太陽能熱水器的自動(dòng)控制畢業(yè)論文

1、<p>　　太陽能熱水器的自動(dòng)控制</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘 要……………………………………………………………3</p><p><b>　　第一章：緒論</b></p><p>　　太陽能熱水器的應(yīng)用及前景……………………………………………4<

2、;/p><p>　　第二章：設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)思路</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)目的………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求………………………………………………………………5</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)思路………………………………………………………………5</p><p&g

3、t;　　第三章：太陽能熱水器控制系統(tǒng)的組成及原理</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)的組成………………………………………………………6</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的原理………………………………………………………8</p><p>　　第四章：硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</p><

4、p>　?、偎疁貦z測(cè)電路設(shè)計(jì)……………………………………………………9</p><p>　?、谒粰z測(cè)電路設(shè)計(jì)…………………………………………………10</p><p>　　4.2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………11</p><p>　　4.3鍵盤電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………12</p><p&

5、gt;　　4.4 顯示電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………13</p><p>　　4.5 51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介……………………………………………………14</p><p>　　4.6數(shù)字溫度傳感器簡(jiǎn)介…………………………………………………17</p><p><b>　　第五章：軟件設(shè)計(jì)</b></p><p

6、>　　控制軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………19</p><p>　　心得體會(huì)…………………………………………………………21</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　太陽能熱水器很早就被人們所熟知，廣泛應(yīng)用于人

7、們的日常生活。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(dòng)控制功能。太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有很多，本設(shè)計(jì)采用MSC-51系列單片機(jī)作為中央處理器，采用12846液晶顯示模塊，本課題的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的軟件控制下完成時(shí)間、溫度、水位的顯示?；撅@示目標(biāo)為：</p><p>　　顯示水溫和水位，電加熱水溫可任意設(shè)定；</p&g

8、t;<p>　　顯示時(shí)間，可通過鍵盤設(shè)置時(shí)間參數(shù)；</p><p>　　（3） 設(shè)置溫度參數(shù)后，自動(dòng)控制電輔助設(shè)備加熱； </p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，太陽能熱水器，自動(dòng)控制</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　太陽能熱水器的應(yīng)用及前景太陽能熱水器應(yīng)用較好的國(guó)家有

9、西班牙、以色列、意大利、希臘、德國(guó)、荷蘭、澳大利亞、日本、美國(guó)等國(guó)家。一些國(guó)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(lǐng)域，其中美國(guó)的太陽能熱利用主要用于泳池加熱。</p><p>　　目前太陽能熱水器已在我國(guó)城鄉(xiāng)開始推廣使用，主要供應(yīng)生活和洗浴熱水，我國(guó)已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國(guó)和應(yīng)用國(guó)。太陽能熱水器節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源替代，效果顯著。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到太陽能熱利用是投

10、資少、見效快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源替代的一個(gè)好產(chǎn)業(yè)，國(guó)家也正大力扶持和支持，學(xué)校、賓館、飯店、洗浴中心紛紛建設(shè)太陽你洗浴系統(tǒng)，太陽能熱水器的市場(chǎng)存在擴(kuò)大空間。新農(nóng)村建設(shè)與建筑節(jié)能也為太陽能熱水器的應(yīng)用推廣帶來機(jī)遇。</p><p>　　但是市面上絕大多數(shù)的控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dāng)水位加到一定的程度的時(shí)候也沒什么措施，只能

11、通過手動(dòng)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。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)思路</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　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

12、電極配以單片機(jī)技術(shù)對(duì)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(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。可廣泛應(yīng)用于家庭生活對(duì)太陽能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有良好的市場(chǎng)前景。 </p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　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

13、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。</p><p>　　2、控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換功能；</p><p>　　3、具有水溫和水位顯示功能；</p><p>　　4、具有進(jìn)水超水位和超水溫報(bào)警指示；</p><p>　　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；</p&g

14、t;<p>　　6、用水時(shí)可自由調(diào)節(jié)水溫；</p><p>　　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。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　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)；并由四個(gè)綠色LED發(fā)光二極管顯示：若無水則

15、綠燈不亮；若有四分之一儲(chǔ)水箱的水亮一盞綠燈；通過觀察綠燈點(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。</p><p>　　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℃。</p><p>　　第三章 太陽能控制系統(tǒng)的組成及工作原理</p><p>　　3.

