太陽能熱水器的自動控制畢業(yè)論文

1、太陽能熱水器的自動控制目錄摘 要 3 第一章：緒論太陽能熱水器的應用及前景 4第二章：設計目的與設計思路2.1 設計目的52.2 設計要求52.3 設計思路5第三章：太陽能熱水器控制系統(tǒng)的組成及原理3.1 控制系統(tǒng)的組成63.2 控制系統(tǒng)的原理8第四章：硬件電路的設計4.1 檢測電路的設計水溫檢測電路設計 9水位檢測電路設計 104.2 驅(qū)動電路設計 114.3 鍵盤電路設計 124.4 顯示電路設計 134.5 51 系列單片機簡介 144.6 數(shù)字溫度傳感器簡介 17 第五章：軟件設計控制軟件設計 19 心得體會 21 附錄摘要太陽能熱水器很早就被人們所熟知， 廣泛應用于人們的日常生活。

2、但 是目前 , 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。 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設計方案有很多， 本設計采用 MSC-51系列單片機作為中央處理器，采用 12846液晶顯示模塊，本課 題的設計基于單片機的軟件控制下完成時間、 溫度、 水位的顯示。 基 本顯示目標為： 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。（ 1） 顯示水溫和水位，電加熱水溫可任意設定；（ 2） 顯示時間，可通過鍵盤設置時間參數(shù)；（ 3） 設置溫度參數(shù)后，自動控制電輔助設備加熱；關(guān)鍵詞：單片機，太陽能熱水器，自動控制緒論太陽能熱水器的應用及前景 太陽能

3、熱水器應用較好的國家有西 班牙、以色列、意大利、希臘、德國、荷蘭、澳大利亞、日本、美國 等國家。一些國家利用太陽能熱水器除了提供家庭熱水外， 還用于采 暖、空調(diào)及泳池加熱等領域， 其中美國的太陽能熱利用主要用于泳池加熱聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。目前太陽能熱水器已在我國城鄉(xiāng)開始推廣使用， 主要供應生活和洗浴 熱水，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和應用國。 太陽 能熱水器節(jié)能減排，實現(xiàn)能源替代，效果顯著。經(jīng)過兩年多的實踐， 人們認識到太陽能熱利用是投資少、見效快、經(jīng)濟實用、節(jié)能減排， 實現(xiàn)我國能源替代的一個好產(chǎn)業(yè)，國家也正大力扶持和支持，學校、 賓館、飯店、洗浴中心紛紛建設太陽你洗浴系統(tǒng)，太

4、陽能熱水器的市 場存在擴大空間。 新農(nóng)村建設與建筑節(jié)能也為太陽能熱水器的應用推 廣帶來機遇 。 殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。但是市面上絕大多數(shù)的控制器結(jié)構(gòu)簡單， 功能單一，智能化程度低下， 用戶界面不人性化，只具有水位顯示功能，不具有溫度顯示功能。并 且當水位加到一定的程度的時候也沒什么措施， 只能通過手動的方法 來控制水位的高度。 因此根據(jù)以上要求為核心， 開發(fā)出一種太陽能熱 水器智能控制系統(tǒng)， 解決了目前市面上太陽能熱水器控制系統(tǒng)存在的 問題。 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。第二章 設計目的與設計思路2.1 設計目的本設計具有很強的實用性 ,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機 技術(shù)對生產(chǎn)實際中的

5、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、實用性強、性價比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目?？蓮V泛應用于家 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。 彈貿(mào)攝爾霽 斃攬磚鹵廡。2.2 設計要求1、能夠根據(jù)水位和水溫兩個條件控制是否需要進水， 每次只進整個水箱的 四分之一水量，也可以在手動狀態(tài)下自由進水（上滿時自由停止）或停止進水。 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。2、控制系統(tǒng)具有手動和自動切換功能；3、具有水溫和水位顯示功能；4、具有進水超水位和超水溫報警指示；5、用水時若水溫達不到設置值時，可手動起動加熱裝置，這樣可在很大程 度上節(jié)約電能；6、用水時可自由調(diào)節(jié)水

6、溫；7、控制系統(tǒng)具體管道排空功能，這樣防止冬天時因水管內(nèi)有積水而在夜間 凍裂水管。2.3 設計思路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 線）檢測；并由四個綠色 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)需要進行增減。 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。水溫由四個 LED 數(shù)碼管顯示，前三個數(shù)碼管顯示的為溫度最后一個數(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。 煢 楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。第三章 太陽能控制系統(tǒng)的組成及工作原理3.1 控制

