自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文-太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目： 太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)院： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　班級(jí)： 自動(dòng)化12-3 </p><p>　　姓名： 李曉燕

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 趙娟娟 職稱： 講師 </p><p>　　完成日期： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)的快速發(fā)展，節(jié)能技術(shù)的不斷創(chuàng)新，太陽能熱水器作為能源利用中最普遍的一種熱能裝置。近些年來，

3、國家提倡節(jié)能、環(huán)保、構(gòu)建綠色家園。太陽能成為新時(shí)代綠色標(biāo)志的新型能源。太陽能熱水器已變成我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚臒崮茉O(shè)備之一。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。但是與之相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?，F(xiàn)在的這種控制器只具有溫度和液位顯示功能,而且為分段顯示。他不具有溫度控制功能,當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會(huì)給熱水器用戶帶來不便。鑒于國內(nèi)太陽能熱水器市場不斷擴(kuò)大，而與其相配套的

4、控制器卻急需改進(jìn)的情況下，研制了這套太陽能熱水器控制器。本文設(shè)計(jì)的太陽能熱水器是以89C51單片機(jī)為檢測控制核心，不僅實(shí)現(xiàn)了溫度、水位兩種參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示功能，而且具有溫度設(shè)定與控制功能?？刂破骺梢愿鶕?jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到全天供應(yīng)熱水的目的。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該控制器和以往的顯示儀相比具有性價(jià)比高、溫度控制與顯示精度高、使用方便和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，提高了我國太陽能應(yīng)用領(lǐng)域控制水平，具有可觀的經(jīng)

5、濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　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(fèi)用低等特點(diǎn)而備受人們青睞。本設(shè)計(jì)介紹了一種以AT89C51單片機(jī)為核心構(gòu)成的太陽能熱水器控制器的設(shè)計(jì)方法,給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法。本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心，將來自溫度和水位檢測傳感器的信號(hào)經(jīng)過調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)化后送入單片機(jī)，一方面通過LED顯示當(dāng)前溫度和水位值，另外一方面與溫度和水位設(shè)定值進(jìn)行比較、運(yùn)算，根據(jù)

6、結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的上水、加熱指令，對(duì)熱水器的溫度和水位進(jìn)行控。與此同時(shí)，經(jīng)過相關(guān)的控制電路和軟件程序的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)太陽能熱水器控制器的智能化。實(shí)現(xiàn)各種智能控制的同時(shí)還需兼顧到工作人員能夠方便的選擇、設(shè)置和修改相關(guān)的設(shè)定值。為人們依據(jù)天氣變化選擇需要的加熱狀態(tài)提供便利。更進(jìn)一步提高熱水器的自動(dòng)化和智能化程度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能熱水器， 單片機(jī)AT89C51，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì) </p>&

7、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of society, energy saving technologyofcontinuousinnovation, thesolarwaterheaterasa.Inrecentyears,thestateadvocatesenergyconservation,

8、environmentalproction, build greenhomes.Solarnewenergybecometheneweraofgreenlogo.Thesolarwaterheaterhas become one of indispensable heat energy equipmentinourdailylife.Atpresent,Chinahasbecome the world's largest pro

9、ducer of solar water heater, with an annual output of around and around theworld.However,matchingwithsolarwaterheatercontrol</p><p>　　Solar water heater due to the use of solar energy, pollution-free, easy t

10、o use,long-termuse of low input costsandhasbeenfavoredpeople.Introducedthedesignofasingle-chipmicrocomputer 89C52 as the core consisting of solar water heater intelligent controller design method, given the systemhardwar

11、edesignandsoftwareimplementation.Thedesignofsingle-chipmicrocomputer asthecore89C52,willcomefromthetemperatureandwaterleveldetectionsensorsignalconditioning, A / D transformed into single-chip, on the one ha</p>&

12、lt;p>　　Keywords：Solar water heater, single-chip, hardware design, software design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p><b>　　1緒論1

13、</b></p><p>　　1.1太陽能熱水器的發(fā)展史1</p><p>　　1.2 太陽能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 本課題研究目的和意義2</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路4</p><p>　　

14、2.1.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求4</p><p><b>　　2.2方案論證4</b></p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.4 方案選擇實(shí)現(xiàn)5</p><p><b>　　3硬件電路設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　3.1單片機(jī)的選擇7&l

15、t;/p><p>　　3.1.1 AT89C51單片機(jī)7</p><p>　　3.1.2 AT89C51單片機(jī)的功能特性10</p><p>　　3.1.3 AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)介紹10</p><p>　　3.1.4 AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘電路11</p><p>　　3.1.5 AT89C51單片

16、機(jī)的復(fù)位電路11</p><p>　　3.2 溫檢測裝置選型12</p><p>　　3.2.1 DS18B20簡介13</p><p>　　3.2.2 DS18B20的測溫原理14</p><p>　　3.2.3 DS18B20工作過程及時(shí)序14</p><p>　　3.2.4 溫度檢測電路16</

17、p><p>　　3.3水位檢測裝置選擇17</p><p>　　3.3.1水位檢測電路17</p><p>　　3.4 接口電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.4.1 驅(qū)動(dòng)芯片ULN-2003介紹18</p><p>　　3.4.2繼電器驅(qū)動(dòng)19</p><p>　　3.5 顯示電路設(shè)計(jì)

18、20</p><p>　　3.5.1 LED數(shù)碼管22</p><p>　　3.6報(bào)警電路22</p><p>　　3.7鍵盤模塊的選擇23</p><p>　　3.9 A/D轉(zhuǎn)換電路25</p><p>　　3.10 總電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4 太陽能熱水器控制器的軟

19、件設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.1.1 主程序設(shè)計(jì)流程與編程29</p><p>　　4.1.1 主程序軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.1.2 水位檢測子程序30</p><p>　　4.1.3 顯示子程序的流程設(shè)計(jì)30</p>&l

20、t;p>　　4.1.4 DS18B20子程序流程的設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.1.5 鍵盤子程序流程設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.2 軟件程序設(shè)計(jì)33</p><p><b>　　總設(shè)計(jì)程序：33</b></p><p>　　5 硬件電路仿真電路40</p><p>　　

