太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計參考模板

1、分享無罪太陽能熱水器控制器的設(shè)計摘 要太陽能是現(xiàn)在社會巨大的能源，人們利用太陽能可以節(jié)省好多的能源，所以要好好利用太陽能，發(fā)揮它應(yīng)有的作用。太陽能熱水器因利用太陽能、無污染、使用方便、長期使用投入費用低等特點而倍受人們的青睞，得到很好的發(fā)展。本設(shè)計以單片機89S52做為控制核心并協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作，通過數(shù)字溫度傳感器檢測當(dāng)前水的溫度，由于是數(shù)字信號就直接送入單片機89S52內(nèi)，通過單片機的處理在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的溫度值。另外一路是在水箱中的水壓傳感器測水的壓力從而得到水位的高低，水壓傳感器輸出的是05V的模擬量，要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量再送入單片機89S52進行處理，在LED數(shù)碼管上顯

2、示水位值。按鍵用來設(shè)定想要控制的溫度值，單片機在內(nèi)部通過比較設(shè)定的溫度和當(dāng)前溫度，當(dāng)前溫度小于設(shè)定溫度時就會閉合電磁開關(guān)，開啟加熱裝置。高于設(shè)定溫度時斷開開關(guān)停止加熱。自動上水方面是設(shè)置水位的上限和下限，水位低于下限時就會閉合電磁開關(guān)，開始上水，當(dāng)水位高于上線時就會自動斷開電磁開關(guān)，停止上水。溫度和水位值在時時檢測，達到控制目的。關(guān)鍵詞：太陽能熱水器,傳感器,控制,單片機I / 74Design of Controller of Solar Water HeaterABSTRACTSolar energy is now a great resources, people use solar e

3、nergy can save a lot of energy, so make good use of solar energy, to play its proper role. Solar water heater due to use of solar energy, no pollution, easy to use, long-term use of inputs and low cost has attracted peoples favor, well developed.This design mostly 89S52 microcontroller core as a con

4、trol and coordinate the work of the entire system, digital temperature sensor by detecting the current water temperature, because the number of digital signal directly into the MCU 89S52, through SCM handle LED digital tube displays the current temperature. Another way is the pressure in the tank pr

5、essure sensor measuring the water level to get the water level, water pressure sensor output is 0 5V for analog to go through A/D converted into digital and then processed into the MCU 89S52, in LED digital tube display level value. Button is used to set the desired temperature, microcontroller inte

6、rnally by comparing the set temperature and current temperature, current temperature is less than the set value will be closed when the electromagnetic switch, open the heating device. Sheung Shui aspect automatically set the upper limit water level, water level less than the lower limit will be clo

7、sed electromagnetic switch, will begin to water, the water level reaches the line is automatically disconnected when the electromagnetic switch, stop watering . Temperature and water values detect constantly to controlling purposes.KEY WORDS: Solar heater, Sensor, control ,MCU目 錄摘要IABSTRACTII1 前言11.

8、1 課題背景和意義11.2 本課題研究內(nèi)容與主要工作21.3 本課題的研究預(yù)期成果22 總體系統(tǒng)設(shè)計33 總體硬件設(shè)計43.1 系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理43.2 溫度傳感器43.2.1 溫度傳感器DS18B2043.2.2 DS18B20的結(jié)構(gòu)63.3 水壓傳感器及A/D轉(zhuǎn)換73.3.1 水壓傳感器73.3.2 ADC0832結(jié)構(gòu)及原理73.4 電磁開關(guān)電路及原理83.4.1 光電隔離器的原理93.4.2 電磁繼電器的原理103.5 單片機控制系統(tǒng)113.6 LED數(shù)碼管顯示電路133.7按鍵電路設(shè)計154 軟件設(shè)計方案164.1 DS18B20驅(qū)動程序設(shè)計174.1.1 DS18B20工作

