太陽能熱水器智能控制器方案p

個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用目錄摘要..IAbstract..II第一章：緒論1.1 太陽能熱水器的發(fā)展簡況及市場競爭分析1.2太陽能熱水器的應(yīng)用及意義第二章：太陽能熱水器的組成及工作原理2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2太陽能熱水器組成及原理2.3主要芯片的結(jié)構(gòu)與特點2.3.1DS12887實時時鐘芯片簡介2.3.280C51單片機結(jié)構(gòu)特點.3.3數(shù)字溫度傳感器DS18B20主要特性及測溫原理第三章：太陽能熱水器硬件設(shè)計3.1太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu)3.2控制器實時時鐘接口電路設(shè)計3.3水位檢測和溫度檢測接口電路設(shè)計3.4看門狗和復(fù)位接口電路設(shè)計3.5 鍵盤和顯示接口電路設(shè)計3.5.1鍵盤電路3.5.2顯示接口電路3.6光電隔離與輔助加熱電路設(shè)計第四章：控制器的軟件設(shè)計結(jié)束語參考文獻致謝附錄太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計摘 要太陽能熱水器以其諸多的優(yōu)點受到人們的歡迎。本文結(jié)合實際太陽能熱水器的具體應(yīng)用，在介紹太陽能、傳感器、單片機的特點基礎(chǔ)上，詳細描述了太陽能熱水器的工作原理和設(shè)計方案。這里根據(jù)太陽能熱水器對控制器的要求與特點，提出了一種基于DS12887的太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計方法，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件實現(xiàn)方法。全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太陽能的利用和前景發(fā)展?fàn)顩r。第二部分包括第二章，描述太陽能系統(tǒng)組成及工作原理。第三部分包括第三、四章硬件設(shè)計及電路原理和軟件設(shè)計，分別介紹了傳感器的特點及應(yīng)用、一般的太陽能熱水器及循環(huán)系統(tǒng)、單片機發(fā)展和個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用原理，這也是此款太陽能熱水器的理論基礎(chǔ)和必要前提。關(guān)鍵詞： 太陽能熱水器。傳感器。 模糊控制。 實時時鐘。單片機DesignofintelligentcontrollerforSolarWaterHeaterAbstractSolarWaterHeaterispopularwithitsprettybenefits,Basedonauthor’srealexperienceonSolarWaterHeaterdesign,thisarticledescribestheworkingtheoryofthissolarwaterhearerafterintroducingthecharactersofsolar、sensor、SingleChipMicrocomputer(SCM>.AccordingtotherequestandcharacteristicofSolarWaterheaterforthecontroller.ProvidingadesignofIntelligentCon-trollerforSolarWaterheaterbasedonDS12887.Sumupadesignwayofthesystem’hardwareandsoftware.Thisarticleisdividedinto3parts.PartOneisChapter1,includingtheuseandperspectiveofsolarenergy.PartTwo,includingChapter2,describingtheincludingandthetheoryofthissolarwaterheater.Partthree,includingChapter3,Chapter4:thedesignofhardwareandsoftware、thetheoryofthecircuit.Separatelyintroducingthecharactersanduseoftransducer,commonsolarwaterheaterandcyclesystem,thedevelopmentandtheoryofSingleChipMicrocomputer(SCM>,whicharethebasictheoryandnecessaryprecondition.[KeyWords]：SolarWaterHeater、Sensor、Vaguecontrol、Realclock、SingleChipMicrocomputer(SCM>.個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第一章：緒論1.1太陽能熱水器的發(fā)展簡況及市場競爭分析目前，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，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。本文設(shè)計的太陽能熱水器控制器以80C51單片機為檢測控制核心，采用DS12887實時時鐘，不僅實現(xiàn)了時間、溫度和水位三種參數(shù)實時顯示和FUZZY控制功能，而且具有時間設(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。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。太陽能熱水器順呼時代發(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。新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開發(fā)公司計劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢更好[5]。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。