太陽能水位控制器的設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能水位控制器的設(shè)計Solar water level controller design 班 級 學生姓名 學號 指導教師 職稱 導師單位 論文提交日期徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)專題（設(shè)計）任務書課題名稱：太陽能水位控制器的設(shè)計 課題性質(zhì)： 產(chǎn)品設(shè)計 系 名 稱： 機電工程技術(shù)學院 專 業(yè)： 應用電子技術(shù) 班 級： 電子大專101/102 指導教師： 尹慧 學生姓名：查旦明、孟振、陳小偉、馬寧浩 劉小雪、李會萍、李修漢、馬守坤一、課題名稱： 太陽能水位控制器的設(shè)計水位控制器可安裝應用在各種需要對水位進行控制的地方。太陽能水位控制器主要起到太陽能中水位顯示，無水和水滿報警的作

2、用。二、畢業(yè)專題（設(shè)計）主要內(nèi)容：1、基本要求：1、低水位報警功能。2、滿水位報警功能。3、水位顯示功能。2、拓展要求：1、可具有溫度顯示功能。2、1、設(shè)計出電路原理圖。3、制作完成PCB電路板圖。三、計劃進度：日期畢業(yè)設(shè)計各階段的任務2012年8月30日-9月2 日下達任務書，動員，學生準備2012年9月3日-9月14日學生查閱資料，確定方案2012年9月17日-9月 28日 學生設(shè)計2012年10月8日-10月 12日學生畢業(yè)論文編寫2012年10月14日-10月 22 日整理畢業(yè)論文，準備答辯四、畢業(yè)專題（設(shè)計）結(jié)束應提交的材料：1、 畢業(yè)論文 2、實物指導教師 尹 慧 教研室主任 尹

3、慧 2012 年 9月 日 2012 年 9 月 日論文真實性承諾及指導教師聲明學生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實可靠，不存在抄襲、造假等學術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。如被發(fā)現(xiàn)論文中存在抄襲、造假等學術(shù)不端行為，本人愿承擔本聲明的法律責任和一切后果。畢業(yè)生簽名： 日 期： 指導教師關(guān)于學生論文真實性審核的聲明本人鄭重聲明：已經(jīng)對學生論文所涉及的內(nèi)容進行嚴格審核，確定其內(nèi)容均由學生在本人指導下取得

4、，對他人論文及成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲等學術(shù)不端行為。指導教師簽名： 日 期： 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計(論文)指導教師評閱表學 號100081005學生姓名陳小偉論文成績系 部機電學院專 業(yè)應用電子班 級102導師姓名尹慧職 稱講師題 目 太陽能水位控制器的設(shè)計指導教師評語（包含對論文的性質(zhì)、難度、份量、學生實際完成情況，論文撰寫格式、學生學術(shù)道德等方面的評價，是否同意答辯等） 指導教師簽名：年 月 日徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計(論文)指導教師交叉評閱表學 號100081005學生姓名陳小偉專業(yè)應用電子班級102題目 太陽能水位控制器的設(shè)計序號評審項目指標優(yōu)秀良好合格不合格1

5、選題選題符合人才培養(yǎng)目標要求，具有一定的理論意義和實用價值。2課題工作量難易程度適中，工作量飽滿3設(shè)計（論文）質(zhì)量材料豐富、內(nèi)容充實，較好地體現(xiàn)本專業(yè)基本知識、基本技能的綜合應用，觀點明確、結(jié)構(gòu)完整、格式符合徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）規(guī)范。4成果具有一定的創(chuàng)新性、或具有一定的學術(shù)水平和獨到的見解、或具有一定的實用價值?？傇u評閱教師評語 評閱教師簽名：年 月 日是否同意參加答辯摘要本設(shè)計以單片機AT89S52為核心，配合RC充放電式水位傳感器與一塊12864液晶顯示器，設(shè)計一種數(shù)字化且智能化的太陽能熱水器水位控制系統(tǒng)。雖然本論文課題是水位控制電路設(shè)計，但水位的檢測和溫度有著密不可分的聯(lián)

6、系，所以溫度的檢測模塊也是論文必不可少的一部分。此外，文中給出了主控芯片模塊、LCD顯示板、水位監(jiān)測控制、電鍵控制、報警器和電磁閥控制等模塊的結(jié)構(gòu)及其工作原理、系統(tǒng)硬件原理圖、程序流程圖，并結(jié)合相應的理論設(shè)計進行研究。開頭部分闡述的是研究太陽能熱水器的必要性和國內(nèi)外的研究動態(tài)，正文開始是設(shè)計要求，接著主要是方案的不足及可以加以改進的地方。此設(shè)計相對來說比較系統(tǒng)解決了熱水器上在水時需人工等待和過量溢水的問題，達到了省時、省水的目的。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、抗干擾能力強等特點。關(guān)鍵詞：AT89S52； RC充放電；水位檢測；溫度檢測 Abstra

