

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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 本系統(tǒng)是為電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。在電熱水器溫控系統(tǒng)中,水溫和水位傳感器起著舉足輕重的作用。系統(tǒng)的分析了耐高溫電容式液位傳感器分別檢測(cè)水溫和水位的原理,以 AT89S51單片機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫和水位、上水測(cè)量、顯示、報(bào)警等功能,并以電磁閥、繼
2、電器為閥門開關(guān)全自動(dòng)加熱、上水。整個(gè)系統(tǒng)精度高,耐高溫性強(qiáng),易于調(diào)整,測(cè)試方便。測(cè)試結(jié)果表明,誤差小于2%,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p> 關(guān)鍵詞:AT89S51單片機(jī),水溫水位,傳感器,檢測(cè)與控制</p><p> The System For control The Temperature And Level Of The Electric Water Heater</p&
3、gt;<p><b> ABSTRACT</b></p><p> This system is design to measure and control the water lever and temperature for the water-heaer.It’s composed of two sensor (a digital chip DS18B20 and a
4、 lever sensor),display,buzzer and so on,all these component are control of the core chip AT89S51. This system can display the lever and the temperature in the water_case .In addition,it will be heaet or add water automa
5、tic through electromagnetism vave or relay which are controled by AT89S51. The whole system is easy to adjust.It is proved to </p><p> Key Words: AT89S51,control, seasor,temperature and level</p><
6、;p><b> 目錄</b></p><p><b> 第1章緒論1</b></p><p> 第2章設(shè)計(jì)思路及要求2</p><p> 2.1本設(shè)計(jì)的目的和意義2</p><p> 2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求2</p><p> 2.3本設(shè)
7、計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法2</p><p> 第3章硬件設(shè)計(jì)4</p><p> 3.1控制系統(tǒng)組成及工作原理4</p><p> 3.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4</p><p> 3.1.2 控制系統(tǒng)組成5</p><p> 3.2單片機(jī)概述6</p><p> 3.3器件介紹
8、7</p><p> 3.3.1 AT89C51單片機(jī)7</p><p> 3.3.2 數(shù)碼管顯示8</p><p> 3.4 AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)9</p><p> 3.5AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路10</p><p> 3.6AT89S51單片機(jī)復(fù)位電路10</p&g
9、t;<p> 第4章單元模塊設(shè)計(jì)12</p><p> 4.1水位檢測(cè)模塊12</p><p> 4.2溫度檢測(cè)模塊12</p><p> 4.3鍵盤模塊13</p><p> 4.4顯示模塊14</p><p> 第5章軟件設(shè)計(jì)15</p><p&
10、gt; 5.1軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具15</p><p> 5.2顯示子程序16</p><p> 5.2.1 系統(tǒng)正常工作子程序16</p><p> 5.2.2 設(shè)定預(yù)置溫度子程序17</p><p> 5.2.3 設(shè)定預(yù)置水位子程序18</p><p> 第6章系統(tǒng)調(diào)試與原理圖1
11、9</p><p> 第7章總結(jié)與體會(huì)20</p><p><b> 參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b> 附錄122</b></p><p><b> 附錄223</b></p><p><b> 附錄334&
12、lt;/b></p><p><b> 致謝35</b></p><p> 作品(軟件)使用說明書36</p><p><b> 緒論</b></p><p> 近年來,隨著用電的普及和燃?xì)馊加蛢r(jià)格上漲的影響,電熱水器的市場(chǎng)上升趨勢(shì)更加明顯,新生力量快速電熱水器以其加熱快速、體積小
13、巧、安全節(jié)能的明顯優(yōu)勢(shì)在市場(chǎng)中一枝獨(dú)秀倍受矚目。 </p><p> 據(jù)了解,近年來我國(guó)熱水器的銷量每年以25%的速度上升,而整個(gè)熱水器市場(chǎng)上,燃?xì)鉄崴?、太?yáng)能熱水器頹勢(shì)未改,繼續(xù)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng),電熱水器陣營(yíng)已經(jīng)占到了約60%的市場(chǎng)比例,其中快速電熱水器幾何式的發(fā)展勢(shì)態(tài)拉動(dòng)整體熱水器市場(chǎng)持續(xù)走高,。</p><p> 數(shù)據(jù)顯示,目前快速電熱水器行業(yè)的年增長(zhǎng)率高達(dá)200%多,是家電行業(yè)增長(zhǎng)