1.2太陽能熱水器的應(yīng)用及意義眾所周知，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)難點尚未突破，產(chǎn)品造價偏高<如光電池）。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。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，同時給人民提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。太陽能熱水器是以太陽能光熱轉(zhuǎn)換，利用溫室效應(yīng)和虹吸原理使水加熱的裝置，此裝置分為兩個不同的概念：太陽能熱水工程系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由太陽能集熱器、儲水箱管線、補水箱組成不同形式的熱水系統(tǒng)，包括自然循環(huán)式、定溫放水式等等，可構(gòu)成提供熱水10噸到100噸的裝置，大多提供集體單位使用。2.太陽能熱水器是指將上述各種不見組裝成一個小系統(tǒng)，提供家庭或需要產(chǎn)熱水1噸以下的單位使用，此種裝置算為太陽能熱水器。太陽能熱水器<或系統(tǒng)）均以其采光面積作為計量單位，一般1平方M光面積可產(chǎn)熱水100升，采光面積每種型號不同，一般在1.5～2.0平方M。250萬平方M采光面積我國從“六五”計劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有的太陽能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國約有180家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國特色的太陽能企業(yè)，有中國太陽能協(xié)會為中心的學(xué)術(shù)中心，以中國農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會為中心，制定了產(chǎn)品標(biāo)準、測試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用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，西澳大利亞已有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，現(xiàn)在有 20%的家庭安裝了太陽能熱水器，計劃今后普及率達到25%，按照日本的“陽光計劃”還將為公寓，辦公樓安裝6500套太陽能熱水系統(tǒng)，為工廠安裝1900套工業(yè)用太陽能熱水系統(tǒng)。以色列的法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽能熱水器，目前普及率已超過60%。英、法、德、意、希臘五國到2000年底推廣熱水器600萬平方M，比1990年增長2倍多。國內(nèi)外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環(huán)保問題是當(dāng)今世界各國面臨的主要問題之一。太陽能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預(yù)計今后每年將以15%～20%的速度發(fā)展。根據(jù)理論計算及實際應(yīng)用證明，太陽能熱水器每平方M光面積一年可節(jié)約標(biāo)準煤200-300公斤節(jié)電1500度，或節(jié)約液化氣180公斤。采用本熱水器與電熱水器、燃氣熱水器相比，還具有絕對安全，最為衛(wèi)生的特點，在電費，液化氣、煤氣價格較高的地區(qū)，用戶 1-3年即收回投資，在這以后提供的熱水是免費的。設(shè)計可以參考以下的幾個意見：在設(shè)計民用建筑時，若此地區(qū)沒有集中熱水供應(yīng)，可給用戶安裝太陽能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設(shè)計時將冷、熱水管線預(yù)埋，以平均每套住宅建筑面積 65平方計算，工程造價大約每平方 M增加18-20元，2.設(shè)計工廠浴室時，可考慮采用太陽能熱水系統(tǒng)，每平方采光面積產(chǎn)熱水 100升計算，100平方M太陽能熱水系統(tǒng)可產(chǎn)熱水10噸，每人每次標(biāo)準用水40升，可解決250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計。3.作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計 ，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300萬平方M以上。所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特為太陽能熱水器的進一步推廣具有積極的推動作用。第二章：太陽能熱水器的組成及工作原理2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計排氣管個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用不銹鋼保溫水箱圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2-1為系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖，該圖的系統(tǒng)控制原理圖如下圖 2-2：T3T2F3熱 集水熱太陽光F1箱器T1D自來水F2圖2-2系統(tǒng)控制原理圖個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用注釋：T1：熱水箱的溫度傳感器T2：循環(huán)水管中的溫度傳感器T3：集熱器中的溫度傳感器F1：循環(huán)水閥門F2：冷水閥門F3：熱水閥門此款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。