7、ctMy design regards the AT89S52 SCM as the core, combining the RC charge-discharge type water-level sensor. I design one kind of digital and intelligent control system of solar energy water heater. Although my issue is about water monitoring system, I still mentioned something about temperature moni

8、toring content. My subject is still mainly in water monitoring. This system consists of main chip modules, LCD display module, the water level detection module. the temperature level detection module, keyboard control module, alarm module and solenoid valve control module. At the beginning of the st

9、udy describes the need for the solar water heaters , domestic and international research developments, the final part of this article also brings us the design of requirements. Then article brings us the main demonstration and determination of the program, and the choice of MCU and the working princ

10、iple of the introduction. Next is the core of this design, combining theory focuses on the solar water heater control circuit of the various components. Behind the software design is also essential , finally, the lack of design experience and the improvement is present on our eyes This design has re

11、latively solved the water heater in the water waiting to be artificial and excessive overflow problem, to the province, the provincial water purposes. The solar water heater system compared with traditional ones has many advantages, with a simple structure, easy to use, low cost, better stability an

12、d so on.Keywords：AT89S52 SCM； RC charge-discharge type；Water level detection； Temperature detection 目錄摘要VAbstractVI第1章 緒論11.1前言11.2國內(nèi)外研究動態(tài)11.3太陽能熱水器智能水位控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹1第2章 方案論證和單片機的選擇22.1方案論證和方案的選擇22.2水位傳感器的選擇32.3單片機的選擇52.3.1 AT89S52選擇和其功能性能52.3.2 AT89S52引腳功能介紹5第3章 硬件電路設(shè)計83.1水位檢測模塊83.1.1水位測量原理83.1.2.水位檢測

13、電路設(shè)計93.2 溫度檢測模塊103.3 LCD液晶顯示模塊133.3.1 12864液晶8133.3.2 LCD液晶顯示電路設(shè)計153.4 鍵盤控制模塊163.5報警模塊173.6 電磁閥控制模塊173.7雙機通信及其他電路設(shè)計183.8其他電路設(shè)計193.8.1.晶體振蕩電路193.8.2復位電路203.8.3設(shè)計總電路圖20第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1設(shè)計思路234.2溫度測量子程序234.3水位測量子程序244.4LCD液晶顯示子程序25結(jié)束語26參考文獻27致謝28VIII 第1章 緒論1.1前言地球上的不可再生能源總有一天會消耗殆盡，所以開發(fā)和有效利用太陽能這樣的環(huán)保且資源豐富的

14、能源有著重要的意義。太陽能熱水器就是太陽能開發(fā)和利用的一大產(chǎn)業(yè)，所以完善太陽能熱水器也成為最近的研究熱門課題。目前太陽能熱水器效率和功能上還存在著比較多的問題：例如不可缺水，空曬情況下上水會爆炸；春、秋天，水溫升高造成水變成水蒸氣蒸發(fā)，造成熱能損失；冬天水溫不夠，導致熱水器成為了擺設(shè)?，F(xiàn)在人們對家用電器的要求越來越趨向數(shù)字化、自動化、智能化。很多國內(nèi)外太陽能熱水器商家為了使自己的產(chǎn)品能在市場上有一席之地，在不斷提高太陽能熱水器性能的同時，也不斷加大力度滿足消費者對于太陽能使用方便的要求，于是太陽能熱水器的智能化程度也一年比一年高。但是大部分太陽能熱水器還是存在著使用不便和小毛病多等問題。本設(shè)計

15、是針對上述問題設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)，由AT89S52單片機和一些外圍設(shè)備，充分運用軟件和硬件結(jié)合的方法實現(xiàn)了當前水位高度顯示、水箱溫度顯示，以及當水位下降到最低刻度線時自動上水三種主要功能，很好的解決了一些太陽能熱水器的通病。1.2國內(nèi)外研究動態(tài)我國在太陽能熱水器的發(fā)展迅猛，已經(jīng)一躍成為太陽熱水器第一生產(chǎn)大國，但現(xiàn)狀是我國很多企業(yè)生產(chǎn)的太陽熱水器仍然有著功能單一、數(shù)字化低、智能化低的不足。近幾年來，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些太陽能熱水器監(jiān)測系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定：比如檢測誤差大、顯示器亂碼，還有的與電輔助加熱裝置不能很好配合和太陽能利用率較低等問題，嚴重影響了用戶的日常使用也從而影響到太陽熱水器的銷售業(yè)績慘

