即热式热水器控制器的设计
即热式热水器控制器的设计[20200419155844]
摘 要
随着生活方式的不断加快，即热式热水器渐渐地进入了人们的生活。优势在于无需预热，随开随用，安全，减少了电能浪费。本文主要研究了即热式热水器控制系统的设计。通过压力传感器检测到水压接通电源的开关，通过A/D转换将模拟量转化成数字量送至AT89C51单片机、数字式温度传感器检测水温，在液晶显示器上显示。可控硅控制加热电压从而控制加热功率的大小，可控硅的调压可通过过零触发电路实现。利用大功率加热的方法迅速提高出水口的温度，加热管细长弯曲，水流直接和加热电阻丝接触，耗能小。闭环控制PID算法使得温度保持在设定的值。代替了传统的储水式热水器需要预热、耗费电能、不方便的问题。得到了很好的经济效益。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:即热式热水器过零触发A/D转换
目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外即热式电热水器现阶段状况 1
1.3 本课题的主要内容 2
第2章 系统模块介绍 3
2.1 硬件介绍 3
2.1.1 压力传感器的介绍 3
2.1.2 A/D转换芯片ADC0809的介绍 3
2.1.3 单片机AT89C51的介绍 5
2.1.4 数字式温度传感器DS18B20的介绍 6
2.1.5 LCD1602的介绍 7
2.1.6光耦合的介绍 7
2.1.7可控硅的介绍 8
2.1.8继电器的介绍 8
2.2 编译软件介绍 9
2.3 本章小结 9
第3章 硬件设计部分 10
3.1 单片机最小系统电路 10
3.2 压力数据采集及数据转换电路 11
3.3 按键电路 12
3.4 液晶显示电路 13
3.5 温度数据采集电路 13
3.6 可控硅过零触发电路 14
3.6.1 过零检测电路 14
3.6.2 过零触发电路 14
3.7 本章小结 15
第4章 软件设计部分 16
4.1 主程序模块 16
4.2 A/D转换子程序模块 17
4.3 运算控制模块 18
4.3.1 模拟量输入通道的标度变换 18
4.3.2 数字控制器的算法设计 18
4.3.3 数字式PID算法的选择 20
4.3.4 系统对于PID参数的选择 21
4.4 本章小结 22
第5章 系统调试及结果分析 23
5.1 结果分析 27
5.2 本章小结 27
总 结 28
参考文献 29
附 录 30
附件1 硬件原理图 30
附录2 源程序 31
致 谢 43
第1章 绪论
1.1 选题的背景及意义
说到即热式的热水器这一词汇，已经不再陌生，其广泛地分布在学校、工厂、家庭用户中。主要是因为为人们带来了很大的方便，而且所消耗的电能很小，所以即热式电热水器受到了大众的欢迎。
我国正在花大力气鼓励家庭及社会公共场所使用即热式电热水器，目的是为了节约电能。使用电热水器的方便之处还在于我国的电力比较发达，建设有很多核电站、水利发电站，故电能是无污染、清洁的，广受人们的欢迎。现在市场上的状况是：太阳能热水器比其他的热水器像储水式式热水器使用的都多得多，然而燃气式热水器已经渐渐被市场淘汰了；而太阳能热水器受到一些制约因素在某些地区并不可以推广开；传统式的热水器存在许多缺点例如耗电、耗水、热水储水的量有限，已逐渐跟不上现代社会的快节奏了，而即热式电热水器安全、高效、环保、节能的特点使得在现在的生活中得到了很大的使用率。
普通电热水器有如下缺点：
1、热水器在通电时温度很高，发热管容易结垢，所以很容易坏掉。
2、管道热水热量损耗大。
3、等候用水时间太长。
4、在使用前都得预先打开水龙头放出一定量的水，浪费了一定量的水资源。
而即热式的优点有很多，比如：安全，干净环保，方便；不需要预热，一开就用，不需要提前放出冷水，热水的使用不会受到限制，即开即用，方便快捷，省电省水，损耗小。
即热式电热水器，占据很小的空间仅和家庭式饮水机差不多尺寸。可以放置在墙角落里，并且安装方便，款式多样，美观实用，在学校、公司普及率很高。
设计即热式家用电热水器的原因由于其有很大的市场优势，而且给人们的生活带来了很大的方便。
1.2 国内外即热式电热水器现阶段状况
即热式电热水器行业发展很快，现状是，国内即热式电热水器的市场还成不了气候，还处在品牌初始化的阶段，行业分散，缺失创新能力，出现了 “假冒即热式电热水器”[1]。说到假冒的商品，在中国的各个领域内比比皆是，被抄袭的同时，有的也在抄袭别人，品牌众多，缺乏知名品牌，误导不少消费者。
由于缺乏监管机制，假冒的厂家采取偷工减料，刻意模仿等生产出五花八门的劣质即热式电热水器产品，再以较低的价格流入到市场上去，损害了其正常发展。即热式电热水器行业在举办展览会等时通过采用一些方法阻止侵权行为。比如禁止拍照等。但是真正想防住假冒厂商的模仿也是不可能的。
