基于單片機(jī)的燃?xì)鉄崴骺刂破髟O(shè)計

1、摘 要隨著社會的不斷進(jìn)步發(fā)展，人們對燃?xì)鉄崴鞯囊笤絹碓礁?。而現(xiàn)今大多數(shù)熱水器還是處于手動調(diào)溫階段，熱水溫度不能實時顯示，水量和氣量不能實時顯示和控制，洗浴過程中調(diào)溫困難等等情況。根據(jù)以上情況，設(shè)計了合理的燃?xì)鉄崴骱銣乜刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)：采用 8 位單片機(jī)89s51 和 ds18b20 溫度傳感器構(gòu)成溫度采集系統(tǒng)的方案，較之采用 16 位的單片機(jī)和熱敏電阻加 a/d 轉(zhuǎn)換器的溫度采集系統(tǒng)具有較高的性價比；單片機(jī)根據(jù)溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過程序處理，發(fā)送數(shù)據(jù)指令給 0832，通過 dac0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出不同的電流來控制燃?xì)獗壤y的開度，達(dá)到控制火力的大小，實現(xiàn)溫度的自動控制；為了提高溫度

2、控制精度，采用數(shù)字 pid 程序控制，可實現(xiàn)溫度的連續(xù)可調(diào)，用液晶顯示器lcd1602 顯示出水溫度；為加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性能，設(shè)計中還加入了看門狗和聲光報警電路；最后，制作出了工程樣板并進(jìn)行硬件模擬調(diào)試。實際調(diào)試結(jié)果顯示硬件設(shè)計基本達(dá)到了要求的技術(shù)指標(biāo)，對比分析可知此設(shè)備具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度轉(zhuǎn)換； ds18b20 ；dac0832abstractwith the continuous progress and development, people are increasingly demanding gas water heater. and now most of the

3、 water heater thermostat stage or in the manual, hot water temperature can not be real-time display, water and gas can not be real-time display and control the process bath thermostat, etc. difficult situation. according to the above, the design of a reasonable gas water heater temperature control s

4、ystem architecture: 8-bit microcontroller 89s51 and temperature sensor ds18b20 programs constitute the temperature acquisition system, compared with 16-bit microcontroller and the thermistor plus a / d converter temperature acquisition system has a high price; microcontroller according to the temper

5、ature sensor to the data, after procedures to send commands to the 0832 data, through the dac0832 digital-analog converter output current to control the different gas proportional valve opening, to control the size of firepower to achieve automatic temperature control; to improve the accuracy of tem

6、perature control, digital pid process control, enabling the temperature of the continuously adjustable, lcd1602 display with water temperature; to enhance the safety performance of the system, the design watchdog also added sound and light alarm circuit; finally, the project produced a simulation mo

7、del and hardware debugging.the results showed that the actual hardware design debug basically reached the requirements of the technical indicators, comparative analysis shows that this device has a good prospect. keywords: microcontroller; temperature conversion; ds18b20; dac0832目 錄1 緒論.11.1 選題的意義.1

8、1.1.1 燃?xì)鉄崴骱喗?11.1.2 燃?xì)鉄崴鞯陌l(fā)展趨勢.21.1.3 現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鳒囟日{(diào)節(jié)方案及不足.32 燃?xì)鉄崴鞣桨冈O(shè)計.42.1 設(shè)計要求及系統(tǒng)設(shè)計要點.42.1.1 設(shè)計要求.42.1.2 系統(tǒng)設(shè)計要點.52.2 方案設(shè)計.62.3 系統(tǒng)性能指標(biāo).83 熱水器控制器系統(tǒng)分析.93.1 燃?xì)鉄崴鞯南到y(tǒng)組成與工作原理.93.2 燃?xì)鉄崴鞯臄?shù)字 pid 溫度控制.103.2.1 pid 算法控制的實現(xiàn).103.2.2 pid 控制器的參數(shù)整定.134 燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)的硬件設(shè)計.144.1 元器件的選擇.144.1.1 單片機(jī)的選擇.144.1.2 顯示器件的選擇.154.1.

9、3 數(shù)字溫度傳感器的選擇.184.1.4 d/a 數(shù)模轉(zhuǎn)換的選擇.204.1.5 比例閥的選擇.224.1.6 風(fēng)機(jī)的選擇.244.1.7 水汽聯(lián)動裝置的選擇.244.1.8 變壓器的選擇.264.2 硬件電路的設(shè)計.264.2.1 主控制電路的設(shè)計.264.2.2 鍵盤輸入電路的設(shè)計.274.2.3 聲光報警電路的設(shè)計.284.2.4 溫度檢測電路的設(shè)計.284.2.5 液晶顯示電路的設(shè)計.284.2.6 電流控制電路的設(shè)計.294.2.7 系統(tǒng)的安全性研究.295 系統(tǒng)軟件設(shè)計.325.1 主程序流程圖.325.2 測溫程序流程圖.345.3 數(shù)字 pid 控制器的實現(xiàn).356 系統(tǒng)的設(shè)計

10、.356.1 軟件的調(diào)試 .356.2 硬件的調(diào)試 .366.2.1 檢測元器件.366.2.2 檢測各個引腳信號.367 總結(jié)和體會.37謝 辭.38參考文獻(xiàn)：.39附錄一.40附錄二.41附錄三.42附錄四.43附錄五（程序）：.441 緒論緒論1.1 選題的意義選題的意義1.1.1 燃?xì)鉄崴骱喗樗^燃?xì)鉄崴骶褪侵敢詺怏w燃料燃燒為熱源的熱水器的統(tǒng)稱，是一種小型的熱力設(shè)備。它的工作原理大體是這樣：燃?xì)庠谌紵覂?nèi)完全燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?。高溫?zé)煔饬鹘?jīng)換熱器，把換熱器中的冷水加熱為所需的衛(wèi)生熱水。燃?xì)鉄崴饔羞@些分類方式，按使用氣種可以分為使用天然氣、人工煤氣和液化石油氣 3 種。按結(jié)構(gòu)可分為