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點之間對水箱進行電加熱，具體控制過程如下：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(dāng)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(dāng)溫度加熱到大于 30攝氏度時電熱器斷開，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<7～9點），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，再利用微機控制系統(tǒng)，通過太陽光能對熱水箱加熱以達到理想溫度 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，進入冷水集熱控制過程。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(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，每天的控制時段大概為 9點～20點。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時此時比較水管水溫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。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(shè)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：若T1<N，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：表一時間<時）溫度比較加熱值<度）15T1<35<N3516T1<40<N4017T1<45<N4518T1<50<N5019T1<55<N5520T1<60<N60最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)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(xué)校等都是最佳選擇。2.2太陽能熱水器組成及原理個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用65472132-3熱水器裝置簡圖1-集熱器 2- 下降水管 3- 循環(huán)水管4-補給水箱 5-上升水管 6-自來水管 7- 熱水出水管熱水器主要由集熱器、循環(huán)管道和水箱等組成，圖中為典型的熱水器裝置圖。圖中集熱器1按最佳傾角放置，下降水管 2的一端與循環(huán)水箱 3的下部相連，另一端與集熱器 1的下集管接通。上升水管 5與循環(huán)水箱3上部相連，另一端與集熱器 1的上集管相接。補給水箱 4供給循環(huán)水箱3所需的冷水。當(dāng)集熱器吸收太陽輻射后，集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水的比重減輕，便經(jīng)上升水管進入循環(huán)水箱上部。而循環(huán)水箱下部的冷水比重較大，就由水箱下流到集熱器下方，在集熱器內(nèi)受熱后又上升。這樣不斷對流循環(huán)，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時，水溫不再升高。這種熱水利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱循環(huán)熱水器。集熱器是一種利用溫室效應(yīng)，將太陽能輻射轉(zhuǎn)換為熱能的裝置，該裝置與一般熱水交換器不一樣，熱交換器通常只是液體到液體，或是液體到氣體的熱交換過程，而平板行集熱器時直接將太陽輻射傳給液體或氣體，是一個復(fù)雜的傳熱過程。平板型集熱器結(jié)構(gòu)形式很多，世界上已實用的集熱器就有直管式、瓦楞式、扁管式、鋁翼式等二十多種。2.3 主要芯片的結(jié)構(gòu)與特點2.3.1.DS12887時鐘芯片簡介隨著2000年的即將來臨，“千年蟲”問題成為困擾當(dāng)今世界的一大難題。過去采用兩位數(shù)表示年度的日歷系統(tǒng)將要用四位數(shù)來表示，因此有關(guān)的計算機操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件都要作相應(yīng)的修改。據(jù)此，美國達拉斯半導(dǎo)體公司 (Dallas>最新推出DS12887的串行接口實時時鐘芯片，采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時鐘芯片備份鋰電池，同時它與目前IBMAT計算機常用的時鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容，可直接替換。它所提供的世紀字節(jié)在位置32h，世紀寄存器32h到2000年1月1日從19遞增到20。采用DS12887芯片設(shè)計的時鐘電路不需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)。美國Dallas公司推出兩款數(shù)字時鐘芯片 DS12887/DS12C887，兩款時鐘芯片都將在 1999年12月31日23時59分59秒時順利地跳到2000年1月1日零時，并能實2000年2月29日的閏年提示，是時鐘芯片DS1287的增強型品種，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于MC146818B的改進型。芯片都采用24引腳雙列直插式封裝，其引腳接口邏輯和內(nèi)部操作方式與MC146818基本一致，所不同的是個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用DS12887/DS12C887芯片的晶體振蕩器、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方，組成一個加厚的集成電路模塊，因此， DS12887/DS12C887時鐘芯片無需 MC146818的電源電位檢測端(PS>，電路通電時其充電電路便自動對可充電電池充電，充足一次電可供芯片時鐘運行半年之久，正常工作時可保證時鐘數(shù)據(jù)十年內(nèi)不會丟失。此外，片內(nèi)通用的 RAM為MC146818的兩倍以上。DS12887/DS12C887內(nèi)部有專門的接口電路，從而使得外部電路的時序要求十分簡單，使它與各種微處理器的接口大大簡化。使用時無需外圍電路元件，只要選擇引腳MOT電平，即可和不同計算機總線連接。