智能热水器设计毕业设计论文(编辑修改稿)

智能热水器设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

............................................. 27 图 31 水温调节仿真图 ............................................................................................ 27 图 32 按确定键后的水温调节界面 ........................................................................... 28 图 33 定时开关子程序流程图 .................................................................................. 28 图 34 定时开关功能仿真图 ..................................................................................... 28 图 35 按确定键后的仿真图 ..................................................................................... 29 图 36 校时功能界面仿真 ......................................................................................... 29 图 37 按确定键后的校时功能界面仿真 .................................................................... 29 图 38 提示功能界面仿真 ......................................................................................... 30 图 39 没实 现的定时功能提示界面仿真 .................................................................... 30 摘 要 智能化的热水器 一般的 用单片机作为控制器， 能实现恒温和水位的自动调节的功能，本设计是以 FPGA 和单片共同作为控制器件设的智能化热水器， 在减少了一些外围器件的同时 实现 了 恒温和水位的自动调节控制，还能实施时间监控，根据不同的月份，不同的日期，不同的时间而自动开启和关断热水器的电源，从而使得热水使用更加方便，设定后不 需要 人的干预，同时能 节约电能。 本设计编程语言使用 VHDL 语言和 C51，运行环境分别是 MAX+plus II Keil uVision3，用 Proteus 7 Professional 画系统的电路图并进行仿真调试， FPGA 芯片使用Altera 公司的 EPF10K10TC1444，单片机使用 STC89C52RC. 关键词： 智能、 热水器 、 FPGA 、 EDA 、 VHDL、 单片机 89C5 C5恒温控制、液位控制、 时钟控制 、 键盘控制 、 液晶显示 Abstract Water heaters are generally use MCU as the kind of water heaters could achieve to constant temperature and water level automaticlly, The design of intelligent water heater is based on FPGA and MCU control, reducing the number of peripheral devices while achieving the automatic adjustment of temperature and water level control, and also monitor the implementation of the time, according to a different month, different days, different times and automatic turned on and off the power of the intelligent water heater, making the use of water hearter more convenient, Settings without human intervention, saving energy at the same time. The design of programming language uses VHDL language and C51, operating environment are MAX + plus II and Keil uVision3, with Proteus 7 Professional painting system and the simulation circuit debug, FPGA chip use Altera39。 s EPF10K10TC1444, microcontroller use STC89C52RC. Key words: Smart, water heaters, FPGA, EDA, VHDL, MCU 89C51, C51, temperature control, water level control, clock control, keyboard control, liquid crystal display 绪论 选题的背景及目的 市场上适合家庭使用的热水器有两类，一类是燃气式，另一类是电热式 ，而 购买热水器 主要 考虑价格、安全性 ， 方便性、寿命、成本等因素 ，一般来说，燃气热水器的优点是价格低、加热快、出水量大、温度稳定，缺点是必须分室安装，不易调温，需定期除垢，在使用中易产生有害气体，因此其使用受到一定限制；储水式电热水器的优点是干净、卫生，不必分室安装，不产生有害气体，调温方便，高档产品还有到达设定温度后自动断电、自动补温等功能。 