21、5.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能40</p><p>　　5.2系統(tǒng)功能測試40</p><p>　　5.3系統(tǒng)功能分析40</p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p>　　附錄A 原理圖43</p

22、><p><b>　　附錄B仿真圖44</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1太陽能熱水器的發(fā)展史</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展,對(duì)能源的需求在快速增長，使不可再生能源的貯量不斷減少，同時(shí)燃用不可再生能源帶來的全球性污染和生態(tài)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，研發(fā)新型清

23、潔能源的問題受到世界各國的重視。在不久的將來，世界上的煤、石油、天然氣儲(chǔ)量日益減少，與此同時(shí)這些能源也會(huì)污染環(huán)境，造成溫室效應(yīng)、引起全球氣候的變化。要解決上述能源問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人類只能急需發(fā)現(xiàn)更多的無污染的可再生能源，供大規(guī)模的開發(fā)和利用。太陽能是地球上取之不盡用之不竭的潔凈能源，它是防止和改善大氣污染，加強(qiáng)對(duì)太陽能的研究和充分利用，特別是在發(fā)展太陽能熱水器控制器方面有重大意義和廣闊的前景。太陽能開發(fā)利用的課題已成為目前關(guān)注的焦

24、點(diǎn)。人們發(fā)現(xiàn)的新型潔凈的太陽能，它具有一下特點(diǎn)：存儲(chǔ)量的無限性；太陽能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用；開發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染。鑒于此太陽能將成為理想的能源替代品。但是太陽能也有局限性，由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能的充分利用帶來重大困難。太陽能的有些利用技術(shù)至今尚未突破，且產(chǎn)品的造價(jià)偏高。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。能源和安全問題是現(xiàn)代社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。現(xiàn)有的電熱型熱水器費(fèi)用的</p>

25、<p>　　太陽能熱水器是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能用來提高水溫的，是目前應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的熱利用裝置。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)有的不可再生能源，是以后能源發(fā)展的趨勢。原有的燃?xì)鉄崴骷訜崴俣缺容^快，但所用的煤會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。太陽能熱水器安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，帶有輔助加熱功能的熱水器可在全年的任何時(shí)候使用。</p><p>　　1.2 太陽能熱水器

26、的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　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，當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會(huì)給熱水器用戶帶來不便；即使太陽能熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)大量的電能。太陽能控制器可以根據(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(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定

27、的溫度，從熱達(dá)到全天供應(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(jì)效益明顯，正在迅速的推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換成熱能，供生產(chǎn)和生活使用具有較大的發(fā)展前途。市場上太陽能熱水器功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等，有大多數(shù)熱水器只是純粹的加熱問題，還沒有其他的智能控制方法，在沒有太陽的天氣下無法使水箱中的水加到最熱。其次對(duì)太陽能熱水器中的水位沒有記錄，使人們不能及時(shí)知道水箱中的水量，缺乏自動(dòng)性。因此需要設(shè)計(jì)一塊智

28、能化的太陽能熱水器控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水、水位水溫的控制、溫度過高報(bào)警、水位過低報(bào)警及自動(dòng)上水、溫度過低時(shí)自動(dòng)加熱等功能。太陽能熱水器控制器是一種以單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)，不但提</p><p>　　近年來，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。但這種太陽能熱水器控制器只具有溫度和液位的顯示功能，不具有溫度控制功能，鑒與國內(nèi)熱水器的市場逐漸擴(kuò)大，與其配套的熱水器急需

29、改進(jìn)的狀態(tài)下研制了這套智能的太陽能熱水器控制器。在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比較成熟的、造價(jià)低廉的產(chǎn)品，同時(shí)給人們提供低耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對(duì)安全的熱水受到人們的青睞。世界各國的太陽能熱水器發(fā)展也很快。本課題是基于AT89C51單片機(jī)的太陽能熱水器控制器，通過對(duì)單片機(jī)技術(shù)，太陽能熱水器控制技術(shù)等的認(rèn)識(shí)，聯(lián)系實(shí)際要求，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中去，在對(duì)設(shè)計(jì)的不斷實(shí)踐改良，使得太陽能熱水器控制器更加符合實(shí)際要求，具有更高的實(shí)用

30、性。就現(xiàn)在而言，技術(shù)的不斷更新，將會(huì)有越來越多、越來越完善的太陽能熱水器產(chǎn)品出現(xiàn)，太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)也會(huì)越來越完善。太陽能技術(shù)的推廣使用，節(jié)約了能源改善了環(huán)境、提高了人們的生活質(zhì)量，為人類的文明和進(jìn)步作出了巨大的貢獻(xiàn)。</p><p>　　1.3 本課題研究目的和意義</p><p>　　太陽能熱水器使用方便，節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，已經(jīng)很普及了。它是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚募矣迷O(shè)備，為提高我們

31、的生活質(zhì)量起了不可替代的作用。當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展對(duì)太陽能熱水器的控制要求也越來越高，就我們現(xiàn)在用的熱水器而言，功能單一，控制不方便等，隨著電子技術(shù)和生活水平的發(fā)展這種控制器已經(jīng)被淘汰，因此開發(fā)一種新型的智能的太陽能熱水器控制器是現(xiàn)在的主要問題。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)一種以單片機(jī)AT89C51為核心的太陽能熱水器控制器，將來自溫度和水位檢測傳感器的信號(hào)經(jīng)過調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)化后送入單片機(jī)，一方面通過LED顯示當(dāng)前

32、溫度和水位值，另外一方面與溫度和水位設(shè)定值進(jìn)行比較、運(yùn)算，根據(jù)結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的上水、加熱指令，對(duì)熱水器控制器的溫度和水位進(jìn)行控制。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：</p><p>　　（1）溫度、水位檢測傳感器的選擇；</p><p>　　（2）A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口的設(shè)計(jì)；</p><p>　　（3）電源、按鍵、顯示部分的設(shè)計(jì)；