16、淡。所以我認為太陽熱水器，有著廣闊的發(fā)展前景，一款好的監(jiān)測系統(tǒng)能讓整個太陽熱水器提高不止一個檔次，讓企業(yè)樂開了花，也給百姓生活帶去了方便，是一種雙贏的研究。因此，在太陽能熱水器水位監(jiān)測水溫檢測方面的研究發(fā)，應引起足夠重視，加大投入一定力量研究開發(fā)高質(zhì)量、性能好的測控產(chǎn)品。在西方，尤其是美國、德國、以色列這些國家在太陽能熱水器方面的研發(fā)一直比較活躍。以美國歐沃斯利諾依斯公司的發(fā)明的全玻璃真空管太陽集熱器最為普及，使用了高真空技術(shù)，使集熱器的熱損失比普通平板式太陽能集熱器的熱損失降低了一大塊（該集熱器選擇性吸收涂層的吸收陽光的效率83%）。另一方面還設(shè)計專門開發(fā)了用于太陽能熱水器的先進的應用軟件，

17、從而使太陽能熱水器技術(shù)水平領(lǐng)先我國不少。1.3太陽能熱水器智能水位控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹1.水位、水溫測量電路。這部分用于采集水位水溫信號給單片機，是太陽能熱水器控制器最關(guān)鍵的部位。2時間、水位、溫度顯示和鍵盤電路。這部分用于系統(tǒng)和人的信息交互。3驅(qū)動電路。上水電磁閥、報警電路，是整個系統(tǒng)的執(zhí)行部分。 第2章 方案論證和單片機的選擇2.1方案論證和方案的選擇方案一：利用單片機進行水位檢測和控制，基于數(shù)字電路的全自動控制，其工作過程是被測水位經(jīng)過模擬信號采集模塊進行采樣，然后把采樣得到的模擬信號送入ADC0804進行A/D轉(zhuǎn)換讀如單片機，再由單片機進行處理，得出結(jié)果是否啟動/停止控制電路執(zhí)行信號以

18、達到水位的控制，具體硬件流程框圖入圖2.1所示。A/D轉(zhuǎn)換輸出控制單片機控制水位水位傳感器圖2.1 方案一具體流程框圖方案二：采用AT89S52單片機為核心控制器的電路。因為單片機電路結(jié)構(gòu)簡單成本低廉、可靠性高，便于實現(xiàn)各個控制功能能很好的完成設(shè)計任務。水位檢測由本設(shè)計使用的RC充放電水位傳感器通過檢測來實現(xiàn)水位的改變。然后通過A/D轉(zhuǎn)換把信號輸入到單片機，獲得當前水位顯示。水溫檢測由單片機根據(jù)溫度傳感器（DS18B20）的操作指令和時序讀取溫度，并送達顯示電路顯示當前水溫。本設(shè)計再用三個按鍵來控制上水的水量，本方案智能化、數(shù)字化的太陽能熱水器控制系統(tǒng)。具體流程框圖如圖2.2。鍵盤控制輸入快顯

19、示電路控制電磁閥水溫檢測水位檢測蜂鳴報警A/DAT89S52圖2.2 方案二流程框圖方案三：在方案二的整體思路基礎(chǔ)上稍做更改，設(shè)計分為房頂和房間，利用兩個單片機AT89S52分別控制。樓上的AT89S52主要利用DS18B20進行水溫的測量，另一方面RC充放電水位傳感器獲取的信號經(jīng)過電壓比較傳送給單片機1，得出結(jié)果，由單片機給出命令來控制電磁閥的開與關(guān)，另一方面信號通過雙機通信傳給樓下的單片機來控制顯示電路和報警。同時房間可以通過鍵盤控制手動控制電磁閥開關(guān)、蜂鳴停止和液晶屏幕的開關(guān)。具體流程框圖如圖2. 3。房頂AT89S52房間AT89S52水 溫檢 測水 位檢 測電 壓比 較鍵 盤輸 入控

20、制電磁閥顯 示電 路蜂 鳴電 路雙機通信圖2.3 方案三流程框圖綜合以上三種方案，方案一由于缺少溫度檢測模塊，而水溫也是影響太陽能熱水器很重要的一方面：比如說水箱中水溫度過高導致水沸騰這時候雖然水所在刻度不是滿的，實際上已經(jīng)溢出，這樣說來方案一的設(shè)計算不上智能。方案二在思路上沒有任何問題，可在實際生活中比較不切實際，因為顯示器在樓頂，倘若用戶在一樓跑到五樓甚至更高，那肯定不方便，液晶成了擺設(shè)，再如液晶這樣的電子產(chǎn)品放在房頂風吹雨淋長此以往如果沒妥善保護很容易壞掉。方案三是在方案二的基礎(chǔ)上完善和加強的，采用單片機鍵的雙邊通信，用戶只要在樓下的房間里或者衛(wèi)生間門口就可以看到水位和水溫的情況，比起方

