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文檔簡介
1、<p><b> 本科畢業(yè)論文</b></p><p> 基于AT89C52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)</p><p> The Control System of the Solar Energy Water-heater based on AT89C52</p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)計、創(chuàng)作)開題報告</p>
2、<p> (由學(xué)生本人認真填寫)</p><p> 學(xué)號姓名導(dǎo)師姓名職稱</p><p> 開題時間</p><p> 課題題目基于AT89C52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)</p><p> 課題來源□導(dǎo)師指定 ■自定 □其他來源</p><p> 課題的目的、意義以及和本課題有關(guān)的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析:1
3、、目的:近些年來,太陽能的開發(fā)和利用已越來越受到人們的重視和青睞,因為節(jié)能、環(huán)保、使用方便等因素,太陽能熱水器發(fā)展速度更是迅猛。安裝太陽能熱水器已成為房產(chǎn)開發(fā)商售房的誘人條件之一。在農(nóng)村,隨著農(nóng)民生活水平的提高,太陽能熱水器漸漸成為必備的家用裝置。所以,普通太陽能熱水器每次使用前需排水;不可缺水,空曬情況下上水會爆炸;冬天水溫不夠,需用電等問題急需解決。本設(shè)計通過單片機AT89C52控制A/D轉(zhuǎn)換芯片、發(fā)光二極管、LED驅(qū)動芯片實現(xiàn)熱水
4、器液位及溫度檢測和顯示,并實現(xiàn)相應(yīng)控制。使用戶省心,使用方便,智能運行,用戶不必做任何操作。2、意義:解決太陽能熱水器現(xiàn)存的一些問題,實現(xiàn)一定程度的智能控制,方便用戶,安全高效。3、現(xiàn)狀:進入二十一世紀(jì)以來,隨著生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求越來越高。而隨著新型電子技術(shù)和微型計算機的廣泛應(yīng)用與普及, 單片機控制系統(tǒng)以其控制精度高, 性能穩(wěn)定、可靠, 設(shè)置操作方便, 造價低等特點, 被應(yīng)用到太陽能熱水器的控制中來,增強了系統(tǒng)的
5、可視性, 使得溫度及液位檢測和顯示系統(tǒng)更加智能化、人性化。</p><p> 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和準(zhǔn)備解決的問題:1.目標(biāo):通過設(shè)計一個基于AT89C52的太陽能熱水器的溫度和液位顯示及簡單的控制系統(tǒng),從而實現(xiàn)一定程度的智能控制,方便用戶使用。2.內(nèi)容:利用集成溫度傳感器DS18B20和液位傳感器LM1042分別進行溫度檢測和液位檢測后,將檢測到的信息傳送給單片機,單片機經(jīng)過相應(yīng)的處理控制電磁閥的開啟及溫度和液位
6、的顯示。3.準(zhǔn)備解決的問題:如何實現(xiàn)溫度及液位的顯示,如何實現(xiàn)智能上水、缺水上水和手動上水的功能,如何實現(xiàn)輸水管道排空水控制,在水箱上水或洗浴完畢后自動把上水管道內(nèi)的水排出。</p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)計、創(chuàng)作)任務(wù)書</p><p><b> 指導(dǎo)教師簽名:</b></p><p> 2009年12 月 8 日</p>
7、<p> 河南大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(論文、創(chuàng)作)中期檢查表</p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)計、創(chuàng)作)綜合成績表(一)</p><p> 學(xué)院名稱:計算機與信息工程學(xué)院</p><p><b> 此表由教師填寫</b></p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)計、創(chuàng)作)綜合成績表(二)</p>
8、<p><b> 備注:</b></p><p> 一、論文的質(zhì)量評定,應(yīng)包括對論文的語言表達、結(jié)構(gòu)層次、邏輯性理論分析、設(shè)計計算、分析和概括能力及在論文中是否有新的見解或創(chuàng)新性成果等做出評價。從論文來看學(xué)生掌握本專業(yè)基礎(chǔ)理論和基本技能的程度。</p><p> 二、成績評定采用結(jié)構(gòu)評分法,即由指導(dǎo)教師、評閱教師和答辯委員會分別給分(以百分計),評閱教
9、師得分乘以20%加上指導(dǎo)教師得分乘以20%加上答辯委員會得分乘以60%即綜合成績。評估等級按優(yōu)、良、中、差劃分,優(yōu)90-100分;良76-89分;中60-75分;差60分以下。</p><p> 三、評分由專業(yè)教研室或院組織專門評分小組(不少于5人),根據(jù)指導(dǎo)教師和答辯委員會意見決定每個學(xué)生的分數(shù),在有爭議時,應(yīng)由答辯委員會進行表決。</p><p> 四、畢業(yè)論文答辯工作結(jié)束后,各院
10、應(yīng)于6月20日前向教務(wù)處推薦優(yōu)秀論文以匯編成冊,推薦的篇數(shù)為按當(dāng)年學(xué)院畢業(yè)生人數(shù)的1.5%篇。</p><p> 五、各院亦可根據(jù)本專業(yè)的不同情況,制定相應(yīng)的具有自己特色的內(nèi)容。須報教務(wù)處備案。</p><p><b> 六、書寫格式要求:</b></p><p><b> 1. 目錄;</b></p>
11、<p> 2. 內(nèi)容提要須書寫200左右漢字,開題報告(文科除外)的內(nèi)容要根據(jù)不同專業(yè)的課題任務(wù)要求,闡述查閱文獻、文案論證、解題思路、工作步驟等;</p><p> 3. 正文(含引言、結(jié)論等);</p><p> 4. 參考文獻(或資料)</p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)計、創(chuàng)作)承諾書</p><p> 說明:學(xué)生畢
12、業(yè)論文(設(shè)計、創(chuàng)作)如有保密等要求,請在備注中明確,承諾內(nèi)容</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 目錄I</b></p><p><b> 摘要II</b></p><p> AbstractIII</p><