33、</p><p><b>　?。?）總體設(shè)計(jì)；</b></p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路</p><p>　　根據(jù)題目要求，可以將本系統(tǒng)分為：單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、溫度檢測模塊、水位檢測模塊、按鍵控制模塊、顯示模塊、電源模塊、報(bào)警檢測、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及A/D轉(zhuǎn)換等。其中通過單片機(jī)

34、控制及水位檢測模塊采集模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)送到LED顯示。按鍵采用直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路即獨(dú)立式按鍵；顯示模塊選擇使用6位共陽極LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)距離顯示；報(bào)警在缺水或水位過高返回信號(hào)時(shí)開始工作。</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　具體功能說明如下：</b></p><p>　　

35、(1) 使用電源為220VAC/50HZ。</p><p>　　(2) 水溫顯示：水溫用動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示,測溫范圍0—99℃；精度±2℃。</p><p>　　(3) 水位顯示：本系統(tǒng)利用水位檢測電路可以檢測3個(gè)水位,50％ 、80％、100％；用發(fā)光二極管來顯示當(dāng)前水位,當(dāng)水位超過該水位點(diǎn),相應(yīng)發(fā)光二極管發(fā)亮。</p><p>　　(4) 水位設(shè)置：可設(shè)置

36、加水水位50％ 、80％、100％。按“水位”鍵,數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位,如顯示50,表示50％,這時(shí)“水位”鍵旁的發(fā)光二極管亮,通過按“∧”或“∨”鍵可以調(diào)整水位設(shè)置。</p><p>　　(5) 手動(dòng)上水：在手動(dòng)控制狀態(tài),可以通過設(shè)在面板上的按“上水”鍵隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)加水,若水位低于預(yù)置水位,可上水至預(yù)置水位；若水位已達(dá)到預(yù)置水位,則在原水位基礎(chǔ)上再加一檔；若水位已加滿,則停止手動(dòng)加水。</p>&l

37、t;p>　　(6) 強(qiáng)制上水：水位傳感器出現(xiàn)故障時(shí) ，可按“上水”鍵實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制上水，美縫中會(huì)出現(xiàn)蜂鳴提示，注意有無溢出。</p><p><b>　　2.2方案論證 </b></p><p>　　太陽能作為能源利用的一種方式，具有使用方便、安全經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)主要是研究其出水恒溫控制系統(tǒng)，現(xiàn)有較為常用的方案如下</p>

38、<p>　　手動(dòng)式：使用時(shí)先手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)械閥，調(diào)好冷熱水混合比例，溫度合適后再使用，但在使用過程中，常會(huì)放一段時(shí)間的冷、熱水，混合后又會(huì)出現(xiàn)忽冷忽熱的現(xiàn)象，造成資源浪費(fèi)，還有壓力的變化，均需要再次手動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣操作既復(fù)雜又不方便，也使沐浴者皮膚感到不舒服。</p><p>　　加熱式:使用時(shí)先手動(dòng)調(diào)節(jié)太陽能熱水器水箱內(nèi)的水溫，使出水口恒溫。當(dāng)水箱內(nèi)溫度較低時(shí)，用輔助電加熱的方式將水加熱到所需溫度，當(dāng)水箱內(nèi)

39、溫度過高時(shí)，或兌冷水或無能為力。這在很多情況下既無必要，又造成了水資源浪費(fèi)。</p><p>　　智能式:通過控制器與檢測裝置的配合，檢測與控制相應(yīng)的檢測與控制，將水溫加熱到所需要的溫度并保持。</p><p>　　太陽能熱水器在晴天一般能自動(dòng)加熱水溫，就算在陰天的情況下，太陽能熱水器內(nèi)部的發(fā)熱管也會(huì)將水溫加熱至用戶所需溫度，但保溫時(shí)間不長。</p><p><

40、;b>　　2.3 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)該系統(tǒng)所要達(dá)到的功能，選擇適當(dāng)?shù)脑骷秃线m的芯片來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，理解各器件的原理和功能。太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì)，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(jī)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。要顯示水位量就要水位檢測傳感器，這個(gè)量就要由傳感器來測

41、量，這里的水位檢測傳感器選擇模擬的傳感器，模擬量不能直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，要變成二進(jìn)制的數(shù)字量才能送入單片機(jī)進(jìn)行處理，這就要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，把采集到的水位信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換的器件選擇為ADC0809轉(zhuǎn)換芯片，電路簡單、方便。</p><p>　　2.4 方案選擇實(shí)現(xiàn)</p><p>　　通過對(duì)太陽能熱水器控制要求、設(shè)計(jì)任務(wù)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，綜合成本等各因素考慮設(shè)計(jì)出如下

42、的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。</p><p><b>　　圖2.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　該控制系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)作為中央控制器，通過DS18B20溫度傳感器檢測當(dāng)前水溫，通過單片機(jī)的處理在LED顯示片上顯示當(dāng)前的溫度值。另外一路是水位檢測傳感器測量水箱中水位的高低，并通過指示燈的變化顯示水位，系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)在內(nèi)部通過比較設(shè)定的溫度和當(dāng)前溫

43、度：當(dāng)前溫度小于設(shè)定值時(shí)就會(huì)閉合繼電器開關(guān)，開啟加熱裝置，自動(dòng)上水方面控制，當(dāng)水位低于低水檔會(huì)自動(dòng)閉合上水裝置繼電器的開關(guān)，啟動(dòng)上水裝置。水位到達(dá)高水擋時(shí)就會(huì)自動(dòng)斷開開關(guān)，停止上水。</p><p><b>　　3硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　熱水器出水控制系統(tǒng)硬件電路主要包括幾個(gè)方面：單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、指示電路、水溫檢測電路、水位檢測電路、LED

44、顯示電路、控制電路及A/D轉(zhuǎn)換電路等。</p><p><b>　　3.1單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　3.1.1 AT89C51單片機(jī)</p><p>　　AT89C51單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的一款運(yùn)行電壓低，工作性能很高的CMOS 8位單片機(jī)。芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造中還含有一個(gè)8KB的可以進(jìn)行成百上千次反復(fù)編寫程序或者是刪除程序

