基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 題 目：基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：田文帥學(xué) 號(hào)：0605106428專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：自2006-4班指導(dǎo)教師：賈玉瑛 高級(jí)工程師基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要眾所周知，世界上的能源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重，迫切需要找到新的能源來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。而太陽(yáng)能以其能源干凈，安全可靠，源源不斷的來(lái)源備受人們青睞，在對(duì)太陽(yáng)能的利用當(dāng)中，太陽(yáng)能熱水器無(wú)疑是技術(shù)最成熟的。本文結(jié)合實(shí)際太陽(yáng)能熱水器的具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)了以AT89S51單片機(jī)為核心，AD590溫度傳感器，OP07高精度運(yùn)放大器，ADC0832芯片等元器件為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能熱水器

2、的智能控制器，詳細(xì)描述了它的工作原理和設(shè)計(jì)方案。根據(jù)太陽(yáng)能熱水器對(duì)控制器的要求，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件的實(shí)現(xiàn)方法，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)與手動(dòng)上水，自動(dòng)與手動(dòng)加熱，溫度水位顯示等實(shí)用功能。全文分為3大部分，第一部分是緒論部分結(jié)介紹本設(shè)計(jì)的目的要求以及市場(chǎng)前景分析 和設(shè)計(jì)的思路方法。第二部分是硬件電路的設(shè)計(jì)部分，詳細(xì)介紹了硬件的電路圖和硬件的控制原理以及控制方法。第三部分為設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分，描述了設(shè)計(jì)的軟件程序。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、太陽(yáng)能熱水器、溫控系統(tǒng) AbstractThe solar energy water heater with the advantages of clean energy b

3、y the welcome of people. Based on the practical application of solar water heater, design with AT89S51 as the core, the temperature sensor AD590 to OP07,High precision operation amplifier, ADC0832 chips on the basis of components of the solar energy water heater only controller, a detailed descripti

4、on of its working principle and design scheme. According to the requirement of solar water heater of controller, system hardware design and software realization method, so as to realize the automatic and manual, automatic and manual heating water, water temperature display and practical function.The

5、 letter divides into three parts, the first part is introduced and the introduction section design requirement and market analysis and design method of thinking. The second part is part of the hardware circuit design, detailed introduces the hardware circuit and control principle of hardware and the

6、 control method. The third part is the design of the software design, describes the design of the software program.In winter, the demand for water heater is very big, the solar energy water heater is the main source of water, and so can namely is an energy and renewable energy, which is rich in reso

7、urces, can use free, and no transport. No pollution to environment and solar water heater detection controller is muti _ function development orientation.Keywords: SCM, solar water heater, the temperature control system 目錄摘 要IAbstractII目錄III第1章 緒論11.1 太陽(yáng)能熱水器的概況11.2太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析2太陽(yáng)能熱水器的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益分析

8、7太陽(yáng)能熱水器的環(huán)境效益分析7第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)102.1 控制系統(tǒng)組成及工作原理102.1.1 系統(tǒng)的組成102.1.2 控制裝置的工作原理122.2 主要原器件選擇及硬件電路的設(shè)計(jì)122.2.1 AT89S51高性能8位單片機(jī)12數(shù)碼管顯示原理152.3 AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng)182.4 AT89S51單片機(jī)時(shí)鐘電路182.5 AT89S51單片機(jī)復(fù)位電路192.6水位檢測(cè)電路的硬件設(shè)計(jì)202.7水溫檢測(cè)電路的硬件設(shè)計(jì)202.8 鍵盤(pán)電路的硬件設(shè)計(jì)272.9 驅(qū)動(dòng)電路的硬件設(shè)計(jì)282.10顯示電路的硬件設(shè)計(jì)312.11 控制系統(tǒng)原理圖32第3章 軟件設(shè)計(jì)333.1 主程序流程圖3

9、33.2水溫控制上水程序343.3溫度顯示子程序353.4 鍵盤(pán)處理程序36結(jié)束語(yǔ)37第四章 參考文獻(xiàn)38第五章 附錄395.1 主程序流程圖395.2 中斷子程序405.3溫控進(jìn)水程序40溫度檢測(cè)程序40水溫控制上水程序415.4 溫度顯示子程序425.5 鍵盤(pán)處理程序445.6基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序45致謝56 第1章 緒論1.1 太陽(yáng)能熱水器的概況設(shè)計(jì)的目的及意義：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(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的太陽(yáng)能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡(jiǎn)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?？蓮V泛應(yīng)用于家