16、1控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　系統(tǒng)組成 ： 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。</p><p>　　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(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。</p><p>　　(2)自動(dòng)控制閥：主要通過控

17、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)打開往水箱中上水，直到上到上一個(gè)目標(biāo)水位為止。 (3)手動(dòng)控制閥：當(dāng)自動(dòng)閥損壞時(shí)，可以通過手動(dòng)閥進(jìn)行上下水。</p><p>　　(4)水位檢測(cè)電極：主要用來檢測(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

18、過第二等分，則顯示二分之一的水。</p><p>　　(5)水溫檢測(cè)傳感器：主要用來檢測(cè)水箱中水的實(shí)際溫度。</p><p>　　(6)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。 </p><p>　　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。</p><p>&

19、lt;b>　?。?）早晨水溫控制</b></p><p>　　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(duì)水箱進(jìn)行電加熱，具體控制過程如下：</p><p>　　首先，關(guān)閉冷水閥門F2和循環(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，

20、同時(shí)微機(jī)繼續(xù)對(duì)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。</p><p>　　（2）循環(huán)水集熱過程</p><p>　　早晨水溫控制之后（7～9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(duì)熱水箱加熱以達(dá)到理想溫度N。具體控制過程如下：</p><p>　　打開

21、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)入冷水集熱控制過程。</p><p><b>　?。?）冷水集熱控制</b></p><p>　　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T

22、3>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：</p><p>　　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。可見，次過程充分利用太陽

23、光能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。</p><p><b>　?。?）水箱加熱控制</b></p><p>　　此時(shí)，也許你會(huì)問如果沒有日照或者日照較弱時(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： </p>

24、<p>　　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：</p><p><b>　　表一 溫度比較</b></p><p>　　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。</p><p>　　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

25、，方便省事，不論日常家居，還是對(duì)賓館、學(xué)校等都是最佳選擇。</p><p>　　3.2控制裝置的工作原理</p><p>　　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(dòng)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(dòng)上水至最

26、低水位處。</p><p>　　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)，則需打開手動(dòng)閥YV4，系統(tǒng)自動(dòng)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

27、因內(nèi)有積水而凍裂（即手動(dòng)打開此閥放完水管中的積水）</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　?、?水溫檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　水溫檢測(cè)電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)溫度傳感器選用

28、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)R1、RP1轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓信號(hào)，A

29、DC0832再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入CPU?？刂破鞯牟僮魇褂梅绞阶匀缓侠?。S1用來切換操作狀態(tài)?？刂破饔小爸苯涌刂啤焙汀皡?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”。</p><p>　　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

30、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(dòng)上水，S3用來手動(dòng)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。</p><p>　　設(shè)定水位上限：控制器可以監(jiān)測(cè)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。</p><p>　　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。

31、若設(shè)定時(shí)間為00或大于等于24，則取消自動(dòng)定時(shí)上水。</p><p>　　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(dòng)定時(shí)加熱。</p><p>　　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20℃～60℃。</p><p><b>　　②水位檢

32、測(cè)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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)電性來完成的。</p><p>　　我們把儲(chǔ)水箱大致分為四個(gè)等份，水位由潛入太陽能熱水器的儲(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

33、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(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)來顯示水位的高低。（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。）

34、</p><p>　　當(dāng)水位未達(dá)到a時(shí)，即h<a時(shí)、這時(shí)傳感器的總阻值為4R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)ah<b時(shí)，傳感器電阻阻值為3R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于20%水位。</p><p>　　當(dāng)bh<c時(shí)，傳感器電阻阻值為2R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于50%水位。</p><p>　　當(dāng)ch<d時(shí)，傳感器電阻阻值