11、容積式和直流式。按給排氣方式可分為：直排式、煙道式、平衡式、強(qiáng)排式、強(qiáng)制給排氣式等。相對于其它類型熱水器而言，燃?xì)鉄崴骶哂羞@樣一些優(yōu)勢：不需預(yù)熱；節(jié)能；不結(jié)垢、壽命長；使用成本低；款式超薄纖細(xì)，外觀時尚。第一臺燃?xì)鉄崴髡Q生已經(jīng)超過了 100 年。而燃?xì)鉄崴骷夹g(shù)的發(fā)展主要是二戰(zhàn)之后 50 多年的時間內(nèi)完成的。我國的燃?xì)鉄崴魃a(chǎn)也有近 30 年的歷史。燃?xì)鉄崴鞯陌l(fā)展迄今為止經(jīng)歷了三個階段：（1）以實現(xiàn)簡單功能為目的的第一階段：作為第一階段代表的燃?xì)鉄崴魇菬崴髁繛?5l/min 的小型熱水器。采用壓電陶瓷點火方式，小火先著，水氣聯(lián)動控制閥、控制點火，互相獨(dú)立的氣、水調(diào)節(jié)閥門，熱電偶式的

12、熄火保護(hù)裝置。這種類型的熱水器具有初步的安全性保證，滿足基本功能，操作也不復(fù)雜，但很快顯現(xiàn)出的問題在于：點火裝置的可靠性與壽命；熄火保護(hù)裝置的壽命；操作的相對煩瑣。特別是熱電偶式熄火保護(hù)裝置在點火初期的時間延遲操作，令使用者倍感不便。因此，這一階段的后期，熱水器在此基礎(chǔ)上做了一些更新：點火裝置由壓電陶瓷變?yōu)殡娒}沖式，引入了內(nèi)置電源，同時取消了熄火保護(hù)裝置，水氣聯(lián)動閥是熱水器上唯一的安全裝置。（2）以完善使用特性為目的的第二階段：自吸閥的引入是對完善使用特性的重要貢獻(xiàn)，而以水驅(qū)式自動點火作為主要特征，這一進(jìn)步使燃?xì)鉄崴鞯募夹g(shù)品質(zhì)有了一個質(zhì)的飛躍。雖然這種類型的熱水器仍然由電脈沖點火裝置、水氣聯(lián)

13、動閥、自吸閥、獨(dú)立的水氣調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，但其使用性能有了很大的提高，表現(xiàn)為：操作極為方便，使用更為安全。一開水點火便自動進(jìn)行，在一般情況下，熱水器安裝在浴室外成為可能，這使燃?xì)鉄崴魇褂玫陌踩[患大大減低。自吸閥靈敏的熄火保護(hù)特性，使熱水器非燃燒狀態(tài)的燃?xì)庑孤┈F(xiàn)象幾乎不會出現(xiàn)。有別于自吸閥的一些安全裝置也有出現(xiàn)，目前采用自吸閥的燃?xì)鉄崴饕廊皇鞘袌龅闹髁?。此外，熱水器的大流量化進(jìn)一步興起，出水量超過 8l/min 的品種增加，市場進(jìn)一步擴(kuò)大。（3）以追求高品質(zhì)為目的的第三階段，目前正處在第三階段的興盛期，亦是競爭最激烈的時期。從事熱水器研究與生產(chǎn)的業(yè)內(nèi)人士，同時在追求燃?xì)鉄崴鞯母咂焚|(zhì)。這主要

14、表現(xiàn)在先進(jìn)控制技術(shù)的引入，目的是解決燃?xì)鉄崴魇褂弥腥匀淮嬖诘闹饕埽撼鏊疁囟日{(diào)節(jié)給使用者帶來的問題，水溫度的調(diào)產(chǎn)品，線控?zé)崴?、恒溫?zé)崴?、智能型熱水器亦有出現(xiàn)。同時，在安全節(jié)范圍不能滿足其使用要求，盡管這種感覺是錯誤的，只是由于調(diào)節(jié)過程的復(fù)雜性以及使用者對于調(diào)節(jié)過程的理解障礙所導(dǎo)致，但為解決這一問題，似乎能用熱水器本身提供的裝置自動解決更為合適。這便是追求熱水器更高品質(zhì)的原因。作為特征性保障方面，缺氧保護(hù)裝置、防止不完全燃燒裝置的使用更是使燃?xì)鉄崴鞯木C合性能有了極大的提高。1.1.2 燃?xì)鉄崴鞯陌l(fā)展趨勢隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展以及人們生活水平的提高，燃?xì)鉄崴饕苍诓粩喔?、發(fā)展，以滿足人

15、們對較高生活品質(zhì)的追求。而今燃?xì)鉄崴髡韵逻@些方向發(fā)展：（1）安全性能不斷完善燃?xì)鉄崴鲗θ梭w的安全威脅主要是燃燒所產(chǎn)生的煙氣。隨著排氣方式不斷地改革，熱水器的安全使用已基本得到解決。而安全問題在燃?xì)鉄崴鏖_發(fā)過程中始終是處于重要的位置。（2）舒適性的提高燃?xì)鉄崴魇褂玫氖孢m性便是人們關(guān)心的重要問題。作為淋浴用熱水器要實現(xiàn)舒適沐浴有兩個基本要求：一是水溫，二是水量。為提高使用舒適性，國內(nèi)正在研究的課題有：a）擴(kuò)大熱水器的負(fù)荷調(diào)節(jié)比，要求不小于 20100（即冬夏型功能） ，國外熱水器負(fù)荷調(diào)節(jié)均在 30100；b）發(fā)展良好恒溫性能的智能化熱水器，滿足使用過程中水溫波動在設(shè)定值1范圍內(nèi)；c）

16、實現(xiàn)低的水流阻力，大的水量并維持使用過程中水量相對穩(wěn)定且不低于 7l/min； d）熱水器低的運(yùn)行噪音，希望維持在 5060 分貝；e）快速加熱功能，減少開始使用或關(guān)機(jī)后重新啟動時的冷水量；f）快速水溫恒定功能，以避免淋浴水時冷時熱現(xiàn)象。（3）更加環(huán)保我國燃?xì)鉄崴鳂?biāo)準(zhǔn)中現(xiàn)在除規(guī)定了對排煙 co 含量的限制外，即限制燃燒不完全程度，還對排煙 nox 含量作了要求。（4）向更為節(jié)能的方向發(fā)展發(fā)達(dá)國家對燃?xì)鉄崴魈岢龅臀廴经h(huán)保要求的同時也提出進(jìn)一步節(jié)能的要求，即鼓勵支持高效低污染燃?xì)鉄崴鞯难兄?。?jié)能的深遠(yuǎn)意義不僅是節(jié)約開支而是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。（5）功能的多元化從單一淋浴發(fā)展為多功能的熱