10、庭生活對(duì)太陽(yáng)能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有良好的市場(chǎng)前景。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：1、能夠根據(jù)水位和水溫兩個(gè)條件控制是否需要進(jìn)水，每次只進(jìn)整個(gè)水箱的四分之一水量，也可以在手動(dòng)狀態(tài)下自由進(jìn)水（上滿時(shí)自由停止）或停止進(jìn)水。2、控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換功能；3、具有水溫和水位顯示功能；4、具有進(jìn)水超水位和超水溫報(bào)警指示；5、用水時(shí)若水溫達(dá)不到設(shè)置值時(shí)，可手動(dòng)起動(dòng)加熱裝置，這樣可在很大程度上節(jié)約電能；6、用水時(shí)可自由調(diào)節(jié)水溫；7、控制系統(tǒng)具體管道排空功能，這樣防止冬天時(shí)因水管內(nèi)有積水而在夜間凍裂水管。 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法：水位由潛入儲(chǔ)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(cè)；并由

11、四個(gè)綠色LED發(fā)光二極管顯示：若無(wú)水則綠燈不亮；若有四分之一儲(chǔ)水箱的水亮一盞綠燈；通過(guò)觀察綠燈點(diǎn)亮的數(shù)量可識(shí)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(hào)C，水溫有效值最多可顯示為99.9。1.2太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和，已有一百多家太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高?，F(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩裕遗欧哦趸嘉廴敬髿?，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些

12、都是太陽(yáng)能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽(yáng)能熱水器 克服了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡(jiǎn)單、方便。太陽(yáng)能熱水器順呼時(shí)代發(fā)展的要求，滿足人們對(duì)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(huì)的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對(duì)太陽(yáng)能熱水器的用量很大。新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開(kāi)發(fā)公司計(jì)劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢(shì)更好此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣利用太陽(yáng)光能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無(wú)光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽(yáng)能的豐富的免費(fèi)的資源的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮到在陰天及夜間無(wú)法利用太陽(yáng)能的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽(yáng)能熱水器和電熱水器

13、的各自優(yōu)勢(shì)。2001年到2006年太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。2006年銷售額近300億元，提供就業(yè)機(jī)會(huì)60多萬(wàn)個(gè)。中國(guó)太陽(yáng)熱水器2005年安裝量為世界的77%。真空管型約占世界總產(chǎn)量的90%以上，硼硅玻璃3.3年產(chǎn)量約占世界70%，吸氣劑約占世界95%以上，年約1.9億支真空集熱管用，年約0.9億支顯像管用。據(jù)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委資源與綜合利用司提供的消息，目前，我國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)和使用國(guó)。2000年，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器年銷售量達(dá)600萬(wàn)平方米，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值60億元，上繳稅金2.5億元。2000年底全國(guó)太陽(yáng)能熱水器擁有量達(dá)2600萬(wàn)平方米，年替代常規(guī)能源能力400萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第一位。

14、太陽(yáng)能熱水器已成為與燃?xì)鉄崴?、電熱水器并列的三大熱水器之一。熱效率?可以連續(xù)不斷的供應(yīng)熱水,出水量大,使用十分方便，隨著"禁直推強(qiáng)"、國(guó)家"西氣東輸"重點(diǎn)發(fā)展燃?xì)獾哪茉凑邔?shí)行，為燃?xì)鉄崴魈峁┝藦V闊的市場(chǎng)空間。有關(guān)調(diào)查顯示，燃?xì)鉄崴髟诮窈笕迥陜?nèi)將保持10%以上的增長(zhǎng)率。 太陽(yáng)能熱水器因其安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)為消費(fèi)者接受。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)年增長(zhǎng)率20%30%，年銷售量400萬(wàn)平方米，整個(gè)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)產(chǎn)值已超過(guò)35億元，當(dāng)前它在我國(guó)熱水器市場(chǎng)份額中約占5%。綜評(píng)一般太陽(yáng)能熱水器容積為70L260L，全年70%以上的熱水由太陽(yáng)輻射加熱