45、的PEROM。不但如此單片機(jī)內(nèi)部還包含有一個(gè)256B的片內(nèi)RAM。AT89C51單片機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)使用的是ATMEL公司的較為成熟的技術(shù)。使用ATMEL公司技術(shù)生產(chǎn)出來的單片機(jī)的精度都很高，而且它的存儲(chǔ)也很方便快捷。</p><p>　　AT89C51的主要性能參數(shù)：</p><p>　　(1) AT89C51與MCS-51系列單片機(jī)的編程指令代碼以及管腳的各個(gè)功能都是一樣的。</p&

46、gt;<p>　　(2) 內(nèi)部還有可以對(duì)字節(jié)（KB）進(jìn)行很多次的編寫或者是刪除的高速存儲(chǔ)器（FLASH存儲(chǔ)器）。</p><p>　　(3) 對(duì)于程序的編寫或是刪除的次數(shù)可以達(dá)到上千次。</p><p>　　(4) 全靜態(tài)邏輯操作：零赫茲（HZ）～二十四兆赫茲(MHZ)的多級(jí)對(duì)所編寫程序保護(hù)、保密的存儲(chǔ)。</p><p>　　(5) 由于內(nèi)部特殊的構(gòu)造

47、為程序員提供了一個(gè)256*8KB的內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)單元（RAM）以及三十二個(gè)可以對(duì)端口編寫程序的I/0口。</p><p>　　(6) 三個(gè)十六位的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器（T0、T1、T2）。</p><p>　　(7) 八個(gè)中斷地址區(qū)。</p><p>　　(8) AT89C51的異步串行通道還可以對(duì)其進(jìn)行程序的編寫。</p><p>　　(9) 運(yùn)行

48、時(shí)對(duì)于電流電壓的消耗非常的低。</p><p>　　AT89C51可下降到零赫茲的全靜態(tài)邏輯操作。當(dāng)整個(gè)在不工作的情況下單片機(jī)就會(huì)停止工作，雖然單片機(jī)已經(jīng)停止工作了，但是它內(nèi)部的存儲(chǔ)區(qū)間、定時(shí)（計(jì)數(shù)器）以及處于通信的端口和中斷任然是在工作狀態(tài)的。當(dāng)單片機(jī)的系統(tǒng)在正常工時(shí)由于各種各樣的原因突然斷電時(shí)它內(nèi)部的RAM中的程序或者是其他數(shù)據(jù)并不會(huì)因?yàn)橥蝗婚g的失電而變得一無所有，他會(huì)保存的很完整。當(dāng)外部晶體振蕩電路不發(fā)生震

49、蕩時(shí)并且整個(gè)系統(tǒng)中的其他電路元部件也一樣不工作時(shí)單片機(jī)的工作會(huì)一直進(jìn)行到下一個(gè)硬件電路中的復(fù)位點(diǎn)為止才會(huì)停止工作的。</p><p>　　中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)的作用主要是對(duì)外部或內(nèi)部的終端請(qǐng)求進(jìn)行管理與處理。</p><p>　　AT89C51有6個(gè)中斷源：兩個(gè)是受外部影響的中斷INT0 和INT1。另外的三個(gè)中斷受內(nèi)部定時(shí)器（定時(shí)器0、1、2）控制以及一個(gè)串行的中斷。單片機(jī)的這些中斷的任何

50、一個(gè)中斷源頭都受特殊寄存器IE或者置位按鍵控制，即可以使這些中斷源是不是有效。當(dāng)任一一個(gè)中斷源有效時(shí)這個(gè)中斷被允許，無效時(shí)這個(gè)中斷源不被允許中斷。特別的IE中還有總的控制位就相當(dāng)于一個(gè)總開關(guān)，這個(gè)總開關(guān)控制所有的中斷。</p><p>　　IE寄存器的第7位是不可以使用的。在AT89C51中IE寄存器第6位也是不可以使用的。所以通常程序員在編寫程序是不可以給這些位寫入“1”。</p><p&g

51、t;　　三個(gè)定時(shí)器中的第三個(gè)定時(shí)器的觸發(fā)通常是由寄存器TF2和EXF2經(jīng)過一個(gè)或門來使得第三個(gè)定時(shí)器觸發(fā)。當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行程序的過程中進(jìn)入中斷命令后，這些代表位置能有外部的按鍵來清“0”。在實(shí)際應(yīng)用中，允許中斷的命令程序需要確定是不是TF2或者EXF2把中斷激活的。</p><p>　　在程序設(shè)計(jì)中,AT89C51單片機(jī)語言簡潔、可移植性好,靈活的表達(dá)能力的表達(dá),可以結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，可以直接控制計(jì)算機(jī)硬件，所生成的代碼

52、質(zhì)量好。可以按照常規(guī)的方法進(jìn)行編程，也可以用于在線編程和可以重復(fù)洗滌程序內(nèi)存也可以方便的修改程序。并不是擦洗存儲(chǔ)系統(tǒng)大大降低了成本。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)的引腳排列如圖3.1所示。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)的引腳功能如下所示：</p><p>　　VCC：+5V的電源電壓端口引腳。</p><p>　　GN

53、D: +5V的電源電壓的負(fù)極端口引腳，也就是一般所說的接地端口。</p><p>　　P0口：(P0.7～P0.0)單片機(jī)的P0口總共有八位，是一個(gè)八位的漏極開路型的端口，這八位端口不但可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口。也就是說這八位數(shù)據(jù)端口是雙向的。一般的這八位數(shù)據(jù)端口還可以作為地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用端口。</p><p>　　P1口：(P1.7～P1.0) 單片機(jī)的P1口總共有八位，

54、是一個(gè)八位的漏極開路型的端口，這八位端口不但可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口。P1口和P0口不一樣的地方就是在P1口所對(duì)應(yīng)的單片機(jī)內(nèi)部中還有相應(yīng)的一組使得電平信號(hào)為高電平的上拉電阻。單片機(jī)內(nèi)部和P1口對(duì)應(yīng)的還有四個(gè)TTL類型的邏輯門電路是由單片機(jī)的P1口的輸出驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　P2口：（P2.7～P2.O）片機(jī)的P2口總共有八位。是一個(gè)八位的漏極開路型的端口，這八位端口不但可以作為輸入端口，也可以作

