太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1、摘 要眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機(jī)已日益增長，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預(yù)測：二十一世紀(jì)太陽能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價(jià)偏高（如光電池）。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。當(dāng)今社會發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高。現(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽能熱水器 克服了上

2、述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡單、方便。太陽能熱水器順呼時(shí)代發(fā)展的要求，滿足人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大，新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開發(fā)公司計(jì)劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢更好。在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低廉的產(chǎn)品，同時(shí)給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。目前,太陽能熱水器控制器還一直處于研究與開發(fā)階段,市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能,不具備溫度水位的自動控制功能。雖然有的控制器配有電加熱輔助裝置,但都不是

3、全智能型的,給用戶使用帶來許多不便。單片機(jī)控制系統(tǒng)是對其水溫與水位的不同進(jìn)行檢測和控制。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，太陽能熱水器，溫控系統(tǒng)目 錄前言1第1章 設(shè)計(jì)思路及要求31.1本設(shè)計(jì)的目的和意義31.2設(shè)計(jì)要求和目的31.3本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法3第2章 硬件設(shè)計(jì)42.1控制系統(tǒng)組成及工作原理42.2主要原器件介紹72.2.1 AT89S51高性能8位單片機(jī)72.2.2數(shù)碼管顯示82.2.3數(shù)字溫度傳感器DS18B20主要特性及測溫原理112.2.4 ADC0832轉(zhuǎn)換器132.2.5 繼電器的工作原理和特性142.2.6 電磁閥與晶閘管152.3 AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng)172.4 AT89S5

4、1單片機(jī)時(shí)鐘電路172.5 AT89S51單片機(jī)復(fù)位電路182.6水位檢測電路的硬件設(shè)計(jì)182.7水溫檢測電路的硬件設(shè)計(jì)192.8 鍵盤電路的硬件設(shè)計(jì)212.9驅(qū)動電路的硬件設(shè)計(jì)212.10顯示電路的硬件設(shè)計(jì)22第3章 軟件設(shè)計(jì)243.1軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具243.2顯示子程序26第4章 系統(tǒng)功能284.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能284.2系統(tǒng)功能測試28總結(jié)29參考文獻(xiàn)30附錄131附錄234前 言目前，中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國之和，已有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠。但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，

5、 而且為分段顯示，溫度顯示誤差為10%，水位顯示誤差為25%。這種顯示器(還稱不上控制器)不具有溫度控制功能，當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)大量的電能。本文設(shè)計(jì)的太陽能熱水器控制器以80C51單片機(jī)為檢測控制核心，采用DS12887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，不僅實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、溫度和水位三種參數(shù)實(shí)時(shí)顯示和FUZZY控制功能，而且具有時(shí)間設(shè)定、溫度設(shè)定與控制功能。溫度控制采用模糊控制， 控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。包括主、從兩大系統(tǒng)：主

6、系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣利用太陽光能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽能的豐富的免費(fèi)的資源的優(yōu)勢，同時(shí)考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢。第一章 設(shè)計(jì)思路及要求1.1本設(shè)計(jì)的目的和意義本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)實(shí)際中的太陽能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡單、實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目。可廣泛應(yīng)用于家庭生活對太陽能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有良好的市場前景。1.2設(shè)計(jì)要求和目的1、掌握太陽能熱水器的工作原理及

7、實(shí)現(xiàn)控制方法；2、太陽能熱水器水位的檢測和顯示；3、太陽能熱水器溫度的檢測和顯示；4、太陽能熱水器水溫的設(shè)定和電加熱器的控制；5、太陽能熱水器上水水位的設(shè)定和控制；6、編寫控制流程圖及單片機(jī)控制程序1.3本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法水位由潛入儲水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部的公共電極（導(dǎo)線）檢測；并由四個(gè)綠色LED發(fā)光二極管顯示：若無水則綠燈不亮；若有四分之一儲水箱的水亮一盞綠燈；通過觀察綠燈點(diǎn)亮的數(shù)量可識別水位的高低，這里取5段顯示，也可根據(jù)需要進(jìn)行增減。水溫由四個(gè)LED數(shù)碼管顯示，前三個(gè)數(shù)碼管顯示的為溫度最后一個(gè)數(shù)碼管我們只用到了四段碼顯示為溫度的符號C，水溫有效值最多可顯示為99.9。第

8、二章 硬件設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成 ： 如圖2-1所示，本系統(tǒng)主要由控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成。圖 2-1 系統(tǒng)組成示意圖 圖 2-1 系統(tǒng)組成示意圖控制器：主要通過里面的電磁閥控制YV1和YV2的通斷，控制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中的位置以及控制電阻加熱絲加熱。自動控制閥：主要通過控制器控制，當(dāng)水箱中的水的實(shí)際溫度大于所設(shè)置的溫度時(shí)，自動閥就自動打開往水箱中上水，直到上到上一個(gè)目標(biāo)水位為止。手動控制閥：當(dāng)自動閥損壞時(shí)，可以通過手動閥進(jìn)行上下水。水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，主