21、案二更加方便，也更加合理。其基本工作原理是當用戶在使用熱水器時，水箱中水位下降到一定刻度值時，單片機會發(fā)指令給報警電路，同時打開電磁閥水箱內(nèi)會水自動上水，水位達到的最高刻度時單片機會控制電磁閥進行放水。當水位下降到低于設(shè)定的最低刻度線時，單片機接受此信號并開始執(zhí)行指令，報警電路工作，同時電磁閥打開，水位不斷升高，當達到最高水位時便給單片機發(fā)出中斷請求，此時電磁閥關(guān)閉，停止加水。在上水過程中，在樓下的LCD既可以顯示水箱的水位值又可顯示水箱內(nèi)水的當前溫度，不僅直觀方便，而且精確度高，實用性強。此系統(tǒng)解決了熱水器上水時需人工守候和過量溢水的問題，達到了省時、環(huán)保、節(jié)水的目的。加設(shè)的缺水報警系統(tǒng)和液

22、晶顯示部分，使整個系統(tǒng)更實用，更趨向數(shù)字化、智能化。2.2水位傳感器的選擇方案一排阻分檔鍵盤式水位傳感器2：一種類似鍵盤電路的分檔水位傳感器，其原理圖如圖2.4所示。排阻式水位傳感器的工作原理大致是分別用5根銅針分別置于水箱內(nèi)的四種不同高度的位置。銅若針不接觸水面，其輸出為高電平；若銅針與其對應水面接觸時則輸出為低電平，輸出接至電子開關(guān)，經(jīng)過CD4069反向并經(jīng)74LS244驅(qū)動后分別接到AT89S52的 P10P13引腳。單片機對這些引腳進行判斷后 ，顯示相應的水位值。顯示共分4檔 ，每檔為滿水位的20% 。用了這種方法可以省去了傳統(tǒng)的 AD轉(zhuǎn)換器步驟，成本也降低。不過也有個缺點就是精度不高

23、。P1.0P1.1P1.2P1.3AT89S5274LS244CD4069水箱圖2. 4 排阻式水位檢測系統(tǒng)示意圖方案二：RC充放電式水位傳感器測量電路其基本形狀如圖2.5所示。3公共 水位 圖2.5 RC 充放電式水位傳感器示意圖從圖2.5中我們可以看到傳感器外很形很普通，該傳感器一共只有兩個端口，第一個端口是公共水位，第二個端口是實際水位端口。觀察傳感器可知水位傳感器有5個與水接觸點，我們從上到下依次命名它們?yōu)?5觸點。我們分別測量了觸點不同接法時公共和水位兩端口之間的電阻，輸出電阻值表如下表2.1。表2.1輸出電阻值表短接方式無短接1、21、2、31、2、3、41、2、3、4、5輸出電阻

24、值 極大值25k12.5 k8.3k6.3 k方案選擇以RC充放電式水位傳感器來測量水位有較大優(yōu)勢，RC充放電式水位傳感器只要兩根線就可以，這里相對于排阻法就省下不少的導線，另一方面占用較少的I/O口，僅需兩個I/O口就能完成水位檢測任務，極大地節(jié)約了單片機的I/O 口資源。綜上比較可見選用第二種方案較為優(yōu)越。2.3單片機的選擇2.3.1 AT89S52選擇和其功能性能AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 的8位微控制器4，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案

25、。AT89S52與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容得益于它使用高密度非易失性存儲器制造技術(shù)。單片機AT89S52 標準功能：8K Flash ROM（數(shù)據(jù)存儲器），256B RAM（程序存儲器），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，三個可編程16位定時器/計數(shù)器，一個“看門狗”（WDT）定時器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，兩個數(shù)據(jù)指針，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。此外，AT89S52如果降至8Hz靜態(tài)邏輯操作，可支持兩種軟件可選擇節(jié)點模式：在掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。在空閑的模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行

26、口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。2.3.2 AT89S52引腳功能介紹AT89S52單片機采用雙列直排的40條引腳的封裝形式。AT89S52的40條引腳中，有2條只用于主電源的引腳，還有2條外接晶振的引腳，另外4條控制和其它電源復用的引腳，32條I/O引腳。 如圖2.6是AT89S52單片機引腳圖。 圖2.6 AT89S52單片機引腳圖AT89S52引腳的名稱和功能：l Vcc：接+5V的電源。l GND：為接地。l XTAL1：接在外部晶振的一端。在單片機內(nèi)部是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。l XTAL2：接在外部晶振的另一端。在單片機內(nèi)部接至上述的振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩

27、器的頻率是晶體振蕩頻率?？刂菩盘栆_RST、ALE/PROG、PSEN和EA/Vppl RST：9腳也就是RESET，復位輸入，單片機上電后如果要使單片機復位，只要在該引腳輸入24個振蕩周期寬度以上的高電平就可達到。圖3.15為該單片機的復位電路圖。在通電瞬間，電容C通過電阻R進行充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復位。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使得單片機復位。單片機正常工作時，此引腳應為不大與0.5V的低電平。l ALE/PROG：30腳，地址鎖存使能輸出/編程脈沖輸入端。，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位。當不訪問外部存儲器程序時，ALE仍以時鐘振

28、蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。l PSEN：29腳，外部程序存儲器讀選通信號，低點平有效。當AT89S52由外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，每個機器周期中，PSEN信號兩次有效，也就是輸出兩個脈沖。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。l EA/Vpp：31腳，外部訪問允許/編程電源輸入端。當EA輸入高電平時（接Vcc端），CPU執(zhí)行程序，在低4KB（0000H0FFFH）地址范圍內(nèi)，訪問片內(nèi)程序存儲器；當程序計數(shù)器PC的值超過4KB地址時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲

29、器的程序。當EA輸入低電平（接GND）時，CPU僅訪問片外程序存儲器。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2和P3l P0口：P0口是一個雙向I/O口并且擁有8位漏極開路的，同時可以驅(qū)動8個LS型的TTL負載。對P0寫1這個時候引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 l P1口：P1口是一個具有上拉電阻的8位雙向I/O口，P1可驅(qū)動4個LS型的TTL電平。P1口是專為用戶使用

30、的準雙向I/O口，作為通用的I/O口輸入時應先向端口鎖存器寫1。l P2口：P2口是一個雙口功能、字節(jié)地址為0H、位地址為A0HA7H。P2口作為地址輸出線時可以輸出高8位 到外部存儲器，與P0輸出的低8位的地址一齊夠成16位地址，可以尋址的地址空間為64KB。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。在這種應用中，P2口使用較強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。 l P3口：P3口是一個8位雙向I/O口具有內(nèi)部上拉電阻的，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3寫1時，內(nèi)部上拉電阻會把端口拉高，此時可以作為輸入口用。作為輸入口使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原

31、因，將輸出電流（IIL）。 由于AT89S52的引腳有限，因此在P3電路多了種特殊功能即第二功能。P3口的每一條引腳都可分別定義為第二功能的輸入功能或第二輸出功能。實際在使用中，一般都是是先按需求優(yōu)先選擇它的第二功能，剩下不用的才作為第一功能口線使用。各引腳的定義如下：P3.0/RXD：串行數(shù)據(jù)輸入口P3.1/TXD 串行輸數(shù)據(jù)出口P3.2/INTO 外中斷0輸入P3.3/INT1 外中斷1輸入P3.4/TO 定時/計數(shù)器0外部計數(shù)輸入P3.5/T1 定時/計數(shù)器1外部計P3.6/WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選P3.7/RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選 第3章 硬件電路設(shè)計該系統(tǒng)由主控芯片模塊AT89S52

32、、DS18B20溫度檢測模塊、LCD液晶顯示模塊、水位檢測模塊、鍵盤控制模塊、報警模塊和電磁閥開關(guān)模塊組成。下面分別對各個模塊作具體介紹。3.1水位檢測模塊3.1.1水位測量原理1檢測原理圖如圖3.1。水箱水位檢測口4*25K公共充放電口圖3.1 RC 充放水位傳感器原理圖它的是利用4個并聯(lián)的電阻5，電阻隨水位變化而變化，每當水面接觸一個鋼針就會多并聯(lián)一個電阻，電阻隨水位變化而規(guī)律的變化。因為單片機會給電容周期性地充電和放電，然后檢測接在電容兩邊的電壓的變化。因為我們通過已學的知識可知電容電壓的上升或下降時間可表示為t=RC，所以可以通過記錄下的這個時間來知道電阻的變化，進而進一步可知水位的變

33、化并對其進行顯示。單片機中的定時器可以提供電壓變化時間的紀錄，接下來就是如何將電壓的變化傳遞給單片機。本設(shè)計與I/O隔離并用中斷監(jiān)測電容電壓的電路，這樣就需要把電容電壓和單片機端口如圖3.2這樣隔離開來。D Q 鎖存器CP QMUX地址/控制VccVCC讀引腳內(nèi)部總 線寫入讀存儲器圖3.2 P1口的位結(jié)構(gòu)2.電壓跟隨器6電壓跟隨器的構(gòu)成：將LM358的正向輸入端接入電容電壓正端，反向輸入端則與輸出相連。電壓跟隨器的特點：輸入阻抗高，輸出阻抗低，使得輸入幾乎不受輸出影響，所以能啟到很好的隔離作用。3.比較器：采用LM393為比較器加以+5V給其供電，由于LM393的輸出為集電極開路，它的輸出高電