55、為輸出端口。P2口和P0口不一樣的地方就是在P1口所對(duì)應(yīng)的單片機(jī)內(nèi)部中還有相應(yīng)的一組使得電平信號(hào)為高電平的上拉電阻。單片機(jī)內(nèi)部和P2口對(duì)應(yīng)的還有四個(gè)TTL類型的邏輯門電路是由單片機(jī)的P2口的輸出驅(qū)動(dòng)。也就是說P2端口和P1端口的功能幾乎是一樣的。</p><p>　　P3口：（P3.7～P3.0）單片機(jī)的P3口和其他三個(gè)口都不一樣。P3是具有兩種功能的端口，如果把P3口當(dāng)做和其他I/O端口一樣使用時(shí)，它其功能與P

56、1端口同。但常用其第二功能，P3.7～P3.0每個(gè)端口都有4個(gè)TTL邏輯門電路供它驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　P1口引腳號(hào)第二功能：</p><p>　　P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出</p><p>　　P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）</p><p>　　P1.5 MOS

57、I（在系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P3口端口引腳第二功能：</p><p>　　P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p>　　P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p>

58、　　P3.2 INTO(外中斷0)</p><p>　　P3.3 INT1(外中斷1)</p><p>　　P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)</p><p>　　P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)</p><p>　　P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)</p><p>　　P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)<

59、;/p><p>　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　圖3.1 AT89C51 的引腳排列</p><p>　　3.1.2 AT89C51單片機(jī)的功能特性</p><p>　　與MCS - 51指令合并；4 k字節(jié)編程閃存存儲(chǔ)器；壽命1000寫/刷周期;存儲(chǔ)時(shí)間是10年,工作電壓范圍從4.0

60、V至5.5 V;所有靜態(tài)工作：0 ~ 24 hz;三級(jí)程序內(nèi)存鎖;三倍的時(shí)間；128 * 8 RAM32內(nèi)可編程I / O線；兩個(gè)16位定時(shí)器或計(jì)數(shù)器；五個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功率閑置和損失的電力；和芯片級(jí)時(shí)鐘振蕩器電路。</p><p>　　表3.1 中斷優(yōu)先級(jí)及入口地址</p><p>　　3.1.3 AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)介紹</p><p>　

61、　最小系統(tǒng)指的是最低配置系統(tǒng)可以滿足要求。因?yàn)镸CS - 51系列單片機(jī)內(nèi)部集成不需要晶體振蕩器時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，所以最小系統(tǒng)外部的這些部分。這些芯片程序4 KB的內(nèi)存,8051年內(nèi)部ROM,如果系統(tǒng)處理不是太復(fù)雜，程序和數(shù)據(jù)不超過4 KB,那么芯片，只要外部晶體振蕩器和復(fù)位電路可以構(gòu)成最小系統(tǒng)，其主要功能包括4 KB內(nèi)部程序內(nèi)存(地址是0000 h ~ 0 FFFH)，銷以滿足高水平，128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(地址00 h ~ 7跳頻)

62、，因?yàn)闆]有使用外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以P0口~ P3可以所有I / O接口。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成，最小系統(tǒng)電路如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.4 AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘電路</p><p>　　單片機(jī)AT89C52的第18和第19管

63、腳為其外部硬件晶振電路的接口，它的管腳名稱分別是XTAL1以及XTAL2。它所相應(yīng)的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)反向的放大電路的信號(hào)流入端/信號(hào)流出端，它可以接收頻率的范圍很廣泛具體的是1.2~12MHz。第19管腳也就是所謂的XTAL2和他相對(duì)應(yīng)的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是帶時(shí)間規(guī)律的高低電平信號(hào)的流入端。當(dāng)這個(gè)內(nèi)部反相器和外部的元件電路構(gòu)建成如圖3-10所示的Pierce振蕩器。如果圖中的振蕩器使用的是石英晶體振蕩器時(shí)，而且外接電容的容量為C=（3

64、0±10）pF。 </p><p>　　在不管什么情形下，振蕩器一直使得單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器為單片機(jī)輸出時(shí)鐘信號(hào)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部的帶時(shí)間規(guī)律的高低電平電路的信號(hào)流入為一個(gè)二分頻觸發(fā)器，所以單片機(jī)對(duì)與外部的Pierce振蕩電路所輸出高低電平的占空比沒有比較特別的要求，但是所要保證的就是輸出高低電平的占空比最大的原則。晶體振蕩電路如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 單片

65、機(jī)晶振電路</p><p>　　3.1.5 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位電路</p><p>　　本文中的單片機(jī)采用了外接的復(fù)位電路。同時(shí)采用了一種通電復(fù)位以及按鍵復(fù)位兩種復(fù)位方式相組合的形式。當(dāng)電路中通電時(shí)，Vcc向電路中的電容充電，使得電流進(jìn)入RST引腳。剛剛開始，因?yàn)殡娙萜鲀啥说碾妷翰豢梢酝蝗婚g發(fā)生變化，所以當(dāng)RST管腳上的電壓上升到和Vcc電壓一樣時(shí)，RST管腳上的電壓是電源電壓Vc

66、c與電容兩端上電壓差值，所以慢慢地給電容兩端充電過程中，電容器的電壓一直上升，同時(shí)RST管腳的電壓就慢慢地下降。當(dāng)電容的容量越大，則給電容充電的時(shí)間就越久。充電時(shí)間越長，放電的時(shí)間就越長，所以當(dāng)電容放電時(shí)則RST管腳的電壓值就下降的很慢。一定要讓RST管腳上的電壓恒定在觸發(fā)器的觸發(fā)邊緣電壓之上很長的時(shí)間，以可以使得復(fù)位按鍵操作是起到作用。這個(gè)過程的時(shí)間就是振蕩器的啟動(dòng)時(shí)間再加上兩個(gè)機(jī)器周期以上，因?yàn)樗枰臅r(shí)間很長所以要選擇的電容的容量