13、p><b> 第一章 緒論1</b></p><p> 1.1 開發(fā)背景及意義1</p><p> 1.2 本文研究的內(nèi)容2</p><p> 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3</p><p> 2.1 系統(tǒng)總體功能概述3</p><p> 2.2 核心芯片選擇4<
14、;/p><p> 2.3 液位檢測5</p><p> 2.3.1 液位傳感器5</p><p> 2.3.2 AD轉(zhuǎn)換電路6</p><p> 2.4 溫度檢測8</p><p> 2.5 顯示電路9</p><p> 2.5.1 溫度顯示電路9</p&g
15、t;<p> 2.5.2 液位顯示電路10</p><p> 2.6 電源電路12</p><p> 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計13</p><p> 3.1 軟件功能概述13</p><p> 3.2 主程序設(shè)計13</p><p> 3.3 定時器T0中斷程序14</
16、p><p> 3.4 定時器T1中斷程序15</p><p> 3.5 A/D轉(zhuǎn)換及液位顯示程序15</p><p> 3.6 溫度采集程序16</p><p> 3.7 LED顯示程序17</p><p><b> 結(jié)論19</b></p><p>
17、;<b> 參考文獻20</b></p><p><b> 附錄21</b></p><p><b> 摘 要</b></p><p> 當(dāng)前能源緊缺,用電緊張,太陽能是綠色能源,得到廣大用戶的喜愛。本文介紹了用液位檢測集成芯片LM1042、溫度傳感器DS18B20和A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC
18、0804,以AT89C52 單片機作為主控元件的太陽能熱水器液位和溫度顯示及控制系統(tǒng)。對太陽能熱水器的控制系統(tǒng)進行了全新的智能設(shè)計,可以實現(xiàn):水箱中水位、水溫的智能控制與顯示;自動排空水箱至淋浴器間管道(也是上水管道) 中的存水;智能處理再利用管道排空的水等。使太陽能熱水器操作性能、利用功能、擴展范圍、產(chǎn)品檔次等諸多方面得到提高。解決了普通太陽能熱水器上水時水滿益出;上(下) 水管道需要保溫;使用前需要放出水管中大量冷水等問題。<
19、/p><p> 關(guān)鍵詞:太陽能;液位控制;溫度控制;水管排空</p><p><b> Abstract</b></p><p> With the current energy and power shortage, solar energy which is green energy is becoming more and more p
20、opular with the majority of users. This article describes the control system of solar energy water-heater based on a liquid level detection LM1042, temperature sensor DS18B20, A / D conversion chip ADC0804 and AT89C52 mi
21、crocontroller as a master device .Carried on an all new intelligence design to the control system, it can carry out: Intelligence controlling and manifestation of water level</p><p> Key words: solar energy
22、; liquid control; temperature display; pipe line row empty</p><p><b> 第1章 緒 論</b></p><p> 1.1 開發(fā)背景及意義</p><p> 近些年來,太陽能的開發(fā)和利用已越來越受到人們的重視和青睞,因為節(jié)能、環(huán)保、使用方便等因素,太陽能熱水器發(fā)展速
23、度更是迅猛。安裝太陽能熱水器已成為房產(chǎn)開發(fā)商售防的誘人條件之一,隨著人們的消費意識、消費層次和消費要求的提高,普通太陽能熱水器上水時水滿溢出;冬天太陽能水溫偏低;上(下)水管道需要保溫;使用前需要放出管道中大量冷水等諸多弊病需要解決。針對上述問題,本文設(shè)計了以AT89C52單片機為核心的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng),實現(xiàn)了水箱中水位及溫度的智能控制與顯示;自動排空水箱至淋浴器(上下水共用)管道間的存水;為了使排空管道時的水不浪費掉,在浴室內(nèi)
24、部又設(shè)置了一個室內(nèi)水箱,以備他用。同時,也可實現(xiàn)手動上水,使用方便。使太陽能熱水器系統(tǒng)的操作性能、利用功能、擴展范圍、產(chǎn)品檔次等諸多方面實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。使用戶省心、智能運行。</p><p> 1.2 本文研究的內(nèi)容</p><p> 本文經(jīng)過調(diào)研及收集相關(guān)技術(shù)資料,提出如下技術(shù)方案。以AT89C52為核心,利用液位傳感器LM1042、測溫元件DS18B20、發(fā)光二極管及數(shù)碼管實現(xiàn)以下
25、性能:</p><p> 水溫數(shù)碼顯示,測溫范圍0~99℃,精度±0.5℃;</p><p> 水位分五檔顯示(缺水、20﹪、50﹪、80﹪、100﹪);</p><p> 智能上水控制、具有缺水上水和手動上水等功能;</p><p> 輸水管道排空水控制,在水箱上水或洗浴完畢后自動把上水管道內(nèi)的水排出。</p>
26、<p> 系統(tǒng)控制和主要結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示:</p><p> 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p> 2.1 系統(tǒng)總體功能概述</p><p> 該系統(tǒng)以AT89C52作為核心控制部件,外加液位傳感器、測溫元件、一片A/D轉(zhuǎn)換芯片、五個發(fā)光二極管、兩個數(shù)碼管及驅(qū)動芯片來達到系統(tǒng)的性能要求。LM1042外接的熱阻探針溫度的變化依賴于周圍