35、為R，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于80%水位。</p><p>　　當(dāng)h=d時(shí)，傳感器電阻阻值為0，對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于100%水位。</p><p>　　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)/計(jì)數(shù)器（T0、T1）來確定，T1用來計(jì)數(shù)，T0用來定時(shí)。</p><p><b>　　4.2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</b></p

36、><p>　　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(dòng)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(dòng)能力有限，且高電平比低電平驅(qū)動(dòng)低那六小。一般情況下，需要加驅(qū)動(dòng)接口電路，且用低電平驅(qū)動(dòng)。如圖所示</p><p>　　4.3 鍵盤電路設(shè)計(jì)</p><p>　　P1.0- P1.7口作為按鍵的信號(hào)輸入端，鍵按下，就執(zhí)行該鍵的功能。其電

37、路如圖所示。（為了編程簡(jiǎn)單、方便，采用獨(dú)立式鍵盤電路）</p><p>　　當(dāng)按鈕按下后，電路與地接通時(shí)，I/U口與地面相連為低電平。</p><p>　　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。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用了共陰極接法，對(duì)于顯示水溫水位的程序作如下說明：</p><p>　?、?在動(dòng)態(tài)掃描過程

38、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。</p><p>　?、?本設(shè)計(jì)接口電路是軟件為主的接口電路，對(duì)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，

39、由A提供變址，因此顯示數(shù)據(jù)送A后，再由A送P0.1~P0.6輸出給顯示器。</p><p>　　4.4 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用共陽型數(shù)碼管，8個(gè)LED燈如圖中接法，燈的負(fù)極依次接到數(shù)碼管的a-f段，采用動(dòng)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。</p><p&g

40、t;<b>　　時(shí)鐘顯示</b></p><p>　　系統(tǒng)輸入信號(hào)有：6個(gè)液位信號(hào)、1個(gè)溫度信號(hào)、4個(gè)觸摸鍵;輸出信號(hào)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(hào)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

41、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(huì)自動(dòng)切斷，水位傳感器有故障時(shí)禁止上水，以免上水時(shí)溢出。</p><p>　　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(dòng)磁鋼沿導(dǎo)槽移動(dòng)，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MCU。這樣，僅用一個(gè)ADC通道可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字信號(hào)的輸入。溫度傳感器采用負(fù)溫度(NTC)型通用熱敏電阻，信號(hào)經(jīng)另一

42、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</p><p>　　口，整個(gè)控制器的硬件及對(duì)MCU的資源要求降到最低。MCU根據(jù)檢測(cè)到的水位信號(hào)、水箱溫度信號(hào)，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(dòng)能力可高達(dá)15mA，采用高亮度

43、的LED顯示無須再使用驅(qū)動(dòng)器件，可以由SN8P1706的I/O口直接驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　4.5 51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　單片機(jī)種類繁多，而且還在不斷推出新的更高性能的單片機(jī)品種。從使用情況來看，MCS-51型系列單片機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。MCS-51型單片機(jī)系列共有十幾種芯片?？煞譃?1和52兩個(gè)子系統(tǒng)，并以芯片型號(hào)的最末位數(shù)字作為標(biāo)志。其中8X51片內(nèi)集成有8位CPU

44、，4KB ROM(8031片內(nèi)無ROM,128B RAM,兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信接口（UART),擁有乘除運(yùn)算指令和位處理指令。采用CHMOS工藝的基本型8XC51，由種功耗控制方式，能有效降低功耗。增強(qiáng)型8X52，于8X51不同的是片內(nèi)ROM增加到8KB，RAM增加到256B,定時(shí)/計(jì)數(shù)器增加到3個(gè)，串行接口的通信速率快了6倍。</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器由多

45、種配置形式：沒有ROM、掩膜ROM、EPROM和FPEROM。不同配置形式分別對(duì)應(yīng)不同的芯片，使用時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。</p><p>　　MCS-51型系列單片機(jī)芯片主要特性</p><p>　　AT89S51主要特點(diǎn) </p><p>　　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

46、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1000次的Flash存儲(chǔ)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。</p><p>　　AT89S51主要功能特性</p><p>　　AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng) </p&g