34、平與LM393的電源無關(guān)，但須接外部電源和上拉電阻。需要電壓跟隨器進行隔離的原因和必要性：因為AT89S52單片機的INTO、INT1本身就具備上拉電阻，INTO、INT1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于上圖3.2，并且LM393的反相輸入端輸入和同相輸入端輸入間有著相互鉗位作用，而+5V電源分壓電阻給予+3V參考帶電平對反相輸入端輸入有鉗位作用，因此接了LM358電源跟隨器并且不與電容直接相連，就不會影響 電容電壓的變化，這便是必須接電壓跟隨器的必要性。電壓跟隨器和比較器的接法如圖3.3所示。3.1.2.水位檢測電路設(shè)計水位傳感器采用電壓跟隨器與電壓比較電路相結(jié)合實現(xiàn)。由于水的高低也有一定的電阻，如圖3.3

35、，當水位較低時，傳感器將信號傳給單片機P2.4端口，輸出低電平信號輸入到U7A電壓相應變的?。ǖ陀?v），1腳輸出低電平，經(jīng)過U7A電壓跟誰器，輸入到U7B反相輸入端，與U7B同相端電壓進行比較，在同相端設(shè)置的基準電壓為6V，輸出高電平，作用于P2.3端口制成高電平，AT89S52接受到高電平信號后，將指令給P2.7端口，制成高電平，使三極管導通，繼電器吸合，電磁閥門開始工作。當水位過高時，傳感器將信號傳個單片機，由P2.4輸出一個高電平信號，U7A電壓跟隨器輸出一個12V電壓，輸入給U7B電壓比較器反相端，與同相端進行電壓比較輸出一個低電平信號即（P2.3端口置成低電平），通過AT89S52

36、將指令傳給P2.7端口，將其置成低電平，此時繼電器斷開，電磁閥門停止工作。圖3.3 水位檢測電路3.2 溫度檢測模塊溫度傳感器的主要特點是功能單一、測溫精良、價格低廉（10快錢左右）、響應反應快、傳輸距離遠、功耗小、易配處理器等優(yōu)點，非常適合遠距離測溫和控制，外圍電路簡單且不需要進行非線性校準。太陽能熱水器溫度傳感器有很多，本設(shè)計本來可選用熱敏電阻來使用，他具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻來測水溫，熱敏電阻與普通電阻不同，它具有負的溫度特性，當溫度升高時，電阻值減小等優(yōu)點，它的應用是為了測量溫度。但由于取材方面的原因，也考慮到經(jīng)濟成本我選用了型號為DS18B20的溫度傳感器，這是市場上很多見并且應用范

37、圍很廣的一種溫度傳感器，因為它獨特的單線接口，且具有精準度高、穩(wěn)定性強、廉價等好處，因此我設(shè)計中用DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20的簡介及特性7：DS18B20數(shù)字化溫度傳感器是美國Dallas半導體公司生產(chǎn)的世界上第一種單總線接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-BOARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三級管的集成電路內(nèi)。DS18B20相對于傳統(tǒng)的溫度傳感器具有性能好、微型化、微功耗、穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，尤其適用于多點溫度的測量。DS18B20擁有912位測溫分辨率，精度為0.5。DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，因此特別適合和單片機配合使用，直接

38、讀取溫度數(shù)據(jù)。DS18B20溫度與數(shù)字對應表如表2所示。目前DS18B20數(shù)字溫度傳感器廣泛應用于糧庫、恒溫室、計算機機房溫度監(jiān)控及其他各種溫度測控系統(tǒng)中。如下表 3.2.為DS18B20溫度于數(shù)字對應表。DS18B20可編程溫度傳感器采用3腳PR-35封裝，其中GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過一個較小阻值的上拉電阻與單片機相連。VCC為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，范圍可為3.05.5V，本設(shè)計使用的是外部電源供電。表3.2 DS18B20溫度與數(shù)字對應表溫度 二進制數(shù)據(jù)輸出 十六進制數(shù)據(jù)輸出+125 0000 0111 1101 0000 07D0h +8

39、5 0000 0101 0101 0000 0550h +25.0625 0000 0001 1001 0001 0191h +10.125 0000 0000 1010 0010 00A2h +0.5 0000 0000 0000 1000 0008h 0 0000 0000 0000 0000 0000h -0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8h -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5Eh -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6Eh -55 1111 1100 1001 0000 FC90h DS18B20的引腳圖和封裝

40、如圖3.4所示。DALLAS18B201 2 3GNDDGVcc 1 2 3TO-92DS18B20圖3.4 DS18B20的引腳圖和封裝DS18B20的引腳介紹DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端。開漏單總線接口引腳。在寄生電源中，也可以向器件提供電源。GND：為接地。VDD：外接供電電源輸入端，在寄生電源接線方式時此引腳必須接地。DS18B20的主要特性：l 一個端口引腳便可實現(xiàn)通訊。 l 每個DS18B20器件有對應且唯一的64 位的序列號。l 不需任何其他外部原器件就可以單獨實現(xiàn)多點測溫。 l 可以通過數(shù)據(jù)線供電，供電范圍為3.0V5.5V ，測溫的范圍為-55125（67257），當1085范