市场上低价的热水器的优势在于价格低，但是和通过正规厂家生产出的即热式热水器想比较其存在较多的甲醛超标、返厂维修的情况。即热式电热水器品质取决于材料的质量，小的生产厂家生产的即热式电热水器价格低的原因，除了生产设备简陋外，最主要的原因是原材料成本的低廉，带来不确定的安全隐患。
小型企业缺乏创新是阻碍行业发展的最关键因素。所以必须破除这种行业抄袭的坏风气。仿制品始终是仿制品质量和品质都达不到所需要的要求，也会带来不安全的因素。
正规厂商生产的产品在很多方面都有创新以及技术上的突破，然而山寨即热式生产厂商生产的即热式热水器并不可以达到行业标准。因此，消费者可以通过很多方式去识别出即热式电热水器的好坏，一通过仔细观察设计有没考虑以人为本，二考察其材质，解读说明书，注意即热式电热水器材料的环保性，如果即热式电热水器有刺鼻的气味，则表示此产品不合格。
1.3 本课题的主要内容
本论文要求设计一个以单片机为控制核心的即热式热水器控制器的设计，其原理是当加热管有水流流过时，通过压力传感器检测水压数据送至单片机，单片机根据水压数据接通电源开关。数字式温度传感器检测水温，如与设定值不一致，通过PID算法调节加热电压从而控制加热管功率的大小，使得输出水温符合设定值[2]。
第2章 系统模块介绍
本论文设计的是一个可以对温度进行设定实现温度恒定的系统。硬件与软件相配套才可完成既定的要求。硬件系统由压力采集、温度采集、显示温度、加热控制等部分构成。硬件部分设计需要的硬件设施有PT500水压力传感器、单片机AT89C51、ADC0809、LCD1602显示等。软件部分主要是通过C语言的编程实现PID算法得出控制量去控制端口PWM波形。
2.1 硬件介绍
2.1.1 压力传感器的介绍
压力变送器将压力信号进行转换、放大、整形、滤波等处理后，调成标准的4～20mA的电流信号或者1～5V(DC)的电压信号满足设计的需要。
水压传感器对水压进行检测，参考一定的资料决定本论文采用PT500水压传感器，测量的量程范围为0～0.5MPa，完全可以满足系统中所需的要求，并且输出0～5V的电压信号。但是信号为模拟信号不可以直接与单片机相连而是需要在A/D的转换下送入单片机。采集的是一路的压力模拟信号，经转换与单片机连接。
PT500水压传感器简介
摘 要
随着生活方式的不断加快，即热式热水器渐渐地进入了人们的生活。优势在于无需预热，随开随用，安全，减少了电能浪费。本文主要研究了即热式热水器控制系统的设计。通过压力传感器检测到水压接通电源的开关，通过A/D转换将模拟量转化成数字量送至AT89C51单片机、数字式温度传感器检测水温，在液晶显示器上显示。可控硅控制加热电压从而控制加热功率的大小，可控硅的调压可通过过零触发电路实现。利用大功率加热的方法迅速提高出水口的温度，加热管细长弯曲，水流直接和加热电阻丝接触，耗能小。闭环控制PID算法使得温度保持在设定的值。代替了传统的储水式热水器需要预热、耗费电能、不方便的问题。得到了很好的经济效益。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:即热式热水器过零触发A/D转换
目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外即热式电热水器现阶段状况 1
1.3 本课题的主要内容 2
第2章 系统模块介绍 3
2.1 硬件介绍 3
2.1.1 压力传感器的介绍 3
2.1.2 A/D转换芯片ADC0809的介绍 3
2.1.3 单片机AT89C51的介绍 5
2.1.4 数字式温度传感器DS18B20的介绍 6
2.1.5 LCD1602的介绍 7
2.1.6光耦合的介绍 7
2.1.7可控硅的介绍 8
2.1.8继电器的介绍 8
2.2 编译软件介绍 9
2.3 本章小结 9
第3章 硬件设计部分 10
3.1 单片机最小系统电路 10
3.2 压力数据采集及数据转换电路 11
3.3 按键电路 12
3.4 液晶显示电路 13
3.5 温度数据采集电路 13
3.6 可控硅过零触发电路 14
3.6.1 过零检测电路 14
3.6.2 过零触发电路 14
3.7 本章小结 15
第4章 软件设计部分 16
4.1 主程序模块 16
4.2 A/D转换子程序模块 17
4.3 运算控制模块 18
4.3.1 模拟量输入通道的标度变换 18
4.3.2 数字控制器的算法设计 18
4.3.3 数字式PID算法的选择 20
4.3.4 系统对于PID参数的选择 21
4.4 本章小结 22
第5章 系统调试及结果分析 23
5.1 结果分析 27
5.2 本章小结 27
总 结 28
参考文献 29