9、要把水箱分成四等分，一共有五個(gè)電極，接地的電極放在最水箱的最底下，其余分別放在四等分點(diǎn)上，比如當(dāng)水箱中的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當(dāng)超過第二等分，則顯示二分之一的水。水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實(shí)際溫度。電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達(dá)到用戶所需要的溫度。 太陽能熱水器利用微機(jī)控制主要有以下幾種控制功能：晨水加熱控制、溫水循環(huán)控制、冷水集熱控制、水箱加熱控制。（1）早晨水溫控制由于清晨太陽光較弱，所以太陽能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。為了提供溫度不低于30攝氏度的水，熱水器在清晨4-7點(diǎn)之間對水箱進(jìn)行電加熱，具體控制過程如下：首先，關(guān)閉冷水閥門F2和循

10、環(huán)水閥門F1，然后微機(jī)開始進(jìn)行水箱的溫度采集，同時(shí)進(jìn)行溫度的比較，當(dāng)水箱的溫度小于30攝氏度時(shí)，電熱器D接通進(jìn)行加熱，同時(shí)微機(jī)繼續(xù)對熱水箱的溫度進(jìn)行采集。當(dāng)溫度加熱到大于30攝氏度時(shí)電熱器斷開，如此反復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。（2）循環(huán)水集熱過程早晨水溫控制之后（79點(diǎn)），設(shè)定當(dāng)日的水箱溫度N（由兩位BCD次齒輪開關(guān)設(shè)定），輸入微機(jī)，再利用微機(jī)控制系統(tǒng)，通過太陽光能對熱水箱加熱以達(dá)到理想溫度N。具體控制過程如下：打開循環(huán)閥門F1，關(guān)閉冷水進(jìn)水閥門F2，熱水閥門F3處于空控狀態(tài)。然后開始比較溫度，若（T3-T1>5攝氏度，T2>T1）為止。如若T1=N，那么循環(huán)水集熱過程結(jié)束，進(jìn)入冷水

11、集熱控制過程。（3）冷水集熱控制此時(shí)熱水箱溫度已達(dá)到了N，冷水要進(jìn)入太陽能集熱器，這時(shí)溫度為T3，和當(dāng)日的設(shè)定溫度值相比較，若T3>N則將已加熱的水送入熱水箱，每天的控制時(shí)段大概為9點(diǎn)20點(diǎn)。具體控制過程如下：關(guān)閉循環(huán)水閥門F2，打開冷水閥門F2，熱水閥門F3處于可控狀態(tài)。若T3>N，打開熱水閥門F3并將保持一段時(shí)間，若T3<N，關(guān)閉F3繼續(xù)給太陽能集熱器加熱，知道溫度答應(yīng)N，當(dāng)打開F3時(shí)此時(shí)比較水管水溫T2與N的值，若T2>N閥門F3繼續(xù)保持打開狀態(tài)，否則關(guān)閉F3?？梢?，次過程充分利用太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。（4）水箱加熱控制此時(shí)，也許你會問如果沒有日照或者日照

12、較弱時(shí)，到了晚上我們是否還能洗上熱水澡嗎？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個(gè)從系統(tǒng)，這時(shí)它就要發(fā)揮作用了。熱水箱溫度為T1，將它和設(shè)定值N相比較，從而控制是否打開電加熱，控制時(shí)段為下午，具體過程如下：若T1<N，電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且，15點(diǎn)20點(diǎn)中的每個(gè)小時(shí)有下表的關(guān)系：表一 溫度比較時(shí)間（時(shí)） 溫度比較 加熱值（度）15 T1<35<N 3516 T1<40<N 4017 T1<45<N 4518 T1<50<N 5019 T1<55<N 5520 T1<60<N 60最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定

13、值N。由此可見，即使沒有日照我們照樣可以洗上熱水澡了。綜上所述，太陽能供熱控制系統(tǒng)不僅節(jié)約而且高度只能化，方便省事，不論日常家居，還是對賓館、學(xué)校等都是最佳選擇。控制裝置的工作原理：本控制系統(tǒng)分為手動和自動兩種控制方式，在系統(tǒng)處于自動狀態(tài)下，當(dāng)檢測溫度高于設(shè)置溫度，且水位未達(dá)到最高時(shí)，控制器打開電磁水閥YV1和YV2進(jìn)行上水，同時(shí)點(diǎn)亮上水指示燈，當(dāng)水位上至上一目標(biāo)水位時(shí)，自動停止上水（即關(guān)閉電磁水閥YV1和YV2），若水箱內(nèi)無水，則自動上水至最低水位處。在系統(tǒng)處于手自動狀態(tài)下，可自由上水或停止上水（上水時(shí)水箱水位必須未滿），若水位達(dá)到最高則自動停止上水；若需要啟動加熱器則必須先設(shè)定加熱溫度，然