27、材料的熱阻的大小,而空氣和液體的熱阻大小有很大差別,從而可以根據(jù)探針在液體中的深度不同時電阻的不同檢測出液位的深度信息,由LM1042內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為與液位成線性關(guān)系的電壓信號,再由8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0804將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,實現(xiàn)液位信息的輸入。AT89C52從ADC0804讀取液位信息后進行數(shù)據(jù)處理,結(jié)合DS18B20測得的溫度進行液位和溫度的顯示及閥門的控制。</p><p>
28、 圖2.1為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖:</p><p><b> 各部分功能:</b></p><p> 1.電源部分提供+5V電壓供系統(tǒng)使用。</p><p> 2.按鍵部分用來實現(xiàn)手動上水。</p><p> 3.LM1042實現(xiàn)液位信息到電壓信號的轉(zhuǎn)換。</p><p> 4.ADC0804
29、將液位傳感器輸出的電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機。</p><p> 5.DS18B20實現(xiàn)溫度檢測。</p><p> 6.AT89C52為處理器,實現(xiàn)液位信息和溫度信息的接收、數(shù)據(jù)處理和輸出到發(fā)光二極管和數(shù)碼管顯示。</p><p> 2.2 核心芯片選擇</p><p> 核心控制系統(tǒng)采用ATMEL公司89系列的一款單片機A
30、T89C52,此單片機包含一個8位CPU、256字節(jié)的片內(nèi)RAM和片內(nèi)Flash存儲器、4個8位的雙向可尋址I/O口、1個全雙工UART的串行接口、3個16位的定時/計數(shù)器、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)(8級中斷,可實現(xiàn)多個優(yōu)先級的嵌套)、一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。</p><p> 在AT89C52單片機結(jié)構(gòu)中,顯著的特點是內(nèi)部含有Flash存儲器,使用戶在開發(fā)過程中十分容易修改程序,縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時,它
31、繼承了CMOS產(chǎn)品低功耗的特點,有兩種產(chǎn)生低功耗的方式:空閑方式和掉電方式。在空閑方式下,CPU停止工作,RAM和其他片內(nèi)的部件繼續(xù)工作,此時的電流大約是正常工作方式下的15%。在掉電方式下,電流可降到15uA以下。</p><p> AT89C52單片機有多種封裝方式:PDIP封裝、方形的PLCC和PQFP/TQFP封裝,使用方便。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2.2:</p><p><b&
32、gt; 2.3 液位檢測</b></p><p> 2.3.1 液位傳感器</p><p> 本次設(shè)計液位傳感器選用集成芯片LM1042,實現(xiàn)液位信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換。LM1042是用于液位檢測的專用集成電路,它內(nèi)部集成了所有控制熱阻探針、檢測熱阻探針的短路和開路所需的監(jiān)控電路,具有很強的功能。</p><p> LM1042使用熱阻探針技術(shù)
33、來測量非可燃性液體的液面高度,它能提供一正比于液位高度的輸出,可進行單次或重復(fù)測量,所有控制熱阻探針、檢測熱阻探針的短路和開路所需的監(jiān)控電路都集成在LM1042芯片內(nèi)部。此外該芯片還可采用其它傳感器信號或線性輸入作為輸入信號。</p><p> 該器件采用16腳DIP封裝。芯片的主要特點如下:</p><p> 可以選擇熱阻或線性信號作為輸入;</p><p>
34、 集成有熱阻探針的控制電路;</p><p> 可單次測量或重復(fù)測量;</p><p> 在復(fù)位時切換,延時功能可避免瞬態(tài)信號的影響;</p><p> 具有探針短路、開路檢測功能;</p><p> 電源或控制輸入端具有50V的瞬態(tài)電壓保護電路;</p><p> 電源范圍7.5~18V;</p&g
35、t;<p><b> 內(nèi)部有電源調(diào)節(jié)器;</b></p><p> 可在-40℃~+80℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。</p><p> 熱阻探針工作的基本原理是基于功率在探針上耗散,探針溫度的變化依賴于周圍材料的熱阻的大小,由于空氣和其它氣體相對于水和油來說是熱的不良導(dǎo)體,利用這一點有可能測量探針等浸入液體媒介的深度。其原理如圖2.3所示:</p
36、><p> 在測量周期中,一固定的驅(qū)動電流I施加到探針上,在測量的起始時刻和結(jié)束時刻探針兩端的電壓被采樣,得到電壓差ΔV0由于空氣的熱阻RTHA大于油的熱阻RTHO,由它們引起的溫度變化分別為ΔT1和ΔT2,相應(yīng)的探針電阻也會隨著改變?yōu)棣1和ΔR2差值,在每單位長度上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓變化ΔV1和ΔV2。電壓差ΔV由下式給出:ΔV=LAΔV1/L+(L-LA)ΔV1/L</p><p> 由
37、于ΔV1>ΔV2,RTHA>RTHO,ΔV會隨著探針在空氣中長度的增加而增大。在實際應(yīng)用中,為獲得最佳效果,探針需要具有高的溫度系數(shù)和低的熱阻時間常數(shù),為避免誤觸發(fā)探針短路開路檢測器,探針電壓必須介于0.7V和5.3V之間,對于200mA的電流容許的探針阻值范圍是3.5Ω到24Ω。</p><p> 在圖2.4中,7腳和10腳是用于探針2的調(diào)整,由于本系統(tǒng)只用到探針1,故只需將7腳和10腳接地即可;
38、1 腳是熱阻探針輸入端;5腳是探針故障檢測端;6腳是電源端;3、4腳分別接PNP管的發(fā)射極和集電極用于給探針提供200mA的固定電流;16腳為模擬電壓輸出端,輸出與液位成正比的模擬電壓;12、13腳用來調(diào)整探針的測量周期;9、14腳外接兩個電容作為探針的記憶電容,記憶探針的電壓值。</p><p> 2.3.2 AD轉(zhuǎn)換電路</p><p> 由于LM1042輸出的是模擬信號,須經(jīng)A