17、水器：a）供暖/淋浴兩用；b）制冷（空調(diào)）/淋浴兩用；c）其它多功能多用途的熱水器。燃?xì)鉄崴麟m然容量小，但分布量大面廣，其發(fā)展和社會的千家萬戶有著密切的關(guān)系。目前燃?xì)鉄崴髡谙蛑笕萘?、高效?jié)能和減少環(huán)境污染的方向發(fā)展，其發(fā)展目標(biāo)主要包括燃燒系統(tǒng)高效率低污染的自動控制燃燒和熱交換部件傳熱效率的提高、公眾安全性以及滿足現(xiàn)代生活的舒適感。1.1.3 現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鳒囟日{(diào)節(jié)方案及不足目前市場上燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品的溫度控制基本上采取兩種方案：（1）機(jī)械旋鈕式：熱水器的溫度調(diào)節(jié)是通過機(jī)械式旋鈕實現(xiàn)的，有火力調(diào)節(jié)旋鈕和水量調(diào)節(jié)旋鈕共同控制?；鹆φ{(diào)節(jié)旋鈕按標(biāo)識調(diào)小時，熱水溫度降低；調(diào)大時，熱水溫度升高。水量

18、調(diào)節(jié)旋鈕按標(biāo)識調(diào)小時，水流量減少，熱水溫度升高；調(diào)大時，水流量增大，熱水溫度降低。用戶可以調(diào)節(jié)合適的熱水溫度（推薦沐浴溫度范圍為 3842）洗浴。（2）數(shù)字式這種方式下，水溫的調(diào)節(jié)是通過數(shù)字控制實現(xiàn)的，當(dāng)需要出水溫度升高時，則微電腦控制比例閥開大，燃?xì)鈮毫ι撸疁厣?；反之，則比例閥開小，水溫降低。在實際生活中，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的中、低檔產(chǎn)品都采用機(jī)械旋鈕式方案，而這些產(chǎn)品恰恰式市場的主流。但是，此類熱水器還存在許多不盡如人意的地方，因為該類燃?xì)鉄崴魇褂玫氖敲簹夂脱鯕膺M(jìn)行燃燒產(chǎn)生熱量，需要安裝在室外通風(fēng)良好的地方，否則氧氣不足會造成煤氣不完全燃燒而產(chǎn)生一氧化碳對人的生命構(gòu)成威脅，而對熱水器

19、的控制調(diào)節(jié)都在機(jī)體上 ，以致洗浴時需要預(yù)先調(diào)節(jié)好水溫，有時候遇到水壓不正常就造成水溫浮動不定，使洗浴者又要出來調(diào)節(jié)水溫，這樣不僅浪費(fèi)水和燃?xì)?，而且給洗浴者帶來極大不便?；谝陨峡紤]，本方案擬設(shè)計一個基于單片機(jī)控制的燃?xì)鉄崴魉疁刈詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)，即通過室內(nèi)的控制器，輸入預(yù)定溫度，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動快速地調(diào)節(jié)到預(yù)定溫度，以解決上述問題。2 燃?xì)鉄崴鞣桨冈O(shè)計燃?xì)鉄崴鞣桨冈O(shè)計2.1 設(shè)計要求及系統(tǒng)設(shè)計要點設(shè)計要求及系統(tǒng)設(shè)計要點2.1.1 設(shè)計要求進(jìn)行市場調(diào)查，了解燃?xì)鉄崴鞯淖钚掳l(fā)展和用戶使用需求。 收集、消化有關(guān)燃?xì)鉄崴骷捌淇刂破鞯馁Y料。 設(shè)計出燃?xì)鉄崴鞯膯纹瑱C(jī)控制器，要求功能齊備，使用方便，經(jīng)濟(jì)

20、實用，安全可靠。1. 控制器應(yīng)具有以下功能：水溫的自動控制和顯示；完善的安全保護(hù)措施。2.水溫：2090可調(diào)。3.電源：ac 220v 或電池本課題是制作一款基于單片機(jī)控制的燃?xì)鉄崴骺刂破飨到y(tǒng)，使燃?xì)鉄崴靼慈藗兊男枨竽芸焖?、穩(wěn)定的達(dá)到人們所需求的溫度，以體現(xiàn)燃?xì)鉄崴鞅纫话銦崴魉哂械膬?yōu)勢。要求溫度傳感器及轉(zhuǎn)換電路，水溫設(shè)定與自動調(diào)節(jié)電路，單片機(jī)輸入輸出接口電路以及顯示模塊的設(shè)計。其中的難點是實現(xiàn) pid 控制溫度。2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計要點燃?xì)鉄崴骺刂破鞯脑O(shè)計主要考慮的要點是安全性、舒適性、操作方便性以及成本等因素。這些要點尤其是對控制器的應(yīng)用軟件設(shè)計提出了較強(qiáng)約束和嚴(yán)格要求。（1）安

21、全性：安全性是整個系統(tǒng)設(shè)計首先需要考慮的問題，雖然燃?xì)鉄崴靼l(fā)展到今天可以認(rèn)為基本解決了安全性的問題，但是諸如燃?xì)庑孤?、煙氣泄漏、水溫偏高?dǎo)致燙傷等安全事故還是偶有發(fā)生，所以保證系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠是控制器設(shè)計的基本要求。 安全性設(shè)計首先要解決的問題就是避免燃?xì)庑孤┖蜔煔庑孤ＷC做到燃?xì)鉄崴鞴ぷ饔谌紵隣顟B(tài)時煙道暢通；要嚴(yán)格控制燃?xì)忾y的開閉；要做到控制器意外死機(jī)后燃?xì)忾y能及時關(guān)閉等。其次要解決的安全性設(shè)計問題是避免生活水和采暖水水溫偏高，要保證水溫過高時控制器中斷加熱或停機(jī)報警。（2）舒適性：舒適性即洗浴的舒適性，也就是要求對生活水出水溫度進(jìn)行良好的控制。溫度控制是控制器設(shè)計的最重要的任務(wù)，控