主要技術(shù)特點DS12887/DS12C887具有下列主要技術(shù)特點：(1>具有完備的時鐘、鬧鐘及到2100年的日歷功能，可選擇12小時制或24小時制計時，有AM和PM、星期、夏令時間操作，閏年自動補償?shù)裙δ堋?2>具有可編程選擇的周期性中斷方式和多頻率輸出的方波發(fā)生器功能。(3>DS12887內(nèi)部有14個時鐘控制寄存器，包括10個時標(biāo)寄存器，4個狀態(tài)寄存器和114bit作掉電保護用的低功耗RAM。(4>由于該芯片具有多種周期中斷速率時鐘中斷功能，因此可以滿足各種不同的待機要求，最長可達24小時，使用非常方便。(5>時標(biāo)可選擇二進制或BCD碼表示。(6>工作電壓：+4.5 ～5.5V、工作電流：7～15mA。(7>工作溫度范圍：0～70°C。2.DS12887/DS12C887的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS12887/DS12C887為24引腳芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。圖2-4DS18B20內(nèi)部框圖其中：MOT：計算機總線選擇端；SQW：方波輸出，速率和是否輸出由專用寄存器A、B的預(yù)置參數(shù)決定；AD0～AD7：地址/數(shù)據(jù)(雙向>總線，由AS的下降沿鎖存8位地址；R/W：讀/寫數(shù)據(jù)。AS：地址鎖存信號端；DS：數(shù)據(jù)讀信號端；CS：選通信號端，低電平有效；IRQ：中斷申請，由專用寄存器決定；RESET：復(fù)位端；NC：空引腳。DS12887內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14字節(jié)時鐘和控制單元，114字節(jié)用戶非易失RAM，十進制/二進制計加器，總線接口電路，電源開關(guān)寫保護單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。DS12887管腳分配如圖：個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2-5管腳分配圖VCC：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)可讀寫。當(dāng)VCC低于4.25V，讀寫被禁止，計時功能仍繼續(xù)。當(dāng)VCC下降到3V以下時，RAM和計時器供電被切換到內(nèi)部鋰電池。MOT(模式選擇>：MOT管腳接到VCC時，選擇MOTOROLA時序，當(dāng)接到GND時，選擇INTEL時序。SQW(方波信號輸出>：SQW管腳能從實時時鐘內(nèi)部15級分頻器的13個抽頭中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器 A編程改變。AD0—AD7(雙向地址/ 數(shù)據(jù)復(fù)用線>：總線接口，可與MOTOROLA微機系列和INTEL微機系列接口。AS(地址選通輸入>：用于實現(xiàn)信號分離，在 AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入>：DS/RD管腳有兩種操作模式，取決于 MOT管腳的電平，當(dāng)使用MOTORO2LA時序時，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期， DS指示DS12887驅(qū)動雙向總線的時刻。 在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇INTEL時序時，DS稱作(RD>，RD與典型存貯器的允許信號 (OE>的定義相同。R/W(讀/ 寫輸入>：R/W管腳也有兩種操作模式。選 MOTOROLA時序時，R/W是一電平信號，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢珼S為高電平時，R/W高電平指示讀周期，R/W信號是一低電平信號，稱為WR。在此模式下，R/W管腳與通用RAM的寫允許信號(WE>的含義相同。CS(片選輸入>：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)片選信號必須保持為低。IRQ(中斷申請輸入>：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷的條件滿足時，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開中輸入，要求外接上接電阻。RESET(復(fù)位輸出>：當(dāng)該腳保持低電平時間大于200ms，保證DS12887有效復(fù)位。3.DS12887/DS12C887內(nèi)部寄存器的功能因DS12887和DS12C887結(jié)構(gòu)功能上類似，現(xiàn)以DS12887為例說明如下：CPU通過讀DS12887的內(nèi)部時標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時間和日歷，也可通過選擇二進制碼或BCD碼初始化芯片的10個時標(biāo)寄存器。其114bit非易失性靜態(tài)RAM可供用戶使用，對于沒有RAM的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，可在主機掉電時來保存一些重要的數(shù)據(jù)。DS12887的4個狀態(tài)寄存器用來控制和指DS12887模塊的當(dāng)前工作狀態(tài)，除數(shù)據(jù)更新周期外，程序可隨時讀寫這4個寄存器，各寄存器的功能和作用如下。寄存器A各位不受復(fù)位的影響，UIP位為只讀位，其它各位均可讀寫。寄存器的控制字的格式如下表2所列：表2DS12887控制寄存器A各布爾位定義：IT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0UIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用1.IP位：更新周期標(biāo)志位。該位為“1”時，表示芯片正處于或即將開始更新周期，此時程序不準讀寫時標(biāo)寄存器；該位為“0”時，表示至少在244μs后才開始更新周期，此時程序可讀芯片內(nèi)時標(biāo)寄存器。該位是只讀位。2.DV0、DV1、DV2：芯片內(nèi)部振蕩器RTC控制位。