9、過程及時序174.1.2 DS18B20的驅(qū)動程序194.2串行AD轉(zhuǎn)換器ADC0832程序設(shè)計214.3 按鍵控制程序設(shè)計254.4 LED數(shù)碼管顯示程序設(shè)計275 硬件電路仿真結(jié)果305.1 溫度仿真305.1.1 溫度顯示仿真305.1.2 溫度控制仿真305.2 水位仿真325.2.1 水位顯示仿真325.2.2 水位控制仿真325.3 仿真結(jié)果分析33致謝35參考文獻36附錄 系統(tǒng)總原理圖37附錄 系統(tǒng)源程序381 前言1.1 課題背景和意義目前，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

10、在研究與開發(fā)階段，當(dāng)由于天氣原因而光強不足時，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，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費大量的電能。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)定時間達到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達到24小時供應(yīng)熱水的目的。太陽能熱水器是太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟效益明顯，正在迅速的推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能夠?qū)⑻栞椛淠苻D(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用。他主要由平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式和悶曬式。太陽能熱水器是環(huán)保、無污染，人們用著安全放心。利用太陽的能源，大量節(jié)約現(xiàn)有的能源，是以后能源發(fā)展的趨

11、勢。原有的燃氣熱水器和電熱水器雖然加熱速度比較快，但是所用的煤和氣都會對環(huán)境造成一定的污染，而且會使室內(nèi)的空氣變得不清新，電熱水器的功率較大，對長期使用的一般家庭來說必定會帶來一定的經(jīng)濟困難，是一筆相當(dāng)大的開銷14。太陽能熱水器安全、環(huán)保、經(jīng)濟，帶有輔助加熱功能的熱水器可在全年的任何時候使用，設(shè)計一個控制器來幫助人們了解水的溫度和熱水器中水位的高低，使人們清楚的使用。先前國內(nèi)外大多數(shù)家庭使用的太陽能熱水器只是純粹的太陽能加熱問題，還沒有其他的智能控制方面，在沒有太陽的天氣中沒有足夠的能源使水箱中的水加到最熱。其次對太陽能熱水器中的水位沒有記錄，使人們不能及時知道水箱中的水量，以便補充，缺乏自動

12、性。如今大多數(shù)的家庭太陽能都裝有水位監(jiān)測和水溫測量、顯示的功能，使用更加方便。今年來，利用太陽能和其它能源的結(jié)合，使得太陽能熱水器更加的完善，在任何天氣情況下都能使用到熱水。此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點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的資源的優(yōu)勢，同時考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點，充分發(fā)揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢，這是世面上大部分熱水器所不能比擬的。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?，F(xiàn)有電熱型熱水器費用昂貴及燃氣型的不安全性，且排放二氧化碳污染大氣，北方用

13、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述缺點，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡單、方便。太陽能熱水器順著時代發(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。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、石油、天然氣的存儲量日益減少，能源危機已日益增長，環(huán)境污染的危機已威脅著生態(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

14、重重困難，有些技術(shù)難點尚未突破，產(chǎn)品造價偏高，因而尚未被人們大規(guī)模使用。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、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供低耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。世界各國的太陽能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設(shè)置太陽能熱水器，已經(jīng)有25的新住宅安裝了太陽能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝太陽能熱水器近50萬臺，計劃今后普及率更高。有些國家法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽能熱水器。太陽能熱水器的推廣應(yīng)用及經(jīng)濟效益據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器累計安裝使用總量已達到300萬平方米以上。所以該控制器具有使用方便、性價