7、系統(tǒng)的組成系統(tǒng)組成 ： 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。 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。(1) 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?；[叢媽羥為贍 僨蟶練淨。(2) 自動控制閥：主要 通過控制器控制， 當水 箱中的水的實際溫度 大于所設置的溫度時， 自動閥就自動打開往 水箱中上水， 直到上到 上一個目標水位為止。(3) 手動控制閥：當自 動閥損壞時，可以通過 手動閥進行上下水。 預 頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。系統(tǒng)組成示意圖(

8、4) 水位檢測電極：主 要用來檢測水箱中水 的位置，主要把水箱分 成四等分，一共有五個 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上， 比如當水箱 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， 當超過第二 等分，則顯示二分之一的水。 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。（5）水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實際溫度。（6）電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達到用戶所需要的溫度。太陽能熱水器利用微機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。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。（1）早晨水溫控制由于清晨太陽光較弱， 所以太陽能熱水器

9、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 點之間對水箱進行電加熱，具體控制過 程如下： 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。首先，關(guān)閉冷水閥門 F2 和循環(huán)水閥門 F1，然后微機開始進行水箱的溫度采 集，同時進行溫度的比較，當水箱的溫度小于 30攝氏度時，電熱器 D 接通進行 加熱，同時微機繼續(xù)對熱水箱的溫度進行采集。當溫度加熱到大于 30 攝氏度時 電熱器斷開，如此反復循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。（2）循環(huán)水集熱過程早晨水溫控制之后（ 79點），設定當日的水箱溫度 N（由兩位 BCD 次齒 輪開關(guān)設定），輸入微機，再利用微機控制系統(tǒng)，通過太陽光能對熱

10、水箱加熱以 達到理想溫度 N。具體控制過程如下： 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。打開循環(huán)閥門 F1，關(guān)閉冷水進水閥門 F2，熱水閥門 F3 處于空控狀態(tài)。然 后開始比較溫度，若（ T3-T15 攝氏度， T2T1）為止。如若 T1=N，那么循環(huán) 水集熱過程結(jié)束，進入冷水集熱控制過程。 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。（3）冷水集熱控制此時熱水箱溫度已達到了 N，冷水要進入太陽能集熱器，這時溫度為 T3， 和當日的設定溫度值相比較， 若 T3N 則將已加熱的水送入熱水箱， 每天的控制 時段大概為 9 點 20 點。具體控制過程如下： 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。關(guān)閉循環(huán)水閥門 F2，打開冷水閥門 F2，熱水閥門 F3處

11、于可控狀態(tài)。若 T3N， 打開熱水閥門 F3并將保持一段時間，若 T3N 閥門 F3 繼續(xù)保持打開狀態(tài)，否則關(guān)閉 F3。可見，次過程充分利用太陽光能轉(zhuǎn)化 為熱能，方便快捷。 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。（4）水箱加熱控制此時，也許你會問如果沒有日照或者日照較弱時， 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從系統(tǒng)， 這時它就要 發(fā)揮作用了。熱水箱溫度為 T1，將它和設定值 N 相比較，從而控制是否打開電 加熱，控制時段為下午，具體過程如下： 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。若T1N，電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且， 15點 20點中的每個小時有下表的關(guān)系：表一 溫度比較

12、時間（時）溫度比較加熱值（度）15T135N3516T140N4017T145N4518T150N5019T155N5520T160N60最終熱水箱的溫度加熱到設定值 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、學校等都是最佳選擇。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。3.2 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， 當檢測 溫度高于設置溫度， 且水位未達到最高時， 控制器打開電磁水閥 YV1 和 YV2 進 行上水，同時點亮上水指示燈，當水位上至上一目標水位時，自動

13、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。 鍬籟饗逕 瑣筆襖鷗婭薔。在系統(tǒng)處于手自動狀態(tài)下，可自由上水或停止上水（上水時水箱水位必須未 滿），若水位達到最高則自動停止上水；若需要啟動加熱器則必須先設定加熱溫 度，然后按下加熱鍵進行加熱；若需洗浴時，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；當電磁水閥 YV1 和 YV2 損壞 或停電時， 可通過打開 YV5 和 YV6 進行上下水解決燃眉之急； 此系統(tǒng)設置 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）

