11-PAGE電熱取暖器的總體設(shè)計分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5080電熱取暖器的總體設(shè)計分析案例 -1-141421.1電熱取暖器的工作原理 -1-91341.2外形結(jié)構(gòu)方案確定 -1-312101.3控制系統(tǒng)方案確定 -3-16001.3.1主控芯片的選擇 -3-202391.3.2溫度檢測方案選型 -5-67481.3.3顯示系統(tǒng)方案選型 -6-147761.3.4按鍵模塊的選擇 -6-165241.3.5報警模塊的選擇 -7-1.1電熱取暖器的工作原理空氣中相對來說冷空氣的密度比熱空氣的密度大，也就是說當(dāng)在一個區(qū)域內(nèi)有固定散熱源，受到加熱的空氣會不斷地上升，而沒被加熱的空氣會不斷下沉，這時候就形成了空氣自動對流從而不斷地把熱源均勻的散發(fā)出去。而電熱取暖器正是利用了這一原理來達(dá)到加熱空氣取暖的效果。當(dāng)開始工作后，電熱取暖器的導(dǎo)熱油會被電熱管加熱，導(dǎo)熱油受到熱脹的作用升到油汀片腔體上，沿著散熱油汀片不斷地對流循環(huán)，并且通過油汀片將熱量散發(fā)出去，從而加熱周圍環(huán)境的空氣。在上方的導(dǎo)熱油由于沒被加熱又受空氣的冷卻后會在汀片里受到自身的重力作用會下降到電熱管周圍再次被加熱，開始一個新的加熱工作狀態(tài)循環(huán)。1.2外形結(jié)構(gòu)方案確定電熱取暖器采用把汀片設(shè)計成平行疊加的方式，可以最大限度的增加汀片與空氣的接觸面積，并且汀片采用葉脈型的油路設(shè)計，會使汀油在葉脈般的油路中流動更均勻，使得散熱更快，取暖效果更好；兩邊都設(shè)有防燙罩與外殼，防止?fàn)C傷；外殼兩側(cè)設(shè)有把手，方便提攜；插孔設(shè)計方便電源線設(shè)計成自動收納；底座設(shè)計成萬向腳輪，方便自由移動。整機(jī)三維效果如圖2-1所示：圖2-1整機(jī)三維效果圖結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-2所示：1.防燙罩1.油汀片3.插孔4.把手5.外殼6.底座腳輪圖2-2結(jié)構(gòu)簡圖1.3控制系統(tǒng)方案確定電熱取暖器的溫度控制系統(tǒng)由單片機(jī)STC89C52作為控制核心來控制和實現(xiàn)對溫度的檢測控制。（1）確定使用型號為STC89C52的單片機(jī)。（2）在檢測的溫度方面，使用了溫度傳感器DS18B20進(jìn)行了測溫，通過這種溫度傳感器來檢測電熱取暖器汀片的溫度，范圍一般控制在0-100攝氏度。（3）確定使用LCD1602將實時的溫度數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上。（4）通過按鍵模塊設(shè)定溫度的上下限值。（5）LED警報模塊，當(dāng)溫度不在設(shè)定值的范圍內(nèi)則會亮燈警報。（6）具有智能加熱保溫功能，在溫度低于設(shè)定值則啟動自動加熱功能，即這時繼電器閉合，加熱工作開始，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時自動停止加熱，即繼電器斷開。1.3.1主控芯片的選擇單片機(jī)又稱為單片微型計算機(jī)，所謂單片機(jī)，實際上就是指一個處理芯片或者集成在同一個處理芯片上的比較完整的微型計算機(jī)操作系統(tǒng)。單片微型計算機(jī)主要由六個部分組成，分別是：CPU處理器、ROM只讀存儲器、RAM隨機(jī)存儲器、中斷系統(tǒng)、I/O口和定時器/計時器；單片微型計算機(jī)就是應(yīng)用了大規(guī)模的集成電路技術(shù)將以上六個部分集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)工作原理：單片機(jī)執(zhí)行任務(wù)的過程即執(zhí)行程序的過程，也就是執(zhí)行指令的過程。而指令就是要單片機(jī)執(zhí)行的操作通過命令的方式寫下來，每條指令都對應(yīng)著一種操作，而程序就是多種指令的集合，程序需要提前儲存在存儲器中。