當(dāng)芯片解除復(fù)位狀態(tài)，并將010寫入DV0、DV1、DV2后，另一個更新周期將在500ms后開始。因此，在程序初始化時可用這三位精確地使芯片在設(shè)定的時間開始工作。這與MC146818不同的是，DS12887固定使用32768Hz的內(nèi)部晶體，所以，DV0=“0”，DV1=“1”，DV2=“0”，即只有一種010的組合選擇即可啟動RTC。RS3、RS2、RS1、RS0：周期中斷可編程方波輸出速率選擇位。各種不同的組合可以產(chǎn)生不同的輸出。程序可以通過設(shè)置寄存器B的SQWF和PIE位控制是否允許周期中斷和方波輸出。其寄存器A輸出速率選擇位如表3所列。表3DS12887控制寄存器A輸出速率選擇位定義寄存器A輸出速率選擇位32768Hz時基RS3RS2RS1RS0中斷周期SQWF輸出頻0000無無00013.90625ms256Hz00107.8125ms128Hz0011122.0μs8.192kHz0100244.141μs4.096kHz0101488.281μs2.048kHz0110976.5625μs1.024kHz01111.953125ms512Hz10003.90625ms256Hz10017.812ms128Hz101015.625ms64Hz101131.25ms32Hz110062.5ms16Hz1101125ms8Hz1110250ms4Hz1111500ms2Hz寄存器B允許讀寫，主要用于控制芯片的工作狀態(tài)。寄存器

B的控制字的格式如表

4所列。表4DS12887控制寄存器B各布爾位定義BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SETPIEAIEUIESQWEDM24/12DSE(1>SET位：當(dāng)該位為“0”時，芯片處于正常工作狀態(tài)，每秒產(chǎn)生一個更新周期來更新時標(biāo)寄存器為“1”時，芯片停止工作，程序在此期間可初始化芯片的各個時標(biāo)寄存器。(2>PIE、AIE、UIE位：分別為周期中斷、報警中斷、更新周期結(jié)束中斷允許位。各位為“1”時，允許芯片發(fā)相應(yīng)的中斷。(3>SQWE位：方波輸出允許位。SQWE“1”，按寄存器A輸出速率選擇位所確定的頻率輸出方波。SQWE“=0”，腳SQW保持低電平。(4>DM位：時標(biāo)寄存器用十進制BCD碼表示或用二進制表示格式選擇位。DM=“0”時，為十進制BCD碼。DM=“1”時，為二進制碼。(5>24/12 位：24/12 小時模式設(shè)置位。24/12位=“1”時，為24小時工作模式。24/位=“0”時，為12小時工作模式。(6>DSE位：夏令時服務(wù)位。DSE=“1”，夏時制設(shè)置有效，夏時制結(jié)束可自動刷新恢復(fù)時間。DSE=“0”，無效。寄存器C的控制字的格式如表4所列。該寄存器的特點是程序訪問讀該寄存器后，該寄存器的內(nèi)容將自動清零，從而使IRQF標(biāo)志位變?yōu)楦唠娖?，否則，芯片將無法向CPU申請下一次中斷。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用表5DS12887控制寄存器C各布爾位定義BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0IRQFPFAFUF0000(1>IRQF位：中斷申請標(biāo)志位。該位邏輯表達式為：IRQF=PF·PIE+AF·AIE+UF·UIE。當(dāng)IRQF位變“1”時，引腳將變低電平引發(fā)中斷申請。(2>PF、AF、UF位：這三位分別為周期中斷、報警中斷、更新周期結(jié)束中斷標(biāo)志位。只要滿足各中斷的條件，相應(yīng)的中斷標(biāo)志位將置“1”。(3>BIT3～BIT0：未定義的保留位。讀出值始終為 0。寄存器D為只讀寄存器。寄存器D的控制字的格式如表6所示。表6DS12887控制寄存器D各布爾位定義BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0VRT0000000(1>VRT位：芯片內(nèi)部RAM與寄存器內(nèi)容有效標(biāo)志位。該位為“1”時，指芯片內(nèi)部RAM和寄存器內(nèi)容有效。讀該寄存器后，該位將自動置“1”。(2>BIT6～BIT0位：保留位。讀出的數(shù)值始終為 0。4.DS12887/DS12C887的中斷和更新周期DS12887/DS12C887處于正常工作狀態(tài)時，每秒鐘將產(chǎn)生一個更新周期，芯片處于更新周期的標(biāo)志是寄存器A中的UIP位為“1”。在更新周期內(nèi)，芯片內(nèi)部時標(biāo)寄存器數(shù)據(jù)處于更新階段，故在該周期內(nèi)，微處理器不能讀芯片時標(biāo)寄存器的內(nèi)容，否則將得到不確定數(shù)據(jù)。更新周期的基本功能主要是刷新各個時標(biāo)寄存器中的內(nèi)容，同時秒時標(biāo)寄存器內(nèi)容加1，并檢查其他時標(biāo)寄存器內(nèi)容是否有溢出，如有溢出則相應(yīng)進位日、月、年。另外一個功能是檢查三個時、分、秒報警時標(biāo)寄存器的內(nèi)容是否與對應(yīng)時標(biāo)寄存器的內(nèi)容相符，如果相符則寄存器C中的AF位置“1”。如果報警時標(biāo)寄存器的內(nèi)容為C0H至FFH之間的數(shù)據(jù)，則為不關(guān)心狀態(tài)。為了采樣時標(biāo)寄存器中的數(shù)據(jù)，DS12887/DS12C887提供了兩種避開更新周期內(nèi)訪問時標(biāo)寄存器的方案：第一種是利用更新周期結(jié)束發(fā)出的中斷。它可以編程允許在每次更新周期結(jié)束后發(fā)生中斷申請，提醒CPU將有998ms左右的時間去獲取有效的數(shù)據(jù)，在中斷之后的998ms時間內(nèi)，程序可先將時標(biāo)數(shù)據(jù)讀到芯片內(nèi)部的不掉電靜態(tài)RAM中。因為芯片內(nèi)部的靜態(tài)RAM和狀態(tài)寄存器是可隨時讀寫的，在離開中斷服務(wù)子程序前應(yīng)清除寄存器C中的IRQF位。另一種是：利用寄存器A中的UIP位來指示芯片是否處于更新周期。在UIP位從低變高244μs后，芯片將開始其更新周期，所以檢測到UIP位為低電平時，則利用244μs的間隔時間去讀取時標(biāo)信息。如檢測到UIP位為“1”，則可暫緩讀數(shù)據(jù)，等到UIP變成低電平后再去讀數(shù)據(jù)。