14、構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。第四章 硬件電路設計4.1 檢測電路設計 水溫檢測電路設計水溫檢測電路本設計溫度傳感器選用 AD590 。AD590 屬于半導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，本設計中選取 0.5 品種。OP07為高精度運算放大器， AD590 電流流經(jīng) R1、RP1轉(zhuǎn)換為電壓信號， R2、RP2為運算負反饋電阻，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 CPU。控制器的操作使用方式 自然合理。

15、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，”控制器進入 “直接控制”狀態(tài)，顯示“01、”“02、”“03、”“04” 分別表示 “設定水位上限 ”、“設定定時上水時間 ”、“設定定時加熱時間 ”、“設定加 熱溫度 ”。輒 嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。進入“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， 并切換到下一個參數(shù)， S4取消本次修改。進入 “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)超過設定水位上限， 或水溫已經(jīng)超過設定溫度， “直接控制 ”將不起作用。 堯側(cè)閆繭絳闕

16、絢勵蜆贅。設定水位上限：控制器可以監(jiān)測 6 個水位，上限水位可以由用戶設置，水位上限設置范圍為位置 3、4、5、6。設定定時上水時間：每天在規(guī)定時間檢查水位，并上滿。若設定時間為00 或大于等于 24，則取消自動定時上水。 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。設定定時加熱時間：每天在規(guī)定時間檢查水溫，若水溫低于設定溫度，則 接通電加熱器，將水溫加熱到設定溫度。若設定時間為 00 或大于等于 24，則 取消自動定時加熱。 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。設定加熱溫度：定時加熱溫度也可以由用戶設定，可設定范圍為2060。水位檢測電路設計實驗證明，純凈水幾乎是不導電的， 但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃?都會含有一定的

17、Mg 2+、Ca2+等離子，它們的存在使水導電。本控制裝置就是利 用水的導電性來完成的。 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。我們把儲水箱大致分為四個等份， 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 （導線）進行檢測； 由單片機依次使 各水位電極呈現(xiàn)高電平， 由公共電極所接的三極管進行電位轉(zhuǎn)換， 水位到達的電 極，轉(zhuǎn)換電位為低（ 0）；水位沒有到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1）；每檢測一位 便得到一位數(shù)據(jù)， 5 個電極檢測一遍以后便得到了 5 個串行數(shù)據(jù)，然后把這 5 個 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。（若沒有發(fā)光二

18、極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個發(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， 若有四個發(fā)光 二極管亮，則表示水箱水是滿的。 ） 鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。當水位未達到 a 時，即 ha時、這時傳感器的總阻值 為 4R，對應，系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。當 a hb 時，傳感器電阻阻值當 b hc 時，傳感器電阻阻值當 c hd 時，傳感器電阻阻值當 h=d 時，傳感器電阻阻值 為 其中，環(huán)形振蕩器產(chǎn)生的方波周期 兩個定時 /計數(shù)器（ T0、T1）來確定， 驤蘞。為 3R，對應，系統(tǒng)處于 20%水位。為 2R，對應，系統(tǒng)處于 50%水位。為 R，對應，系統(tǒng)處于 80%水位。0，對應，

19、系統(tǒng)處于 100%水位。T（或 f ）可通過單片機 P87LPC744BN的T1用來計數(shù)， T0 用來定時。 碩癘鄴頏謅攆檸攜4.2 驅(qū)動電路設計在單片機控制系統(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。 如圖所示 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。4.3 鍵盤電路設計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 所示。（為了編程簡單、方便，采用獨立式鍵盤電路） 氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。當按鈕按下后，電路

20、與地接通時， I/U 口與地面相連為低電平。 按鈕沒有按下時，電路不與地面相接， I/U 口與電壓高端相連為高電平。 本設計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)用延時子程序 Del1 ，其延遲時間為 1ms，這是為 了使掃描到哪位顯示器穩(wěn)定的點亮一段時間， 猶如掃描過程中在每一位顯示器上 都一段駐留時間，以保證其顯示亮度。 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。 本設計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制數(shù)的字 形代碼。為了進行查表操作，使用查表指令 MOVCA ，A+DP

21、T，R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，再由 A送 P0.1P0.6 輸出給顯示 器。 慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。4.4 顯示電路設計本設計采用共陽型數(shù)碼管， 8個 LED 燈如圖中接法，燈的負極依次接到數(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。 諺辭調(diào)擔 鈧諂動禪瀉類。時鐘顯示系統(tǒng)輸入信號有： 6個液位信號、 1個溫度信號、 4個觸摸鍵 ;輸出信號有： 4位 LED 數(shù)碼管分時顯示當前溫度和液位， 3 個位輸出控制繼電器分別控制上水電磁