14、后按下加熱鍵進(jìn)行加熱；若需洗浴時(shí)，則需打開手動閥YV4，系統(tǒng)自動打開電磁水閥YV2，可通過YV5自由調(diào)節(jié)水溫；當(dāng)電磁水閥YV1和YV2損壞或停電時(shí)，可通過打開YV5和YV6進(jìn)行上下水解決燃眉之急；此系統(tǒng)設(shè)置YV3是為了防止冬天氣溫過低引起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動打開此閥放完水管中的積水）。2.2主要原器件介紹2.2.1 AT89S51高性能8位單片機(jī)圖2-2 AT89S51引腳圖AT89S51是一個(gè)低功耗高性能CMOS 8位單片機(jī)，4k Bytes Flash只讀程序存儲器(ROM),512 Bytes 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM),該微處理器采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，

15、兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，引腳兼容80C51和80C52芯片，片內(nèi)的Flash存儲器可以像常規(guī)程序存儲器一樣進(jìn)行燒寫，AT89S51片內(nèi)總共有256字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)區(qū)，而128字節(jié)的內(nèi)部擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)需通過清SFR(8EH)的位1并用MOVX指令訪問，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，另一個(gè)256BytesRAM區(qū)與ATMEL之AT89系列8052兼容的單片機(jī)是一致的，AT89C51結(jié)合通用的8位微處理器和Flash存儲技術(shù)構(gòu)成功能強(qiáng)大單片微處理器，可提供許多高性能低價(jià)位的系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。(1)、AT89S51主要特點(diǎn)：40個(gè)引腳，32kBytes的程序存儲器，32個(gè)外部雙向輸入/

16、輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置時(shí)鐘振蕩器,其Flash存儲器，可反復(fù)擦寫1000次的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。軟件設(shè)置電 源省電模式，睡眠其間，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口和中斷口均停止工作，RAM中的數(shù)據(jù)被“凍結(jié)”，直到下次被中斷激活或硬件復(fù)位方可恢復(fù)工作。(2)、AT89S51主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)32k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM32個(gè)雙向I/O口硬件看門狗WDT電路3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33MHz兩個(gè)串行中斷512×8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源內(nèi)置時(shí)鐘

17、振蕩器中斷激活睡眠模式3級加密位雙重?cái)?shù)據(jù)存儲器軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2.2.2數(shù)碼管顯示由單片機(jī)的定時(shí)器To做16位計(jì)數(shù)器（為便于數(shù)據(jù)處理，這里只用低8位計(jì)數(shù)值，即寄存器TL0中的值）。一邊記錄脈沖數(shù)量，一邊以厘米為單位由四位數(shù)碼飛管顯示出來。四位數(shù)碼管采用動態(tài)掃描方式顯示。長度計(jì)量儀采用0.5英寸共陽極連接的LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。右圖為LED數(shù)碼管外形和引腳圖，其中7只發(fā)光二極管分別對應(yīng)a-g筆段，構(gòu)成“日”字形，另一只發(fā)光二極管DP作為小數(shù)點(diǎn)，因此這種LED顯示器稱為八段數(shù)碼管。（如圖2-3所示）圖2-3 LED數(shù)碼管共陽極型LED數(shù)碼管，是將

18、各段發(fā)光二極管的陽極連在一起，作為公共端com,應(yīng)接高電平。ag、Dp各筆段中，某筆段接低電平時(shí)發(fā)光，高電平時(shí)不發(fā)光。為了節(jié)省單片機(jī)I/O口的數(shù)量，將各位數(shù)碼管的ag對應(yīng)筆畫并聯(lián)起來分別與單片機(jī)的P2.0P2.7引腳連接。顯示時(shí)，由P2口依次輸出各位數(shù)字的筆段碼，并依次由P1.0、P1.1、P1.2、P1.3輸出低電平位選信號接通數(shù)碼管的公共端，輪流進(jìn)行，循環(huán)不止，由于循環(huán)的頻率較高（約50Hz），加上人眼的視覺暫留，既保障了各位數(shù)字的對應(yīng)顯示，又不會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。本系統(tǒng)需顯示水溫，測量范圍為099 ，用四個(gè)八位LED數(shù)碼管顯示。1）LED結(jié)構(gòu)和顯示原理。LED（Light

19、Emitting Diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見的是由7段型發(fā)光二極管（ag7段）和1個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（常以dp表示，主要用來顯示小數(shù)點(diǎn)）組成的LED顯示器，其排列形狀如下圖所示。這種LED顯示器也可稱為7段數(shù)碼顯示器（或8段數(shù)碼顯示器）。LED顯示中的發(fā)光二極管根據(jù)其連接的方法有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。共陰極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極，如圖a所示。使用時(shí)，公共陰極接地，根據(jù)要求需點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陽極輸入高電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陽極輸入低電平。共陽極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陽極連接在一起構(gòu)成公共陽極，如圖b 所示。使用時(shí)，公共陽極

20、接+5V，根據(jù)要求需要點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陰極輸入低電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陰極輸入高電平。通過控制7個(gè)段的發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號。2）字段碼。為了顯示各個(gè)數(shù)字或字符，就需要為LED提供相應(yīng)的代碼，因?yàn)檫@些代碼是控制各段的亮或滅，供顯示器顯示字形的，所以稱為字段碼（也可以稱為段選碼或字形碼）。七段發(fā)光二極管再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED顯示器的字段碼正好1個(gè)字節(jié)。各代碼位的對應(yīng)關(guān)系如下：D7D6D5D4D3D2D1D0DpGfedcba下圖所示為共陰極LED所顯示的不同字符的字段碼，測量范圍為099 0C，當(dāng)溫度超出范圍時(shí)，顯示器均顯示F