2.3.280C51 單片機結(jié)構(gòu)特點微型計算機的出現(xiàn)與發(fā)展已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中，使人們的日常生活工作都發(fā)生了重大變化，如果沒有微型計算機，人們的工作生活的質(zhì)量都受到很大的損失。單片微型計算機是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支，其獨特的結(jié)構(gòu)與性能，越來越普及地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，以下主要介紹80C51單片機，它與微型計算機的區(qū)別是什么，單片機發(fā)展簡況；它的特點和應(yīng)用，通過對本節(jié)的學(xué)習(xí)，使大家對單片微型計算機有個初步的認識和了解。一、單片機的組成單片微型計算機簡稱單片機，它在一塊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）、定時器/計數(shù)器、和各種輸入/輸出<I/O）接口<如并行I/O口、串行I/O口和A/D轉(zhuǎn)換器）等。他們之間相互連接圖如2-6圖，構(gòu)成一個完整的微型計算機。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2-6單片機結(jié)構(gòu)框圖二、80C51單片機的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)芯片的引腳描述CHMOS制造工藝的80C51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條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，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。下面按其引腳功能為四部分敘述這 40條引腳功能。（1）電源引腳VCC和VSS。其中：VCC<40腳）接+5V電壓。VSS<20腳）接地。（2）接晶體引腳XTAL1和XTAL2。XTAL1<19 腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對 CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2<18腳）接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對 CHMOS單片機，該引腳懸浮。（3）控制或與其他電源復(fù)用引腳 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP。ST/VPD<9腳）：當(dāng)振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳接一個約8.2K的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10uf的電容，以保證可靠地復(fù)位。<4）VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。<5）ALE/PROG<30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE<允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動<吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。對于EPROM型的單片機，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖<PROG）。<6）RSEN<29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀寫選通信號。在從外部程序存儲器取令<或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PESN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)，PSEN同樣可以驅(qū)動<吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。<7）EA/VPP：當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC<程序計數(shù)器）值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序，當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，對于常用的 80C51來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以 EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于 EPROM型單片機，在 EPROM編程期間，此引腳也用于施加 21伏的編程電源<VPP）。輸入/輸出I/O引腳P0、P1、P2、P3共32根。a>P0口<39腳～32腳）：是雙向 8位三態(tài)I/O口，外接存儲器時，與地址總線的低 8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動 8個LSTTL負載。b>P1口<1腳～8腳）：是8位準雙向I/O口由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能瑣存，故不是 真正的 I/O 口。門口能驅(qū)動<吸收或輸出電流） 4個LSTTL負載，對 8052、8032，P1.0引腳的第二功能為 T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為 T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2的外部控制端。對 EPROM編程和程序驗證時，它的接收低 8位地址。c>P2口<21腳～28腳）：是8位準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高 8位地址，在對EPROM編程和程序驗證期間，它的接收高 8位地址。P2可以驅(qū)動<吸收或輸出電流）4個LSTTL負載。