22、 閥、加熱泵、增壓泵， 1 個位輸出控制蜂鳴器作為低水位報警信號和其他異常情 況報警，2個位輸出指示上水、 加熱狀態(tài)。用戶設定項目有水位上限、 熱水溫度、 上水定時、加熱定時。設定參數(shù)用 EEPROM 保存，停電后參數(shù)無需重新設定。 系統(tǒng)具有故障自檢功能， 電磁閥、 加壓泵在停水時會自動切斷， 水位傳感器有故 障時禁止上水，以免上水時溢出。 嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。液位傳感器采用 ATS173 型霍爾元件，若干霍爾元件固定在一個垂直導槽上， 浮子帶動磁鋼沿導槽移動， 霍爾元件的輸出經(jīng)過一個電阻網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換成不同的電壓， 經(jīng) ADC 通道送入 MCU 。這樣，僅用一個 ADC 通道可以實現(xiàn)多路數(shù)字信號

23、的輸 入。溫度傳感器采用負溫度 (NTC) 型通用熱敏電阻，信號經(jīng)另一路 ADC 輸入 MCU 保存設定參數(shù)的 EEPROM 采用 HT93LC46，采用串行方式與 MCU 接 熒紿譏鉦鏌觶鷹 緇機庫?？?，整個控制器的硬件及對 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， 以及用戶的設定或操作， 通過軟件進行數(shù)值計算和邏輯 運算，以確定當前應該進行的操作，并通過輸出口控制進水閥、加壓泵、加熱泵 的狀態(tài)，以實現(xiàn)要求的控制功能。 由于 SN8P1706的 I/O 口驅(qū)動能力可高達 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

24、 I/O 口直接 驅(qū)動。 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。4.5 51 系列單片機簡介單片機種類繁多， 而且還在不斷推出新的更高性能的單片機品種。 從使用情況來 看， MCS-51型系列單片機的應用最為廣泛。 MCS-51型單片機系列共有十幾種芯 片?？煞譃?51 和 52 兩個子系統(tǒng)，并以芯片型號的最末位數(shù)字作為標志。其中 8X51片內(nèi)集成有 8 位 CPU，4KB ROM（8031片內(nèi)無 ROM,128BR AM兩, 個 16 位定時 / 計數(shù)器，一個全雙工串行通信接口 （UART）,擁有乘除運算指令和位處理指令。 采 用 CHMO工S 藝的基本型 8XC51，由種功耗控制方式， 能有效降低功耗。增

25、強型 8X52， 于 8X51不同的是片內(nèi) ROM增加到 8KB，RAM增加到 256B,定時/ 計數(shù)器增加到 3 個，串行接口的通信速率快了 6 倍。 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。MCS-51系列單片機片內(nèi)的程序存儲器由多種配置形式： 沒有 ROM、掩膜 ROM、EPROM 和 FPERO。M不同配置形式分別對應不同的芯片，使用時可根據(jù)需要進行選擇。 穎 芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。MCS-51 型系列單片機芯片主要特性子系列片內(nèi) ROM形式片內(nèi)存儲容量片外尋址能力I/O 特性中斷源無ROMEPROMROMRAMEPROMRAM計數(shù)器并行口串行口5518031805187514KB128B64KB64KB

26、216位48 位1580C3180C5187C514KB128B64KB64KB216位48 位155528032805287528KB256B64KB64KB316位48 位1580C3280C5287C528KB256B64KB64KB316位48 位15AT89S51主要特點濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。AT89S51 引腳圖AT89S51 單片機的最小系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)，即指使單片機能正常工作的所需的最少的電路， 即應包含VccEAGND10K 20pf6M 20pf+5V 4. 4.7F40個引腳， 32kBytes 的程序存儲器， 32個外部 雙向輸入 /輸出（ I/O ）端口，同時內(nèi)含 2

27、 個外中 斷口，3個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串 行通信口，內(nèi)置時鐘振蕩器 ,其 Flash 存儲器，可 反復擦寫 1000次的 Flash 存儲器可有效地降低開 發(fā)成本。軟件設置電 源省電模式， 睡眠其間，定 時/ 計數(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 復位方可恢復工作。 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼AT89S51 主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)32k 可反復擦寫 （1000 次） Flash ROM32個雙向 I/O 口硬件看門狗 WDT 電路3 個 16 位可編程定時 / 計數(shù)器時鐘頻率 0-33MHz兩個串行中斷5128