67、就要相對(duì)的大一點(diǎn)。例如電源給電容充電的時(shí)間最多小于1ms，而振蕩器的啟動(dòng)振蕩時(shí)間小于10ms，所以只需要選擇10uf的電容就可以滿足按鍵復(fù)位的要求。</p><p>　　單片機(jī)在進(jìn)行復(fù)位之后，其里面的特殊功能寄存器也復(fù)位。此時(shí)特殊功能寄存器的內(nèi)部情況就是一個(gè)確定的值。復(fù)位后，PC=00H。這說明程序又從0000H初始地址單元開始運(yùn)行。當(dāng)PSW=00H時(shí)說明選寄存器第0組就是工作寄存器組。P0至P3=FFH，說明已

68、經(jīng)往各個(gè)端口中寫入“1”。此時(shí)，各個(gè)端口可以用于輸入數(shù)據(jù)也可以用于輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)IE=0**00000B，說明中斷總開關(guān)關(guān)閉，各個(gè)中斷的使能失效。在寫程序時(shí)可以通過牢記特殊功能寄存器初始化之后的狀態(tài)來使得初始化程序減少。單片機(jī)復(fù)位電路如圖3.4所</p><p><b>　　示。</b></p><p>　　圖3.4單片機(jī)復(fù)位電路圖 </p><p&

69、gt;　　除了通電重啟外，有時(shí)也需要手動(dòng)按鈕來復(fù)制。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位按鈕。手動(dòng)復(fù)位按鈕有兩種水平模式和脈沖模式。恢復(fù)的阻力位RST與電源VCC結(jié)束。</p><p>　　3.2 溫檢測裝置選型</p><p>　　溫度傳感器可以用來測量小目標(biāo)，熱容量小或溫度變化較快的物體。目前的溫度傳感器種類比較多，常見的溫度傳感器主要有熱電偶、熱敏電阻、以及模擬集成溫度傳感器，邏輯輸出型溫度傳感器，每

70、種傳感器有各自的特點(diǎn)與適用的場合。熱電偶是由兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合而成。熱溫差電勢是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關(guān)。熱電偶靈敏度低，而且需要冷端補(bǔ)償，所以不適合在本系統(tǒng)中應(yīng)用。</p><p>　　鉑傳感器的電阻值與溫度之間的關(guān)系接近于線性，只是在接近其范圍極限時(shí)呈非線性。鉑電阻的阻值每攝氏度可以

71、改變幾分之一歐姆，測溫范圍大。但在本方案中，測溫時(shí)，如果電流過大會(huì)增大器件自身的發(fā)熱，引入誤差;如果電流過小，A/D轉(zhuǎn)換器難于分辨，需加模擬放大調(diào)理電路，增加方案的復(fù)雜度，難于達(dá)到高精度控溫的效果。鉑電阻的精確性會(huì)增加方案的復(fù)雜度，方案難于實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　數(shù)字集成溫度傳感器是將溫度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)芯片上的集成電路。溫度值經(jīng)過轉(zhuǎn)化直接以數(shù)字形式輸出給微處理器。這種傳感器適用于當(dāng)溫度超出了一

72、個(gè)設(shè)定范圍，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)的場合。它的優(yōu)點(diǎn)是外圍元件極少，功耗低、監(jiān)控參數(shù)精度高、可靠性高。通常價(jià)格相對(duì)較高。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱內(nèi)水溫的實(shí)時(shí)檢測，我們選用數(shù)字集成溫度傳感器，進(jìn)行溫度檢測，電路采用數(shù)字集成溫度傳感器為DS18B20傳感器，它的精度高、互換性好，只使用一根電纜遠(yuǎn)距離傳輸溫度數(shù)據(jù)，抗干擾性好通過測量輸出脈沖頻率的大小來換算成水溫信號(hào)，再將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)，將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼送

73、到AT89C51的I/O口，單片機(jī)通過讀取該線數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后送顯示。</p><p>　　圖3.5 DS18B20實(shí)物圖</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成

74、9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 </p><p>　　3.2.

75、1 DS18B20簡介 </p><p>　　(1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 </p><p>　　(2）在使用中不需要任何外圍元件。 </p><p>　　(3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0— +5.5 V。</p><p&

76、gt;　　(4）測溫范圍：-55 —+125 ℃。固有測溫分辨率為0.5 ℃。 </p><p>　　(5）通過編程可實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式。</p><p>　　(6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 </p><p>　　(7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。 </p>

77、<p>　　(8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　對(duì)DS18B20的設(shè)計(jì)，需要注意以下問題:</p><p>　?、?硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。尤其在使用DS18B20 的高

78、測溫分辨力時(shí)，對(duì)時(shí)序及電氣特性參數(shù)要求更高。</p><p>　?、?單個(gè)測溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。</p><p>　　③ 溫電纜線建議采用屏蔽4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將VCC

79、與GND接在一起，焊接牢固。若VCC脫開未接，傳感器只送85℃的溫度值。</p><p>　?、?際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過多的DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2.2 DS18B20的測溫原理 </p><p>　　DS18B20的測溫原理如圖3.6所示，圖中低溫度

80、系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在 -55 ℃

81、 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直

82、至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理[16]。</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。各種操作的時(shí)序圖與DS18B20相同。</p><p>　　3.2.3

83、 DS18B20工作過程及時(shí)序</p><p>　　DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成-55℃，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1℃這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)便停止。初始

84、時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與-55℃相對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值。以后計(jì)數(shù)器1每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1℃計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。</p><p>　　圖3.6 DS18B20工作原理</p><p>　　DS18B20測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)。DS18B

85、20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)該為9位，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，所以最后以16位補(bǔ)碼形式讀出。</p><p>　　DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化——RO

86、M操作命令——存儲(chǔ)器操作命令——處理數(shù)據(jù)</p><p><b>　?、?初始化</b></p><p>　　單總線上的所有處理均從初始化序列開始。初始化序列包括總線主機(jī)發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬器件送出存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS1820 在總線上且已準(zhǔn)備好操作。</p><p><b>　　② ROM操作命令</b