41、圍內(nèi)精確度為±5。 l 可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度。l 用戶可定義的非易失性溫度告警設(shè)置，告警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件?？蓱迷跍囟瓤刂?、工業(yè)系統(tǒng)、溫度計或著其他溫度感知測量系統(tǒng)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成分別為：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL兩種寄存器、配置寄存器。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。64位ROM單總線接口存儲器和控制邏輯緩存溫度傳感器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器配置寄存器8位CRC發(fā)生器電源檢測內(nèi)部Vpp寄生電源電路VpuGGNDDQVDD圖3.5 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖DS18B

42、20僅僅使用一根單線端口進行通訊。在單線端口的條件下，首先要建立ROM協(xié)議，才能進行存儲和控制操作。光刻ROM中的64位序列號是出廠前就被光刻好的，是DS18B20的地址序列號，使每個DS18B20都有各不相同，這樣就可以在一根總線上掛多個DS18B20了。其中的溫度傳感器完成對溫度的測量。內(nèi)部的存儲器，包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH，TL和結(jié)構(gòu)寄存器。配置存儲器則主要用來設(shè)置它的工作模式和分辨率。測溫原理如圖3.7所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其

43、振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖3.6中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。累加器預置比較計數(shù)器1低溫系數(shù)晶振預置=0溫度寄存器計數(shù)器2=0高溫系數(shù)晶振圖3.6 DS18B20的工作原理3.3 LCD液晶顯

44、示模塊3.3.1 12864液晶8液晶顯示的原理是在電壓的作用下使液晶內(nèi)的有機化合物的排列發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使光的折射角發(fā)生偏轉(zhuǎn)，造成透射的程度不同，從而使液晶模塊從表面看起來有不同的亮度，所以，液晶必須要在光的照射下才能夠顯示，這一點與發(fā)光二極管從原理上來說是完全不同的。液晶屏顯示模塊與數(shù)碼管相比，它顯得更為專業(yè)、漂亮。隨著科技的發(fā)展，液晶顯示的應用前景將更加廣闊，顯示效果也是越來越好。液晶顯示屏能讓這些電子設(shè)備的顯示更加逼真，目前已廣泛應用于電子手表、復印機、IC卡電話機、電腦顯示屏、液晶電視等許多方面，尤其是電腦屏幕和液晶電視是最貼近每個人的生活的液晶產(chǎn)品。TS128643液晶顯示是基于ST

45、7920來控制顯示的，該顯示器能夠使用串口和并口兩種接線方式，可以選擇4線和8線兩種方式，有64行，每行有128個點。要顯示一個完整是漢字最起碼要在16*16的點陣下才方可完成，換句話說如果你要顯示一個完整的漢字需要16行，每行有16個點，而顯示一個字符只需要8*8點陣或者5*7點陣即可。這樣的TS128643液晶如果顯示字符的話，每行能顯示16個字符，可以顯示4行漢字，每行最多能顯示8個漢字這，對于我的設(shè)計來說已經(jīng)足夠多了，本設(shè)計中只需要2行漢字即可。本設(shè)計采用的液晶因為是自帶字庫的，所采用的驅(qū)動電路是ST7290，對于其驅(qū)動大致可以分為：初始化、設(shè)置起始顯示、數(shù)據(jù)輸送幾大塊。初始化主要的就

46、是按照芯片手冊來，因為那些命令語句的內(nèi)存單元都是固定的，需要按照手冊上的命令語句來完成，不能因為我們自己的喜好來自己修改。其管腳說明如下表3.3所示。表3.3 液晶12864管腳說明管腳符號功能123 ，16，184567891011GNDVDDNCRSEDB0DB7PSBRSTLED+LED-接地接入+5V電源電壓空高：數(shù)據(jù)（低：指令）高：讀（低：寫）使能端數(shù)據(jù)線控制模式系統(tǒng)復位背光電源， +5V背光電源， 0V12864液晶的具體指令介紹DR為數(shù)據(jù)寄存器：簡稱DR，它們負責存儲微機要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)，或者存儲MCU要從CGRAM或DDRAM讀出的數(shù)據(jù)。因此，可將DR視為一個