14、最快的品類,2008年國(guó)內(nèi)快速電熱水器的市場(chǎng)容量增長(zhǎng)到66萬(wàn)臺(tái)。預(yù)計(jì)未來3至5年內(nèi),快速電熱水器將全面迎來爆炸式的增長(zhǎng),超過所有傳統(tǒng)熱水器成為市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。業(yè)內(nèi)專家分析,國(guó)家住宅用電標(biāo)準(zhǔn)的提高和全國(guó)電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)改造,將為快速電熱水器的普及使用帶來良好的發(fā)展契機(jī).</p><p> 據(jù)國(guó)內(nèi)著名家電品牌營(yíng)銷企劃公司及專家分析預(yù)測(cè),2011年,即熱式電熱水器成為最具投資價(jià)值的新品類商機(jī)之一,理由是:從市場(chǎng)需求量
15、上來講,目前國(guó)內(nèi)即熱式電熱水器年需求量在35萬(wàn)臺(tái)~40萬(wàn)臺(tái),中國(guó)即熱式電熱水器市場(chǎng)銷售比率只占5%,而國(guó)際市場(chǎng)達(dá)50%以上。這一現(xiàn)象與燃?xì)馐綗崴骱蛢?chǔ)水式電熱水器市場(chǎng)高速成長(zhǎng)前的征兆一致,意味著快速電熱水器市場(chǎng)將迎來空前暴漲的良機(jī)。據(jù)預(yù)測(cè),未來5年,中國(guó)市場(chǎng)即熱式電熱水器的銷售比率將達(dá)到40%。</p><p><b> 設(shè)計(jì)思路及要求</b></p><p>&l
16、t;b> 本設(shè)計(jì)的目的和意義</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電極配以單片機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的電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??蓮V泛應(yīng)用于家庭生活對(duì)電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> 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
17、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
18、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><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> 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法</p><p> 水位
19、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4段顯示,也可根據(jù)需要進(jìn)行增減。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℃。(+)單片機(jī)控制。</p><p><
20、b> 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p> 控制系統(tǒng)組成及工作原理</p><p><b> 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p> 系統(tǒng)組成 : 如圖3.1.1所示,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
21、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。自動(dòng)控制閥:主要通過控制器控制,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。 </p><p> 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> 水位檢測(cè)電極:主要用來
22、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)超過第二等分,則顯示二分之一的水。</p><p> 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> 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>
23、<p> 太陽(yáng)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><b> 控制系統(tǒng)組成</b></p><p> 電熱水器控制系統(tǒng)的組成如圖3.1.2所示。整個(gè)系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心,對(duì)水溫、水位等參數(shù)進(jìn)行智能檢測(cè)和顯示,讀取水流開關(guān)、排空閥門的狀態(tài),經(jīng)鍵盤操作和單片機(jī)內(nèi)