21、。顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FHF71H3）N位LED顯示器。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)際使用的LED顯示器有多個(gè)，N位LED顯示器的顯示要從兩個(gè)方面來控制：其一是控制N位的字段顯示（即顯示什么字符）；其二是控制字位（即哪一位到哪一位亮）。由LED的顯示原理可知，要使某N位LED顯示器的某一位顯示某個(gè)字符，就必須將此字符轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的字段碼來控制該位的8個(gè)段，同時(shí)，該位的字位線也要控制有效，這要通過一定接口來實(shí)現(xiàn)。LED顯示器有兩種顯示方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。N位LED顯示器有N根字位選線（簡稱：“位選線”）和N*8根

22、字段選線（簡稱：“段選線”）。根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接方式也不同。各種字符的字段碼的獲取方法有兩種：即軟件譯碼和硬件譯碼法。目前通常所用的各種型號的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)裝置普遍采用軟件譯碼。當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的LED顯示器位數(shù)較多時(shí)，為了簡化電路降低成本，本設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示的方式。動態(tài)顯示方式的接口電路的連接方法是：將所有LED位的段選線（a dp）同名并聯(lián)，即所有a段并聯(lián)，所有b段并聯(lián)。依次類推，然后由一個(gè)8位I/O接口來控制各個(gè)段，而所有位的位選線則由另外一個(gè)相應(yīng)的I/O接口線來控制。這樣用兩個(gè)8位I/O接口就能控制8位LED顯示器。LED顯示器是由電流型控制器件，其工作電流

23、為2mA20mA，使用時(shí)須加限流電阻。本設(shè)計(jì)中限流電阻選用1K。動態(tài)掃描顯示控制方式就是逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)（共陽極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線處于段開狀態(tài)，同時(shí)段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字段碼。這樣在每一個(gè)瞬間，8位LED中只有選通的那一位LED顯示出字符，而其它7位則是熄滅的。同樣，在下一瞬間，只顯示下1位LED。如此繼續(xù)下去，等8位LED都顯示完畢后，在循環(huán)進(jìn)行。雖然這些字符是在不同的瞬時(shí)輪流點(diǎn)亮的，但由于人眼的視覺殘留效應(yīng)，看到的是8位穩(wěn)定顯示的字符，與靜態(tài)顯示的效果完全一樣。所以為了簡化電路、降低成本，此系統(tǒng)中采

24、用動態(tài)顯示方式。2.2.3數(shù)字溫度傳感器DS18B20主要特性及測溫原理一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20是DS1820的更新?lián)Q代產(chǎn)品(由美國DA IIAS公司生產(chǎn))。它具有體積小,分辨率高,轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)。由于每片DS18B20 含有唯一的硅串行數(shù), 所以在一條總線上可以掛接多達(dá)248 218×1014只DS18B20,再加上DS18B20 獨(dú)特的單線總線結(jié)構(gòu),決定了DS18B20 特別適合于大型的多路溫度實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)的溫度檢測。溫度實(shí)時(shí)測控集裝箱的設(shè)計(jì), 在實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)的溫度檢測方面就較好地利用了DS18B20 的獨(dú)到特點(diǎn),使系統(tǒng)得到了極大的簡化。（1）DS18B20的特性1）獨(dú)特

25、的單線接口方式。DS18B20 在I/O處理器連接時(shí)，僅需要一個(gè)I/O 口即可實(shí)現(xiàn)微處理器同DS18B20的雙向通訊。2）DS18B20支持組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的單線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。3）DS18B20 的測溫范圍為: - 55+125,在-10+ 85時(shí), 其精度為+ 015。4）DS18B20的測溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從912位,可編程進(jìn)行選擇。數(shù)字化溫度傳感器DS1820測溫范圍為- 55+125 ，增量值為0.5 (9位溫度讀數(shù))，它主要由4個(gè)數(shù)據(jù)部件部分組成：64位ROM;溫度傳感器;非易失性的溫度告警觸發(fā)器TH 和TL；高速便箋存儲器64 位ROM用于存儲序列號，

26、其首字節(jié)固定為28H，表示產(chǎn)品類型碼，后6個(gè)字節(jié)是每個(gè)器件的編碼，最后1個(gè)字節(jié)是CRC校驗(yàn)碼。溫度告警觸發(fā)器TH和TL 存儲用戶通過軟件寫入的報(bào)警上下限值，高速便箋存儲器由9個(gè)字節(jié)組成，其中有2個(gè)字節(jié)RAM單元用來存放溫度值前1個(gè)字節(jié)為溫度值的補(bǔ)碼低8位，后1個(gè)字節(jié)為符號位和溫度值的補(bǔ)碼高3位。（2）DS18B20 測溫原理DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,如圖2-4所示。圖2-4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖DS18B20 的測溫原理：DS18B20 測量溫度采用了特有的溫度測量技術(shù)，它是通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部計(jì)數(shù)器對一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù),低溫時(shí),振蕩器的脈沖可以通過門電路。而當(dāng)