39、D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機可處理的數(shù)字信號,且考慮到該裝置是應(yīng)用于太陽能熱水器中,無需高精度,故選用8位AD轉(zhuǎn)換器ADC0804進行AD轉(zhuǎn)換即可。</p><p> ADC0804型8位全MOS A/D轉(zhuǎn)換器是中速廉價型產(chǎn)品之一。片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器,與微處理器兼容,輸入方式為單通道,轉(zhuǎn)換時間約為100μs。它的非線性誤差為±1LSB。電源電壓為+5V。其引腳圖如圖2.5所示:</p>&
40、lt;p> 被轉(zhuǎn)換的電壓信號從Vin(+)和Vin(-)輸入。允許此信號是差動的或不共地的電壓信號,模擬地和數(shù)字地分別設(shè)置引入端,使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號回路,以防止寄生耦合造成的干擾。Vref/2端不必外接電源,懸空即可。/CS是片選端,/WR是控制芯片啟動的輸入端;/INTR是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸入端,輸出電平由高跳低則表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成,可作為中斷或查詢信號。</p><p> ADC0804
41、片內(nèi)有時鐘電路,只要在外部“CLKR”和“CLK”兩端外接一對電阻和電容即可產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換所需要的時鐘,其振蕩頻率為fclk≈1/1.1RC。本次設(shè)計選用R=10kΩ,C=150pF,此時fclk≈640kHz。其與單片機的接口電路如圖2.6所示:</p><p><b> 2.4 溫度檢測</b></p><p> 對水箱水溫的測定,采用了較為先進的DS18B
42、20集成模塊溫度傳感器,該傳感器將溫度信號以數(shù)字量傳給單片機,無需其他的外圍電路,一條口線,電路簡單,使用穩(wěn)定,可以方便的實現(xiàn)單片機對溫度參量的讀取。DS18B20采用3腳PR_35封裝或8腳SOSI封裝,管腳排列如圖2.7所示。</p><p> DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.8所示,主要由4部分組成:64位ROM;溫度傳感器;溫度報警觸發(fā)器TH和TL;配置寄存器??紤]到系統(tǒng)功能的限制,傳感器的報警功能沒有使
43、用。</p><p> 圖2.8 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p> 單總線即只有一根數(shù)據(jù)線,系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。其基本的通信過程如下:</p><p> 主機通過拉低單總線至少480us產(chǎn)生復(fù)位脈沖。</p><p> 然后由主機釋放總線,并進入接收模式。主機釋放總線時,會產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖?/p>
44、的上升沿。</p><p> 單總線器件檢測到該上升沿后,延時15~60us。</p><p> 單總線器件通過拉低總線60~240us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。</p><p> 主機接收到從機的應(yīng)答脈沖后,說明有單總線器件在線,然后主機就可以開始對從機進行ROM命令和功能命令操作。</p><p> 所有的讀、寫時序至少需要60us,且每兩
45、個獨立的時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間。在寫時序中,主機將在拉低總線15us之內(nèi)釋放總線,并向單總線器件寫1;若主機拉低總線后能保持至少60us的低電平,則向單總線器件寫0。單總線器件僅在主機發(fā)出讀時序時才向主機傳輸數(shù)據(jù),所以,當(dāng)主機向單總線發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時序,以便于單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。</p><p> DS18B20可以使用外部電源VDD,也可以使用內(nèi)部的寄生電源,無論是內(nèi)部寄生電源還
46、是外部供電,I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。本系統(tǒng)選用外部電源,即在VDD端口接5V的電壓。故單片機與DS18B20的連接圖如圖2.9所示:</p><p><b> 2.5 顯示電路</b></p><p> 2.5.1 溫度顯示電路</p><p> 常用的LED顯示器有7段或8段,有共陰極和共陽極種。本次設(shè)計選用的是7段共陰
47、極。</p><p> 由于單片機I/O的電氣特性決定了單片機的端口的驅(qū)動能力有限,一般的,單片機的端口只是驅(qū)動TTL電平,不提供或者提供很小的驅(qū)動電流,所以在帶負載時,單片機應(yīng)當(dāng)在I/O口加上驅(qū)動芯片。本次設(shè)計選用ICM7218數(shù)碼管驅(qū)動芯片。ICM7218 是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價格比較高的通用8 位L ED 數(shù)碼管驅(qū)動電路,28 腳雙列封裝,可與多種單片機接口使用。ICM7218 的輸出可直
48、接驅(qū)動L ED顯示器,不需外接驅(qū)動電路,其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡單,使用方便。ICM7218A顯示電路如圖2.10所示:</p><p> 本系統(tǒng)顯示用的2位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動芯片ICM7218A驅(qū)動,27、3、1、25、2、24、26腳分別接數(shù)碼管的a~g,15、16腳為位選,分別控制2位數(shù)碼管的亮滅,ID0~7為數(shù)據(jù)線,接單片機P0口,/WRITE、MODE是寫控制位和模式控制位,分別接單片機P2.5
49、、P2.6。</p><p> 2.5.2 液位顯示電路</p><p> 考慮到熱水器的液位顯示只需給人以直覺上水量的多少(即當(dāng)前水量占總?cè)莘e百分比),而不必給出當(dāng)前液位的具體數(shù)值。故選用5個發(fā)光二極管,用它們的亮滅來顯示水位的五種狀態(tài)。發(fā)光二極管、按鍵與單片機連線如圖2.11所示:</p><p><b> 發(fā)光二極管</b><