15、完成，在安裝輔助能源裝置的情況下，可以實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)供熱水。太陽(yáng)能熱水器可用于不同的建筑結(jié)構(gòu)，如平頂房、尖頂房、高層建筑陽(yáng)臺(tái)。太陽(yáng)能熱水器由微承壓向承壓發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更趨合理、美觀，使用更便捷。真空管太陽(yáng)能熱水器全年適應(yīng)性強(qiáng)，安裝防凍等輔助裝置，系統(tǒng)運(yùn)行更趨可靠。太陽(yáng)能熱水器輔助能源設(shè)備是實(shí)現(xiàn)家庭熱水中心的最佳途徑。太陽(yáng)能熱水器無(wú)污染、節(jié)能、環(huán)保、安全、零使用費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。太陽(yáng)能熱水器有國(guó)家政策支持，市場(chǎng)遠(yuǎn)未飽和，發(fā)展前景大。在全球能源形勢(shì)緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國(guó)都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。太陽(yáng)能以其清潔

16、、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢(shì)，成為關(guān)注重點(diǎn)。在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽(yáng)能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無(wú)疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也較光伏電池、太陽(yáng)能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。但是目前市場(chǎng)還有待規(guī)范，消費(fèi)群體還有待培育，技術(shù)還有尚須改進(jìn)，因而對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)還有較大的成長(zhǎng)空間。 中國(guó)的太陽(yáng)能熱利用技術(shù)研究開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代末，其重點(diǎn)置于簡(jiǎn)單，價(jià)廉的低溫?zé)崂玫倪m用技術(shù)，如太陽(yáng)能溫室，太陽(yáng)灶，被動(dòng)太陽(yáng)房，太陽(yáng)熱水器，和太陽(yáng)干燥器。這類技術(shù)在農(nóng)村得到推廣應(yīng)用，為緩解農(nóng)村能源短缺，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民生活起了積極的作用，并收到了實(shí)效。20世紀(jì)80年代太陽(yáng)能熱水器列入國(guó)家“六五”和“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目。主要的研

17、發(fā)項(xiàng)目是高效平板太陽(yáng)集熱器和全玻璃真空集熱管。在90年代全玻璃真空集熱管的科技成果通過(guò)中試轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力形成自行設(shè)計(jì)和配套的集熱管生產(chǎn)線是科技攻關(guān)的最杰出的成果。 2007年，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度約為30%，年產(chǎn)量達(dá)2340萬(wàn)（16380MWth），總保有量約為10800萬(wàn)（75600MWth）（太陽(yáng)能熱水器壽命按10年計(jì)算，1997年前的保有量作廢）。2007年，太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)銷售額約為320億元人民幣，產(chǎn)值億元人民幣以上的企業(yè)有20多家；2007年，太陽(yáng)能熱水器的出口額增長(zhǎng)約為28%，6500萬(wàn)美元左右，產(chǎn)品出口歐洲、美洲、非洲、東南亞等50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。 中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的年

18、生產(chǎn)量是歐洲的2倍，北美的4倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和最大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)，并仍在以每年20-30的速度遞增。但是中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)企業(yè)有5000多家，除桑樂(lè)、皇明、清華陽(yáng)光、華揚(yáng)、太陽(yáng)雨、力諾瑞特等10個(gè)全國(guó)性品牌因質(zhì)量、售后服務(wù)過(guò)硬而市場(chǎng)知名度較高外，行業(yè)中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業(yè)，這種狀況不利于行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，這就要求政府部門(mén)進(jìn)行規(guī)范，加強(qiáng)監(jiān)管引導(dǎo)。盡管市場(chǎng)現(xiàn)狀不如人意，但市場(chǎng)前景仍看好。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，居民對(duì)家庭室內(nèi)熱水的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)潛力巨大，市場(chǎng)預(yù)測(cè)： 據(jù)中國(guó)五金制品協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)城市家庭中，57.4%擁有

19、燃?xì)鉄崴?31.3%擁有電熱水器,擁有的太陽(yáng)能熱水器只有7.6%。但在城市家庭的購(gòu)買(mǎi)預(yù)期調(diào)查中,三者的比例將演變?yōu)?5.8%、30.2%、23.2%,太陽(yáng)能熱水器的比例將大幅增長(zhǎng),一種融合三者之長(zhǎng)的家庭熱水中心也將占據(jù)9.5%的比例。據(jù)國(guó)家信息中心經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)部所做的全國(guó)消費(fèi)者家用電器消費(fèi)意向調(diào)查結(jié)果顯示，99年城鎮(zhèn)家庭熱水器的購(gòu)買(mǎi)量為8.84臺(tái)/百戶，銷售總量比98年增長(zhǎng)11%左右，傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代，迎來(lái)安全時(shí)代，電熱水器持續(xù)升溫，逐漸成為市場(chǎng)較活躍的家電商品之一，作為熱水器市場(chǎng)的新秀，太陽(yáng)能熱水器開(kāi)始嶄露頭角。據(jù)預(yù)測(cè)，到2015年，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器普及率將達(dá)到20%30%，約