15、比高、工作可靠、精度高等特點，為太陽能熱水器的進一步推廣具有積極的推動作用。1.2 本課題研究內(nèi)容與主要工作本設(shè)計主要利用單片機為核心，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅髯鳛樾盘柕牟杉瘉碓矗瑴囟葌鞲衅鬟x擇數(shù)字式的DS18B20。水位信號的檢測選擇PTJ204/205/206/207壓力傳感器，將檢測的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機處理。通過LED數(shù)碼管來顯示溫度和水位。要經(jīng)過幾部分的設(shè)計來完成：（a）LED數(shù)碼管顯示部分設(shè)計 （b）A/D轉(zhuǎn)換部分設(shè)計（c）溫度采集部分設(shè)計（d）控制加熱和上水電路設(shè)計從系統(tǒng)需要和研究內(nèi)容可以看出，本設(shè)計需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。查閱元器件資料，掌握

16、器件工作原理和硬件實現(xiàn)方法。利用電腦仿真，對設(shè)計的電路進行模擬檢測。1.3 本課題的研究預(yù)期成果設(shè)計出太陽能熱水器控制器，編寫出穩(wěn)定簡潔的程序，調(diào)試成功，并在硬件電路上進行仿真達到預(yù)期的目的，完成設(shè)計任務(wù)。2 總體系統(tǒng)設(shè)計總體設(shè)計之前，根據(jù)該系統(tǒng)所要達到的功能，選擇適當(dāng)?shù)脑骷秃线m的芯片來設(shè)計系統(tǒng)，了解各器件的原理和功能。太陽能熱水器控制器設(shè)計，就要有溫度采集器件，根據(jù)相關(guān)參數(shù)范圍選擇了DS18B20數(shù)字溫度傳感器，采集到的數(shù)據(jù)為數(shù)字量，可以直接送入單片機處理，電路簡單，數(shù)字溫度傳感器比模擬溫度傳感器測量結(jié)果精確。要顯示水位量就要有單片機能處理的水位量，這個量就要由傳感器來測量，這里的水位檢

17、測傳感器選擇模擬的傳感器，模擬量不能直接進入單片機進行處理，要變成二進制的數(shù)字量才能送入單片機進行處理，這就要進行A/D轉(zhuǎn)換，把采集到的水位信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換的器件選擇為ADC0832轉(zhuǎn)換芯片，它是一個兩路模擬量輸入，轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量串行輸出，ADC0832轉(zhuǎn)換芯片引腳少，能達到相同的功能，而且電路簡單，方便。顯示所測量的結(jié)果要用到LED數(shù)碼管，用LED數(shù)碼管來顯示結(jié)果比較清楚，防水和磨損，是比較好的顯示方式。要實現(xiàn)溫度穩(wěn)定控制，就需要設(shè)定溫度的標(biāo)準(zhǔn)量，是和當(dāng)前水的溫度進行比較的，看當(dāng)前水的溫度有沒有達到或者大于標(biāo)準(zhǔn)的溫度，然后加以控制，要設(shè)置給定的溫度就要有輸入裝置，采用簡單的按鍵

18、作為輸入是很簡便的，不會帶來復(fù)雜的問題?？刂蒲b置要采用電磁開關(guān)控制，這樣就不用人為的操作，電磁開關(guān)在閉合或打開的時候在電磁線圈上會產(chǎn)生電流，為了防止這樣的電流對前面的電路產(chǎn)生不良效果，與線圈并聯(lián)一個二極管，利用二極管的單項導(dǎo)通性就能阻止電流流回電路，保證電路的安全。為了保證單片機輸出的控制信號穩(wěn)定而且有足夠大的電流，在單片機輸出信號后加上正向驅(qū)動器來增大信號強度，再在電磁開關(guān)之前加上光電隔離，會阻隔掉不必要的干擾，通過光電隔離的電壓信號是穩(wěn)定的，這樣的控制系統(tǒng)才能穩(wěn)定可靠的工作。3 總體硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理經(jīng)過對所要設(shè)計的控制系統(tǒng)的功能要求進行分析，可以得道系統(tǒng)的總體硬件