本设计是基于已有的储水式电热水器基础上 实现时钟定时开关的控制和高温断路保护功能，同时用 FPGA 作为数据采集器，使得液位和温度的实时性更强，液位和温度的精准度更高，同时可手动调节液位和温度，用 LCD 显示相关信息，整个系统外围器件少，稳定性高，同时 安装 使用方便。 研究现状分析 目前大多数智能热水器都是基于单片机控制的智能热水器，利用 EDA 技术和单片机技术，设计的基于 FPGA 电热式热水器控制器，实现系统的硬件电路及相关配套软件的设计，使系统能完成热水器定时开关、热水器温度、水位参数的采集、对采集数据实时记录、处理、分析、显示和控制等功能。 此设计将 FPGA和单片机结合使用，既发挥了 FPGA高速数据采集的特点，有发挥了单片机在控制方便的优点，因此整个系统的实时性比一般的仅用单片机设计的系统的实时性强，但在其性价比低，因而，此设计仅适用于练习 FPGA与单片机的通信功能，练习用 FPGA 和单片机完成一个具体系统的具体功能的设计，如果希望此产品能具有一定的实用价值和市场竞争力，可以用单片机单独完成此设计，用 DS1302 时钟芯片完成时钟的嵌入和定时控制的功能。 研究方法 通过分析现有电热式热水器的功能和结构的和查阅相关文献、资料，总结现了市场上现有的热水器的种类 、结构和功能特点，在已有产品的功能基础上加入了定时开关功能，使得此产品更人性化也符合社会提倡的节能的需要，此设计先通过 Proteus 和 MasplusII 等软件仿真，然后在系统板上进行逐个的功能调试，在逐个功能完成的基础上进行系统总体功能调试。 1 主要器件和编程语言简介 本设计所用到的主要元器件 FPGA 芯片 EPF10K10TC1444 一片 单片机 STC89C52RC 一片 时钟芯片 DS1302 一片 温度传感器 DS18B20 一个 液晶显示器 LCD12864 一片 继电器 HLS8LDC5VSC 三个 电平转换芯片 MAX232 一片 器件简介 FPGA 简介 FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的缩写， 即现场可编程门阵列，它是在 PAL、 GAL、 EPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。 它是作为专用集成电路（ ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA（ Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块 CLB（ Configurable Logic Block）、输出输入模块 IOB（ Input Output Block）和内部连线（ Interconnect）三个部分。 FPGA 的基本特点主要有： (1)采用 FPGA 设计 ASIC 电路，用户不需要投片生产，就能得 到合用的芯片。 ( 2)FPGA 可做其它全定制或半定制 ASIC 电路的中试样片。 (3)FPGA 内部有丰富的触发器和 I／ O 引脚。 (4)FPGA 是 ASIC 电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 (5)FPGA 采用高速 CHMOS 工艺，功耗低，可以与 CMOS、 TTL 电平兼容。 可以说， FPGA 芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 目前 FPGA 的品种很多，有 XILINX 的 XC 系列、 TI 公司的 TPC 系列、ALTERA 公司的 FLEX 系列等。 FPGA 是由存放在片内 RAM 中的程序来设置其工 作状态的，因此，工作时需要对片内的 RAM 进行编程。 用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。 加电时， FPGA 芯片将 EPROM 中数据读入片内编程 RAM 中，配置完成后，FPGA 进入工作状态。 掉电后， FPGA 恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA 能够反复使用。 FPGA 的编程无须专用的 FPGA 编程器，只须用通用的EPROM、 PROM 编程器即可。 当需要修改 FPGA 功能时，只需换一片 EPROM即可。 这样，同一片 FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。 因此， FPGA 的使用非常灵活。 FPGA 有多种 配置模式：并行主模式为一片 FPGA 加一片 EPROM 的方式；主从模式可以支持一片 PROM 编程多片 FPGA；串行模式可以采用串行 PROM编程 FPGA；外设模式可以将 FPGA 作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。 单片机 简介 单片机 STC89C52RC和 89C51单片机基本相同，具体资料参照参考教科书《单片微型计算机原理及应用》，张毅坤、陈善久、裘学红编著。 DS1302简介 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、 时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 ～。 采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。 DS1302 内部有一个318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源 /后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 引脚功能及结构 DS1302 的引脚排列 ,其中 Vcc1 为后备电源， VCC2 为主电源。 在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。 当 Vcc2 大于 Vcc1＋ 时， Vcc2 给 DS1302 供电。 当 Vcc2小于 Vcc1 时， DS1302 由 Vcc1 供电。 X1 和 X2 是振荡源，外接 晶振。 RST 是复位 /片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST 输入有两种功能：首先， RST 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次，。