28、bit 內(nèi)部 RAM2 個外部中斷源內(nèi)置時鐘振蕩器中斷激活睡眠模式3 級加密位雙重數(shù)據(jù)存儲器軟件設置睡眠和喚醒功能AT89S51 單片機最小系統(tǒng)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，所以無需再擴展片外程序存儲器。在 AT89S51 的基礎上，加復位電路、時鐘電路、 EA 引腳信號及電源即可。結(jié)合資 料及所學過的內(nèi)容，得到如圖所示的單片機最小系統(tǒng)。 擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。圖中，晶體振蕩器的頻率選 6MHZ ，復位電路采用上電復位，電路參數(shù)如圖 中所示，以滿足系統(tǒng)復位時兩個機器周期的高電平的要

29、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。 賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。AT89S51 單片機時鐘電路該水位自動顯示控制器采用 AT89C51 單片機，機內(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，兩個電容 C1、C2 取 20pF，以便于起振蕩的作用 。 塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。右圖中 XTAL1為內(nèi)部時鐘工作電路的輸入， XTAL2為來自反向振蕩器的輸出。AT89S51 單片機復位電路該水位自動顯示控制器采用上電復位電路，由 R14、C3 構(gòu)成復位電路，在 上電瞬間，產(chǎn)生一個脈沖， AT89S51 將復位。為保證可靠復位，脈沖

30、寬度應大于 兩個機器周期，這取決于 R、C 時間長數(shù)。取電容 C=10uF，電阻 R=10K。裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺數(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。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 248 218 1014只 DS18B20,再 加上 DS18B20 獨特的單線總線結(jié)構(gòu) ,決定了 DS18B20 特別適合于大型的多路溫 度實時測控系統(tǒng)的溫度檢測。 溫度實時測控集裝箱的設計 , 在實現(xiàn)

31、測控系統(tǒng)的溫 度檢測方面就較好地利用了 DS18B20 的獨到 倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。特點,使系統(tǒng)得到了極大的簡化。（1）DS18B20的特性1）獨特的單線接口方式。 DS18B20 在 I/O處理器連接時 ,僅需要一個 I/O 口 即可實現(xiàn)微處理器同 DS18B20的雙向通訊。 綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。2）DS18B20支持組網(wǎng)功能 ,多個 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的單線上 ,實現(xiàn)多點 測溫。3）DS18B20 的測溫范圍為 : - 55 +125 ,在-10 + 85時, 其精度為 + 015。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領鱺賻。4）DS18B20的測溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從 9 12位,可編程進行選擇

32、。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，其首字節(jié) 固定為28H，表示產(chǎn)品類型碼，后6個字節(jié)是每個器件的編碼， 最后1個字節(jié)是 CRC 校驗碼 . 溫度告警觸發(fā)器 TH和TL 存儲用戶通過軟件寫入的報警上下限值， 高速 便箋存儲 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。器由9個字節(jié)組成， 其中有 2個字節(jié) RAM 單元用來存放溫度值前 1個字節(jié)為溫度值 的補碼低 8位，后 1個字節(jié)為符號位和溫度值的補碼

33、高 3位。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。（ 2） DS18B20 測溫原理DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ,如圖所示。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 是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的， 內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計 數(shù),低溫時 ,振蕩器的脈沖可以通過門電路。而當?shù)竭_某一設置高溫時 , 振蕩器的 脈沖無法通過門電路。計數(shù)器設置為 - 55。同時 , 計數(shù)器復位在當前的溫度值 時 , 電路對振蕩器的溫度系數(shù)進行補償 , 計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。如果門 電路仍未關(guān)閉 , 則系統(tǒng)重復上述過程。 櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。3）

34、DS18B20的操作協(xié)議DS18B20單純通信功能是分時完成的。單線信號包括復位脈沖 ,響應脈沖 ,寫 “0”,寫“1”,讀“1”。它們有嚴格的時隙概念。 系統(tǒng)對 DS18B20 的操作以 ROM 命令（5 個）和存儲器命令 （6 個）形式出現(xiàn)。對它的操作協(xié)議是： 初始化 DS18B20 發(fā)復位脈沖 ）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 作都有相應的時序圖。 轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應。DS18B20 在使用時，一般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將 DS18B20 信號線與單片機 1 位 I/O 線相連，且單片機的 1 位 I/O 線可掛接多個 DS18B20， 就可實現(xiàn)單點