19、設(shè)計框圖，如圖3-1所示。由系統(tǒng)的總框圖可以看出該系統(tǒng)的工作原理為：單片機89S52作為控制核心并協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作，通過數(shù)字溫度傳感器檢測當(dāng)前水的溫度，由于數(shù)數(shù)字信號就直接送入單片機89S52內(nèi)，通過單片機的處理在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的溫度值。另外一路是在水箱中的水壓傳感器測水的壓力從而得到水位的高低，水壓傳感器輸出的是05V的模擬量，要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量再送入單片機89S52進行處理，在LED數(shù)碼管上顯示水位值。按鍵用來設(shè)定想要的溫度值，單片機在內(nèi)部通過比較設(shè)定的溫度和當(dāng)前溫度，當(dāng)前溫度小于設(shè)定值時就會閉合電磁開關(guān)，開啟加熱裝置。自動上水方面是設(shè)置水位的上下限，水位小于下限時就會閉

20、合電磁開關(guān)，就會開始上水，水位到達上線時就會自動斷開電磁開關(guān)，停止上水。溫度和水位值在時時檢測，達到控制目的1。圖3-1 系統(tǒng)總體硬件框圖3.2 溫度傳感器3.2.1 溫度傳感器DS18B20溫度傳感器選擇DS1820數(shù)字溫度計，它以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。DS1820通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS1820之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。因為每個DS1820都有一個獨特的片序列號，所以多只DS1820可以同時連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探

21、測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。圖3-2 DS18B20引腳排列與封裝形式表3-1 DS18B20引腳說明引腳符號說明1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。對于單線操作：漏極開路3VDD可選的VDD引腳。DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意一下問題：（a）較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行連接補償，DS18B20與微處理器間采用穿行數(shù)據(jù)傳送，編程時要嚴(yán)格保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。（b）連接DS18B20的總線電纜長度是有長度限制的。當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度不能超過50m，采用雙絞線帶屏蔽電纜時

22、可達到150m。（c）在DS18B20測溫程序中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，要保持接觸良好，否則會進入死循環(huán)。DS18B20的特性：（a）獨特的單總線接口方式。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。（b）DS18B20支持組網(wǎng)功能，多個DS18B20多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。（c）DS18B20的測溫范圍為：55125，在1085時，其精度為0.15。（d）DS18B20的測量結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從912位，可編程進行選擇。（e）DS18B20內(nèi)部寄生電源，器件

23、既可以由單線總線供電，也可以用外部電源供電。DS18B290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，振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數(shù)器設(shè)置為55。同時，計數(shù)器復(fù)位在當(dāng)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(fù)上述過程2。3.2.2 DS18B20的結(jié)構(gòu)DS18B20有三個主要數(shù)字部件：1. 64位激光ROM，2. 溫度傳感器，3. 非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號線處于高電平期間把能量儲

24、存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。DS1820也可用外部5V電源供電。圖3-3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20單純通信功能是分時完成的。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(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)的時序圖2。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，

25、且單片機的1位I/O線可掛接多個DS18B20，就可實現(xiàn)單點或多點溫度測量。DS18B20傳感器的精度高、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)的溫度傳感器系統(tǒng)相比系統(tǒng)得以簡化。系統(tǒng)擴充維護十分方便。3.3 水壓傳感器及A/D轉(zhuǎn)換水位傳感器輸出的信號為模擬信號，由于輸出量微弱，要經(jīng)過放大器的放大轉(zhuǎn)化為05V的電壓信號，才能送入ADC0832中進行轉(zhuǎn)換，輸出為串行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，送入單片機89S52處理。傳感器和AD轉(zhuǎn)換原理圖如下圖34所示：圖3-4 模擬量輸入及AD轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)3.3.1 水壓傳感器力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)

26、變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、電感式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。在水箱的最底部安裝壓力傳感器，水位的不同，傳感器檢測到的壓力值就不同，采集到的模擬量信號經(jīng)過處理和計算，就能換算成水位的高低，經(jīng)過單片機顯示3。3.3.2 ADC0832結(jié)構(gòu)及原理圖3-5 ADC0832芯片引腳圖芯片各引腳說明：1） CS_ 片選使能，低電平芯片使能。2） CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。3） CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。4） G

