电热水器恒温控制器的设计

辽宁工业大学

微型计算机控制技术课程设计（论文）题目：电热水器恒温控制器的设计

院（系）：电气工程学院

专业班级：自动化10

学号：王国兵

学生姓名： 100302058

指导教师：（签字）

起止时间：2013.12.30-2013.1.10

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号

100302058 学生姓名 王国兵 专业班级 自动化102 课程设计（论

文）题目 电热水器恒温控制器的设计

课

程设计（论文）

任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数

实现功能

采用单片机作为控制器，由温度传感器、信号放大电路和A/D 转换器采集温度，与设定值进行比较，经过PID 算法得到控制器的输出，控制加热装置，并用两位LED 显示温度。被控对象为s e s T K τ-+100，仿真研究时用15.0211+⨯+s s 近似。 设计任务及要求 1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘显示电路； 2、建立被控对象的数学模型； 3、推导控制算法，设计算法的程序流程图或程序清单； 4、仿真研究，验证设计结果； 5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。

技术参数

温度设定范围：35~65℃

误差小于：±5%

进度计划 1、 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）

2、 被控对象建模（1天）

3、 算法推导，程序设计（3天）

4、 仿真研究（2天）

5、撰写、打印设计说明书（2天）

6、答辩（1天）

指导教师评语及成绩

平时： 论文质量： 答辩：

总成绩： 指导教师签字：

年 月 日

摘要

在科技飞黄腾达的今天，各种产品日益更新换代。然而，且随着人们生活水平的提高，电加热恒温控制器也普遍用于各家各户，且人们对电热水器的要求越来越高，越趋向于智能化和数字化。

本系统是设计了一个电热水器恒温控制器，主要由温度采集电路、单片机控制系统、温度控制电路、人机对话通道4 个主要的功能模块组成。温度采集电路由温度传感器，信号放大，A/D转换组成；温度控制电路主要是控制信号的输出通道, 主要由功率放大电路、光电耦合电路、双向晶闸管、电加热装置组成；而单片机根据键盘输入的预设目标温度和采集的实时温度进行PID 调节，由PID 输出调节P W M 脉冲的占空比，P W M 脉冲作为单片机输出控制固态继电器的开通或关断，以调节电阻丝的加热程度，从而实现温度控制。并用两位LED显示温度。

关键词：温度采集电路；温度控制电路；A/D转换；PID调节

目录

第1章绪论 (1)

第2章课程设计的方案 (2)

2.1概述 (2)

2.2系统组成总体结构 (2)

第3章硬件设计 (3)

3.1硬件的介绍 (3)

3.1.1 单片机的介绍 (3)

3.1.2 ADC0804模数转化器的介绍 (4)

3.1.3 AD590温度传感器的介绍 (4)

3.2温度采集电路的设计 (5)

3.3温度控制电路的设计 (5)

3.4键盘输入电路 (5)

3.5显示电路 (6)

3.6系统原理图 (7)

第4章软件设计 (8)

4.1流程图的设计 (8)

4．2系统控制算法 (8)

第5章系统测试与分析/实验数据及分析 (10)

第6章课程设计总结 (11)

参考文献 (12)

第1章绪论

近年来，市场上陆续出现了一些热水器控制器，但大多数控制器存在着诸如性能不稳定，容易产生误操作；温度、水位检测、控制误差大；显示器有时出现乱码；与电辅助加热装置不能很好配合等弊端。从而必然会催生性能比较稳定、功能强大、智能型的热水器控制器。

随着中国电力基础设施不断建立和完善，储水式热水器的普及，电热水器市场中又一细分产品—即快热式电热水器因其更快、更方便、和小巧、时尚的外形越来越受到人们的亲睐。其作为业内的新生力量在迅速崛起并不断壮大。其03、04年年增长速度已超过50%，虽然市场销售的总量仍然少于燃气式和储水式，但它的市场份额预测06年可超过15%。毋庸质疑，即快热式电热水器是今后热水器的发展方向。随着气价的上涨，相信今后电热水器市场仍将会呈现强劲的增长势头。

在现代社会中，热水器控制电路的原理不仅应用于生活方面，其运用也涉及到了生产各个方面。随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到热水器控制电路的影子，其将更好的服务于社会。随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。应用微型计算机控制技术，采用PID 调节算法，使电热水器恒温控制器更好地调节温度，固满足人们的使用需求。

本文设计分为两个部分，硬件部分和软件部分。硬件部分介绍：智能家用电热水器电路的设计，单片机AT89C51、A/D转换器ADC0804的功能及温度传感器AD590的介绍。系统硬件主要以高性价比的AT89C51单片机为核心，由温度采集电路、温度控制电路、键盘显示电路、及温度显示电路构成。软件设计主要设计了系统的主流程图和系统的控制算法。

第2章 课程设计的方案

2.1概述

本次设计主要是综合应用所学知识，设计电热水器恒温控制器的设计，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“微型计算机控制技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型微型计算机控制技术系统设计的基本方法。

应用场合：可应用于供浴室洗手间及厨房使用的家用电器。

实现功能：采用单片机作为控制器，由温度传感器、信号放大电路和A/D 转换器采集温度，与设定值进行比较，经过PID 算法得到控制器的输出，控制加热装置，并用两位LED 显示温度。

2.2系统组成总体结构

本系统是设计了一个电热水器恒温控制器，主要由温度采集电路、单片机控制系统、温度控制电路、人机对话通道4 个主要的功能模块组成。温度采集电路由温度传感器，信号放大，A/D 转换组成；温度控制电路主要是控制信号的输出通道, 主要由功率放大电路、光电耦合电路、双向晶闸管、电加热装置组成；而单片机根据键盘输入的预设目标温度和采集的实时温度进行PID 调节，由PID 输出调节P W M 脉冲的占空比，P W M 脉冲作为单片机输出控制固态继电器的开通或关断，以调节电阻丝的加热程度，从而实现温度控制。并用两位LED 显示温度。系统的总体组成结构如图2.1 所示。 图2.1系统总体结构框图 单 片 机

温度传感

温度传感器 信号放大

A/D 转换

键盘输入

温度显示 功率放大 光电耦合电路 双向晶闸管 电加热装置