47、t;<p>　　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)過的內(nèi)容，得到如圖所示的單片機(jī)最小系統(tǒng)。</p><p>　　圖中，晶體振蕩器

48、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。</p><p>　　AT89S51單片機(jī)時(shí)鐘電路</p><p>　　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

49、便于起振蕩的作用。</p><p>　　右圖中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。</p><p>　　AT89S51單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　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)

50、。取電容C=10uF，電阻R=10K。</p><p>　　數(shù)字溫度傳感器DS18B20主要特性及測(cè)溫原理</p><p>　　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(guó)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

51、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(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)。溫度實(shí)時(shí)測(cè)控集裝箱的設(shè)計(jì), 在實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)方面就較好地利用了DS18B20 的獨(dú)到</p><p>　　特點(diǎn),使系統(tǒng)得到了極大的簡(jiǎn)化。</p><p>　?。?）DS18B20的特性</p><p>　　1）獨(dú)特的單線接口方式。DS18B20 在I

52、/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。</p><p>　　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(cè)溫。</p><p>　　3）DS18B20 的測(cè)溫范圍為: - 55℃～+125℃,在-10℃～+ 85℃時(shí), 其精度為+ 015℃。</p><p>　　4）DS18B20的測(cè)

53、溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從9～12位,可編程進(jìn)行選擇。</p><p>　　數(shù)字化溫度傳感器DS1820測(cè)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(chǔ)器64 位ROM用于存儲(chǔ)序列號(hào)，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)

54、器TH和TL 存儲(chǔ)用戶通過軟件寫入的報(bào)警上下限值，高速便箋存儲(chǔ)</p><p>　　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(hào)位和溫度值的補(bǔ)碼高3位。</p><p>　?。?）DS18B20 測(cè)溫原理</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,如圖所示。</p><p>　

55、　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　DS18B20 的測(cè)溫原理：DS18B20 測(cè)量溫度采用了特有的溫度測(cè)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(duì)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)?shù)竭_(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(duì)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

56、。如果門電路仍未關(guān)閉, 則系統(tǒng)重復(fù)上述過程。</p><p>　?。?）DS18B20的操作協(xié)議</p><p>　　DS18B20單純通信功能是分時(shí)完成的。單線信號(hào)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(duì)DS18B20的操作以ROM命令(5個(gè))和存儲(chǔ)器命令(6個(gè))形式出現(xiàn)。對(duì)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

57、理數(shù)據(jù)→發(fā)存儲(chǔ)器命令處理數(shù)據(jù)。各種操作都有相應(yīng)的時(shí)序圖。</p><p>　　DS18B20在使用時(shí)，一般都采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將DS18B20 信號(hào)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(cè)。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

58、的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜，而且系統(tǒng)得以簡(jiǎn)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(cè)以及賓館、儀器儀表室等處的溫度檢測(cè)和控制。</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 控制軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　主程序流程圖如圖所示。子程序流程圖如圖所

59、示。主程序首先完成串行口、定時(shí)器、中斷源的初始化，設(shè)置初始運(yùn)行參數(shù)、開中斷，然后循環(huán)讀取鍵盤狀態(tài)、檢測(cè)系統(tǒng)是否漏電。一旦檢測(cè)到系統(tǒng)漏電，進(jìn)行聲音和顯示報(bào)警，將所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷電；若系統(tǒng)不漏電則根據(jù)存儲(chǔ)的鍵盤狀態(tài)和檢測(cè)的水溫、水位等狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)得處理并等待中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。系統(tǒng)正?？刂茣r(shí)，首先顯示水溫和水位，若檢測(cè)到水流開關(guān)打開用水時(shí)，自動(dòng)斷開上水閥和電加熱體電源，即實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)動(dòng)，用水停電。當(dāng)檢測(cè)到水位過低時(shí)打開電磁閥上水；到達(dá)最高水