50、;/p><p> 發(fā)光二極管在兩端的電壓差超出其導(dǎo)通壓降時開始工作,發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降一般約為1.7~1.9V。此外,工作電流要滿足該二極管的工作電流,滿足電流和電壓的要求,二極管就可以發(fā)光了。單片機系統(tǒng)中往往是數(shù)字信號,其電源不是5V就是0V,所以只要將二極管的正負極和電源對應(yīng)上就可以了。</p><p> 在發(fā)光二極管前面要接一個電阻,這個電阻的作用在于限制二級管的電流,從而達到減少
51、功耗或者滿足端口對最大電流的限制。</p><p> 一般二極管的點亮電流為5mA~10mA,在5V電源驅(qū)動時,廠家多采用470 Ω。限流電阻,在該設(shè)計中選用510Ω,這樣既不會超出單片機的I/O口最大限流,二極管也比較明亮。</p><p> 使用五個發(fā)光二極管來表示液位的五種狀態(tài):全亮?xí)r對應(yīng)水滿,全滅時對應(yīng)缺水,僅D1亮?xí)r對應(yīng)20﹪,僅D1和D2亮?xí)r對應(yīng)40﹪,D1、D2、D3亮?xí)r
52、對應(yīng)60﹪,僅D5滅時對應(yīng)80﹪。</p><p><b> 按鍵</b></p><p> 當(dāng)有按鍵被按下時說明用戶要手動上水。按鍵使用上拉電阻方式接入單片機。未按下時對單片機輸入一個高電平,按下后輸入一個低電平。</p><p> 鍵的閉合與否,反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平,如果高電平表示斷開的話,那么低電平則表示閉合
53、,所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的檢測,便可以確認按鍵按下與否。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵,必須消除抖動的影響。</p><p><b> 電磁閥</b></p><p> 電磁閥在本次設(shè)計中是輸出設(shè)備,用來控制上下水,24V三極管電磁閥驅(qū)動電路圖如圖2.12所示。系統(tǒng)中用到三個電磁閥控制水箱和水管的連接。</p><p>
54、 目前市場上的太陽能熱水器大都裝有管道保溫裝置,以防在冬天管道中的水結(jié)冰,即使不結(jié)冰,在使用前也要放掉管道中的全部冷水,不但給使用者帶來了很多的不便,也對水資源形成了較大的浪費。為此設(shè)計了水管排空功能,在水箱下安裝一個電磁閥,當(dāng)關(guān)閉上水閥和水箱的閥門,停止向水箱加水后,開啟通往小水箱的電磁閥門,則單向閥進氣使水管內(nèi)存水排至室內(nèi)小水箱,完全把水管內(nèi)的存留水排出水管,從而達到在使用時直接使用熱水和節(jié)水的目的。電磁閥的開關(guān)全由單片機控制,在上
55、水和洗浴完畢后單片機發(fā)出電磁閥1和電磁閥2關(guān)閉,電磁閥3開啟的放水指令,10s后關(guān)閉電磁閥3,系統(tǒng)處在待命狀態(tài)。同時打開電磁閥2和電磁閥3即可給室內(nèi)水箱供水,供水完畢后再執(zhí)行管道排空水指令使整個系統(tǒng)處在待命狀態(tài)。</p><p><b> 2.6 電源電路</b></p><p> 為了使單片機有一個穩(wěn)定的工作環(huán)境,且各組件都正常的工作,特別制作了5V的直流穩(wěn)壓
56、電源。電源電壓器將220V的交流電壓變?yōu)樗桦妷褐?,然后通過橋式整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于其含有較大的紋波,必須通過濾波電路加以濾除,以得到平滑的直流電壓最后通過穩(wěn)壓電路維持輸出直流電壓穩(wěn)定。</p><p> 本電路的特點是:電源輸出穩(wěn)定,具有較好的抗干擾能力。輸出標(biāo)準(zhǔn)的5V直流電壓。給整個控制系統(tǒng)供電,電源電路如圖2.13 所示:</p><p> 第3章 系統(tǒng)軟
57、件設(shè)計</p><p> 3.1 軟件功能概述</p><p> 在系統(tǒng)的硬件確定以后,功能完善的軟件能夠很好的指導(dǎo)和協(xié)調(diào)硬件的工作,可使系統(tǒng)發(fā)揮其最大的作用,并且便利以后的更新?lián)Q代升級。</p><p> 一個完整的系統(tǒng)都離不開對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控,為了更好的協(xié)調(diào)軟件、硬件各個部分正常工作,就必須對整個系統(tǒng)進行嚴密監(jiān)控。在本系統(tǒng)中定時器T0中斷服務(wù)程序擔(dān)任液位
58、數(shù)據(jù)讀取、處理和輸出顯示任務(wù),每隔一定的時間對A/D轉(zhuǎn)換進行一次采樣,并進行相應(yīng)的處理,再經(jīng)過發(fā)光二極管來實現(xiàn)液位的顯示。而定時器T1中斷服務(wù)程序擔(dān)任溫度數(shù)據(jù)讀取、處理和輸出顯示任務(wù),并經(jīng)LED顯示。而主程序完成的任務(wù)相對簡單,它只是完成系統(tǒng)初始化及檢測是否有鍵按下等工作。若有鍵按下,則進入手動上水模式。</p><p> 3.2 主程序設(shè)計</p><p> 在本系統(tǒng)中主程序完成的
59、任務(wù)相對簡單,它只是完成初始化等工作而進入按鍵查詢等待方式。主程序的初始化主要包括:DS18B20初始化、T0和T1的初始化并啟動T0。按鍵查詢主要是S1鍵,當(dāng)功能鍵S1按下就轉(zhuǎn)入手動上水子程序,每按一次上水一個檔位。主程序流程圖如圖3.1所示。</p><p> 3.3 定時器T0中斷程序</p><p> T0定時時間為1S,即每隔1S執(zhí)行一次T0中斷服務(wù)程序。該程序完成的任務(wù)比
60、較多,主要包括:(1)溫度信息的采集和顯示;(2)讀取、顯示和處理液位信息。至于完成哪項任務(wù)由標(biāo)志位TW決定。T0中斷服務(wù)程序流程圖如圖3.2所示:由于液位和溫度均是變化比較緩慢的量,故只需每隔一定時間檢測一次。</p><p> 在此選定1s檢測一次,即1s進行一次A/D轉(zhuǎn)換。由于本系統(tǒng)所用晶振為12MHZ,默認為12分頻,故定時器每計時一次用時為12/11.0592μs,約為1μs。因為定時器為16位定時器
61、,故最多計時65536次,即計時65536μs=65.536ms,此處用定時器T0定時50ms,則當(dāng)定時器定時20次,共定時20×50ms=1s,滿足系統(tǒng)需求。T0定時50ms即計時50000次,則定時器初值為TH0=(65536-50000)/256=0x3c,TL0=(65536-50000)%256=0xB0。</p><p> 3.4 定時器T1中斷程序</p><p&g