20、2.32億平方米的市場(chǎng)擁有量，年產(chǎn)值438億元。 眾所周知，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭，沒(méi)有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預(yù)測(cè)：二十一世紀(jì)太陽(yáng)能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽(yáng)能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽(yáng)能利用帶來(lái)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。在太陽(yáng)能熱利用技術(shù)中，太陽(yáng)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(duì)安全的熱水而受到人們的歡迎。 首先，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器不消耗任何

21、常規(guī)能源，而是利用取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能。太陽(yáng)每時(shí)每刻都在進(jìn)行核聚變反應(yīng)，其功率達(dá)3.9×10的23次方kW，地球表面大約能接收到其中的8.5×10的13次方kW，相當(dāng)于全世界發(fā)電量的幾十萬(wàn)倍。太陽(yáng)中反應(yīng)堆氫的儲(chǔ)量，足夠維持600億年。 其次，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器安全可靠，沒(méi)有爆炸、漏電、漏氣等會(huì)造成人身傷害的危險(xiǎn)，且自動(dòng)運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單，基本無(wú)維修工作量。再次，太陽(yáng)能熱水器沒(méi)有固、液、氣體排污，對(duì)環(huán)境無(wú)任何不利影響。太陽(yáng)能熱水器若有輔助加熱，可充分發(fā)揮其功能，即使夜間或陰雨天以及太陽(yáng)被云層遮蔽時(shí)，也能全天候使用。 目前，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的推廣普及十分迅速，1997年銷售面積

22、近300萬(wàn)平方米，數(shù)量居世界首位；全國(guó)從事太陽(yáng)能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達(dá)1000余家，年產(chǎn)值20億元。太陽(yáng)能熱水器智能控制器的應(yīng)用及意義太陽(yáng)能熱水器雖然有諸多的好處，但對(duì)用戶而言，可能存在以下幾方面疑慮:一：水箱上水的問(wèn)題，很多家庭可能采用手動(dòng)上水，就是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間去扳動(dòng)水閥，直至水箱滿了，溢流管有水流下來(lái)，提醒用戶去關(guān)閉水閥。同時(shí)還要避開(kāi)中午日照比較強(qiáng)烈的時(shí)段，防止冷熱交換過(guò)于強(qiáng)烈，炸裂箱內(nèi)水管。這樣做無(wú)可厚非，可是很不方便，首先每天早上或晚上洗完澡后都要記得去扳動(dòng)水閥，否則第二天洗澡的時(shí)候可能就沒(méi)水了。還有時(shí)候水上滿了卻忘記去關(guān)水閥了，這樣家里可能也要發(fā)大水了，存在很多避免不了

23、的麻煩。二：水箱內(nèi)水量的問(wèn)題：很多人也有這樣的經(jīng)歷，正在洗澡時(shí)候發(fā)現(xiàn)水快沒(méi)了，可是又不能馬上上水，否則這樣熱水也變成冷水了，若是洗到一半沒(méi)水了更是尷尬?？墒窍丛柚坝挚床坏剿淅镞€剩多少水，只能在合適的時(shí)間多上幾次水，這樣給用戶也帶來(lái)了很大的麻煩。三：存在干燒的問(wèn)題：用戶外出一兩天沒(méi)用熱水器，沒(méi)能每天按時(shí)上水，水箱內(nèi)液位已經(jīng)過(guò)低。日照強(qiáng)烈時(shí)，箱內(nèi)水溫很高，可能這樣短期不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，可是時(shí)間長(zhǎng)了熱水器的壽命就大大縮減了，成本還沒(méi)收回就要更換新的熱水器了，這樣就很不值得了。四：水溫的問(wèn)題，南方的太陽(yáng)能用戶經(jīng)常會(huì)有這樣的經(jīng)歷，夏天每天都要洗熱水澡，有時(shí)一天還要洗好幾次，可是又經(jīng)常碰見(jiàn)下雨，陰天，