22、制器設(shè)計是否成功關(guān)鍵就是看它對出水溫度的控制效果。參照普通燃?xì)鉄崴鞯臉?biāo)準(zhǔn)，燃?xì)鉄崴魃钏疁囟瓤刂频闹笜?biāo)如下：a） 控溫精度：熱水器的實際出水溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)后與設(shè)定出水溫度相比較，其穩(wěn)態(tài)誤差不大于1。b） 初始加熱時間和超調(diào)量：按 gb6932-94 之規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，將燃?xì)鉄崴鞯倪M(jìn)水量調(diào)至額定水流量，設(shè)定出水溫度為進(jìn)水溫度加上 20 ，燃?xì)鉄崴鲝睦錂C(jī)開始起動加熱并將水加熱至設(shè)定溫度的時間不大于 20 秒，且燃?xì)鉄崴鞯某鏊疁囟鹊某{(diào)不大于 3。c） 進(jìn)水量變化時的超調(diào)：按 gb6932-94 之規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，將燃?xì)鉄崴鞯倪M(jìn)水量調(diào)至額定水流量，在燃?xì)鉄崴鞯某鏊疁囟冗_(dá)到

23、穩(wěn)定后，將燃?xì)鉄崴鞯倪M(jìn)水量瞬時變化20%時，燃?xì)鉄崴鞒鏊疁囟鹊某{(diào)不大于3 ；將燃?xì)鉄崴鞯倪M(jìn)水量瞬時下調(diào) 50%時，燃?xì)鉄崴鞒鏊疁囟鹊某{(diào)不大于 8。從指標(biāo)可以看出，對生活水溫控制的“穩(wěn)、快、準(zhǔn)”要求較高。另外為了保證舒適性，在進(jìn)水量不同的情況下也要求對生活水溫度進(jìn)行良好的控制，也就是要求控制器的魯棒性要強(qiáng)。（3）操作方便性：控制器對使用者是不可見的，他只有通過控制器的人機(jī)接口將指令傳達(dá)給系統(tǒng)。操作的方便性就是力求設(shè)計簡便的流程來實現(xiàn)使用者設(shè)置工作方式、設(shè)置洗浴、采暖溫度等操作，以達(dá)到雙功能燃?xì)鉄崴魇褂梅奖憧旖莸哪康?。?）成本：燃?xì)鉄崴髯罱K是要形成產(chǎn)品，進(jìn)入千家萬戶使用。而成本是

24、一個產(chǎn)品必須考慮的，盡可能在滿足各方面要求的前提下降低成本是廠家追求的。作為整個產(chǎn)品的一部分，控制器也必須盡量壓低成本，盡量做到用較小。（5）功能要求：控制器的設(shè)計要體現(xiàn)出產(chǎn)品的智能化，除了要實現(xiàn)生活水出水溫度控制以外，它還要具有如下功能：提供人機(jī)交互用戶可以設(shè)置出水溫度；故障報警等等。2.2 方案設(shè)計方案設(shè)計方案設(shè)計的總體思路如下：首先通過鍵盤設(shè)定一個溫度值，然后通過溫度傳感器采集溫度，與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，如果溫度小于設(shè)定值，燃?xì)鉄崴鞅壤y開度加大，燃燒室煤氣濃度增加，燃燒室火力變大，水溫升高，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值時，則停止調(diào)節(jié)比例閥，保持當(dāng)前設(shè)定值，設(shè)定的溫度和水溫通過 lcd1602 顯

25、示出來。當(dāng)水溫高于某臨界溫度（如 70）時，報警器發(fā)出報警，同時燃?xì)鉄崴魍Ｖ构ぷ鳌Ｋ钥梢缘贸鲭娐芬詥纹瑱C(jī)為核心，包括溫度設(shè)定按鍵模塊，lcd 顯示模塊，報警和輸出電路等模塊組成。燃?xì)鉄崴鳒囟瓤刂葡到y(tǒng)硬件部分按核心處理器、外圍電路和外部設(shè)備三部分來進(jìn)行設(shè)計。核心處理器選用 atmel 公司生產(chǎn)的 89s51 系列單片機(jī)，該單片機(jī)功能強(qiáng)大，資源豐富，運(yùn)算速度快，滿足我們溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計需要。外圍電路設(shè)計必要的電源電路，復(fù)位電路等。外部設(shè)備分為幾個部分加以設(shè)計：鍵盤輸入電路、lcd 顯示電路，燃?xì)獗壤y控制電路，溫度采樣電路、外部看門狗電路及蜂鳴器報警電路。系統(tǒng)設(shè)計了一路模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量輸入（

26、熱水器出水口溫度） ；三開關(guān)量輸入（溫度加一信號、溫度減一信號、確定輸入信號） ；lcd 顯示部分分兩行顯示，第一行顯示設(shè)定的熱水溫度，第二行顯示實際出水溫度，顯示范圍為 099 度?？刂破饔布Y(jié)構(gòu)電路原理如圖 3.4 所示。圖 3.4 硬件結(jié)構(gòu)原理圖 溫度設(shè)定電路。通過一個按鍵產(chǎn)生脈沖輸入單片機(jī)來調(diào)節(jié)水溫的設(shè)定值。 溫度測定電路，采用溫度傳感器來測量溫度。 單片機(jī)，是整個電路的控制核心，實現(xiàn) pid 模糊控制。 lcd 液晶顯示電路，單片機(jī)通過液晶顯示溫度的設(shè)定值和實際測溫值。 比例閥控制電路，通過控制 dac0832 輸出大小不同的電流，控制比例閥的開度。 報警電路，當(dāng)實際溫度高于設(shè)定溫度

