AT89C51单片机快热式家用电热水器设计

1.设计要求：

1）用2位数码管显示出水温度，能显示设定功率档位。

2）温度检测显示范围为0～99℃，精确度为±1℃。

3）设置3个功率档位指示灯，1～4档1个灯亮，5～8档2个灯亮，9档3个灯全亮。O档无功率输出，档位灯不亮。

4）设置3个轻触按钮，分别为电源开关键、“+”键和“-”键。加热功率分0～9档，按“+”键依次递增至9档，按“-”键依次递减至0。0～9档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P和P。

5）出水温度超过65℃时停止加热，并蜂鸣报警，温度降到45℃以下时恢复。

6）内胆温度超过105℃时停止加热，防止干烧。

2.设计指导

控制器采用AT89C51单片机，采用12MHz晶振，电源电路采用5V电压，按键采用轻触小按钮，显示电路采用2位共阳数码管，由2个晶体管9012驱动，3个LED指示灯用于指示加热功率，报警电路采用5V自鸣式蜂鸣器。

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。比较理想的方法是采用晶闸管控制功率，单片机通过光耦给晶闸管触发信号，控制晶闸管的导通角，从而控制电热丝的有效加热功率。为了在关机和超温保护的状态下能可靠地关断加热电源，电路中加入继电器来控制加热电源，其中串联在继电器线圈回路的熔丝为105℃的熔丝，当温度超过105℃时，熔丝会熔断，防止加热管干烧。与电热丝并联的LED发光管用来指示电热丝的工作状态。晶闸管触发信号中需要对市电进行过零检测，以实现触发脉冲的相位延时。过零检测可利用晶体管8050和一个“非”门实现。

温度检测的方法较多，常用热敏电阻（或热敏传感器）组成电桥来采集信号，再经放大、A-D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DS18B20），直接将温度转换成数字信号传送给单片机。设计可采用温度/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。

按快热式电热水器的功能要求，采用如图16-32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、LED数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制电路。(www.xing528.com)

图16-32 快热式电热水器系统组成框图

本项目需要掌握以下方面的知识：

◆5V电源原理与设计。

◆单片机复位电路工作原理与设计。

◆单片机晶振电路工作原理与设计。

◆按键电路的设计。

◆加热控制电路的原理及设计。

◆温度检测电路的原理及设计。

◆AT89C51单片机引脚。

◆单片机汇编语言程序设计。