24、光照很弱的天氣。這時(shí)候普通的太陽(yáng)能熱水器恐怕就不能勝任了。晚上用水的時(shí)候發(fā)現(xiàn)水溫很低，只能洗冷水澡了，冬天的時(shí)候要想洗個(gè)熱水澡更是不可能的了。諸多的疑慮，的確給用戶帶來(lái)了很大的麻煩。但要是在洗澡間里配套給熱水器安裝個(gè)智能控制器，所有的問(wèn)題就能迎刃而解了。究竟什么是太陽(yáng)能熱水器智能控制器，每個(gè)人眼里有不同的看法，通俗來(lái)講它就像一個(gè)人一直幫你觀察著熱水器的各種情況，你洗澡的時(shí)候幫你調(diào)好水溫 ，沒(méi)有水的時(shí)候幫你把水上滿等等。有了它可以不再讓你不必因以上的幾點(diǎn)麻煩而對(duì)太陽(yáng)能存有很多疑慮了，可以無(wú)憂無(wú)慮的使用太陽(yáng)能?！叭诵曰迸c否也一直是設(shè)計(jì)這類控制器的必要前提，也是是否能得到用戶認(rèn)可得關(guān)鍵性因素。所以

25、智能控制器的設(shè)計(jì)也需要緊緊圍繞這個(gè)目標(biāo)展開(kāi)。只有考慮到真正的“智能”，“人性化”，設(shè)計(jì)出的控制器也才能被用戶所接受，市場(chǎng)前景也更為廣闊。目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和，已有一百多家太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠。與之配套的智能控制器也層出不窮，各式各樣。但它們不是過(guò)于簡(jiǎn)易，就是價(jià)格太高，不適合普通的家庭用戶。這些控制器大多是采用51系列的單片機(jī)為核心，加上8255，溫度傳感器，時(shí)鐘芯片等作為擴(kuò)展電路，溫度值和水的檔位用數(shù)碼管或LED燈加以顯示，和LED燈作為聲光報(bào)警，就組成了比較傳統(tǒng)的智能控制器。這樣還算比較優(yōu)秀，很多商家直接連溫度顯示也省了，只簡(jiǎn)單輔助了一個(gè)自動(dòng)上

26、水功能，就稱之為太陽(yáng)能智能控制器。這樣的控制器并不能給用戶帶來(lái)多大的方便，比如陰雨天想洗熱水澡的愿望都實(shí)現(xiàn)不了。這樣的控制器當(dāng)然更稱不上人性化。由此可見(jiàn)給太陽(yáng)能熱水器配備真正的智能控制器是非常有必要的，也很有意義。本文也將圍繞這個(gè)主題，在“智能”，“人性化 ”的前提下詳細(xì)探討該智能控制器的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方案，整體硬件設(shè)計(jì)，主要芯片和單片機(jī)的接口電路以及如何用軟件設(shè)計(jì)并調(diào)試成功的方法。1.2.1太陽(yáng)能熱水器的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益分析與電熱水器的對(duì)比計(jì)算太陽(yáng)能熱水器日產(chǎn)50熱水90kg，取進(jìn)水溫度為15，則每天吸收太陽(yáng)能13.23MJ，折合成電能3.657kWh。考慮到電熱轉(zhuǎn)換效率為98%，則相當(dāng)于3.

27、732kWh。以本地電價(jià)0.47元kWh計(jì)，日節(jié)約電費(fèi)1.75元。該太陽(yáng)能熱水器每年比電熱水器節(jié)省費(fèi)用640元，4年可全部收回投資。與燃?xì)鉄崴鞯膶?duì)比計(jì)算以通常家用的液化石油氣為例，每鋼瓶15kg，熱值約42MJkg，議價(jià)45元。考慮到液化石油氣的燃燒效率及排氣熱損失，取熱量轉(zhuǎn)換效率為70%，則13.23MJ熱量要燃燒0.45kg液化石油氣才能獲得，折合燃料費(fèi)用1.35元。該太陽(yáng)能熱水器每年可節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用493元，5年可全部收回投資。 與鍋爐耗煤的對(duì)比計(jì)算某鍋爐燒熱2噸50熱水，耗煤300kg。按比例折算，太陽(yáng)能熱水器每天相當(dāng)于節(jié)煤13.5kg。按煤價(jià)250元/t計(jì)算，太陽(yáng)能熱水器年節(jié)約燃料費(fèi)