27、時，報警電路報警。 保護(hù)電路，當(dāng)出現(xiàn)干燒，溫度高于設(shè)定值等情況，自動切斷電源，停止工作。 看門狗電路，用于單片機(jī)斷電保持和復(fù)位等。2.3 系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)性能指標(biāo)1測溫范圍：099 因為被控參數(shù)是水，其工作狀態(tài)始終是液態(tài)，所以其工作溫度就是在 099之間，單片機(jī)溫度測定電路溫度設(shè)定電路燃?xì)獗壤y控制電路lcd 液晶顯示電路看門狗電路保護(hù)電路安全報警電路lcd 液晶顯示，其顯示數(shù)值范圍是 099，代表溫度范圍是 099。同時，根據(jù)多年總結(jié)的控制經(jīng)驗，當(dāng)燃?xì)鉄崴魈幱谧罴压ぷ鳡顟B(tài)時，最適合溫度應(yīng)該穩(wěn)定工作在40左右。 2設(shè)定溫度 用戶可以自行設(shè)定任何一個測量點的溫度數(shù)值，數(shù)字小鍵盤輸入、lcd 顯

28、示，其顯示數(shù)值范圍是 099，代表溫度范圍是 099。 3掉電數(shù)據(jù)保護(hù)和系統(tǒng)故障復(fù)位 利用看門狗（watchdog）電路，具有掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能和系統(tǒng)故障復(fù)位功能。當(dāng)系統(tǒng)突然失電時，可以利用看門狗中的 eeprom 數(shù)據(jù)儲存器，將控制系統(tǒng)中的正在運(yùn)算的數(shù)值和結(jié)果保存起來，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)供電后，單片機(jī)再從看門狗中讀出這些數(shù)據(jù)，從而保證了系統(tǒng)中臨時數(shù)據(jù)的安全。同時，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障死機(jī)或者程序跑飛進(jìn)入某個死循環(huán)后，可以利用看門狗電路向單片機(jī)發(fā)出復(fù)位信號，使系統(tǒng)重新開始運(yùn)行。 4報警功能 當(dāng)溫度測量數(shù)值偏離設(shè)定數(shù)值時，系統(tǒng)會自動報警，以提醒用戶及時查明故障原因和解決問題。同時當(dāng)溫度調(diào)節(jié)到位也由蜂鳴器發(fā)聲，告

29、知用戶溫度調(diào)節(jié)完畢，實現(xiàn)智能化。3 熱水器控制器系統(tǒng)分析熱水器控制器系統(tǒng)分析3.1 燃?xì)鉄崴鞯南到y(tǒng)組成與工作原理燃?xì)鉄崴鞯南到y(tǒng)組成與工作原理燃?xì)鉄崴鹘Y(jié)構(gòu)上包括控制，供水與加熱，燃?xì)夤?yīng)與燃燒，供風(fēng)與排氣等多個組成單元，圖 2.1 表示出了具體研究的燃?xì)鉄崴鞯慕Y(jié)構(gòu)。 圖 2.1 燃?xì)鉄崴骰窘Y(jié)構(gòu)生活水回路，進(jìn)水一端接冷水，出水一端接洗浴裝置。冷水進(jìn)水端打開以后，水的壓力控制安全閥打開，燃?xì)膺M(jìn)入噴嘴，同時電子打火裝置也開始工作，燃?xì)忾_始在燃燒室內(nèi)燃燒，冷水經(jīng)過熱交換器變成熱水供人們使用。通過控制比例閥的大小可以控制火力的大小從而控制水溫，由溫度傳感器反饋信息，通過單片機(jī)運(yùn)用 pid 編程

30、處理控制，達(dá)到水溫恒溫自動控制。3.2 燃?xì)鉄崴鞯臄?shù)字燃?xì)鉄崴鞯臄?shù)字 pid 溫度控制溫度控制pid 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 4.5.1 所示。系統(tǒng)由 pid 控制器和被控對象組成。圖 4.5.1 pid 控制系統(tǒng)原理框圖pid 控制器是一種線性控制器,一種它根據(jù)給定值 rin(t)與實際輸出值 yout(t)構(gòu)成控制偏差： e(t)=rin(t)-yout(t) (4-1) pid 控制就是對偏差信號進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算后，形成一種控制規(guī)律。即，控制器的輸出為： (4-2) tdpdttdetdttettektu01)()(1)()(式中，比例系數(shù)；ti積分時間常數(shù)；微分時間常數(shù)。pk

31、dt3.2.1 pid 算法控制的實現(xiàn)由 51 單片機(jī)組成的數(shù)字控制系統(tǒng)控制中，pid 控制器是通過 pid 控制算法實現(xiàn)的。51 單片機(jī)通過 ad 對信號進(jìn)行采集，變成數(shù)字信號，再在單片機(jī)中通過算法實現(xiàn) pid 運(yùn)算，再通過 da 把控制量反饋回控制源。從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的伺服控制。本文采用位置式 pid 控制算法具體如下pid 位置算法受控對象r re+一uy位置式 pid 控制算法的簡化示意圖 上圖的傳遞函數(shù)為： （2-1） 在時域的傳遞函數(shù)表達(dá)式 （2-2） 對上式中的微分和積分進(jìn)行近似 （2-3） 式中 n 是離散點的個數(shù)。 于是傳遞函數(shù)可以簡化為： （2-4）其中u(n)第 k 個采樣

32、時刻的控制； kp 比例放大系數(shù)； ki 積分放大系數(shù)；kd 微分放大系數(shù)；t 采樣周期。如果采樣周期足夠小，則（2-4）的近似計算可以獲得足夠精確的結(jié)果，離散控制過程與連續(xù)過程十分接近。（2-4）表示的控制算法直接按（2-1）所給出的 pid 控制規(guī)律定義進(jìn)行計算的，所以它給出了全部控制量的大小，因此被稱為全量式或位置式 pid 控制算法。缺點：缺點：1）由于全量輸出，所以每次輸出均與過去狀態(tài)有關(guān)，計算時 e(k)(k=0,1,n)進(jìn)行累加，工作量大。2)因為計算機(jī)輸出的 u(n)對應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實際位置，如果計算機(jī)出現(xiàn)故障，輸出 u(n)將大幅度變化，會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大幅度變化，有可能因

33、此造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，這在實際生產(chǎn)中是不允許的。3.2.2 pid 控制器的參數(shù)整定pid 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 pid 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 pid 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。pid 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法