27、ND 芯片參考0 電位（地）。5） DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。6） DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。7） CLK 芯片時鐘輸入。8） Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。單片機對ADC0832 的控制原理：正

28、常情況下ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832沒有工作時其CS輸入端為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端為低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必為高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端輸入2 位數(shù)據(jù)

29、用于選擇通道功能，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1” 、“0”時，只對CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1” 、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸

30、出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了3。3.4 電磁開關(guān)電路及原理 要實現(xiàn)自動控制，就要有能自動閉合的開關(guān)，這里用到的是電磁開關(guān)（繼電器），繼電器上有電流時，由于電磁感應(yīng)就會在鐵心上產(chǎn)生磁性，將開關(guān)彈片吸引，使外部電路導(dǎo)通。為了在電磁繼電器上有穩(wěn)定的電流流過，前端就要有相應(yīng)的控制元器件，我選擇的是光電隔離器件，隔離掉了不穩(wěn)定的因素。使光電隔離前端的發(fā)光穩(wěn)定，信號的前端還需要驅(qū)動，提供穩(wěn)定的信號電流。只有發(fā)光

31、部分的穩(wěn)定，后面的信號才能得到穩(wěn)定輸出?？刂萍訜嵫b置和上水裝置的電路如圖36所示4?？刂齐娐饭ぷ髟恚簡纹瑱C根據(jù)處理的結(jié)果，從控制端口輸出低電平控制信號，通過正向驅(qū)動器，得到穩(wěn)定的信號，使得光電隔離前端的發(fā)光二極發(fā)光，電路接通，后續(xù)電路工作，輸出電壓經(jīng)分壓，三極管導(dǎo)通，電磁繼電器工作，彈片向下吸引，開關(guān)閉合，后面的電路開始工作。圖3-6 電磁開關(guān)控制電路3.4.1 光電隔離器的原理光電隔離器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光耦合器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最

32、廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電到光再到電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，

33、電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端是電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高5。電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖和各種干擾，使通道上的信號穩(wěn)定性大為提高，主要有以下幾方面的原因：（1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干

34、擾源的阻抗較大，通常為105106。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的干擾電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。（2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。（3）光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號線短接時，也不會損壞儀表。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。3.4.2 電磁繼電器的原理繼電器是一種電子控

35、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、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。電磁繼電器的工作原理并不復(fù)雜，它主要是利用電磁感應(yīng)原理而工作的。當(dāng)線圈通以電流時，線圈便產(chǎn)生磁場，線圈中間的鐵心被磁化產(chǎn)生磁力.從而使銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，此時銜鐵帶動支桿將板簧推開，使兩個常閉的觸點斷開。當(dāng)斷開繼電器線圈的電流時，鐵心便失去磁性，銜鐵在板簧的作用下恢復(fù)初始狀態(tài)，觸點則又閉合。觸點的形式一般分為三種:一種是繼電器線圈未

36、通電時處于接通狀態(tài)的靜觸點，為常閉觸點。二種是處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為常開觸點，還有一種是一個動觸點與一個靜觸點常閉，而同時與一個靜觸點常開，形成一開一閉的轉(zhuǎn)換觸點形式。常閉觸點在線圈通電時由閉合狀態(tài)斷開，所以又稱為動斷觸點，而把常開觸點稱為動合觸點轉(zhuǎn)換觸點有兩種情況，即先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點和先斷后合的轉(zhuǎn)換觸點6。先了解必要的條件：(1)控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；(2)被控制電路中的電壓和電流；(3)被控電路需要幾組、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇?yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。3.5 單片機控制系統(tǒng) 單片機