87、></p><p>　　一旦總線主機(jī)檢測到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件ROM操作命令之一。所有ROM操作命令均為8位長。</p><p><b>　　③ 存儲(chǔ)器操作命令</b></p><p>　　這個(gè)命令向DS18B20的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址2。接下來寫入的兩個(gè)字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置2和3?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位

88、命令來中止寫入。</p><p><b>　　④ 處理數(shù)據(jù)</b></p><p>　　DS18B20的高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后</p><p>　　圖3.7 DS18B20與單片機(jī)連接&

89、lt;/p><p>　　3.2.4 溫度檢測電路</p><p>　　溫度傳感器有很多種，如熱敏電阻，熱電偶，PN結(jié)，半導(dǎo)體溫度傳感器等。這里選用單總線數(shù)字輸出的集成半導(dǎo)體溫度傳感器DS18B20，它提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，指示器件溫度，所以無需A/D轉(zhuǎn)換。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從主機(jī)CPU到DS18B20僅需一條線連接，而且DS18B20的電源可由

90、數(shù)據(jù)線本身提供(相對(duì)于外部電源，轉(zhuǎn)換時(shí)間要延長)。</p><p>　　圖3.8 DS18B20與單片機(jī)的連接</p><p>　　水溫、溫度數(shù)據(jù)采集電路如圖3.8所示，收集實(shí)時(shí)的溫度傳感器DS18B20的溫度控制對(duì)象，提供給51單片機(jī)的P1.0口作為數(shù)據(jù)的輸入方式。DS18B20和單片機(jī)接口非常簡單，主要有三線制模式和寄生電源模式。本設(shè)計(jì)采用三線系統(tǒng)的模式，把信號(hào)的DS18B20與單片機(jī)

91、的雙向端口相連接，如圖3.8所示。通過溫度傳感器DS18B20采集的實(shí)時(shí)溫度控制對(duì)象，提供給51單片機(jī)P3.7口作為數(shù)據(jù)輸入。因?yàn)镈S18B20 DQ邊是單一的雙向通信，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)開漏的結(jié)構(gòu)，所以這張個(gè)電阻作為負(fù)載電阻。此時(shí)應(yīng)注意這三端VDD，DQ、接地三線焊接牢固。</p><p>　　DS18B20當(dāng)采用高電平的上拉電阻時(shí)，傳輸距離可以達(dá)到50M，但須要1K的上拉電阻。</p><p

92、>　　3.3水位檢測裝置選擇</p><p>　　水位檢測技術(shù)有很多種，如：雷達(dá)液位傳感器、超聲波液位傳感器、電子類液位傳感器、液壓類液位傳感器。</p><p>　　壓力傳感器和雷達(dá)、超聲波傳感器價(jià)格都比較貴，而且對(duì)于小水箱來說采用這些傳感器大材小用，壓力傳感器測量水位較淺的情況會(huì)引起誤差，所以我們選用電子類液位傳感器中的電阻式水位傳感器。</p><p>

93、　　電阻式水位傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)很簡單，電阻串聯(lián)后，并將串聯(lián)點(diǎn)處的線引出，置于不同水的位置處，在最低點(diǎn)水位放一探針，當(dāng)水沒過一個(gè)位置時(shí)，由于水的導(dǎo)電性，就會(huì)使底部的探針和水位處的探針連通，引起電路導(dǎo)通。我們可以根據(jù)不同的電路導(dǎo)通推測水的位置，從而得到了水位的信息。利用電阻式水位傳感器測水位節(jié)約了成本，降低了復(fù)雜度，也便于及時(shí)更換。需要注意的是電阻探針在水里應(yīng)用時(shí)間長了會(huì)有大量的水垢，為了防止這個(gè)現(xiàn)象，我們考慮到石墨也是導(dǎo)電的，在水里不會(huì)生銹

94、的特點(diǎn)，用石墨將探針包裝起來就起到了防護(hù)防腐的作用。</p><p>　　3.3.1水位檢測電路</p><p>　　考慮系統(tǒng)成本，設(shè)計(jì)中采用分段式液位檢測方法。水箱內(nèi)安裝了4個(gè)傳感器探針，以感知水位變化情況，水位檢測電路如圖3.9所示。微控制器根據(jù)水位檢測電路檢測的結(jié)果，自動(dòng)加水至水位設(shè)定的檔位。當(dāng)水位低于10%時(shí)，自動(dòng)報(bào)警并停止電加熱，以防空燒空曬;當(dāng)水位高于90%時(shí)，自動(dòng)停止加水，

95、如圖3.9所示太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)</p><p><b>　　水位檢測電路。</b></p><p>　　3.4 接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)需要上水，單片機(jī)發(fā)出低水電平經(jīng)過驅(qū)動(dòng)和放大處理，使繼電器處于通路狀態(tài)，點(diǎn)亮LED二極管，開關(guān)導(dǎo)通，接近220 v電壓電磁閥。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水的功能。當(dāng)繼電器為高電平時(shí)，電磁閥不工作停止上水。所以

96、自動(dòng)加水控制電路包括兩個(gè)方面：繼電器、繼電器驅(qū)動(dòng)程序，控制電路如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.9 水位檢測電路</p><p>　　3.4.1 驅(qū)動(dòng)芯片ULN-2003介紹</p><p>　　驅(qū)動(dòng)芯片很多，本次設(shè)計(jì)用的是ULN-2003驅(qū)動(dòng)芯片，ULN-2003 具有很好的帶負(fù)載的能力，能承受很高的電壓和應(yīng)許通過的電流也很大。它的內(nèi)部是有7個(gè)NPN三