34、。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 pid 控制器參數(shù)的整定步驟如下： (1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計算得到 pid 控制器的參數(shù)。在實際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。對于溫度系統(tǒng)： p（%）20-60，i（分）3-10，d（分）0.5-3對于流

35、量系統(tǒng)： p（%）40-100，i（分）0.1-1對于壓力系統(tǒng)： p（%）30-70，i（分）0.4-3對于液位系統(tǒng)： p（%）20-80，i（分）15pid 參數(shù)整定過程很復(fù)雜，所以很難掌握，可按如下口訣進(jìn)行：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降曲線波動周期長，積分時間再加長曲線振蕩頻率快，先把微分降下來動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長理想曲線兩個波，前高后低 4 比 1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低4 燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)的硬件設(shè)計燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)的硬件設(shè)計4.1 元器件的選擇元器件的選

36、擇4.1.1 單片機(jī)的選擇（1）單片機(jī)芯片的選擇mcs5 一 51 系列單片機(jī)及其兼容機(jī)在國內(nèi)擁有廣泛的用戶。目前，國內(nèi)市場上，intel 公司生產(chǎn)的 mcs5 一 51 系列單片機(jī)已少見，代之以其它公司生產(chǎn)的 mcs 一 51系列兼容單片機(jī)。在 ateml 公司的系列產(chǎn)品中，常用的 at89c 系列單片機(jī)己經(jīng)停產(chǎn)，因此at89s 系列單片機(jī)的價格比 at89c 系列單片機(jī)低，而且 at89s 系列單片機(jī)相對于at89c 系列單片機(jī)新增不少功能，性能有了較大提升。at89s 系列單片機(jī)價格便宜、性能可靠，所以采用 at89s51 單片機(jī)作為處理芯片。（2）單片機(jī)管腳使用的說明at89s51 是

37、一個有 40 個引腳的芯片，引腳配置如圖 2-2 所示。與 8031 相比，at89s51 自帶 4k 的 rom 和 128b 的 ram，因此編寫中小型系統(tǒng)就無需任何硬件進(jìn)行擴(kuò)展。圖 2-2 at89s51 引腳配置89s51 相對于 89c51 增加的新功能包括：- 新增加很多功能，性能有了較大提升，價格卻基本不變，甚至比 89c51 更低！- isp 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強(qiáng)大易用的功能。- 工作頻率為 33mhz，大家都知道 89c51 的極限工作頻率只有 24m，就是說 s51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的

38、計算速度。- 具有雙工 uart 串行通道。- 內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像 89c51 那樣外接看門狗計時器單元電路。- 雙數(shù)據(jù)指示器。- 電源關(guān)閉標(biāo)識。- 全新的加密算法，這使得對于 89s51 的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。- 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品。比如 8051、89c51 等等早期mcs-51 兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機(jī)是 8051 還是 89c51 還是 mcs-51 等等） ，在 89s51 上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。4.1.2 顯示器件的選

39、擇顯示器件有液晶模塊、數(shù)碼管等等；液晶模塊又分為三類:數(shù)顯液晶模塊、點陣字符液晶模塊、圖形液晶模塊。數(shù)碼管雖然價格便宜，但數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當(dāng)溫度變化時驅(qū)動芯片還要能夠自動調(diào)節(jié)輸出電流 的大小以實現(xiàn)色差平衡溫度補(bǔ)償。即使是短時間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞。顯示包括設(shè)定溫度和實時溫度的顯示，并且要顯示4位，如果用數(shù)碼管則會占用單片機(jī)太多的端口，那樣可能要進(jìn)行端口擴(kuò)展，這樣就要用到其它擴(kuò)展芯片，造成成本的上升，并

40、且數(shù)碼管容易受到干擾，特別是對溫度測量這種精度要求較高的顯示，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定，造成更大的誤差，所以決定選用功能強(qiáng)大不易受到干擾的液晶lcd1602顯示。（1）lcd1602a 液顯及其引腳說明：溫度顯示采用 lcd1602,以降低對單片機(jī)端口數(shù)的要求,同時也降低系統(tǒng)的功耗.時間控制電路和鍵盤輸入,1602a 可以顯示 2 行 16 個字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 d0-d7，和rs、r/w、en 三個控制端口，工作電壓為 5v，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中: 第1腳：vss為地電源第2腳：vdd接5v正電源第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最

41、弱，接地電源時對比度最 高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：rw為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：15腳接vcc，16接gnd,作背光用。（2）lcd1602 的指令控制：1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器

42、共有 11 條控制指令，如表 2-1 所示，表 2-1 指令表 指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d0清顯示0000000001光標(biāo)返回000000001置輸入模式00000001i/ds顯示開/關(guān)控制0000001dcb光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l置功能00001dlnf置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址（agg）置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址（add）讀忙標(biāo)志或地址01bf計數(shù)器地址（ac）寫數(shù)到 cgram 或 ddram10要寫的數(shù)從 cgram 或 ddram 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 （說明：

43、1 為高電平、0 為低電平）指令 1：清顯示，指令碼 01h,光標(biāo)復(fù)位到地址 00h 位置指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00h指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效指令 4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令 5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)指令 6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為 4 位總線，低電平時

44、為 8 位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示5x10 的點陣字符指令 7：字符發(fā)生器 ram 地址設(shè)置指令 8：ddram 地址設(shè)置指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令 或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令 10：寫數(shù)據(jù)指令 11：讀數(shù)據(jù)4.1.3 數(shù)字溫度傳感器的選擇采用集成器件 ds18b20，ds18b20 是 dallas 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳 to92 小體積封裝形式；溫度測量范圍為55125，可編程為 9 位12 位 a/d 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率

45、可達(dá) 0.0625，被測溫度用符號擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 ds18b20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上，cpu 只需一根端口線就能與諸多ds18b20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使 ds18b20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。ds18b20 數(shù)字溫度計是 dallas 公司生產(chǎn)的 1wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。1、ds18b20 產(chǎn)品的特點（1） 、只要求一個端

46、口即可實現(xiàn)通信。（2） 、在 ds18b20 中的每個器件上都有獨(dú)一無二的序列號。（3） 、實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4） 、測量溫度范圍在55。c 到125。c 之間。（5） 、數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。（6） 、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。2 2、ds18b20ds18b20 的引腳介紹的引腳介紹to92 封裝的 ds18b20 的引腳排列見圖 1，其引腳功能描述見表 1。（底視圖）圖 1表 1ds18b20 詳細(xì)引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1gnd地信號2dq數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供