37、系統(tǒng)有基本的時鐘電路和復(fù)位電路，單片機的頻率一般為11.0592M，復(fù)位電路有手動和上電自動復(fù)位電路，RST復(fù)位信號復(fù)位端，當(dāng)此引腳保持兩個機器周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖： 圖3-7手動復(fù)位電路 圖3-8自動復(fù)位電路單片機的時鐘信號是由外部接的晶振產(chǎn)生，晶振的連接電路如圖：圖3-9單片機晶振電路單片機芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、定時/計數(shù)器、和各種輸入/輸出（I/O）接口等。它們之間相互連接，構(gòu)成一個完整的單片機。89S52單片機采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式），在單片機的40條引腳中有2條專用于

38、主電源的引腳，2條外接晶體振蕩的引腳，4條控制與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳7。AT89S52單片機是一種低功耗高性能的COMS8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線編程閃存。該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過SPI串行口改寫或通同用的非易失性存儲器改寫。通過把通過的8位CPU與可在線下載的Flash集成在一個芯片上，AT89S52便成為一個高效的微型計算機。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，且成本較低。AT89S52的主要特性有：兼容MCS51產(chǎn)品，8K

39、字節(jié)可擦寫1000次的在線可編程ISP閃存，3級程序存儲加密，256字節(jié)內(nèi)部RAM，3個16位定時/計數(shù)器，8個中斷源，低功耗空閑方式和掉電方式，看門狗定時器，雙數(shù)據(jù)指針，靈活的在線編程。其芯片引腳如圖310所示：圖3-10單片機芯片封裝引腳RST: 復(fù)位輸入。晶體振蕩工作時，RST引腳持續(xù)兩個機器周期高電平將使單片機復(fù)位。看門狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE

40、以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。: 外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。/VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每個腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，

41、它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(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門電流。P1口管腳寫入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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，P2口的管腳被外部拉低，將輸出

42、電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3口：P3口管腳是8個內(nèi)部帶上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“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口將輸出電流這是由于上拉的緣故。在單片機中，這8個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口，作為第一功能使用時，就是普通的I/O端口，值得強調(diào)的是，每一條引腳都可以獨立定義第一功能的輸入輸出或第二個功能。其第二功能如表32所示：表32 P3口的第二功能說明口線引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）P3.212INT0（外部中斷0）P3.313INT1（外部中斷

43、1）P3.414T0（定時器0外部輸入）P3.515T1（定時器1外部輸入）P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）3.6 LED數(shù)碼管顯示電路7段LED數(shù)碼管是利用7個LED（發(fā)光二極管）外加一個小數(shù)點的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示09等10個數(shù)字和小數(shù)點，這類數(shù)碼管可以分為公陰極與共陽極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同的結(jié)點，而每個 LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數(shù)點）；共陰極就是把所有LED的陽極連接到共同的結(jié)點，而每個 LED的陽極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數(shù)點），如圖 311所示：圖3-

44、11數(shù)碼管原理電路根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動：每個數(shù)碼管的每個段都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼的二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多。動態(tài)顯示驅(qū)動:動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形。 圖3-12單片機與數(shù)碼管連接電路

45、3.7按鍵電路設(shè)計 按鍵是用來向系統(tǒng)提供操作人員命令的接口，所以準(zhǔn)確無誤地辨認(rèn)每個鍵的動作以及其所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。多數(shù)按鍵多采用機械彈性開關(guān)，一次高低電平的變化就是一次命令。但是按鍵的抖動是難以避免的，為了穩(wěn)定操作，我們要防止抖動的發(fā)生，就要消除抖動的影響，可以從硬件和軟件兩方面解決。硬件防抖電路：利用RC積分電路對干擾脈沖的吸收作用，選擇好電路的時間常數(shù)，就能在按鍵抖動信號通過此濾波電路時，消除抖動影響。濾波防抖電路圖如圖2-12所示。當(dāng)K位按下時，電容C兩端的電壓均為0，非門輸出為1。當(dāng)K按下時，由于C兩端電壓不可能產(chǎn)生突變。盡管在觸點接觸過程種可能出現(xiàn)抖動，只要適當(dāng)選