60、位后，自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。在水位超過第二檔時(shí)，將檢測(cè)的實(shí)際水溫與設(shè)置水溫進(jìn)行比較，若實(shí)際水溫低于設(shè)置水溫，則加熱體通電進(jìn)行輔助電加熱；若實(shí)際水溫高于設(shè)置水溫時(shí)，切斷加熱體電源；若檢測(cè)到水位低于第二檔，不管設(shè)置溫度高低，總是停止加熱，以防止加熱體干燒。 </p><p><b>　　LED顯示子程序：</b></p><p>　　DISI: SETB P1.7

61、 ;滅顯示</p><p>　　MOV R0, #SBCD</p><p>　　MOV A, @R0 ;取出要顯示的數(shù)</p><p>　　ADD A, #2DH ;加上偏移量</p><p>　　MOVC A , @A+PC ;查表取出段選碼</p>

62、<p>　　MOV SBUF, A ;送出顯示</p><p>　　DL1: JNB TI, DL1 ;輸出完否?</p><p>　　CLR TI ;完,清中斷標(biāo)志</p><p><b>　　INC R0</b></p><

63、p>　　MOV A, @R0</p><p>　　ADD A, #21H</p><p>　　MOVC A, @A + PC</p><p>　　ANL A, #OEFH ;個(gè)位加小數(shù)點(diǎn)</p><p>　　MOV SBUF, A</p><p>　　DL2: J

64、NB TI, DL2</p><p><b>　　CLR TI</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV A, @R0</p><p>　　ADD A, #13H</p><p>　　MOVC A, @A+PC

65、</p><p>　　MOV SBUF, A</p><p>　　DL3: JNB TI, DL3</p><p><b>　　CLR TI</b></p><p>　　MOV A, #0FFH</p><p>　　MOV SBUF, A</p><p&g

66、t;　　DL4: JNB TI, DL4</p><p><b>　　CLR TI</b></p><p>　　CLR P1.7 ；亮顯示</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　SEGTAB: DB 11H,0D7H,32H<

67、;/p><p>　　DB 92H,0D4H,98H</p><p>　　DB 18H,0D3H,10H,0D0H</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合性運(yùn)用。其中包括對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機(jī)、傳感器等知識(shí)的運(yùn)用。從而完成了本次設(shè)計(jì)。

68、在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自身知識(shí)的不足，也發(fā)現(xiàn)我們必須具備專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)以外，才能成功的設(shè)計(jì)出一件合格的東西。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，體會(huì)也很深刻，并且對(duì)我們所學(xué)的東西也產(chǎn)生了濃厚的興趣。在設(shè)計(jì)過程中，也學(xué)會(huì)了很多新的東西，比如傳感器的知識(shí)，以及一些仿真軟件的應(yīng)用。當(dāng)然最重要的是學(xué)到了關(guān)于基本電子設(shè)計(jì)的一些基本方法，同時(shí)也加深了對(duì)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(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)精神的重要性，很多時(shí)候一個(gè)

69、人的力量是有限的，一個(gè)人不可能什么都會(huì)，什么都能自己解決，還是有需要他人幫助的時(shí)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(gè)人的實(shí)際水平，也培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，這些能力對(duì)于我們今后的學(xué)習(xí)和工作都很有幫助。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)三年來大學(xué)學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)和總結(jié)，我感覺到要學(xué)習(xí)的還有很多。雖然學(xué)習(xí)生涯結(jié)束了這并不代表就可以停止學(xué)習(xí)，有句話叫:活到老學(xué)到老，所以我會(huì)在今后的生活工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)</p>

70、;<p>　　由于時(shí)間關(guān)系，本次設(shè)計(jì)中還有不盡完善之處。希望在以后的學(xué)習(xí)和工作生涯中不斷的完善和改進(jìn)。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)過程中遇到不少問題，在謝老師和同學(xué)的幫助和配合下才順利的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　謝老師在我們做設(shè)計(jì)的過程中，給予了我們極大的幫助，不僅從知識(shí)方面引導(dǎo)了我們的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)，在人生觀上也給了我們不少的啟示。非常感謝老師和伙伴們給

71、我的幫助。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　鍵盤輸入主程序：</b></p><p>　　MOV P1, #0FH ；鍵盤初始化，P1.0~P1.3置輸入方式，P1.4~P1.7為0狀態(tài)</p><p>　　MOV IE, #84H