附 录 30
附件1 硬件原理图 30
附录2 源程序 31
致 谢 43
第1章 绪论
1.1 选题的背景及意义
说到即热式的热水器这一词汇，已经不再陌生，其广泛地分布在学校、工厂、家庭用户中。主要是因为为人们带来了很大的方便，而且所消耗的电能很小，所以即热式电热水器受到了大众的欢迎。
我国正在花大力气鼓励家庭及社会公共场所使用即热式电热水器，目的是为了节约电能。使用电热水器的方便之处还在于我国的电力比较发达，建设有很多核电站、水利发电站，故电能是无污染、清洁的，广受人们的欢迎。现在市场上的状况是：太阳能热水器比其他的热水器像储水式式热水器使用的都多得多，然而燃气式热水器已经渐渐被市场淘汰了；而太阳能热水器受到一些制约因素在某些地区并不可以推广开；传统式的热水器存在许多缺点例如耗电、耗水、热水储水的量有限，已逐渐跟不上现代社会的快节奏了，而即热式电热水器安全、高效、环保、节能的特点使得在现在的生活中得到了很大的使用率。
普通电热水器有如下缺点：
1、热水器在通电时温度很高，发热管容易结垢，所以很容易坏掉。
2、管道热水热量损耗大。
3、等候用水时间太长。
4、在使用前都得预先打开水龙头放出一定量的水，浪费了一定量的水资源。
而即热式的优点有很多，比如：安全，干净环保，方便；不需要预热，一开就用，不需要提前放出冷水，热水的使用不会受到限制，即开即用，方便快捷，省电省水，损耗小。
即热式电热水器，占据很小的空间仅和家庭式饮水机差不多尺寸。可以放置在墙角落里，并且安装方便，款式多样，美观实用，在学校、公司普及率很高。
设计即热式家用电热水器的原因由于其有很大的市场优势，而且给人们的生活带来了很大的方便。
1.2 国内外即热式电热水器现阶段状况
即热式电热水器行业发展很快，现状是，国内即热式电热水器的市场还成不了气候，还处在品牌初始化的阶段，行业分散，缺失创新能力，出现了 “假冒即热式电热水器”[1]。说到假冒的商品，在中国的各个领域内比比皆是，被抄袭的同时，有的也在抄袭别人，品牌众多，缺乏知名品牌，误导不少消费者。
由于缺乏监管机制，假冒的厂家采取偷工减料，刻意模仿等生产出五花八门的劣质即热式电热水器产品，再以较低的价格流入到市场上去，损害了其正常发展。即热式电热水器行业在举办展览会等时通过采用一些方法阻止侵权行为。比如禁止拍照等。但是真正想防住假冒厂商的模仿也是不可能的。
市场上低价的热水器的优势在于价格低，但是和通过正规厂家生产出的即热式热水器想比较其存在较多的甲醛超标、返厂维修的情况。即热式电热水器品质取决于材料的质量，小的生产厂家生产的即热式电热水器价格低的原因，除了生产设备简陋外，最主要的原因是原材料成本的低廉，带来不确定的安全隐患。
小型企业缺乏创新是阻碍行业发展的最关键因素。所以必须破除这种行业抄袭的坏风气。仿制品始终是仿制品质量和品质都达不到所需要的要求，也会带来不安全的因素。
正规厂商生产的产品在很多方面都有创新以及技术上的突破，然而山寨即热式生产厂商生产的即热式热水器并不可以达到行业标准。因此，消费者可以通过很多方式去识别出即热式电热水器的好坏，一通过仔细观察设计有没考虑以人为本，二考察其材质，解读说明书，注意即热式电热水器材料的环保性，如果即热式电热水器有刺鼻的气味，则表示此产品不合格。
1.3 本课题的主要内容
本论文要求设计一个以单片机为控制核心的即热式热水器控制器的设计，其原理是当加热管有水流流过时，通过压力传感器检测水压数据送至单片机，单片机根据水压数据接通电源开关。数字式温度传感器检测水温，如与设定值不一致，通过PID算法调节加热电压从而控制加热管功率的大小，使得输出水温符合设定值[2]。
第2章 系统模块介绍
本论文设计的是一个可以对温度进行设定实现温度恒定的系统。硬件与软件相配套才可完成既定的要求。硬件系统由压力采集、温度采集、显示温度、加热控制等部分构成。硬件部分设计需要的硬件设施有PT500水压力传感器、单片机AT89C51、ADC0809、LCD1602显示等。软件部分主要是通过C语言的编程实现PID算法得出控制量去控制端口PWM波形。
2.1 硬件介绍
2.1.1 压力传感器的介绍
压力变送器将压力信号进行转换、放大、整形、滤波等处理后，调成标准的4～20mA的电流信号或者1～5V(DC)的电压信号满足设计的需要。
水压传感器对水压进行检测，参考一定的资料决定本论文采用PT500水压传感器，测量的量程范围为0～0.5MPa，完全可以满足系统中所需的要求，并且输出0～5V的电压信号。但是信号为模拟信号不可以直接与单片机相连而是需要在A/D的转换下送入单片机。采集的是一路的压力模拟信号，经转换与单片机连接。
PT500水压传感器简介
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