27、到達(dá)某一設(shè)置高溫時(shí), 振蕩器的脈沖無法通過門電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為- 55。同時(shí), 計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前的溫度值時(shí), 電路對振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償, 計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)直到回零。如果門電路仍未關(guān)閉, 則系統(tǒng)重復(fù)上述過程。（3）DS18B20的操作協(xié)議DS18B20單純通信功能是分時(shí)完成的。單線信號包括復(fù)位脈沖,響應(yīng)脈沖,寫“0”,寫“1”,讀“1”。它們有嚴(yán)格的時(shí)隙概念。系統(tǒng)對DS18B20的操作以ROM命令(5個(gè))和存儲器命令(6個(gè))形式出現(xiàn)。對它的操作協(xié)議是： 初始化DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖)發(fā)ROM功能命令處理數(shù)據(jù)發(fā)存儲器命令處理數(shù)據(jù)。各種操作都有相應(yīng)的時(shí)序圖。DS18B20在使用時(shí)，一般都采

28、用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將DS18B20 信號線與單片機(jī)1位I/O線相連，且單片機(jī)的1位I/O線可掛接多個(gè)DS18B20，就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測。DS18B20傳感器精度高、互換性好;它直接將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，可以只使用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便，傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾性好：與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點(diǎn)測溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜，而且系統(tǒng)得以簡化，系統(tǒng)擴(kuò)充維護(hù)十分方便。DS18B20 可以廣泛用于工廠工業(yè)過程、大型糧倉、釀酒廠，食品加工廠的溫度檢測以及賓館、儀器儀表室等處的溫度檢測和控制。2.2.4 ADC0832轉(zhuǎn)換器ADC0832引腳圖（圖2-5）:ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體

29、公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。ADC0832 具有以下特點(diǎn)：1、8位分辨率；2、雙通道A/D轉(zhuǎn)換；3、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；4、5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間；5、工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S；6、一般功耗僅為15mW；7、8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；8、商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，工業(yè)級芯片溫寬為40

30、76;C to +85°C；圖2-5 ADC0832程序占用資源有累加器A，工作寄存器R7,通用寄存器B 和特殊寄存器CY。通道功能寄存器和轉(zhuǎn)換值共用寄存器B。在使用轉(zhuǎn)換子程序之前必須確定通道功能寄存器B 的值，其賦值語句為“MOV B,#data”（00H03H）。運(yùn)行轉(zhuǎn)換子程序后的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值被放入B 中。子程序退出后即可以對B 中數(shù)據(jù)處理。2.2.5 繼電器的工作原理和特性 當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長

31、、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動化、運(yùn)動、遙控、測量和通信等裝置中。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。1、電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在

32、彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。2、熱敏干簧繼電器的工作原理和特性熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關(guān)。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、干簧管、導(dǎo)熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵(lì)磁，而由恒磁環(huán)產(chǎn)生的磁力驅(qū)動開關(guān)動作。恒磁環(huán)能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。3、固態(tài)繼電器（SSR）的工作原理和特性固態(tài)

33、繼電器是一種兩個(gè)接線端為輸入端，另兩個(gè)接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)1、額定工作電壓是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。2、直流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。3、吸合電流是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過

34、額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。4、釋放電流是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。 5、觸點(diǎn)切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。2.2.6 電磁閥與晶閘管電磁閥從原理上分為三大類：1、直動式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過25mm。

35、2、分布直動式電磁閥：原理：它是一種直動和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒有壓差時(shí)，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口達(dá)到啟動壓差時(shí)，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)閉。特點(diǎn)： 在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可*動作，但功率較大，要求必須水平安裝。3、先導(dǎo)式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室

36、在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門。特點(diǎn)：流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必須滿足流體壓差條件。2.電磁閥從閥結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別，分為六個(gè)分支小類：直動膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步直動活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)。OP07低噪聲單運(yùn)放：OP07功能簡介:Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環(huán)增益高（對于OP0

37、7A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。OP07特點(diǎn)：超低偏移： 150V最大 。低輸入偏置電流： 1.8nA 。低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。超穩(wěn)定，時(shí)間： 2V/month最大高電源電壓范圍： ±3V至±22V晶振：為給單片機(jī)提供工作所需要的時(shí)鐘信號，本設(shè)計(jì)中采用了6MHZ的晶振。故系統(tǒng)中CPU執(zhí)行的每一個(gè)機(jī)器周期為2us。2.3 AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng) 4. 4.7F 10K6M20pf+5V Vcc EA GNDAT89S51 RST XTAL1 XTAL220pf+5V

38、圖2-6 AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)，即指使單片機(jī)能正常工作的所需的最少的電路，即應(yīng)包含CPU及輔助電路、ROM、RAM及I/O端口等電路。由于AT89S51內(nèi)部已經(jīng)包含4KB的Flash Memory程序存儲器，所以無需再擴(kuò)展片外程序存儲器。在AT89S51的基礎(chǔ)上，加復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、EA引腳信號及電源即可。結(jié)合資料及所學(xué)過的內(nèi)容，得到如圖2-6所示的單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖2-6中，晶體振蕩器的頻率選6MHZ，復(fù)位電路采用上電復(fù)位，電路參數(shù)如圖中所示，以滿足系統(tǒng)復(fù)位時(shí)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平的要求。由于CPU的內(nèi)部已含有程序存儲器，所以EA引腳接高電平。2.4 AT89S51單片機(jī)