46、取R1、R2和C的值，即可保證電容C兩端的充電電壓波動不超過非門的開啟電壓（TTL位0.8V），非門的輸出維持高電平。同理，當(dāng)觸點斷開時，由于電容C經(jīng)過電阻R放電，C兩端的放電電壓波動不會超過門的關(guān)閉電壓，因此，門的輸出也不會改變8。總之，只要R1、R2和C的時間常數(shù)選取得當(dāng)，確保電容C有穩(wěn)態(tài)電壓充電到開啟電壓，或放電到關(guān)閉電壓的延遲時間等于或大于10ms，該電路就能消除抖動影響。圖3-13單片機與數(shù)碼管連接電路軟件防抖方法：當(dāng)?shù)谝淮螜z測到有鍵按下時，先用軟件延時（1020ms），而后再確認(rèn)該鍵電平是否仍維持閉合狀態(tài)電平。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)此鍵一按下，從而消除了抖動的影響。4 軟件設(shè)計

47、方案硬件電路是一切的基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上軟件設(shè)計是關(guān)鍵的部分，它是單片機工作的重點，就是讓各部分協(xié)調(diào)工作的命令，軟件程序的重要性是毋庸置疑的，是整個控制系統(tǒng)的命脈，根據(jù)各部分編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序，才能使得相應(yīng)的芯片有其功能，所以程序設(shè)計是非常重要的。芯片的工作有著與自己對應(yīng)的時序圖，只有根據(jù)時序準(zhǔn)確的執(zhí)行命令才能達到想要的目的，實現(xiàn)芯片的功能。程序的設(shè)計還要有著一定的思路，根據(jù)系統(tǒng)運行的過程要畫出相應(yīng)的程序流程圖，根據(jù)流程圖寫程序是非常方便的，也不容易產(chǎn)生錯誤，得到正確的程序。如圖41所示圖41 系統(tǒng)程序總流程圖4.1 DS18B20驅(qū)動程序設(shè)計DS18B20數(shù)字溫度計提供9位（二進制）溫度讀數(shù)，指

48、示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從主機CPU到DS18B20僅需一條數(shù)據(jù)線和地線，電源可以有數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。DS18B20的測量范圍從55C到125C。溫度傳感器的引腳如表41所示。表4-1 DS18B20管腳連接管腳號名稱功能電路連接情況1GND接電源地DGND2DQ數(shù)據(jù)輸出P3.5端3VDD接5V電源VCC每一個DS18B20包括一個唯一的64位長的序號，該序號存放在DS18B20內(nèi)部的ROM中。開始8位是產(chǎn)品類型編碼(DSl820編碼均為10H)接著的48位是每個器件唯一的序號最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼DSl

49、820中還有用于貯存測得的溫度值的兩個8位存貯器RAM編號為0號和1號1號存貯器存放溫度值的符號如果溫度為負(fù),則1號存貯器8位全為1,否則全為00號存貯器用于存放溫度值的補碼LSB(最低位)的1表示0.5。DS1820用9位存貯溫度值，最高位為符號位下表為DS18B20的溫度存儲方式負(fù)溫度S=1正溫度S=0。表42 DS18B20溫度存儲Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LSBBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8MSBSSSSSSSS4.1.1 DS18B20工作過程及時序DS18B20工作過程中的協(xié)議如下：1. 初始化單總線上的所有處理均從初始化開始。2. ROM操作指令主機檢測到DS18B20的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令之一，這些命令如指令 代碼Read ROM(讀ROM) 33HMatch ROM(匹配ROM) 55HSkip ROM(跳過ROM CCHSearch ROM(搜索ROM) F0HAlarm search(告警搜索) ECH3. 存儲器操作命令指令 代碼Write Scratch