47、電源。3vdd可選擇的 vdd 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。3 3ds18b20ds18b20 的使用方法的使用方法由于 ds18b20 采用的是 1wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 at89s51 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 ds18b20 芯片的訪問。由于 ds18b20 是在一根 i/o 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。ds18b20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是

48、將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。ds18b20 的復(fù)位時序ds18b20 的讀時序?qū)τ?ds18b20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。對于 ds18b20 的讀時序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 ds18b20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。ds18b20 在完成一個讀時序過程，至少需要60us 才能完成。ds18b20 的寫時序?qū)τ?ds18b20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1

49、時序兩個過程。對于 ds18b20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當(dāng)要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 ds18b20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 io 總線上的“0”電平，當(dāng)要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。4.1.4 d/a 數(shù)模轉(zhuǎn)換的選擇dac0832 是采樣頻率為八位的 d/a 轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使dac0832 芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路 d/a 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。一個 8 位 d/a 轉(zhuǎn)換器有 8 個輸入端（其中每個輸入端

50、是 8 位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個模擬輸出端。輸入可有 28=256 個不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256 個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是 256 個可能值。圖 4-83 是 dac0832 的邏輯框圖和引腳排列。圖 4-83d/a 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過 rfb 端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。dac0832 邏輯輸入滿足 ttl 電平，可直接與 ttl 電路或微機(jī)電路連接。dac0832 引腳功能說明：di0di7：數(shù)據(jù)輸入線，tll 電平。 ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線

51、，高電平有效。 cs：片選信號輸入線，低電平有效。 wr1：為輸入寄存器的寫選通信號。 xfer：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 wr2：為 dac 寄存器寫選通輸入線。 iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為 1 時 iout1 最大。 iout2: 電流輸出線。其值與 iout1 之和為一常數(shù)。 rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. vcc:電源輸入線 (+5v+15v) vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (-10v+10v) agnd:模擬地,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地. dgnd:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好. 采用 adc0809 實現(xiàn) a/d 轉(zhuǎn)換。（一） d/a 轉(zhuǎn)換

52、器 dac0832dac0832 是采用cmos工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖 4-82 所示，它由倒t型r-2r電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓vref四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量v0 為： 圖 4-82由上式可見，輸出的模擬量 與輸入的數(shù)字量（ ） 成正比，這就實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。4.1.5 比例閥的選擇燃?xì)獗壤y是一種可動永磁式的電磁比例閥系統(tǒng)，它可根據(jù)電腦控制器輸出電流的大小，自動調(diào)節(jié)閥口的開度，對燃?xì)饬髁坎粩嗟剡M(jìn)行細(xì)微的無級調(diào)節(jié)，使熱水器的出水溫度可無級設(shè)定；另外在比例閥輸入電流不變的條件下，閥口開度可隨輸入壓力變化而自動調(diào)整，保證輸出口

53、壓力穩(wěn)定，使熱水器所設(shè)定的出水溫度保持恒定。該比例閥還具有結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，調(diào)節(jié)靈敏等優(yōu)點。適用于恒溫?zé)崴鞯热細(xì)庠O(shè)備 a：結(jié)構(gòu)及工作原理介紹該閥由開關(guān)閥、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)、穩(wěn)壓系統(tǒng)三大部分組成：a、開關(guān)閥：如上圖所示,它是一個通斷型電磁閥，根據(jù)控制器的電信號來打開或關(guān)閉閥口。b、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)：主要由電磁系統(tǒng)、永磁體、球閥組件構(gòu)成。當(dāng)線圈得到控制電流時,在磁芯的下端面產(chǎn)生與永磁體端面極性相同的電磁場力，按同性相斥的原理，二者產(chǎn)生排斥力，推動永磁體及球閥下移，與橡膠閥口之間形成相應(yīng)的開度。電流增加時磁芯磁場增加，推開永磁體的力增大，閥口開度增大；電流減小時磁芯磁場減小，推開永磁體的力減小，閥口開度

54、減小。這樣控制器可通過水溫反饋信號自動調(diào)節(jié)電流來自動控制燃?xì)饬髁?，從而達(dá)到調(diào)控水溫、穩(wěn)定水溫的目的。當(dāng)線圈斷電時電磁力消失，永磁力使永磁體吸向磁芯，球閥上移關(guān)閉閥口；在斷電狀態(tài)下永磁體始終吸向磁芯，對球閥產(chǎn)生恒定拉力，使該閥口具有良好的密封效果。c、穩(wěn)壓系統(tǒng)：當(dāng)電流按設(shè)定溫度值確定后，磁場力可視為一個恒定作用力。輸入壓力升高，膜片受力增大向上位移，使閥口開度減??；輸入壓力下降，膜片受力減小向下位移，使閥口開度增大。這樣一來保證了輸出壓力的穩(wěn)定，使燃燒工況始終保持所需狀態(tài)。根據(jù)溫度傳感器傳給控制板的數(shù)據(jù)，由單片機(jī)發(fā)出指令，自動控制火力的大小，從而達(dá)到水溫的自動調(diào)節(jié)和控制。4.1.6 風(fēng)機(jī)的選擇選

55、擇強(qiáng)排式燃?xì)鉄崴黠L(fēng)機(jī)：一、設(shè)計上根據(jù)不同的燃?xì)庥脧?qiáng)排式熱水器的要求，采用氣動力學(xué)與氣動聲學(xué)優(yōu)化組合的原理，最大限度發(fā)揮多翼式風(fēng)機(jī)的特點，使整機(jī)具有流量大，風(fēng)壓適中，噪聲低的卓越優(yōu)點。 二、風(fēng)機(jī)外殼采用優(yōu)質(zhì)鋼板制作并表面處理，外形及安裝可依據(jù)不同配套廠家定做，從而保證與整機(jī)協(xié)調(diào)統(tǒng)一、美觀，安裝靈活方便。 三、葉輪采用鋁合金整體制作或鉚合而成,并經(jīng)嚴(yán)格靜、動平衡校正，因些振動極小。 四、電機(jī)配套軸承采用日本 nsk、ntk 軸承，質(zhì)量可靠，經(jīng)久耐用. 五、相關(guān)風(fēng)機(jī)性能參數(shù)：(參考值)電壓：ac220v 頻率：50hz 轉(zhuǎn)速：2750r/min 輸入功率：25+10%w 風(fēng)量：1.3m/min 負(fù)