程序的執(zhí)行通常是按順序的，所以每一個指令都是按照相應(yīng)的次序來存放。由于單片機(jī)進(jìn)行執(zhí)行編譯程序時都需要將一個指令從電腦里取出后才能開始執(zhí)行，所以需要配備一個可以跟蹤一個指令地址的零件——程序計數(shù)器PC。單片機(jī)的主要特點:①能夠適應(yīng)于不同的環(huán)境;②系統(tǒng)的可靠性高，就算長時間內(nèi)工作也不容易發(fā)生故障;③有很好的控制能力;④系統(tǒng)的組成簡單，能夠很好地實現(xiàn)模塊化;⑤系統(tǒng)的處理速度快;⑥低消耗并且體積小。單片機(jī)的分類:①按照數(shù)字長度進(jìn)行分類，它們可以劃分為4位、8位、16位、32位;②按照指令的類型進(jìn)行分類，它們可以分為精簡的指令集和復(fù)雜的指令集;③按照內(nèi)核的角度來劃分，它們可以分為51系列、pic系列、avr系列、430系列等等。單片機(jī)工作領(lǐng)域十分廣泛，例如常用的家用電器、醫(yī)用儀器、通信工具設(shè)備和控制過程等領(lǐng)域。方案一：用單片機(jī)MSP430作為本設(shè)計核心控制芯片MSP430單片機(jī)是由德國研發(fā)的一款單片機(jī)，這也是一款優(yōu)點比較突出的單片機(jī)，其中有一點是不一樣的數(shù)字與模擬電路可以在同一個時間內(nèi)被多個生成。更重要的一點是它可以形成一個處理器，并且是具有多種功能的，毫無疑問這種處理器最大的特點就是有強(qiáng)大的功能，一個芯片可以集成多個模擬的電路，還可以一個芯片集成不同用處的微處理器。這款單片機(jī)有時候也被稱為混合信號處理器，很多人以為這種處理器會很耗能，其實它是非常低耗的。這種單片機(jī)雖然功能強(qiáng)大，但正是由于太強(qiáng)大了會導(dǎo)致開發(fā)難度極大，并且價格也不便宜，平常都不會使用到它，能用在的地方一般是那些供電方式為電池的方便提攜的儀器中。方案二：用單片機(jī)STC89C52作為本設(shè)計核心控制芯片單片機(jī)STC89C52是國內(nèi)宏晶科技所研發(fā)的產(chǎn)品，它使用的內(nèi)核是經(jīng)過加強(qiáng)后的MCS-51，加強(qiáng)后的這款內(nèi)核實際功能比沒加強(qiáng)要強(qiáng)大很多，就比如說芯片存儲器，加強(qiáng)后變成了4KEPROM。這款單片機(jī)還具有很多優(yōu)秀的特征，例如它的抗干擾的能力與運算速度都是極強(qiáng)極快，而且在指令代碼的兼容方面也是能做到完全兼容，并且它的制造成本也低。在一些情況下可以很方便的直接使用內(nèi)部的存儲器，如當(dāng)在存儲數(shù)據(jù)上是以電的方式的時候，這樣就沒必要再調(diào)用外部的存儲器芯片。對比兩種型號的單片機(jī)，根據(jù)本設(shè)計要實現(xiàn)的功能，決定使用比較普遍的STC89C52單片機(jī)，在其購買成本便宜、易于開發(fā)使用的前提下又能滿足設(shè)計所涉及的功能要求。單片機(jī)STC89C52的引腳如圖2-3所示：圖2-3STC89C52引腳圖單片機(jī)STC89C52引腳功能如下：VCC：接+5VVSS：接地端XTAL1：片內(nèi)振蕩電路輸入端XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸出端RST：功能是實現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位，這引腳至少會生成兩個高電平使其復(fù)位。ALE/PROG：這是地址鎖存允許信號引腳。PSEN：外部程序存儲器度的讀取信號。EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號，欲使CPU只訪問外部程序存儲器，EA端口就要保持的狀態(tài)是低電平(接地)。1.3.2溫度檢測方案選型溫度傳感器按傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式可以劃分成兩種類型：一種類型是能與被測物體接觸的溫度傳感器，而另一種類型是不與物體接觸的非接觸式溫度傳感器。溫度傳感器作為一種測試元件，在很多智能儀器中都要利用到它，而不同的環(huán)境要求的條件不同，因而溫度傳感器的種類也是多種多樣的。