28、1232元，基本上當(dāng)年可收回投資的50%。 與洗浴收費(fèi)的對(duì)比計(jì)算按每人每次淋浴用熱水30kg計(jì)算，太陽(yáng)能熱水器日產(chǎn)50熱水可供3人洗浴。以本地淋浴最低價(jià)2元/（人.次）計(jì)，每天可產(chǎn)生效益6元，年產(chǎn)生效益2190元。2年之內(nèi)不僅可收回該太陽(yáng)能熱水器的全部投資，并可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2.2太陽(yáng)能熱水器的環(huán)境效益分析太陽(yáng)能熱水器不消耗常規(guī)燃料，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染。而煤、液化石油氣的燃燒過(guò)程以及電能獲取過(guò)程中都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。與電熱水器對(duì)比太陽(yáng)能熱水器日吸收熱量13.23MJ，折合電能3.657kWh?？紤]電熱轉(zhuǎn)換效率為98%，輸電效率為95%（1996年全國(guó)電力線損率為8.53%），目

29、前我國(guó)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為350gkWh，則采用太陽(yáng)能熱水器理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣4908.7Nm3，CO2 662.3Nm3，SO2 2.0Nm3。與燃?xì)鉄崴鲗?duì)比太陽(yáng)能熱水器日吸收熱量13.23MJ，折合燃燒液化石油氣0.45kg。理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣1480.9Nm3，CO2 230.7Nm3，SO2 0.015Nm3。與鍋爐燃煤對(duì)比采用太陽(yáng)能熱水器日節(jié)煤13.5kg。理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣39300Nm3，CO2 5302Nm3，SO2 15.9Nm3。資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)愈發(fā)展，對(duì)資源的依賴性愈強(qiáng)。許多資源（如煤、石油、天然氣等）是

30、不可再生的，而且在利用過(guò)程中給人類生存環(huán)境帶來(lái)極大污染，人類繁衍生息的物質(zhì)和環(huán)境基礎(chǔ)受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。加強(qiáng)清潔、可再生資源的開(kāi)發(fā)利用，已引起全世界的普遍重視。太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源，有節(jié)能、環(huán)保、安全和永續(xù)利用等優(yōu)點(diǎn)，理應(yīng)成為開(kāi)發(fā)利用的首選。其中太陽(yáng)能熱水器作為家庭生活用品，其開(kāi)發(fā)利用在我國(guó)已走過(guò)了二十多年的歷程，生產(chǎn)技術(shù)成熟，具有明顯優(yōu)點(diǎn)：（一）從節(jié)能環(huán)保的角度講，使用太陽(yáng)能熱水器不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)為國(guó)家節(jié)約了大量能源，社會(huì)效益明顯，是國(guó)家重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，使用前景廣闊。（二）太陽(yáng)能熱水器的使用壽命較長(zhǎng)，使用太陽(yáng)能熱水器經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。若使用合理，其壽命可達(dá)15年甚至更長(zhǎng)。據(jù)測(cè)

31、算，使用平方米太陽(yáng)能熱水器，相當(dāng)于每年節(jié)約10度電。太陽(yáng)能熱水器的費(fèi)用只有燃?xì)鉄崴鞯钠叻种?，電熱水器的六分之一。?gòu)置太陽(yáng)能熱水器一次性投資3000元左右，使用5至6年就可實(shí)現(xiàn)與其熱水器的支出對(duì)比平衡。按照裝置壽命15年計(jì)算，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。（三）太陽(yáng)能熱水器集熱效果好，集熱時(shí)間更長(zhǎng)。只要陽(yáng)光能照射到的地方，就可以使用太陽(yáng)能熱水器，即使在高寒地區(qū)一年四季也可以正常使用。在我國(guó)浙江、江蘇、山東等地，太陽(yáng)能熱水器的研發(fā)和生產(chǎn)已形成規(guī)模，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器的場(chǎng)所也由家居使用擴(kuò)展到醫(yī)院、學(xué)校、賓館、飯店、游泳池、洗浴場(chǎng)所等 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 控制系統(tǒng)組成及工作原理2.1.1 系統(tǒng)的組