56、壓：180pa(也可設(shè)置正壓）。4.1.7 水汽聯(lián)動裝置的選擇水氣聯(lián)動裝置（俗稱水氣聯(lián)動閥）包括水控裝置和氣控裝置，工作原理就是檢測到足夠的沖擊水壓時，啟動燃?xì)鈾C(jī)械開關(guān)（草帽墊），接通電路（一般為微動開關(guān)），進(jìn)而啟動脈沖點火器和電磁閥以及電機(jī)。水控裝置是控制水流量的裝置，又稱水溫調(diào)節(jié)閥；氣控裝置由氣閥組件組成，控制燃?xì)獾膯㈤]和燃?xì)饬髁?，又稱火力調(diào)節(jié)閥。水氣聯(lián)動裝置主要部件有：進(jìn)氣口、瀉壓閥桿、錐形管、鼓膜、水溫調(diào)節(jié)閥、頂桿、微動開關(guān)、火力調(diào)節(jié)閥、電磁閥、進(jìn)氣口等。水氣聯(lián)動裝置的作用是保證在水壓足夠且被引進(jìn)熱交換器流動時，燃?xì)庵崎y門才能打開。而當(dāng)水流停止或壓力不足時，自動切斷燃?xì)獾墓馔?，防?/p>

57、因缺水而燒壞設(shè)備。 簡單地說，就是檢測到足夠的沖擊水壓時，啟動燃?xì)鈾C(jī)械開關(guān)（草帽墊），接通電路（一般為微動開關(guān)），進(jìn)而啟動脈沖點火器和電磁閥以及電機(jī)。 現(xiàn)在常用的水氣聯(lián)動裝置主要有兩種：一種是壓力式，另一種是壓差式。 1、壓差式：采用薄膜兩側(cè)水的壓力差的原理。它的輸水管設(shè)置了節(jié)流孔（文氏管），當(dāng)水流過節(jié)流孔時，在薄膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，由壓力差來開啟和關(guān)閉燃?xì)忾y瓣。由于節(jié)流孔的內(nèi)徑是固定的，所以在單位時間內(nèi)流過節(jié)流孔的水越多，則經(jīng)過節(jié)流孔時水的流速就越快，根據(jù)伯努利原理，節(jié)流孔兩側(cè)所生產(chǎn)的壓力差就越大，由閥桿控制閥瓣，使閥口開啟的程度隨之加大。這樣就保證了在熱水器的熱負(fù)荷范圍之內(nèi)，熱水溫度保持基

58、本穩(wěn)定，不至于忽冷忽熱。當(dāng)水閥關(guān)閉，水停止流動時，薄膜兩側(cè)的壓力差消失，閥瓣在彈簧的作用下復(fù)位，切斷了主燃燒器的供氣，主燃燒器熄火（此時如有小火燃燒器則保持原來的燃燒狀態(tài)）。壓差式水氣聯(lián)動閥既可用于前制式，又可用于后制式。（本文用壓差式） 2、干簧管（或霍爾）式：采用磁鋼感應(yīng)干簧管（霍爾開關(guān)）。熱水器進(jìn)水管內(nèi)安裝磁鋼，打開水閥水流量達(dá)到設(shè)計值時，磁鋼轉(zhuǎn)過感應(yīng)點，干簧管就閉合，控制電路接通，燃?xì)忾y門打開，熱水器燃燒。4.1.8 變壓器的選擇變壓器主要是將 220v 變壓成燃?xì)鉄崴髦懈鱾€系統(tǒng)所需要的電壓，可以買伊戈爾電氣公司的產(chǎn)品，質(zhì)量和功能都能滿足多電源提供的要求。4.2 硬件電路的設(shè)計硬件電

59、路的設(shè)計4.2.1 主控制電路的設(shè)計主控制電路由看門狗復(fù)位電路、晶振電路、led 燈顯示電路、單片機(jī)芯片等構(gòu)成，單片機(jī)通過程序控制外圍電路互相配合，進(jìn)行溫度的顯示、調(diào)節(jié)、控制等操作。如圖4.2.1.圖 4.2.14.2.2 鍵盤輸入電路的設(shè)計由于本系統(tǒng)要求的輸入，僅為用戶預(yù)設(shè)的兩位溫度值，故所需要的鍵數(shù)比較少，用 3 個單鍵（十位按鍵，個位按鍵，確定）即可，還有一個結(jié)束按鍵。由于單片機(jī)引腳有限，在設(shè)計初期還不能確定是否有多出來的資源供使用，還有考慮到鍵盤響應(yīng)的及時性和單片機(jī)運(yùn)行的效率，所以本系統(tǒng)采用中斷擴(kuò)展控制方式，即四個單鍵先分別與四個 i/o 口相連。其電路圖如圖 3.5 所示。圖 3.5

60、 鍵盤輸入電路4.2.3 聲光報警電路的設(shè)計如下圖所示，蜂鳴器主要起報警作用，當(dāng)出現(xiàn)干燒，溫度過大等情況時，蜂鳴器響起。圖 4.2.3 蜂鳴器報警電路4.2.4 溫度檢測電路的設(shè)計 溫度檢測電路由 ds18b20 溫度傳感器，通過把測量到的溫度傳回給單片機(jī)，實現(xiàn)了溫度采集發(fā)送的任務(wù)。如圖 4.2.4圖 4.2.44.2.5 液晶顯示電路的設(shè)計圖 4.2.5.lcd1602 一方面通過溫度傳感器測得的溫度顯示出來，另一方面把設(shè)定的溫度顯示出來。如圖 4.2.5.4.2.6 電流控制電路的設(shè)計單片機(jī)通過 p0 口輸出數(shù)據(jù)，dac0832 把數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換為模擬量，由于轉(zhuǎn)換出的電流很小，最大的只有 33