47、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當RS及RW引腳信號為1且Enable引腳信號由1變?yōu)?時，讀取數(shù)據(jù)；當RS引腳信號為1，RW引腳信號為0且Enable引腳信號由1變?yōu)?時，存入數(shù)據(jù)。AC為地址計數(shù)器：簡稱AC，負責計數(shù)寫讀CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)地址，AC依照MCU對LCD的設(shè)置值而自動修改它本身的內(nèi)容。IR為指令寄存器：簡稱IR，負責存儲MCU要寫給LCD的指令碼，當RS及RW引腳信號為0且Enable引腳信號由1變?yōu)?時，D0D7引腳上的數(shù)據(jù)便會存入到IR寄存器中。BF為忙碌信號：簡稱BF，當BF為1時，不接收微機送來的數(shù)據(jù)或指令；當BR為0時，接收外部數(shù)據(jù)或指令，所以，在寫數(shù)據(jù)或指令到LCD之前，必須

48、查看BF是否為0。只要把數(shù)據(jù)寫到文本顯示RAM中，就能顯示文本內(nèi)容，具體流程如下：先設(shè)定工作模式，接著信號的檢測，再數(shù)據(jù)的傳送。ST7920的顯示RAM中提供了8個乘以4行的漢字空間， 當RAM進行寫入顯示在文本時，CGROM、HCGROM與CGRAM的字型就會顯示出。ST7920A可以顯示三種字型，分別是顯示半寬的HC-GROM字型、中文CGRAM字型和CGRAM字型，在DDRAM中寫入編碼來進行設(shè)定選擇哪種字型，各個字型的詳細編碼如下：半寬字型顯示 ：只將一位字節(jié)寫入DDRAM中，編碼范圍為02-7FH。顯示中文字形：將兩字節(jié)編碼寫入DDRAM，編碼范圍為A1A0HF7FEHGB或編碼為A

49、140H-D75FH BIG5的碼。顯示CGRAM字型：需兩個字節(jié)的編碼寫入DDRAM中來實現(xiàn)這種字型，總共有四種編碼方式它們分別是0000H、0002H、0004H、0006H。LCD液晶顯示器與單片機連接基本要注意以下三點：1.若以CMOS芯片為單片機時不需要電平轉(zhuǎn)換電路來轉(zhuǎn)換；若其單片機為TTL芯片則必須配備電平轉(zhuǎn)換電路。2.模塊讀或者寫控制線為單選，必須加讀或者寫信號轉(zhuǎn)換電路（對讀、寫控制線分開的單片機）。3.對于模塊確定的編碼地址，應選擇相對應的譯碼電路。本設(shè)計用的液晶4行漢字第一行為溫度，第二行為水位，第三行、第四行空缺，在GB2312編碼中查詢“溫度”和“水位”的四個字得到的16

50、位編碼分別為：#CEC2、#B6C8、#CBAE、#CEBB，每個字的編碼分為高8位和低8位，寫入時先寫入高8位，再寫入低8位即可。3.3.2 LCD液晶顯示電路設(shè)計溫度傳感器上的信號隨顯示溫度的值的變化將其顯示在液晶屏上，如圖3.13，LCD液晶顯示電路采用溫度傳感器將傳感器上的信號通過雙機通信傳送給液晶顯示電路，溫度傳感器接受到溫度變化，將信號傳到單片機P2.5端口，單片機將指令給信號發(fā)送到端口P3.1(TXD)，將其置高電平，DS75452接受到信號，在3腳輸出低電平，使光耦導通，輸出的低電平，經(jīng)過非門后，在房間的單片機P3.0（RXD）接受到高電平信號，P0.0-P0.7，P1.0-P

51、1.5輸出顯示信號，將溫度傳感器上測得的溫度顯示在LCD液晶顯示屏上。本系統(tǒng)的顯示電路如圖3.7所示。圖3.7 12864液晶顯示電路 3.4 鍵盤控制模塊本設(shè)計中的鍵盤控制模塊由3個電鍵組成，分別在單片機應用系統(tǒng)中，通常應具有人機對話功能，能隨時發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及報告應用系統(tǒng)的運行狀態(tài)與運行結(jié)果。鍵盤是操作人員可以通過按鍵輸入數(shù)據(jù)和命令進行功能設(shè)置，它是本系統(tǒng)中不可缺少的輸入設(shè)備。鍵盤由一組按鍵開關(guān)所組成。按鍵開關(guān)所組成的鍵盤可以分為兩種形式：獨立式按鍵和矩陣式按鍵。本設(shè)計由于按鍵較少，使用的是獨立式按鍵。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。當功能鍵不是很多時，采用該種方式比較合適。獨立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根I/O口線。每根I/O口線的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。按鍵電路的設(shè)計1.按鍵電路主要控制電電磁閥門的開與關(guān)， 當S2,按下時，AT89S52的P2.4，P2.5， P2.6置成低電平，通過單片機將TXD制成高電平，輸出信號，經(jīng)過DS75452在3腳由于內(nèi)部是與非門，近而輸出低電平，通過光耦導通，另提個AT89S52