，温度传感器AD590等组成，直接输出电流（1μA/K）经运算放大器LM358进行I/V转化后，可得到电压输出，输出电压为100mV/℃，经A/D转换通道送到微处理器中。

A/D转换一般都设置在前向通道中，它将外界输入的模拟信号转换成计算机数据总线能接受的数字量。工程上常用的隔离方法有光电隔离器、变压器、继电器和集成组件等，而光电隔离器有独特优点得到广泛应用。由于该器件是通过电——光——电这种转换来实现对输出设备进行控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离作用，隔离电压与光电隔离器的结构有关。

经实际运行表明，该方案安全、可靠，完全能够满足实际需要。

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1 热水壶控制系统总体概述

1.1 热水壶的工作情况

对于常规的电热水壶，只要接通电源，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：

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。

针对以上不足，在本设计方案中，用MC-51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，而且增加了三个按键和六位数码管显示。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.有三个按键，可用来设置希望加热到的温度即报警的温度。上电复位后，设置温度初值为20度，每按一下按键，温度设置值就会增加1度，整个温度设置值在20—100度之间循环。

2.这个按键还具有启动电热水壶开始工作的作用。当每次电源接通后，只有按键按下过之后，电热水壶才开始加热，这样，可以防止电源误接通时电热水壶一直加热，引发事故。

3.当加热到设置温度时，单片机会控制停止加热，并通过蜂鸣器给出声音提示。

4.三位数码管在设置温度操作时显示当前设置的温度，另三位数码管其余时间实时显示电热水壶中水的实际温度。

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1.2 MCS-51单片机控制的总体介绍

硬件设计的总电路连接框图如下图：

图1-1 硬件设计的总电路连接框图

单片机控制热水壶的硬件构成包括8051芯片、8255芯片、地址锁存器等组成的单片机控制电路、温度检测电路、A/D转换电路、光电隔离电路、键盘及显示电路和温度加热电路。整个系统的关键电路是单片机控制电路，是整个控制的核心，完成信号的输入和输出的转换，即可将温度检测电路采样的输入的信号通过A/D转换器ADC0809进行处理加工后输出到显示器进行显示，并可以通过键盘对温度进行控制，如此同时当水加热超过指定的温度以后，蜂鸣器工作报警。并对其中部分电路编制子程序，以及相应的软件设计。

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2 电热水壶控制系统的硬件设计

2.1 温度检测电路和A/D转换器的电路

2.1.1 AD590温度传感器的概念

AD590是一种二端式的集成温度传感器。

图2-1-1 AD590引脚图

其主要技术参数有：

1.测温范围为-55~+150℃。

2.工作电压为+4~+30V，由于AD590是一种恒流源形式的温度传感器，只需在其二端加上一定工作电压则其输出电流随温度变化而变化，其线性电流输出为1μA/。K，即温度每变化1℃，其输出电流变化1μA；它以热力学温标零点作为零输出点，因此在25℃时，其输出电流为298.2μA。

3.精度：经过激光平衡调整，AD590的校准精度可达+和-0.5℃，全温区范围线性度可达+和-0.3℃（AD590M）当其在10℃温区范围内校正后测量，精度可达+和-0.1℃，在全温区范围内（-55~+145℃）使用，精度也可高达+、-1℃。

由于AD590是一种电流型的温度传感器，因此具有较强的抗干扰能力，适用于计算机进行远距离温度测量和控制，远距离信号传递时，可采用一般的双绞线来完成，其电阻比较大，因此不需要精密电源对其供电，长导线上的压降一般不影响测量精度；不需要温度补偿和专门的线性电路。

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2.1.2 温度检测电路

图2-1-2 电源转换电路

在介绍温度检测电路之前，首先要说明一下电源转换电路。电压经过四个二极管两两导通整流滤波后，再经过电压转换芯片7805就可以将原来交流220V的电压转换成直流电压为+5V，即可以得到报警电路和温度检测电路所需要的电压值。

温度检测电路由温度传感器AD590等组成，直接输出电流1μA/K，输出电压为100mV/℃，经运算放大器LM358进行I/V转化后，再经A/D 转换通道送到微处理器中，R6、R5、R2用于相互配合调节温度测量的满刻度值。

图2-1-3温度检测电路

当传感器AD590所处温区发生1℃的温度变化时，流过其所在回路的电流即产生1μA的变化，则其输出电压的变化为：ΔV0=1μA/℃*100KΩ=100mV/℃

AD590的输出电流值说明如下：

其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为2.98V(10K×298μA)。量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。AD590的输出电流I=(273+T)μA(T为摄氏温度),因此量测的电压V为(273+T)μA ×10K= (2.73+T/100)V。[8]

在本论文中通过温度集成器AD590对外部-55~+150℃范围内的温度进行采样，在AD590的两端分别接地和接电源，得到一定的压差，因此会得到相应的工作电压，其输出电流会随

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