24、部運(yùn)算比較,控制相應(yīng)得執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通、斷電;進(jìn)行防漏電、防干燒等保護(hù),并進(jìn)行相應(yīng)得聲光報(bào)警。</p><p> 對(duì)水箱水溫信號(hào)的檢測(cè)采用DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20,它具有3引腳TO-92小體積封裝形式,CPU只需一根端口線就能與DS18B20通信控制讀取溫度值。水流開關(guān)信號(hào)的檢測(cè)采用開關(guān)式傳感器,其內(nèi)部是一個(gè)霍爾開關(guān),排空閥是一個(gè)帶行程開關(guān)的球型閥,由5W交流伺服電機(jī)帶動(dòng),每旋轉(zhuǎn)9
25、0度輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào),排空閥的開閉狀態(tài)對(duì)應(yīng)于該開關(guān)信號(hào)。上水電磁閥采用12V直流單項(xiàng)電磁閥;輔助電加熱體的通斷電采用繼電器控制;排空閥由36V(5W)交流伺服電機(jī)帶動(dòng),由排空閥的開閉狀態(tài)信號(hào)確定并通過繼電器控制交流伺服電機(jī)電源通斷電。</p><p> 圖3.1.2控制系統(tǒng)組成</p><p><b> 單片機(jī)概述</b></p><p>
26、 圖3.2時(shí)鐘電路與復(fù)位電路</p><p> 圖3中,晶體振蕩器的頻率選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> 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
27、、C2取20pF,以便于起振蕩的作用。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> 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,AT89C51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)。取電容C=10uF,電阻R=10K。</p><p><b>
28、器件介紹</b></p><p> AT89C51單片機(jī)</p><p> AT89C51是一個(gè)低功耗高性能CMOS 8位單片機(jī),4k Bytes Flash只讀程序存儲(chǔ)器(ROM),512 Bytes 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),該微處理器采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),引腳兼容80C51和80C52芯片,片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)
29、器可以像常規(guī)程序存儲(chǔ)器一樣進(jìn)行燒寫,AT89S51片內(nèi)總共有256字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)區(qū),而128字節(jié)的內(nèi)部擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)需通過清SFR(8EH)的位1并用MOVX指令訪問,片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元,另一個(gè)256BytesRAM區(qū)與ATMEL之AT89系列8052兼容的單片機(jī)是一致的,AT89C51結(jié)合通用的8位微處理器和Flash存儲(chǔ)技術(shù)構(gòu)成功能強(qiáng)大單片微處理器,可提供許多高性能低價(jià)位的系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。</p>
30、<p> AT89C51主要特點(diǎn): 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
31、作。</p><p> 圖3.7.1 AT89C51單片機(jī)</p><p><b> 數(shù)碼管顯示</b></p><p> 由單片機(jī)的定時(shí)器To做16位計(jì)數(shù)器(為便于數(shù)據(jù)處理,這里只用低8位計(jì)數(shù)值,即寄存器TL0中的值)。一邊記錄脈沖數(shù)量,一邊以厘米為單位由四位數(shù)碼管顯示出來。四位數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。</p><
32、;p> 長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x采用0.5英寸共陽(yáng)極連接的LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。下圖為L(zhǎng)ED圖數(shù)碼管外形和引腳圖,其中7只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)a-g筆段,構(gòu)成“日”字形,另一只發(fā)光二極管DP作為小數(shù)點(diǎn),因此這種LED顯示器稱為八段數(shù)碼管。共陽(yáng)極型LED數(shù)碼管,是將各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起,作為公共端com,應(yīng)接高電平。a——g、Dp各筆段中,某筆段接低電平時(shí)發(fā)光,高電平時(shí)不發(fā)光。為了節(jié)省單片機(jī)I
33、/O口的數(shù)量,將各位數(shù)碼管的a——g對(duì)應(yīng)筆畫并聯(lián)起來分別與單片機(jī)的P2.0——P2.7引腳連接。顯示時(shí),由P2口依次輸出各位數(shù)字的筆段碼,并依次由P1.0、P1.1、P1.2、P1.3輸出低電平位選信號(hào)接通數(shù)碼管的公共端,輪流進(jìn)行,循環(huán)不止,由于循環(huán)的頻率較高(約50Hz),加上人眼的視覺暫留,既保障了各位數(shù)字的對(duì)應(yīng)顯示,又不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。 </p><p> 圖3.7.2 LED數(shù)碼管
