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 檢測電路的設(shè)計(jì)</p><

4、p>　?、偎疁貦z測電路設(shè)計(jì)……………………………………………………9</p><p>　　②水位檢測電路設(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)簡介……………………………………………………14</p><p>　　4.6數(shù)字溫度傳感器簡介…………………………………………………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>　?。?） 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：單片機(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)用較好的國家有

9、西班牙、以色列、意大利、希臘、德國、荷蘭、澳大利亞、日本、美國等國家。一些國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城鄉(xiāng)開始推廣使用，主要供應(yīng)生活和洗浴熱水，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和應(yīng)用國。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)我國能源替代的一個(gè)好產(chǎn)業(yè)，國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?？蓮V泛應(yīng)用于家庭生活對太陽能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有良好的市場前景。 </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；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、水位檢測電極、水溫檢測傳感器、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，控制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測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)水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，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)水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實(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>　?。?）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>　　（3）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?？梢?，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 檢測電路設(shè)計(jì)</p><p>　?、?水溫檢測電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　水溫檢測電路</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:±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>　?、谒粰z

32、測電路設(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；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）；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)，5個(gè)電極檢測一遍以后便得到了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>　　② 本設(shè)計(jì)接口電路是軟件為主的接口電路，對顯示數(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MCU的資源要求降到最低。MCU根據(jù)檢測到的水位信號(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。可分為51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)測控系統(tǒng)的溫度檢測。溫度實(shí)時(shí)測控集裝箱的設(shè)計(jì), 在實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)的溫度檢測方面就較好地利用了DS18B20 的獨(dú)到</p><p>　　特點(diǎn),使系統(tǒng)得到了極大的簡化。</p><p>　　（1）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)測溫。</p><p>　　3）DS18B20 的測溫范圍為: - 55℃～+125℃,在-10℃～+ 85℃時(shí), 其精度為+ 015℃。</p><p>　　4）DS18B20的測

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(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部計(jì)數(shù)器對一個(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。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(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以及賓館、儀器儀表室等處的溫度檢測和控制。</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)、檢測系統(tǒng)是否漏電。一旦檢測到系統(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)是對所學(xué)知識(shí)的一次綜合性運(yùn)用。其中包括對模擬電子技術(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>