39、時(shí)鐘電路該水位自動顯示控制器采用AT89C51單片機(jī)，機(jī)內(nèi)有一高增益反相放大器，構(gòu)成自激振蕩電路，振蕩頻率取6MHz,外接6MHz晶振，兩個(gè)電容C1、C2取20pF，以便于起振蕩的作用。圖2-7時(shí)鐘電路 下圖中XTAL1為內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入，XTAL2為來自反向振蕩器的輸出。2.5 AT89S51單片機(jī)復(fù)位電路該水位自動顯示控制器采用上電復(fù)位電路，由R14、C3構(gòu)成復(fù)位電路，在上電瞬間，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，AT89S51將復(fù)位。為保證可靠復(fù)位，脈沖寬度應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期，這取決于R、C時(shí)間長數(shù)。取電容C=10uF，電阻R=10K。圖2-8 復(fù)位電路2.6水位檢測電路的硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎

40、是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩幸欢ǖ腗g2+、Ca2+等離子，它們的存在使水導(dǎo)電。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)圖2-9水位檢測電路電性來完成的。我們把儲水箱大致分為四個(gè)等份，水位由潛入太陽能熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測；由單片機(jī)依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（0）；水位沒有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（1）；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)，5個(gè)電極檢測一遍以后便得到了5個(gè)串行數(shù)據(jù)，然后把這5個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（

41、若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個(gè)發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有四分之一箱的水，以此類推，若有四個(gè)發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。）當(dāng)水位未達(dá)到a時(shí)，即h<a時(shí)、這時(shí)傳感器的總阻值R為4R，對應(yīng)，系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。當(dāng)ah<b時(shí)，傳感器電阻阻值R為3R，對應(yīng)，系統(tǒng)處于20%水位。當(dāng)bh<c時(shí)，傳感器電阻阻值R為2R，對應(yīng)，系統(tǒng)處于50%水位。當(dāng)ch<d時(shí)，傳感器電阻阻值R為R，對應(yīng)，系統(tǒng)處于80%水位。當(dāng)h=d時(shí)，傳感器電阻阻值R為0，對應(yīng)，系統(tǒng)處于100%水位。其中，環(huán)形振蕩器產(chǎn)生的方波周期T（或f）可通過單片機(jī)P87LPC744BN的兩個(gè)定時(shí)/

42、計(jì)數(shù)器（T0、T1）來確定，T1用來計(jì)數(shù)，T0用來定時(shí)。2.7水溫檢測電路的硬件設(shè)計(jì)圖2-10 水溫檢測電路本設(shè)計(jì)溫度傳感器選用AD590。AD590屬于半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器，測溫范圍-55- +150，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性關(guān)系，1uA/°K，誤差有幾種等級:±1、±0.5、±0.3，本設(shè)計(jì)中選取±0.5品種。OP07為高精度運(yùn)算放大器，AD590電流流經(jīng)R1、RP1轉(zhuǎn)換為電壓信號，R2、RP2為運(yùn)算負(fù)反饋電阻，成反相比例放大器，將溫度信號轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓信號，ADC0832再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入C

43、PU。圖2-10為溫度檢測和A/D轉(zhuǎn)換電路圖 控制器的操作使用方式自然合理。S1用來切換操作狀態(tài)。控制器有“直接控制”和“參數(shù)修改”兩種工作狀態(tài)。按S1鍵顯示“00”，控制器進(jìn)入“直接控制”狀態(tài)，顯示“01”、“02”、“03”、“04”分別表示“設(shè)定水位上限”、“設(shè)定定時(shí)上水時(shí)間”、“設(shè)定定時(shí)加熱時(shí)間”、“設(shè)定加熱溫度”。進(jìn)入“參數(shù)修改”狀態(tài)后，S2、S3用來修改規(guī)定的參數(shù)，S1接受本次修改，并切換到下一個(gè)參數(shù)，S4取消本次修改。進(jìn)入“直接控制”后，S2用來手動上水，S3用來手動加熱，S4用來停止加熱或上水;若水位已經(jīng)超過設(shè)定水位上限，或水溫已經(jīng)超過設(shè)定溫度，“直接控制”將不起作用。設(shè)定水位