62、t; 當(dāng)停止上水和洗浴完畢時,關(guān)閉電磁閥1、2,開啟電磁閥3,從而排空管道水,10s后關(guān)閉電磁閥。用T1來定時10S,其定時方式同T0,定時200次。T1中斷程序的流程圖如圖3.3所示:</p><p> 圖3.3 T1中斷程序流程圖</p><p> 3.5 A/D轉(zhuǎn)換及液位顯示程序</p><p> A/D轉(zhuǎn)換子程序主要完成A/D值的讀取、處理及液位
63、信息的顯示。因為ADC0804進行A/D轉(zhuǎn)換的過程中/INTR=1,轉(zhuǎn)換完成后/INTR=0,故啟動A/D轉(zhuǎn)換后要先檢測/INTR,當(dāng)/INTR為低電平時才進行A/D值讀取操作。將讀取得到的8位液位值,并經(jīng)發(fā)光二極管顯示。其流程圖如圖3.4所示,事先測得水滿時的液位,用wlmax表示,且用十六進制表示,令wl=wlmax/5。</p><p> 3.6 溫度采集程序</p><p>
64、 溫度采集子程序的功能是對DS18B20進行初始化、查詢溫度采集和轉(zhuǎn)換是否完成,并且完成對溫度數(shù)據(jù)的處理以便送LED顯示。其程序流圖如圖3.5所示:</p><p> 3.7 溫度顯示程序</p><p> LED顯示子程序主要完成溫度值的顯示,本系統(tǒng)采用數(shù)碼管專用驅(qū)動芯片ICM7218驅(qū)動2位七段數(shù)碼管用于溫度值的顯示,只需要把要顯示的數(shù)據(jù)寫入ICM7218的RAM中即可,由于該芯
65、片默認驅(qū)動8位數(shù)碼管,必須寫入8字節(jié)顯示數(shù)據(jù),而此系統(tǒng)只用低2位,只需把高6位置為隨機數(shù)即可,故先通過ICM7218的控制位WR=0和MODE=1使芯片工作于方式1,寫入控制字B*H,即選擇BCS碼譯碼選擇模式,然后使MODE=0使芯片工作于方式0,寫入8字節(jié)數(shù)據(jù)即可完成溫度值的LED顯示。溫度顯示子程序流程圖如圖3.6所示</p><p><b> 結(jié)論</b></p>&
66、lt;p> 本次畢業(yè)設(shè)計主要是為了改善太陽能控制系統(tǒng)的功能,實現(xiàn)液位和溫度的檢測與顯示,上水控制及輸水管道排空水控制。該控制系統(tǒng)基本上考慮了太陽能熱水器的功能擴展和檔次提升的空間。通過反復(fù)實驗,系統(tǒng)的程序執(zhí)行狀況、模擬效果演示均是令人滿意的。</p><p> 整個系統(tǒng)存在如下特點:具有一定程度的智能性,可實現(xiàn)自動上水及液位和溫度信息的顯示,自動排空管道中的存水以節(jié)約用水且方便下次使用。但也存在一些不足
67、。受AT89C52資源的限制,沒有設(shè)計看門狗電路。另外沒有加入加熱裝置,所以水溫受天氣影響較大。</p><p> 本次畢業(yè)設(shè)計讓我進一步鞏固了四年來學(xué)習(xí)的理論知識,還要做到理論與實踐相結(jié)合。如機型和元器件的選擇,要以性價比高為原則,以組成最小最優(yōu)化的系統(tǒng),硬件和軟件在一定程度上具有互換性,多用軟件可節(jié)省成本,這些都是在設(shè)計中應(yīng)該考慮的。學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識軟件,通過這次畢業(yè)設(shè)計使動手能力和理論知識有了
68、很大的提高。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 鄭郁正.單片機原理及應(yīng)用.四川大學(xué)出版社.2003.</p><p> [2] 求是科技.單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航(第2版).人民郵電出版社.2008</p><p> [3] 王慶. Protel 99 SE&DXP電
69、路設(shè)計教程(附盤).電子工業(yè)出版社.2006</p><p> [4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.高等教育出版社.1999.</p><p> [5] 譚浩強.C程序設(shè)計(第二版).清華大學(xué)出版社.1999</p><p> [6] 張福安,李麗欣,等.基于μ’nsp處理器的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng).德州學(xué)院學(xué)報第23卷第6期.2007年12月</p
70、><p> [7] 基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的分布式測溫系統(tǒng)的設(shè)計.吉林化工學(xué)院學(xué)報.第20卷 第3期.2003年9月</p><p><b> 附錄</b></p><p> #include <AT89X52.h></p><p> #define ADIN P1</p><
71、;p> #define ICMOUT P0</p><p> #define ON 0</p><p> #define OFF 1</p><p> #define uchar unsigned char</p><p> #define uint unsigned int</p><p> sbi
72、t D1=P2^0;</p><p> sbit D2=P2^1;</p><p> sbit D3=P2^2;</p><p> sbit D4=P2^3;</p><p> sbit D5=P2^4;//發(fā)光二極管</p><p> sbit ICMWR=P2^5;</p><p>
73、; sbit ICMMODE=P2^6;</p><p> sbit DQ=P2^7;//DS18B20數(shù)據(jù)輸出口</p><p> sbit ADCS=P3^0;</p><p> sbit ADEND=P3^1;</p><p> sbit ADWR=P3^6;</p><p> sbit ADRD=P
74、3^7;//AD</p><p> sbit S1=P3^2;//按鍵</p><p> sbit SOV1=P3^3;</p><p> sbit SOV2=P3^4;</p><p> sbit SOV3=P3^5;//電磁閥</p><p> uchar flag1;//溫度正負標(biāo)志位</p>
75、;<p> uchar TEMP[2];//當(dāng)前溫度值</p><p> uchar ADV0,ADV;//AD值</p><p> unchar wl;</p><p> uint T0c,T1c;</p><p> uchar TW; //溫度液位選擇位</p><p> uchar sf
76、lag; //手動上水模式標(biāo)志位</p><p> uchar Tflag; //高溫標(biāo)志</p><p> //uchar EPflag; //排空水標(biāo)志位</p><p><b> //延時程序</b></p><p> void delayus(uchar us) </p><p>
77、;<b> {</b></p><p> while(us--); //12M,一次6us </p><p><b> }</b></p><p> void delayms(uint ms) // 毫秒級延時</p><p><b> {</b></p>