35、或多點溫度檢測。 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， 傳輸距離遠且 抗干擾性好： 與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點測溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜， 而 且系統(tǒng)得以簡化，系統(tǒng)擴充維護十分方便。 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。 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。第五章 軟件設計5.1 控制軟件設計主程序流程圖如圖所示。 子程序流程圖如圖所示。 主程序首先完成串行口、 定時 器、中斷源的初始化，設置初始運行參數(shù)、開中斷，然后循環(huán)讀取鍵盤狀態(tài)、檢

36、 測系統(tǒng)是否漏電。 一旦檢測到系統(tǒng)漏電， 進行聲音和顯示報警， 將所有執(zhí)行機構(gòu) 斷電；若系統(tǒng)不漏電則根據(jù)存儲的鍵盤狀態(tài)和檢測的水溫、 水位等狀態(tài)信號進行 相應得處理并等待中斷服務程序的執(zhí)行。 系統(tǒng)正?？刂茣r， 首先顯示水溫和水位， 若檢測到水流開關(guān)打開用水時， 自動斷開上水閥和電加熱體電源， 即實現(xiàn)水電聯(lián) 動，用水停電。當檢測到水位過低時打開電磁閥上水；到達最高水位后，自動關(guān)閉電磁閥。 在水位超過第二檔時， 將檢測的實際水溫與設置水溫進行比較， 若實 際水溫低于設置水溫， 則加熱體通電進行輔助電加熱； 若實際水溫高于設置水溫 時，切斷加熱體電源；若檢測到水位低于第二檔，不管設置溫度高低，總是停

37、止 加熱，以防止加熱體干燒。 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。控制子程序LED顯示子程序：DISI: SETBP1.7;滅顯示MOVR0, #SBCDMOVA, R0;取出要顯示的數(shù)ADDA, #2DH;加上偏移量MOVCA , A+PC;查表取出段選碼MOVSBUF, A;送出顯示DL1: JNBTI, DL1;輸出完否?CLRTI;完,清中斷標志INCR0MOVA, R0ADDA, #21HMOVCA, A + PCANLA, #OEFH;個位加小數(shù)點MOVSBUF, ADL2: JNBTI, DL2CLRTIINCR0MOV A, R0ADD A, #13HMOVC A, A+PCMOVSBUF,

38、 ADL3:JNBTI, DL3CLRTIMOVA, #0FFHMOVSBUF, ADL4:JNBTI, DL4CLRTICLRP1.7RET；亮顯示SEGTAB: DB11H,0D7H,32HDB 92H,0D4H,98HDB 18H,0D3H,10H,0D0H心得體會這次畢業(yè)設計是對所學知識的一次綜合性運用。 其中包括對模擬電子技術(shù)基 礎、和數(shù)字電子技術(shù)基礎、 單片機、傳感器等知識的運用。 從而完成了本次設計。 在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自身知識的不足， 也發(fā)現(xiàn)我們必須具備專業(yè)基礎知識以外， 才能成功的設計出一件合格的東西。 這次畢業(yè)設計收獲很多， 體會也很深刻， 并 且對我們所學的東西也產(chǎn)生了

39、濃厚的興趣。 在設計過程中， 也學會了很多新的東 西，比如傳感器的知識， 以及一些仿真軟件的應用。 當然最重要的是學到了關(guān)于 基本電子設計的一些基本方法， 同時也加深了對一些常用的電子元件的理解及其 基本用法的掌握。 除此之外， 我覺得在這次設計的過程中， 我發(fā)現(xiàn)團隊精神的重 要性，很多時候一個人的力量是有限的， 一個人不可能什么都會， 什么都能自己 解決，還是有需要他人幫助的時候， 我覺得伙伴的相互幫助很有必要， 這樣不僅 能幫助大家很快的解決問題， 還能提高我們每個人的實際水平， 也培養(yǎng)了我們的 團隊合作精神， 這些能力對于我們今后的學習和工作都很有幫助。 這次畢業(yè)設計 是對三年來大學學習的檢驗和總結(jié)， 我感覺到要學習的還有很多。 雖然學習生涯 結(jié)束了這并不代表就可以停止學習，有句話叫 :活到老學到老，所以我會在今后 的生活工作中繼續(xù)學習。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。由于時間關(guān)系， 本次設計中還有不盡完善之處。 希望在以后的學習和工作生 涯中不斷的完善和改進。在本次設