正是由于它作為測量儀表必不可少的部分，它在實現(xiàn)溫度測量和監(jiān)測上以及在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)各部門具有重要意義和十分廣泛的應(yīng)用。下面選取部分常見的溫度傳感器進(jìn)行簡單的介紹與挑選合適的型號應(yīng)用在本設(shè)計中。幾種溫度傳感器類型、原理和特點：（1）金屬熱電偶溫度傳感器——當(dāng)金屬熱電極采用兩種不同的金屬材質(zhì)做成且存放于溫度不同的環(huán)境下，當(dāng)它們相互接觸和組成了閉合的回路就可能產(chǎn)生溫差和電動勢。兩種不同的金屬材料與溫差決定了電動勢的取值。（2）熱敏電阻式溫度傳感器——導(dǎo)體和半導(dǎo)體的載流子數(shù)目決定了它們的導(dǎo)電性能，而且載流子濃度受溫度的變化從而影響其導(dǎo)電特性，大多數(shù)導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率都受溫度變化而變化，缺點是需要提供電源和線性度差。（3）集成溫度傳感器——集成溫度傳感器由于它們都是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而設(shè)計和制成的，因此又被我們簡稱之為硅傳感器又或者稱為單片式集成溫度傳感器，它們是一種常見的溫度傳感器，其特點主要是它們的靈敏度高、精度相對較好、體積小。（4）DS18B20溫度傳感器——該傳感器顯示輸出的是一個數(shù)字信號。特征是它具有體積小、精確性好、抗干擾性好和消耗少。該溫度傳感器的接線簡單，封裝后的DS18B20可用于多種場合的測溫中。雖然溫度傳感器的種類非常多，但通常能應(yīng)用于精度和可靠性要求都較高的場合中的一般都是DS18B20溫度傳感器。該溫度傳感器由DALLAS公司自主研發(fā)和設(shè)計生產(chǎn)，主要特點之一是硬件體積小、對于周圍外界的干擾抵御和移動抗干擾能力強(qiáng)，同時應(yīng)用時硬件消耗低、而精度高、附加功能強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。綜上所述，選擇DS18B20溫度傳感器，其價格低，操作簡單，而且還能夠減少存儲空間，也可以降低占用內(nèi)部的面積。且DS18B20的系統(tǒng)集成程度高，體積較小。1.3.3顯示系統(tǒng)方案選型選擇一：顯示設(shè)備配置的是LCD12864液晶屏LCD12864液晶屏幕的一大優(yōu)點是它可以顯示16×2的范圍內(nèi)的所有字符，即所有32個字符。這些字符主要包含數(shù)字，字母，符號和用戶定義的字符。LCD12864主要適用于小型顯示器。它是主要由5×7點矩陣組成的字符。數(shù)據(jù)傳輸看起來非常簡單，因為它主要采用串行數(shù)據(jù)傳輸。該顯示器的控制原理與HD44780液晶顯示屏的基本相同。選擇二：顯示設(shè)備配置的是LCD1602液晶屏LCD1602的主要特點是，總共有8192個LCD屏幕與4位/8位串行并行配置，并具有顯示128*64分辨率的大屏幕。主界面比較簡單。為了方便操作，可以在系統(tǒng)上直觀地查看人機(jī)交互界面。在該顯示設(shè)備上顯示的信息量是很大的，顯示信息的主要是8*4行和16*16點矩陣漢字，因此可以大大節(jié)省和消耗能量，并且顯示功能也非常好。它很全面，但是如果設(shè)計不需要這樣的大屏幕，最好不要使用它，因為只使用少部分的話，則會很浪費空間與成本。基于上述兩種顯示屏的描述，由于設(shè)計過程只需要顯示一下溫度的數(shù)值，不需要太大的顯示屏，所以決定選用LCD1602這款顯示屏。1.3.4按鍵模塊的選擇方案一：輸入設(shè)備選用獨立的按鍵每個獨立的按鈕都會起相對應(yīng)的作用，并且每一個需要對應(yīng)一個I/O端口。檢測數(shù)量由按鈕的數(shù)量決定。擁有的按鈕越多，所需的端口就越多，太多的話其他設(shè)備會沒有地方連接。如果使用多個數(shù)據(jù)按鈕或者線路太多的話，響應(yīng)速度將逐漸降低。方案二：輸入設(shè)備采用矩陣鍵盤把矩陣鍵盤的一端連接到行線上，另一端則是連接到列線上，然后再將每行線與每列線分別