78、;<p><b> uint ti;</b></p><p> while(ms--)</p><p><b> { </b></p><p> for(ti=0;ti<112;ti++){}</p><p><b> }</b></p>
79、;<p><b> }</b></p><p> void delay(uint count)</p><p><b> {</b></p><p><b> uint i;</b></p><p> while(count)</p>&l
80、t;p><b> {</b></p><p><b> i=200;</b></p><p> while(i>0) i--;</p><p><b> count--;</b></p><p><b> }</b></p>
81、;<p><b> }</b></p><p><b> //空操作</b></p><p> void _nop_ (void);</p><p> //DS18B20程序段</p><p> bit ds18b20_reset(void) //DS18B20復(fù)位和
82、初始化</p><p> { uchar data i;</p><p> DQ=0;//發(fā)一個復(fù)位脈沖</p><p> delayus(80);</p><p><b> DQ=1;</b></p><p> delayus(12);</p><p> i
83、f(DQ) return(0);</p><p> delayus(80);</p><p> return(1);</p><p><b> }</b></p><p> void ds18b20_write(uchar a) //DS18B20寫操作</p><p> {
84、 uchar data i;</p><p><b> bit c;</b></p><p> for(i=0;i<8;i++)</p><p><b> {</b></p><p> c=(a>>i)&0x01;</p><p><
85、;b> DQ=0;</b></p><p><b> DQ=0;</b></p><p> delayus(0);</p><p><b> DQ=c;</b></p><p> delayus(10);</p><p><b> }
86、</b></p><p><b> DQ=1;</b></p><p><b> }</b></p><p> uchar ds18b20_read(void) //DS18B20讀一字節(jié)操作</p><p><b> {</b></p&g
87、t;<p> uchar data i,a;</p><p> for(i=0;i<8;i++)</p><p><b> {</b></p><p><b> DQ=0;</b></p><p><b> DQ=0;</b></p>
88、<p><b> DQ=0;</b></p><p><b> DQ=1;</b></p><p> delayus(0);</p><p><b> a=(a>>1);</b></p><p> if(DQ) a=a|0x80;</p
89、><p> delayus(10);</p><p><b> }</b></p><p><b> DQ=1;</b></p><p><b> return a;</b></p><p><b> } </b></p
90、><p> uchar read_temp(void)</p><p><b> {</b></p><p> uchar i,b,c,Th,Tm,Tl;</p><p> ds18b20_reset();</p><p> ds18b20_write(0xcc);</p>&
91、lt;p> ds18b20_write(0x44);</p><p> delayms(50);</p><p> ds18b20_reset();</p><p><b> delay(1);</b></p><p> ds18b20_write(0xcc);</p><p>
92、 ds18b20_write(0xbe);</p><p> b=ds18b20_read();</p><p> c=ds18b20_read();</p><p><b> flag1=c;</b></p><p> if(flag1) { //溫度為負</p><p> T
93、EMP[0]=0;</p><p> TEMP[1]=0;</p><p><b> }</b></p><p><b> else{</b></p><p><b> Th=c/100;</b></p><p> Tm=(c%100)/10;
94、</p><p> Tl=c%10; //取溫度的各個位</p><p> if(Th) { //溫度高于99度</p><p> TEMP[0]=0x0f;</p><p> TEMP[1]=0x0f;</p><p><b> }</b></p
95、><p><b> else{</b></p><p> TEMP[0]=Tl;</p><p> TEMP[1]=Tm;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if
96、(TEMP[0]>7) Tflag=1; //高溫標(biāo)志</p><p> else Tflag=0;</p><p> return(TEMP[2]);</p><p><b> }</b></p><p> //LED顯示子程序</p><p> void Icmdis(u
97、char TEMP[])</p><p><b> {</b></p><p><b> char i;</b></p><p><b> ICMWR=0;</b></p><p> ICMMODE=1;//ICM工作于模式1</p><p>
98、 ICMOUT=0xB0;//輸出模式控制字</p><p> ICMMODE=0;//ICM工作于模式0</p><p> for(i=0;i<2;i++)</p><p> ICMOUT=TEMP[i];//輸出溫度值</p><p><b> }</b></p><p> /
99、/A/D轉(zhuǎn)換及液位顯示子程序</p><p> void ADRun(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> ADCS=0;</b></p><p><b> ADWR=0;</b></p><p><b
100、> _nop_();</b></p><p><b> ADWR=1;</b></p><p><b> ADCS=1;</b></p><p><b> }</b></p><p> uchar ADRead(void)</p>&l
101、t;p><b> {</b></p><p><b> ADV=ADIN;</b></p><p> if(ADV>wl*4){ //水位顯示為100%</p><p><b> D1=ON;</b></p><p><b&g
102、t; D2=ON;</b></p><p><b> D3=ON;</b></p><p><b> D4=ON;</b></p><p><b> D5=ON;</b></p><p><b> }</b></p>&
