2015年第二学习阶段(本科)
中南大学网络教育课程考试
《机械电子学》试题
考试说明：
1.首先下载试题及《标准答卷模版》，完成答题后，答卷从网上提交。 2.答卷电子稿命名原则：学号.doc。如：11031020512002.doc。 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。
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《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。
温度检测 漏电流检测 电源指示 保温指示 加热指示 单 片 机 温度设定键
电源电路 加热电路 电源控制电路 故障报警 显示电路 （图1）
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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
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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。
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报警
开始 初始化 启动A/D转换 调显示子程序 Y 传感器有故障 N 调温度控制子程序 （图2）
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温度控制流程图如图3所示。
（图3）
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入口 Y 正在加热？ N N 低于设定温度 高于设定温度 N Y 停止加热 加热 Y 停止加热 加热 返回