34、</p><p> AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng) </p><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AT89C51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AT89C51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
35、,得到如圖3.4所示的單片機(jī)最小系統(tǒng)。</p><p> 圖3-6中,晶體振蕩器的頻率選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> AT89C51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
36、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
37、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)。取電容C=10uF,電阻R=10K。</p><p><b> 單元模塊設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 水位檢測(cè)模塊</b></p><p> 把儲(chǔ)水箱大致分為四個(gè)等份,水位由潛入太陽(yáng)能熱水器的儲(chǔ)水箱不
38、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
39、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。)</p><p> 圖3.3水位檢測(cè)電路</p><p><b> 溫度檢測(cè)模塊</b></p><p> 本設(shè)計(jì)溫度傳感器選用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
40、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),ADC0832再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),輸入CPU。圖3.5為溫度檢測(cè)和A/D轉(zhuǎn)換電路圖。</p><p&
41、gt; 圖3.4溫度檢測(cè)電路</p><p><b> 鍵盤模塊</b></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。其電路如圖3.5所示。(為了編程簡(jiǎn)單、方便,采用獨(dú)立式鍵盤電路)。</p><p><b> 圖3.5鍵盤電路</b></p><p&
42、gt;<b> 顯示模塊</b></p><p> 本設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)型數(shù)碼管,8個(gè)LED燈如圖3.6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><b> 圖3.6顯示電路</b></p&g
43、t;<p><b> 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p> 軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具</p><p> 本次設(shè)計(jì)主要利用C語(yǔ)言編寫程序,根據(jù)功能的需要進(jìn)行編程,其中軟件設(shè)計(jì)所用的軟件主要是Keil uVision3軟件,PROTEUS ISIS軟件。</p><p> 電熱水器在任何時(shí)間都能夠在設(shè)定的時(shí)間向用戶提供設(shè)定溫度
44、的熱水,從而給用戶帶來便利。當(dāng)控制器在設(shè)定的時(shí)間使水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí),將通過聲光報(bào)警提醒用戶。</p><p> 根據(jù)這一要求,控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu),包括主程序、鍵盤中斷子程序、DS12887更新周期結(jié)束中斷子程序、LED顯示子程序和提前加熱時(shí)間計(jì)算子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度和水位的檢測(cè)以及進(jìn)行輔助加熱時(shí)間預(yù)算和一些初始化功能。在主程序中采用了查表方法進(jìn)行輔助加熱提前量預(yù)算。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4
45、.1所示。</p><p> 圖4.1系統(tǒng)程序流程圖</p><p><b> 顯示子程序</b></p><p><b> 系統(tǒng)正常工作子程序</b></p><p> 當(dāng)K2處于第一狀態(tài)時(shí),單片機(jī)執(zhí)行正常工作子程序,正常工作時(shí)K3,K4無效。系統(tǒng)正常工作子程序主要功能是交替顯示實(shí)際的熱水
46、器水位,判斷是否超過設(shè)定和水溫水位,其子程序流程圖如圖4.2.1所示。</p><p> 若熱水器未加滿水,水溫又偏高時(shí),單片機(jī)控制進(jìn)水閥加水,至合適水溫50℃左右,單片機(jī)響應(yīng)中斷,停止加水;當(dāng)水位低于預(yù)置水位時(shí),調(diào)用延遲子程序,15分鐘自動(dòng)上水至預(yù)置水位;當(dāng)實(shí)際水溫低于設(shè)定溫度時(shí),系統(tǒng)響應(yīng)中斷,控制啟動(dòng)加熱器,直至水溫升到所設(shè)定溫度;當(dāng)缺水時(shí)(位于缺水檔)系統(tǒng)響應(yīng)中斷,蜂鳴器報(bào)警,延遲15分鐘自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)上水