97、極管組成的晶體管陣列。驅(qū)動(dòng)芯片ULN-2003 的每一個(gè)達(dá)林頓管都是在三極管的基極串聯(lián)一個(gè)2.7K的電阻，在工作的時(shí)候，給芯片提供5V電壓，它能與TTL門電路和COMS電路組合，能很好的處理單片機(jī)送來緩存的數(shù)據(jù)。ULN-2003 驅(qū)動(dòng)芯片可以在高電壓強(qiáng)電流的情況下工作，可以承受500mA的電流和50V的電壓。它具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。ULN-2003芯片引腳介紹，如圖3.10所示</p><p>

98、;　　圖 3.10 ULN-2003引腳圖</p><p>　　ULN-2003一共有十六個(gè)引腳每一個(gè)引腳的功能有表3.2所示。</p><p>　　表3.2 ULN-2003的引腳功能</p><p>　　方案一：采用直流電機(jī)控制 </p><p>　　給直流電動(dòng)機(jī)通電驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以降低室內(nèi)的燃?xì)鉂舛龋绷麟姍C(jī)的控制簡單，帶負(fù)載的能力

99、強(qiáng)，利用PWM可以直接調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的速度。但直流電動(dòng)機(jī)的控制需要整流、速度調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)電路較為復(fù)雜，成本高，運(yùn)行出現(xiàn)麻煩維修麻煩。</p><p>　　方案二：采用繼電器控制</p><p>　　常用的繼電器被用來控制的中量，它是一種通電后就能自動(dòng)閉合的開關(guān)，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中常常有很好的利用，在遠(yuǎn)程控制中也發(fā)揮著重要的作用。繼電器具有反應(yīng)快、工作穩(wěn)定、利用時(shí)間長等特點(diǎn)。它的工作原理是

100、當(dāng)給它通了直流電時(shí)，內(nèi)部的線圈得電產(chǎn)生磁力，銜鐵的狀態(tài)改變，常閉變?yōu)槌ｉ_，常開變?yōu)槌ｉ]。繼電器有小電流弱電壓控制大電流高電壓的能力。電路的結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格也便宜，在家庭中的運(yùn)用非常普遍。</p><p>　　3.4.2繼電器驅(qū)動(dòng)</p><p>　　因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出電壓不夠驅(qū)動(dòng)繼電器工作，達(dá)林頓管ULN2803是高電壓大電流晶體管顯示器，特別適用于低數(shù)字邏輯電路和高電流/電壓要求，ULN280

101、3開車時(shí)接收感應(yīng)設(shè)備的負(fù)載，可以消除反向感應(yīng)電壓脈沖電壓是負(fù)的，可以將內(nèi)部電壓進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　圖3.11 控制電路設(shè)計(jì)圖 </p><p>　　使用單片機(jī)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，I / O接口提供的單片機(jī),它不能滿足設(shè)計(jì)的要求，所以我們須要擴(kuò)展I / O接口，使用8255芯片擴(kuò)展I / O接口。</p><p>　　8255是英特爾公司生產(chǎn)的可編程并行I / O接

102、口芯片，有三個(gè)8位并行I / O端口。具三個(gè)通道的3種可編程并行接口芯片(40引腳)的作品。它的各種性能可以選擇的軟件接口，使用靈活、通用性強(qiáng)。這是一個(gè)單片機(jī)8255和各種外部設(shè)備連接的接口電路。</p><p>　　8255鏈接作為主機(jī)和外圍芯片，需要提供3總線接口連接到主機(jī)、數(shù)據(jù)線、地址線、控制總線接口。同時(shí)必須連接到外圍接口A,B, C口因?yàn)樗?255可編程，所以必須有邏輯控制部分功能，所以8255內(nèi)部結(jié)

103、構(gòu)分為三部分：一部分連接到CPU、連接到外圍部分和控制部分。</p><p>　　8255芯片的特點(diǎn)是:</p><p>　　(1) 規(guī)模集成電路芯片的并行輸入/輸出，多功能I / O設(shè)備，可以作為CPU總線接口和外圍電路。</p><p>　　(2) 具有24個(gè)可編程I / O端口設(shè)置三組8 I / O端口，PA、PB和PC口，他們分別是可以分為兩組12 I /

104、O端口：包括端口A組和C(高四，PC4 ~ PC7)，包括端口B，B組和C組(低4位PC0 ~ PC3)。一組可以設(shè)置為基本的I / O端口，閃點(diǎn)(STROBE)的I / O控制類型，雙向I / O三種模式，B組只能設(shè)置為基本的I / O或閃點(diǎn)類型I / O兩種模式，和操作模式完全取決于控制字的控制寄存器。引腳如圖3.12所示：</p><p>　　圖3.12 8255芯片引腳圖</p><p

105、>　　3.5 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　方案一：LED數(shù)碼管</p><p>　　顯示LED顯示屏是利用發(fā)光二級(jí)管排列組成的顯示器件，它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，可顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動(dòng)畫信息，顯示的內(nèi)容豐富多彩。</p><p>　　方案二：LCD液晶顯示</p>&

106、lt;p>　　1602液晶顯示屏（LCD）是利用點(diǎn)陣來實(shí)現(xiàn)字母、數(shù)字、符號(hào)等的顯示，它的特點(diǎn)：其畫面分辨率高，顯示清晰，顯示內(nèi)容相對(duì)豐富，而且使用壽命長，輕巧超薄，不產(chǎn)生電磁輻射污染，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，</p><p>　　LED顯示器與LCD顯示器相比，雖然LED在亮度、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。不僅可以顯示氣體濃度值，顯示的內(nèi)容簡單，而且LED顯示器價(jià)格更便宜。</p>&l

107、t;p>　　方案選擇：根據(jù)以上論述，采用方案一。如下圖3.13是數(shù)碼管顯示電路。</p><p>　　3.13 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　液晶是一種高分子材料，由于其材料的特殊性，20世紀(jì)開始應(yīng)用于波形顯示器上，液晶顯示屏的原理主要是通過電流促發(fā)液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面，并配合燈管使用。液晶的型號(hào)通常是按顯示的字符的行數(shù)和列數(shù)來命名的，12864液晶是一種統(tǒng)稱，只說明類屏的一

108、個(gè)特征，就是128*64個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192 個(gè)16*16 點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8 點(diǎn)ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點(diǎn) 陣的漢