44、上限：控制器可以監(jiān)測6個(gè)水位，上限水位可以由用戶設(shè)置，水位上限設(shè)置范圍為位置3、4、5、6。設(shè)定定時(shí)上水時(shí)間：每天在規(guī)定時(shí)間檢查水位，并上滿。若設(shè)定時(shí)間為00或大于等于24，則取消自動定時(shí)上水。設(shè)定定時(shí)加熱時(shí)間：每天在規(guī)定時(shí)間檢查水溫，若水溫低于設(shè)定溫度，則接通電加熱器，將水溫加熱到設(shè)定溫度。若設(shè)定時(shí)間為00或大于等于24，則取消自動定時(shí)加熱。設(shè)定加熱溫度：定時(shí)加熱溫度也可以由用戶設(shè)定，可設(shè)定范圍為2060。2.8 鍵盤電路的硬件設(shè)計(jì)P1.0- P1.7口作為按鍵的信號輸入端，鍵按下，就執(zhí)行該鍵的功能。其電路如圖3-11所示。（為了編程簡單、方便，采用獨(dú)立式鍵盤電路）當(dāng)按鈕按下后，電路與地接通

45、時(shí)，I/U口與地面相連為低電平。按鈕沒有按下時(shí)，電路不與地面相接，I/U口與電壓高端相連為高電平。本設(shè)計(jì)中采用了共陰極接法，對于顯示水溫水位的程序作如下說明： 在動態(tài)掃描過程中，調(diào)用延時(shí)子程序Del1，其延遲時(shí)間為1ms，這是為了使掃描到哪位顯示器穩(wěn)定的點(diǎn)亮一段時(shí)間，猶如掃描過程中在每一位顯示器上都一段駐留時(shí)間，以保證其顯示亮度。 本設(shè)計(jì)接口電路是軟件為主的接口電路，對顯示數(shù)據(jù)以查表方法得到其字形代碼，為此在程序中有字形代碼Table,從0開始依次寫入十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼。為了進(jìn)行查表操作，使用查表指令 MOVC A，A+DPTR，由DPTR提供16位基址，由A提供變址，因此顯示數(shù)據(jù)送A后，再

46、由A送P0.1P0.6輸出給顯示器。2.9驅(qū)動電路的硬件設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，需要用開關(guān)量去控制和驅(qū)動一些執(zhí)行元件，如發(fā)光二極管、繼電器、電磁閥、晶閘管等。但AT89S51單片機(jī)驅(qū)動能力有限，且高電平比低電平驅(qū)動低那六小。一般情況下，需要加驅(qū)動接口電路，且用低電平驅(qū)動。如圖2-11所示圖2-11 驅(qū)動電路2.10顯示電路的硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用共陽型數(shù)碼管，8個(gè)LED燈如圖2-12中接法，燈的負(fù)極依次接到數(shù)碼管的a-f段，采用動態(tài)掃描電路，并把顯示程序作為主程序。數(shù)碼管的段用P0口控制，P2.0口、P2.3口作為數(shù)碼管的位控制，P2.4作為指示燈的控制。圖2-12 時(shí)鐘顯示系統(tǒng)輸入信號有：6個(gè)液

47、位信號、1個(gè)溫度信號、4個(gè)觸摸鍵;輸出信號有：4位LED數(shù)碼管分時(shí)顯示當(dāng)前溫度和液位，3個(gè)位輸出控制繼電器分別控制上水電磁閥、加熱泵、增壓泵，1個(gè)位輸出控制蜂鳴器作為低水位報(bào)警信號和其他異常情況報(bào)警，2個(gè)位輸出指示上水、加熱狀態(tài)。用戶設(shè)定項(xiàng)目有水位上限、熱水溫度、上水定時(shí)、加熱定時(shí)。設(shè)定參數(shù)用EEPROM保存，停電后參數(shù)無需重新設(shè)定。系統(tǒng)具有故障自檢功能，電磁閥、加壓泵在停水時(shí)會自動切斷，水位傳感器有故障時(shí)禁止上水，以免上水時(shí)溢出。液位傳感器采用ATS173型霍爾元件，若干霍爾元件固定在一個(gè)垂直導(dǎo)槽上，浮子帶動磁鋼沿導(dǎo)槽移動，霍爾元件的輸出經(jīng)過一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成不同的電壓，經(jīng)ADC通道送入MC

48、U。這樣，僅用一個(gè)ADC通道可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字信號的輸入。溫度傳感器采用負(fù)溫度(NTC)型通用熱敏電阻，信號經(jīng)另一路ADC輸入MCU。保存設(shè)定參數(shù)的EEPROM采用HT93LC46，采用串行方式與MCU接口，整個(gè)控制器的硬件及對MCU的資源要求降到最低。MCU根據(jù)檢測到的水位信號、水箱溫度信號，以及用戶的設(shè)定或操作，通過軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和邏輯運(yùn)算，以確定當(dāng)前應(yīng)該進(jìn)行的操作，并通過輸出口控制進(jìn)水閥、加壓泵、加熱泵的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)要求的控制功能。由于SN8P1706的I/O口驅(qū)動能力可高達(dá)15mA，采用高亮度的LED顯示無須再使用驅(qū)動器件，可以由SN8P1706的I/O口直接驅(qū)動。第三章 軟件設(shè)計(jì)3.