47、。水溫水位在正常時(shí)由8位LED數(shù)碼管同時(shí)顯示。如果接觸不良,頻率為零,在LED上顯示--℃。</p><p> 圖4.2.1正常狀態(tài)子程序流程圖</p><p><b> 設(shè)定預(yù)置溫度子程序</b></p><p> 當(dāng)K1處于第二個(gè)狀態(tài)時(shí),單片機(jī)執(zhí)行設(shè)定水溫子程序。其程序流程圖圖4.2.2所示。設(shè)定預(yù)設(shè)溫度由K3和K4完成,K3加1攝氏
48、度K4減1攝氏度;此時(shí)控制端口均為低。</p><p> 圖4.2.2設(shè)定預(yù)置溫度子程序流程圖</p><p><b> 設(shè)定預(yù)置水位子程序</b></p><p> 當(dāng)K2處于第三個(gè)狀態(tài)時(shí),單片機(jī)執(zhí)行設(shè)定預(yù)置水位子程序其程序流程圖如圖4.2.3所示。設(shè)定預(yù)置水位,此時(shí)按下K3,系統(tǒng)檢測(cè)到K3為低電平,水位預(yù)置值KEY2加20%,加到10
49、0%時(shí)KEY2賦20%,KEY3無效。此時(shí)控制端口均為低。</p><p> 圖4.2.3設(shè)定預(yù)置水位子程序流程圖</p><p><b> 系統(tǒng)調(diào)試與原理圖</b></p><p> 本次設(shè)計(jì)主要在系統(tǒng)軟件調(diào)試方面。困難主要出現(xiàn)在軟件的編寫。雖然沒有錯(cuò)誤,但是進(jìn)行仿真時(shí),不能達(dá)到預(yù)期的效果。經(jīng)過多次調(diào)試,程序也修改過好幾次,仍然走不通。
50、而問題也主要集中在掃描顯示這一模塊。</p><p> 最后經(jīng)過與同題目的其他的同學(xué)交流,結(jié)合設(shè)計(jì)思想,以及對(duì)以前的一個(gè)單片機(jī)編程作業(yè)的代碼,進(jìn)行了修改、調(diào)試,也終于達(dá)到了方案的總體要求。對(duì)軟件方面逐步進(jìn)行分析之后,重新進(jìn)行系統(tǒng)的軟件上的仿真。</p><p> 圖5.1控制系統(tǒng)原理圖</p><p><b> 總結(jié)與體會(huì)</b><
51、/p><p> 本系統(tǒng)使用了性價(jià)比較高的AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電熱水器水位水溫的預(yù)置、檢測(cè)、控制、顯示和缺水報(bào)警等功能。利用數(shù)字技術(shù)和頻率技術(shù)分別檢測(cè)水溫和水位,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。利用電梯繼電器控制加熱器和進(jìn)水閥的通斷,可以遠(yuǎn)距離控制但由于實(shí)際的制作的過程中,其制作電容用的板子沒有很好的絕緣材料的密封,使得其容值不斷的變化,因而其震蕩的頻率(在看似相同的情況下)也不斷的改變,并且改變的數(shù)值的范圍與理
52、論值相差很大,在此很抱歉,沒有做成功。</p><p> 但是,通過對(duì)這次基于單片機(jī)的太陽(yáng)能溫控進(jìn)水及水溫水位顯示控制裝置的設(shè)計(jì),我將在大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)知識(shí)在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的到了廣泛的運(yùn)用,加深了理論與實(shí)際的聯(lián)系。提高了思維與動(dòng)手能力,增長(zhǎng)了才干;培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新意識(shí),使自己在單片機(jī)應(yīng)用方面得到了全面提高,為今后的工程實(shí)際應(yīng)用,新產(chǎn)品開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。</p><p> 通過這次課程設(shè)計(jì)
53、,自己進(jìn)一步熟悉和掌握了ISIS仿真軟件PROTEL軟件,體會(huì)到ISIS、PROTEL等功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件,在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮的強(qiáng)大的作用。總之,此次課程設(shè)計(jì)經(jīng)過自己獨(dú)立思考、查找資料,自己受益匪淺。而且,通過這次設(shè)計(jì),更深切地感覺到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。是全體組員的共同努力,才完成了此次智能儀器課程設(shè)計(jì)任務(wù)!</p><p> 總之,以往的課程設(shè)計(jì)都是停留在理論層面上,而這次課程設(shè)計(jì)的實(shí)際意義非常明顯。經(jīng)過
54、這次課程設(shè)計(jì),自己從心理上就成長(zhǎng)了不少,這將是自己以后人生路上一筆寶貴的財(cái)富。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 劉剛、秦永左. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京:北京大學(xué)出版社,20061.</p><p> [2] 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2004.</p
55、><p> [3] 蔡美琴、張為民.MCS-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用(第二版)[M]. 高等教育出版社,2004.</p><p> [4] 楊振江、杜鐵軍.流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.</p><p> [5] 劉迎春、葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用 國(guó)防工業(yè)出版社,1998.</p><p