103、lt;p><b> else{</b></p><p> if(ADV>wl*3){ //水位顯示為80%</p><p><b> D1=ON;</b></p><p><b> D2=ON;</b></p><p><b>
104、 D3=ON;</b></p><p><b> D4=ON;</b></p><p><b> D5=OFF;</b></p><p><b> }</b></p><p> else{ //水位顯示為60%</p>
105、;<p> if(ADV>wl*2) { //水位顯示為40%</p><p><b> D1=ON;</b></p><p><b> D2=ON;</b></p><p><b> D3=ON;</b></p><p><b&g
106、t; D4=OFF;</b></p><p><b> D5=OFF;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else{</b></p><p> if(ADV>wl) { //水位顯示為20%<
107、;/p><p><b> D1=ON;</b></p><p><b> D2=ON;</b></p><p><b> D3=OFF;</b></p><p><b> D4=OFF;</b></p><p><b>
108、; D5=OFF;</b></p><p><b> }</b></p><p> else { //水位顯示為缺水</p><p><b> D1=ON;</b></p><p><b> D2=OFF;</b></p&
109、gt;<p><b> D3=OFF;</b></p><p><b> D4=OFF;</b></p><p><b> D5=OFF;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }<
110、/b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> return ADV;</p><p><b> }</b></p><p> //定時器T0中斷程序</p><p
111、> void T0Run(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> TH0=0x3C;</b></p><p><b> TL0=0xB0;</b></p><p> TR0=1;//啟動定時器T0</p>
112、<p><b> }</b></p><p> void timer0(void) interrupt 1</p><p><b> {</b></p><p><b> TH0=0x3C;</b></p><p><b> TL0=0xB0;
113、</b></p><p><b> T0c++;</b></p><p> if(T0c>19)</p><p><b> {</b></p><p><b> T0c=0;</b></p><p><b> if(
114、TW){</b></p><p><b> TW=0;</b></p><p><b> ADRun();</b></p><p><b> ADRead();</b></p><p><b> }</b></p><
115、;p><b> else{</b></p><p> read_temp();</p><p><b> Icmdis();</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><
116、p><b> }</b></p><p> //定時器T1中斷程序</p><p> void T1Run(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> TH1=0x3C;</b></p><p><b
117、> TL1=0xB0;</b></p><p> TR1=1;//啟動定時器T0</p><p><b> }</b></p><p> void timer1(void) interrupt 3</p><p><b> {</b></p>&l
118、t;p><b> TH1=0x3C;</b></p><p><b> TL1=0xB0;</b></p><p><b> T1c++;</b></p><p> if(T1c>199)</p><p><b> {</b><
119、/p><p><b> T1c=0;</b></p><p> //EPflag=0;</p><p><b> SOV1=OFF;</b></p><p><b> SOV2=OFF;</b></p><p><b> SOV3=ON;
120、</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> //主程序</b></p><p><b> main()</b></p><p><b>
121、; {</b></p><p> char T0c=0;</p><p> char T1c=0;</p><p><b> IE=0x8A;</b></p><p> TMOD=0x11;</p><p><b> T0Run();</b></
122、p><p> while(1){ </p><p> if(S1==0){ ADV0=ADV;</p><p> sflag=1;// 手動上水模式標(biāo)志</p><p> TW=1;//液位檢測標(biāo)志</p><p><b> SOV1=ON;</b></p><p>
123、;<b> SOV2=ON;</b></p><p> SOV3=OFF;//上水</p><p><b> }</b></p><p><b> else {</b></p><p> if(sflag) {</p><p> if(
124、ADV>ADV0+wl){ //手動上水一個檔位后即停止上水</p><p><b> sflag=0;</b></p><p><b> SOV1=OFF;</b></p><p><b> SOV2=OFF;</b></p><p><b> SO
125、V3=OFF;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else{</b></p><p> if(SOV1==OFF&&SOV2==OFF)</p><
126、;p><b> { </b></p><p> //EPflag=1; //排空管道水標(biāo)志</p><p><b> T1Run();</b></p><p> SOV3=ON; //排空管道內(nèi)的水</p><p><b> }</b></p>
127、<p><b> }</b></p><p> if(ADV<wl*(3-Tflag))</p><p><b> {</b></p><p><b> SOV1=ON;</b></p><p><b> SOV2=ON;</b&g
128、t;</p><p> SOV3=OFF;//水位較低上水</p><p><b> }</b></p><p><b> else{</b></p><p><b> SOV1=OFF;</b></p><p><b> SO
129、V2=OFF;</b></p><p><b> SOV3=OFF;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p>&l
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