49、1軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具本次設(shè)計(jì)主要利用C語言編寫程序，根據(jù)功能的需要進(jìn)行編程，其中軟件設(shè)計(jì)所用的軟件主要是Keil uVision3軟件，PROTEUS ISIS軟件。熱水器不論在什么樣的天氣里，都能夠在設(shè)定的時(shí)間向用戶提供設(shè)定溫度的熱水，從而給用戶帶來便利。當(dāng)控制器在設(shè)定的時(shí)間使水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，將通過聲光報(bào)警提醒用戶。根據(jù)這一要求，控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、鍵盤中斷子程序、DS12887更新周期結(jié)束中斷子程序、LED顯示子程序和提前加熱時(shí)間計(jì)算子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度和水位的檢測以及進(jìn)行輔助加熱時(shí)間預(yù)算和一些初始化功能。在主程序中采用了查表方法進(jìn)行輔助加熱提

50、前量預(yù)算。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)程序流程圖對于溫度和時(shí)間設(shè)定， 每次設(shè)定結(jié)束后， 就將設(shè)定值存入DS12887 的非易失性RAM中，下次開機(jī)時(shí)進(jìn)行讀取。這樣作至少有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是系統(tǒng)在不進(jìn)行設(shè)定時(shí)，就認(rèn)定該設(shè)定值和先前一次一樣，解決了每次開機(jī)總要從頭設(shè)定的問題，另一個(gè)是若系統(tǒng)在運(yùn)行中間停電而再次來電時(shí)，可以不用重新設(shè)定， 就能按原設(shè)定值對溫度進(jìn)行控制，增強(qiáng)了控制器適應(yīng)外界變化的能力。對提前加熱時(shí)間的計(jì)算，則是系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的重要一環(huán)。因?yàn)橄到y(tǒng)采用分段式水位檢測，若采用能量守恒的方法對提前加熱時(shí)間進(jìn)行預(yù)算，也同樣得不到精確的結(jié)果。為了避開繁瑣的計(jì)算過程，本系統(tǒng)中采用

51、了模糊控制思想，使用了如下一些控制語句：IF 水位高AND 溫度差大THEN 加熱時(shí)間長IF 水位適中AND 溫度差適中THEN 加熱時(shí)間適中IF 水位低AND 溫度差低THEN 加熱時(shí)間少采用這種思想后，可以用實(shí)驗(yàn)方法獲得各種情況下需要加熱的時(shí)間， 編制成表格。使用時(shí)，只要查表獲得提前加熱時(shí)間就行了。顯然，表格分得越細(xì)，控制就越準(zhǔn)確。本控制器采用溫差每等于5為一格，就能滿足控制要求了。為了減小誤差，試驗(yàn)表明，可以采用如圖3-2的方法。 圖3-2 水位監(jiān)測處理示意圖實(shí)驗(yàn)中，用水位達(dá)到B1時(shí)的結(jié)果代替水位達(dá)到A1時(shí)的結(jié)果，B2代替A2，B3 代替A3，B4代替A4。這樣，CPU 讀入的A1水位查

52、表后得到的預(yù)加熱時(shí)間是實(shí)驗(yàn)中水位在B1 處的時(shí)間。經(jīng)過這種處理，會把由于分段檢測而產(chǎn)生的計(jì)算誤差減小一半，由原來的h變成了h/2(h為分段水位檢測間隙)。如果水箱水深為40cm，分8段檢測，此種處理方法的計(jì)算將使水位誤差由原來的5cm變成了2.5cm。這種誤差對于民用的熱水器來說，已完全能夠滿足要求了。3.2顯示子程序分析表明，移位寄存器74LS164僅有串入并出作用沒有譯碼功能。因此，在編寫顯示驅(qū)動程序之前，首先需要計(jì)算列寫出與本電路對應(yīng)的LED段選碼 ，然后由89C52的P3.0口送入74LS164的串行輸入端，再并行輸出到LED 的段選端。需要指出的是，上面顯示電路采用TOS28106B

53、HK型號的共陽極LED顯示器，根據(jù)PCB印制線路板的連線方便，其LED的8個(gè)段選端與74LS164的并行輸出口即8根段選線的連接沒有遵照通常的規(guī)律，而是排列為7、6、4、2、1、9、10、5，相應(yīng)的段選碼也要重新計(jì)算，如顯示字符0的段選碼為11H。電路中設(shè)計(jì)了4位LED顯示器，其功能為：左首位為百位數(shù)或標(biāo)志位，左二位為十位數(shù)，左三位為個(gè)位數(shù)，左四位為小數(shù)點(diǎn)后的十分位數(shù)。據(jù)此，給出如圖3-3所示的顯示子程序框圖。 圖3-3 顯示子程序框圖第四章 系統(tǒng)功能4.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能本系統(tǒng)通過單片機(jī)控制各個(gè)電路模塊以實(shí)現(xiàn)對溫度，水位的檢測，以及對整個(gè)熱水器的智能化控制。4.2系統(tǒng)功能測試設(shè)計(jì)前期通過KEIL軟件和PROTEUS仿真軟件的聯(lián)調(diào)，對設(shè)計(jì)功能進(jìn)行仿真，均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)后期，硬件制作完畢后，將仿真成功后的程序通過單片機(jī)下載程序，寫入單片機(jī)，再根據(jù)顯示模塊的各個(gè)端口連接方式，正確地將單片機(jī)跟顯示模塊連接，最后都實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的功能?？?結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是對所學(xué)知