56、> [6] 張毅剛、彭喜元.單片機(jī)原理及應(yīng)用. 高等教育出版社,2007.</p><p> [7] 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001</p><p> [8] 王幸之.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001</p><p> [9] 徐煜明.單片機(jī)原理及接口技術(shù) 電子工業(yè)出版社.20
57、08</p><p> [10]張迎新.單片微型計(jì)算機(jī)原理應(yīng)用及接口技術(shù)(第2版) 國(guó)防工業(yè)出版社,2008</p><p> [11]曹巧媛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京電子工業(yè)出版社,1997</p><p> [12]劉大茂.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法[J].上海人民出版社,2000</p><p> [13] Jan
58、not Y, Coulibaly Y. The “evaporative capacity as a performance” index for solar-drier air heater.J. Solar Energy 1998;63(6):387–91.</p><p> [14] Jansen TJ. Solar engineering technology, chap. 7. New Jersey:
59、 Prentice-Hall, Inc, 1985.</p><p> [15] Jinap S, Thien J, Yap TN. Effect of drying on acidity and cocoa beans. J. Food Agricult.1994;65:67–75.</p><p> [16] Kolb A, Winter ERF, Viskanta R. Expe
60、rimental studies on a solar air collector with metal matrixabsorber. J. Solar Energy 1999;65(2):91–8</p><p><b> 附錄1</b></p><p><b> 附錄2</b></p><p><b>
61、 2.1 主程序清單</b></p><p><b> 主程序:</b></p><p> #include<absacc.h></p><p> #include<reg51.h></p><p> #include<intrins.h></p>
62、<p> #define uint unsigned int</p><p> #define uchar unsigned char</p><p> sbit buzzer=P1^0;//蜂鳴器</p><p> sbit heater=P1^6;//加熱器</p><p> sbit c=P3^6;//水閥門<
63、;/p><p> sbit P0_0=P3^7;//溫度DS18B20數(shù)據(jù)線</p><p> sbit adc=P1^5;//</p><p> sbit ccl=P1^4;</p><p> sbit led8=P0^0;</p><p> sbit led7=P0^1;</p><p&g
64、t; sbit led6=P0^2;</p><p> sbit led5=P0^3;</p><p> sbit led4=P0^4;</p><p> sbit led3=P0^5;</p><p> sbit led2=P0^6;</p><p> sbit led1=P0^7;//8位數(shù)碼管顯示位選
65、端</p><p> uchar temp111;</p><p> uchar a,b;</p><p> uchar bitselect;</p><p> bit key1,key2,key3,keyon,keyoff,buzzer1;</p><p> uchar key1_state,temp,k
66、ey2_state;</p><p><b> uint pl;</b></p><p> uint LED1_data,LED2_data,LED3_data,LED4_data,led_data;</p><p> int ytm=40,yp=60,tm=0,p=0;</p><p> long t0cou
67、nt,x,o;</p><p> uchar code led_segment[13]={0xC0,0xCF,0xA4,0x86,0x8B,0x92,0x90,0xC7,0x80,0x82,0x70,0xFF,0xBF};</p><p> uchar disbuffer[]={0,0,0,0,0,0,0,0};</p><p> // 溫度值的變量;<
68、/p><p> // 結(jié)果為負(fù)和正的標(biāo)志位。</p><p> /********************************延時(shí)程序***********************/</p><p> void delay(uint v)</p><p><b> {</b></p><p
69、> while(v!=0) v--;</p><p><b> }</b></p><p> /********************************顯示模塊**********************/</p><p> //*********************************************&l
70、t;/p><p> void display1(void) </p><p><b> {</b></p><p> for(bitselect=0;bitselect<8;bitselect++)</p><p> {if(bitselect==0){led1=0;led2=1;led3=1;led4=1;l