32、成 如圖2-1所示，本系統(tǒng)主要由控制器、自動(dòng)控制閥、手動(dòng)控制閥、水位檢測(cè)電極、水溫檢測(cè)傳感器、電阻加熱絲、儲(chǔ)水箱等組成。 控制器：主要通過(guò)里面的電磁閥控制YV1和YV2的通斷，控制水溫檢測(cè)傳感器檢測(cè)水溫、控制水位檢測(cè)傳感器檢測(cè)水在水箱中的位置以及控制電阻加熱絲加熱。自動(dòng)控制閥：主要通過(guò)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(dòng)閥就自動(dòng)打開(kāi)往水箱中上水，直到上到上一個(gè)目標(biāo)水位為止。手動(dòng)控制閥：當(dāng)自動(dòng)閥損壞時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)閥進(jìn)行上下水。水位檢測(cè)電極：主要用來(lái)檢測(cè)水箱中水的位置，主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

33、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(guò)第二等分，則顯示二分之一的水。水溫檢測(cè)傳感器：主要用來(lái)檢測(cè)水箱中水的實(shí)際溫度。AD590屬于半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器，測(cè)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電阻加熱絲：主要用來(lái)加熱水箱中水，使其達(dá)到用戶所需要的溫度。 儲(chǔ)水箱：主要用于儲(chǔ)存所用的水源。圖 2-1 系統(tǒng)組成示意圖 圖 2-1 系統(tǒng)組成示意圖 控制裝置的工作原理本控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，在系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)檢測(cè)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(kāi)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

34、位上至上一目標(biāo)水位時(shí)，自動(dòng)停止上水（即關(guān)閉電磁水閥YV1和YV2），若水箱內(nèi)無(wú)水，則自動(dòng)上水至最低水位處。在系統(tǒng)處于手自動(dòng)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(dòng)停止上水；若需要啟動(dòng)加熱器則必須先設(shè)定加熱溫度，然后按下加熱鍵進(jìn)行加熱；若需洗浴時(shí)，則需打開(kāi)手動(dòng)閥YV4，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)電磁水閥YV2，可通過(guò)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(guò)打開(kāi)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(guò)低引起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動(dòng)打開(kāi)此閥放完水管中的積水）。2.2 主要原器件選擇及硬件電路的設(shè)計(jì)2.2.1 AT89

35、S51高性能8位單片機(jī)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(chǔ)器(ROM),512 Bytes 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),該微處理器采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，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(chǔ)器可以像常規(guī)程序存儲(chǔ)器一樣進(jìn)行燒寫(xiě)，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(guò)清SFR(8EH)的位1并用MOVX指令訪問(wèn)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，另一個(gè)256BytesRAM區(qū)與ATMEL之AT89系列8052兼容

36、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(chǔ)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(chǎng)合。 AT89S51主要特點(diǎn)： 40個(gè)引腳，32kBytes的程序存儲(chǔ)器，32個(gè)外部雙向輸入/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(chǔ)器，可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)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。 圖2-2 AT89S51引腳圖(2)

37、、AT89S51主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)32k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）Flash ROM32個(gè)雙向I/O口硬件看門(mén)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)鐘振蕩器中斷激活睡眠模式3級(jí)加密位雙重?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸

38、入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址

39、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /I

40、NT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要

41、注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程

42、序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.2.2數(shù)碼管顯示原理由單片機(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

43、，一邊以厘米為單位由四位數(shù)碼管顯示出來(lái)。四位數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x采用0.5英寸共陽(yáng)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L(zhǎng)ED數(shù)碼管外形和引腳圖，其中7只發(fā)光二極管分別對(duì)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）共陽(yáng)極型LED數(shù)碼管，是將各段發(fā)光二極管的陽(yáng)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。圖2-3 LED數(shù)碼管為了節(jié)省單片機(jī)I/O口的數(shù)量，將各位數(shù)碼管的ag對(duì)應(yīng)筆畫(huà)并聯(lián)起來(lái)分別與單片機(jī)的P2.0

44、P2.7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(hào)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(jué)暫留，既保障了各位數(shù)字的對(duì)應(yīng)顯示，又不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)

45、行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出

46、字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.3 AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng)

47、 圖2-5 時(shí)鐘電路所謂最小系統(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(chǔ)器，所以無(wú)需再擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器。在AT89S51的基礎(chǔ)上，加復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、EA引腳信號(hào)及電源即可。結(jié)合資料及所學(xué)過(guò)的內(nèi)容，得到如圖2-4所示的單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖2-4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(chǔ)器，所以EA引腳接高電平。4. 4.7F 10K6M20pf+5V Vc

