中南大学网络教育课程考试-机械电子学Word格式文档下载.doc
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3.网上提交起止时间:
2015年11月20日8:
00—12月26日18:
00。
试题:
设计一个电热水器,具体要求如下:
(100分)
1.采用单片机控制(型号不限)。
2.热水器的容积不小于50L,加热温度不低于70℃,手动设定加热温度、自动保温、通过LED灯实时显示水温、带有漏电检测功能、手动开关。
3.设计出热水器的具体结构和连接方式。
给出传感器和主要元器件的具体选型及其技术指标。
4.给出系统工作原理图,硬件接线图,程序流程图和控制程序,撰写相应的设计报告。
机械电子学共6页
《机械电子学》答卷
本人承诺:
本试卷确为本人独立完成,若有违反愿意接受处理。
签名_石银法_
学号___13131051012001_专业机械设计制造及其自动化学习中心_菏泽学习中心
答:
1、多功能家用电热水器的功能特点
该电热水器能够设定水温并数字显示水温,显示范围0℃~99℃。
具有漏电保护功能,当出现漏电现象时,能够自动切断电源。
系统掉电能够保护设定数据。
出现传感器故障时,可迅速切断电源并报警提示。
2、系统总体设计
根据要实现的功能特点,本系统选用了83C51GB单片机,该单片机内部资源有8KROM、256RAM、A/D转换器、3个16位定时器,15个中断源,具有节电方式和48位I/O线。
利用内部资源设计的系统结构框图如图1所示。
单
片
机
温度检测
电源电路
加热电路
显示电路
加热指示
保温指示
漏电流检测
电源指示
电源控制电路
故障报警
温度设定键
(图1)
3、系统的硬件设计
3.1 温度设定与温度显示
本系统考虑到水温变化范围较小,利用数值键按键较多,该热水器水温的设置是通过三个功能键来完成的,即:
“设定”键、“+”键、“-”键。
当需要调整温度时,先按下设定键再按“+”键设定温度增1、按“-”键温度减1,直到所需温度为止。
单片机I/O线较多,按键可与I/O口直接连接。
温度显示电路利用2位数码管显示温度,显示温度范围0℃~99℃,显示电路按常规方法通过驱动电路直接与I/O口连接。
3.2 温度测量与控制
因该控制器对温度要求精度不高,传感器选用价格便宜的热敏电阻即可满足要求。
传感器输出的信号经放大后可直接连单片机信号输入端(单片机内有A/D),由软件来启动A/D转换并与设定值比较,当测定值低于设定温度值时,使加热管加热,当测定值达到设定温度时,停止加热。
在程序设计时做了回差设计,避免加热管频繁开关。
3.3 漏电检测及报警电路
由于电热器工作环境潮湿,为了保证人身安全,该热水器设计了漏电检测电路。
一般情况下漏电检测电路输出高电平,当漏电超过允许值时,该电路输出低电平,该电路输出接INT0,并将INT0设置成高级允许中断,这样,当漏电发生时,CPU立即响应中断,切断系统的供电电源。
3.4 掉电保护电路与系统复位电路
为了使系统可靠地工作并保存设定数椐,在电热器的控制电路中选用了芯片X25043,该芯片内部具有可编程的看门狗定时器,串行EEPROM、低电压检测电路,并提供复位信号。
一旦系统出现故障,电源电压降低到系统的设定位置时,系统复位,保护系统使之免受低电压的影响。
EEPROM可在复位时保存设定数据。
3.5 报警电路
该控制器设计的报警电路是:
当单片机检测到传感器出现故障时,利用软件设计从一I/O线输出信号经放大后驱动报警电路报警以提示故障,并同时通过加热控制电路来实现停止加热。
4、系统软件设计
控制器软件的设计采用模块化结构,由主程序、温度显示子程序、A/D转换子程序、漏电保护中断服务子程序、温度控制子程序等模块组成。
这里给出主流程图和温度控制流程图。
主流程图如图2所示。
Y
开始
初始化
启动A/D转换
调显示子程序
调温度控制子程序
传感器有故障
N
报警
(图2)
温度控制流程图如图3所示。
停止加热
加热
正在加热?
入口
低于设定温度
返回
高于设定温度
(图3)