71、ed1=1;led2=1;led3=1;led4=1;}</p><p> else if(bitselect==1){led1=1;led2=0;led3=1;led4=1;led5=1;led6=1;led7=1;led8=1;}</p><p> else if(bitselect==2){led1=1;led2=1;led3=0;led4=1;led5=1;led6=1;led
72、7=1;led8=1;}</p><p> else if(bitselect==3){led1=1;led2=1;led3=1;led4=0;led5=1;led6=1;led7=1;led8=1;}</p><p> else if(bitselect==4){led1=1;led2=1;led3=1;led4=1;led5=0;led6=1;led7=1;led8=1;}<
73、/p><p> else if(bitselect==5){led1=1;led2=1;led3=1;led4=1;led5=1;led6=0;led7=1;led8=1;}</p><p> else if(bitselect==6){led1=1;led2=1;led3=1;led4=1;led5=1;led6=1;led7=0;led8=1;}</p><p>
74、; else if(bitselect==7){led1=1;led2=1;led3=1;led4=1;led5=1;led6=1;led7=1;led8=0;}</p><p> P2=led_segment[disbuffer[bitselect]];</p><p> delay(200);</p><p><b> }</b>&
75、lt;/p><p> P2=0xff; //及時(shí)關(guān)閉P2口,以免造成最后一燈較亮</p><p><b> }</b></p><p> /*****************************************************/</p><p> void alarm()</p>
76、<p><b> {uint i;</b></p><p> for(i=0;i<100;i++)</p><p><b> {</b></p><p> delay(50);</p><p><b> buzzer=1;</b></p>
77、<p> delay(50);</p><p><b> buzzer=0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> /******************************讀鍵程序**
78、****************/</p><p> void read_key()</p><p><b> {</b></p><p><b> keyon=0;</b></p><p> if(INT1==0) {key1=1;keyon=1;keyoff=1;}</p>
79、<p> if(INT0==0){key2=1;keyon=1;keyoff=1;}</p><p> if(T1==0){key3=1;keyon=1;keyoff=1;}</p><p> display1();</p><p><b> }</b></p><p> /************
80、**********防連擊*****************************/</p><p> KeyProcess()</p><p><b> {</b></p><p> while(keyoff) </p><p> {read_key();</p><p> i
81、f(keyon==0)</p><p> {keyoff=0;</p><p> if(key1==1)</p><p> {key1_state++;key2_state=0;</p><p> if(key1_state==3)key1_state=0;</p><p><b> key1=0;
82、</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> SetProcess()/**
83、******************設(shè)定和顯示模式選定**********/</p><p> {if(key1_state==1)</p><p> {if(keyon==0)</p><p> {keyoff=0;</p><p> if(key2==1)</p><p><b> {ytm++
84、;</b></p><p> if(ytm==100){ytm=0;}</p><p><b> key2=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> if(key3==1)</p><p><b> {ytm--;&
85、lt;/b></p><p> if(ytm==-1){ytm=99;}</p><p><b> key3=0;</b></p><p><b> } </b></p><p><b> }</b></p><p> disbuffe
86、r[7]=11;disbuffer[6]=11;disbuffer[5]=11;disbuffer[4]=11;disbuffer[3]=11;disbuffer[2]=ytm/10;disbuffer[1]=ytm%10;disbuffer[0]=10;display1();</p><p><b> }</b></p><p> if(key1_state==
87、2)</p><p> {if(keyon==0)</p><p> {keyoff=0;</p><p> if(key2==1)</p><p> {yp=yp+20;</p><p> if(yp==100){yp=20;}</p><p><b> key2=0;&
88、lt;/b></p><p><b> }</b></p><p> } disbuffer[7]=12;disbuffer[6]=yp/10;disbuffer[5]=0;disbuffer[4]=12;disbuffer[3]=11;disbuffer[2]=11;disbuffer[1]=11;disbuffer[0]=11;display1();&l
89、t;/p><p><b> }</b></p><p> if(key1_state==0)</p><p><b> {ET0=1;</b></p><p><b> TR0=1;</b></p><p><b> if(o==1)&l
90、t;/b></p><p><b> {</b></p><p><b> ET0=0;</b></p><p><b> TR0=0;</b></p><p> tm_read();</p><p><b> o=0;<