48、c EA GNDAT89S51 RST XTAL1 XTAL220pf+5V圖2-4 AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)2.4 AT89S51單片機(jī)時(shí)鐘電路該水位自動(dòng)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。右圖中XTAL1為內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入，XTAL2為來(lái)自反向振蕩器的輸出。 C1 C2對(duì)頻率有微調(diào)作用 ，晶振或陶瓷諧振器的調(diào)頻范圍可在1.2HZ12HZ之間選擇為了減小寄生電容，更好的保證振蕩器的穩(wěn)定，可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)引腳XTAL1和XT

49、AL2靠近。由于內(nèi)部時(shí)鐘方式外部電路電路簡(jiǎn)單，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中大多采用這種方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的頻率就是晶振的共有頻率2.5 AT89S51單片機(jī)復(fù)位電路該水位自動(dòng)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(zhǎng)數(shù)。取電容C=10uF，電阻R=10K。圖2-7水位檢測(cè)電路2.6水位檢測(cè)電路的硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的Mg2+、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)電性來(lái)完成的。我們

50、把儲(chǔ)水箱大致分為四個(gè)等份，水位由潛入太陽(yáng)能熱水器的儲(chǔ)水箱不同深度的水位電極和潛入儲(chǔ)水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測(cè)；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(méi)有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（1）；每檢測(cè)一位便得到一位數(shù)據(jù)，5個(gè)電極檢測(cè)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(lái)顯示水位的高低。（若沒(méi)有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒(méi)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。）2.7水溫檢

51、測(cè)電路的硬件設(shè)計(jì)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(cè)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圖2-8 水溫檢測(cè)電路圖關(guān)系，1uA/°K，誤差有幾種等級(jí):±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)R36、RP1轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，R37、RP2為運(yùn)算負(fù)反饋電阻，成反相比例放大器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓信號(hào)，ADC0832再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入CPU。圖2-8為溫度檢測(cè)和A/D轉(zhuǎn)換電路圖。 AD590簡(jiǎn)介AD

52、590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：mA/K式中： 流過(guò)器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學(xué)溫度，單位為K。2、AD590的測(cè)溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。4、輸出電阻為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0

53、.3。AD590溫度傳感器不但實(shí)現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)換為線性化電量測(cè)量，而且精確度高，互換性好，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，因此，可把輸出的電信號(hào)經(jīng)AD卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)采集的VI-T的數(shù)據(jù)，以發(fā)揮實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。AD590集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過(guò)發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：式中，K波爾茲常數(shù)； q電子電荷絕對(duì)值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時(shí)輸出為0，溫度25時(shí)輸

54、出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。、OP07簡(jiǎn)介Op07是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以O(shè)P07在很多場(chǎng)合不需要而外的調(diào)零措施，OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低和開(kāi)環(huán)增益高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)，高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。寬的輸入電壓范圍與高達(dá)110DB的共模抑制比和高輸入阻抗的結(jié)合，在同向電路阻態(tài)中提高了很高的精度，即使在很高的閉環(huán)增益下，也能保持極好的線性和增益精度。、下面是OP07參數(shù)資料的簡(jiǎn)明說(shuō)明：產(chǎn)品型號(hào):OP07CP通道數(shù):1關(guān)斷功能:No工作電壓Max. (

55、V):36工作電壓Min. (V):6每通道IQ(典型值)(mA):5帶寬GBW(典型值)(MHz):0.600轉(zhuǎn)換速率(典型值)(V/us):0.300輸入失調(diào)電壓(25)(Max.)(mV):0.150失調(diào)漂移(典型值)(uV/):0.500輸入偏置電流(Max.)(pA):7000共模抑制比(Min.)(dB):100噪聲電壓(典型值):9.800單電源供電:No滿幅:No封裝/溫度():PDIP-8/070描述:精密,低噪聲運(yùn)放ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(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，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎。 ADC0832

56、具有以下特點(diǎn)： 8位分辨率； · 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； · 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； · 5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間； · 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S； · 一般功耗僅為15mW； · 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； · 商用級(jí)芯片溫寬為0°C to +70°C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為40°C to +85°C； 芯片接口說(shuō)明： · CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 · CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 · CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 · GND 芯片參考0 電位（地）。 · DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 · DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 · CLK 芯片時(shí)鐘輸入。