d>P3口<10腳～17腳）：是8位準雙向I/O口，在80c51中，這8個引腳還用于專門功個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用能，是復(fù)用雙功能口，P3能驅(qū)動<吸收或輸出電流）4個LSTTL負載。作為第一功能用時，就作為普通的I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。表6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）值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳都可以獨立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。2.3.3 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DAIIAS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(shè)計,在實現(xiàn)測控系統(tǒng)的溫度檢測方面就較好地利用了DS18B20的獨到特點,使系統(tǒng)得到了極大的簡化。一、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。(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℃。(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。(5>DS18B20內(nèi)含寄生電源，器件既可以由單線總線供電,也可用外部的電源(310V～515V>供電。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高3位。二、DS18B20測溫原理DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,如圖2.3.3所示。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2-7DS18B20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(dāng)?shù)竭_某一設(shè)置高溫時,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)閉三、DS18B20的操作協(xié)議

, 則系統(tǒng)重復(fù)上述過程。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。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。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第三章：太陽能熱水器硬件設(shè)計3.1.太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制要求，采用 80C51單片機的智能控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。由于本系統(tǒng)運算量不是很大，沒有太多的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不再外擴數(shù)據(jù)存儲器。僅使用80C51內(nèi)部RAM已完全能夠滿足要求。系統(tǒng)的硬件接口電路包括：控制器實時時鐘接口電路，蓄水箱溫度和水位檢測接口電路、設(shè)定鍵和串行顯示接口電路、看門狗和復(fù)位接口電路以及繼電器輸出接口電路等。圖3-1太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu)圖3.2. 控制器實時時鐘接口電路為實現(xiàn)熱水器24小時供應(yīng)熱水的目的，控制器必須有一個實時時鐘來為系統(tǒng)提供準確的基準時間；在軟件設(shè)計上則要實時地讀出當(dāng)前時間，同設(shè)定時間比較，以決定系統(tǒng)工作狀態(tài)。本系統(tǒng)采用美國 DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的時鐘芯片 DS12887，該芯片采用 CMOS技術(shù)，把時鐘芯片所需的晶振和電池以及相關(guān)的電路集成到芯片內(nèi)部，并與 MC146818管腳完全兼容。DS12887芯片具有微功耗、外圍接口簡單、精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。它與 80C51單片機的接口電路見下圖 3-2。8+5V(通過軟個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用5.1K+5V1KC圖3-2DS12887與單片機接口電路模式選擇腳MOT接地，選擇INTEL時序。DS12887的高位地址用80C51的P2.4選擇，則時鐘芯片的高8位地址為EFH，而其低8位地址則由芯片內(nèi)部各單元的地址來決定(00H～80H>，DS12887的中斷輸出端IRQ接上拉電阻，同80C51中斷線INTO相連，為單片機提供中斷信號。SQW端口編程為

2Hz方波輸出，經(jīng)二分頻后，驅(qū)動兩個

LED發(fā)光二極管作為時鐘的秒閃爍顯示。3.3.水位檢測和溫度檢測接口電路蓄水箱水位和溫度檢測部分是實現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié)，只有準確地檢測出水位和溫度，才能通過軟件計算提前開始輔助加熱的預(yù)加熱時間。要實現(xiàn)輔助加熱提前時間的精確計算，最好是采用連續(xù)液位傳感器，但考慮系統(tǒng)成本，本設(shè)計仍采用分段式液位傳感器件來提高精度>，在水位顯示上也仍采用分段顯示。水位檢測部分的硬件連接如圖 3所示。圖3-3水位監(jiān)測及顯示接口電路檢測原理如下：當(dāng)水箱中無水時，8個非門均由1M歐姆電阻上拉成高電平，所以圖中各“非”門(CD4069>輸出均為低電平，LED1～LED8均不亮。當(dāng)水位高于“非”門1的輸入探針時，由于水的導(dǎo)電作用，使“非”門1的輸入變?yōu)榈碗娖剑云漭敵鲎優(yōu)楦唠娖?，LED點亮，依此類推。隨著水位的上升，各“非”門輸出相繼為高電平，LED