72、 ；開CPU中斷，開INT1中斷</p><p>　　SJMP $ ；中斷等待</p><p><b>　　中斷服務(wù)程序：</b></p><p>　　ORG 0013 ；INT1中斷入口地址</p><p>　　LJMP IO51K16

73、 ；從中斷入口轉(zhuǎn)移鍵盤處理程序IO51K16</p><p>　　IO51K16: CALL D10MS ；延時(shí)10秒</p><p>　　LCALL KEYIN ；調(diào)鍵輸入檢查子程序</p><p>　　JNZ LKOUT ；有鍵輸入，轉(zhuǎn)查鍵號(hào)</p><p>

74、　　RETI ；無鍵輸入，中斷返回</p><p>　　LKOUT: MOV R2, #0EFH ；首列掃描字寫如R2</p><p>　　MOV R4, #00H ；首列偏移值如R4</p><p>　　CONU: MOV P1, R2 ；列掃描字寫入列

75、線中</p><p>　　MOV A, P1 ；讀入P1口狀態(tài)到A中</p><p>　　JB ACC.0,LONE ；檢查第0行是否為0狀態(tài)，不為0表示按下鍵不在此行，轉(zhuǎn)下行</p><p>　　MOV A, #00H ；第0行為0狀態(tài)，表明按下鍵在此行，首列號(hào)如A</p><p

76、>　　AJMP LKP ；轉(zhuǎn)求鍵號(hào)</p><p>　　LONE: JB ACC1.1, LTWO ；檢查第1行有無鍵按下</p><p>　　MOV A, #04H ；有鍵按下，該行首列號(hào)入A</p><p>　　AJMP LKP ；轉(zhuǎn)求鍵號(hào)</p>

77、<p>　　LTWO: JB ACC.2, LTHR</p><p>　　MOV A, #08H</p><p><b>　　AJMP LKP</b></p><p>　　LTHR: JB ACC.3, NEXT ；該列所有行都無鍵按下，轉(zhuǎn)NEXT</p><p>　　MOV

78、A, #0CH ；有鍵按下，該行首列號(hào)入A中</p><p>　　LKP: ADD A, R4 ；求鍵號(hào)，鍵號(hào)位首列號(hào)加列偏移值</p><p>　　PUSH A ；鍵號(hào)入棧保護(hù)</p><p>　　WKFE: LACLL KEYIN ；等待鍵釋放</p>

79、;<p>　　JNZ WKFE ；鍵未釋放轉(zhuǎn)WKFE等待</p><p>　　POP A ；鍵釋放，鍵號(hào)如A</p><p>　　LJMP KJMP ；轉(zhuǎn)鍵操作轉(zhuǎn)處理 </p><p>　　NEXT: INC R4 ；

80、轉(zhuǎn)查下一列，列偏移值加1</p><p>　　MOV A, R2</p><p>　　JNB ACC.7, KND ；最后一列查完？查完中斷返回</p><p>　　RL A ；未查完，列掃描字左移1位</p><p>　　MOV R2, A ；掃描字如R2繼續(xù)查找&

81、lt;/p><p>　　LJMP CONU</p><p>　　KND: RETI</p><p>　　KEYIN: MOV P1, #0FH ；查完有無鍵按下，A不為0，有鍵按下</p><p>　　MOV A, P1</p><p><b>　　CPL A</b><

82、/p><p>　　ANL A, #0FH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　KJMP: SUB A,#OFH</p><p>　　JC WriteTemp</p><p>　　ADD A, #0FH</p><p><b>

83、　　CLR C</b></p><p>　　SUB A, #0EH</p><p>　　JC StoreTemporTime</p><p>　　ADD A, #0EH</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUB A, #ODH</p

84、><p>　　JC Waterpoistion</p><p>　　ADD A, #ODH</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUB A, #0CH</p><p>　　JC Vtemp</p><p>　　ADD A, 0CH

85、</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUB A, #OBH</p><p>　　JC StoreTime</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　ORG 0003H</p><p>