91、/b></p><p><b> }</b></p><p> {//level_read();</p><p> disbuffer[7]=pl/1000%10;</p><p> disbuffer[6]=pl/100%10;</p><p> disbuffer[5]=pl/
92、10%10;</p><p> disbuffer[4]=pl%10;</p><p> /* disbuffer[7]=12;disbuffer[6]=p/10;disbuffer[5]=p%10;disbuffer[4]=12;*/</p><p> display1();</p><p><b> }</b>
93、;</p><p> if(temp111<ytm-5){heater=1;}</p><p> if(temp111>ytm+3&&temp111<ytm+8){heater=0;}</p><p> if(temp111>ytm+8){alarm();heater=0;}</p><p>
94、if(p>yp+5&&p<yp+10){c=0;}</p><p> if(p>yp+10){alarm();c=0;}</p><p> if(p<yp-5){c=1;}</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b>&l
95、t;/p><p> /*********************溫度數(shù)據(jù)讀取比較控制程序*****************/</p><p> /**************DS18B20****************/</p><p> bit tmreset (void) // 發(fā)送復(fù)位和初始化</p><p> {
96、 static bit presence; </p><p> unsigned int i;</p><p> P0_0 = 0;</p><p><b> i = 103;</b></p><p> while (i>0) i--; // 延時(shí)</p>
97、<p> P0_0 = 1;</p><p><b> i = 4;</b></p><p> while (i>0) i--;</p><p> presence= P0_0;</p><p> delay(20);</p><p> return (presen
98、ce);</p><p><b> }</b></p><p> bit tmpread (void)// 讀取數(shù)據(jù)的一位</p><p><b> { </b></p><p> unsigned int i;</p><p><b>
99、bit dat;</b></p><p> P0_0 = 0; </p><p> P0_0 = 1; i++; i++; //延時(shí)</p><p> dat = P0_0;</p><p> i = 8; while (i>0) i--;// 延時(shí)</
100、p><p> return (dat);</p><p><b> }</b></p><p> unsigned char tmpread2 (void) //讀一個(gè)字節(jié)</p><p><b> {</b></p><p> unsigned cha
101、r i,j,dat;</p><p><b> dat = 0;</b></p><p> for (i=1;i<=8;i++)</p><p><b> {</b></p><p> j = tmpread ();</p><p> dat = (j
102、<< 7) | (dat >> 1);</p><p><b> }</b></p><p> return (dat);</p><p><b> }</b></p><p> void tmpwrite (unsigned char dat)//寫一
103、個(gè)字節(jié)</p><p><b> { </b></p><p> unsigned int i;</p><p> unsigned char j;</p><p> bit testb;</p><p> for (j=1;j<=8;j++)</p><
104、p><b> {</b></p><p> testb = dat & 0x01;</p><p> dat = dat >> 1;</p><p> if (testb)</p><p><b> {</b></p><p> P
105、0_0 = 0; // 寫0 </p><p> i++; i++; </p><p> P0_0 = 1;</p><p> i = 8; while (i>0) i--; </p><p><b> }</b></p><p><b> else&l
106、t;/b></p><p><b> {</b></p><p> P0_0 = 0; // 寫0 </p><p> i = 8; while (i>0) i--; </p><p><b> P0_0 = 1;</b></p><p>
107、i++; i++; </p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> void tmpchange(void)// ds1820 開始轉(zhuǎn)換</p><
108、p><b> { </b></p><p> tmreset ();// 復(fù)位</p><p> delay (200);// 延時(shí)</p><p> tmpwrite (0xcc);// 跳過序列號(hào)命令</p><p> tmpwrite (0x44);
109、// 發(fā)轉(zhuǎn)換命令 44H,</p><p><b> }</b></p><p> //*********************************************</p><p> //*********************************************</p><p
110、> void tmp (void)// 讀取溫度</p><p><b> { </b></p><p> tmreset ();// 復(fù)位</p><p> delay (200);// 延時(shí)</p><p> tmpwrite (0xcc);
111、// 跳過序列號(hào)命令</p><p> tmpwrite (0xbe); // 發(fā)送讀取命令</p><p> a = tmpread2 (); // 讀取低位溫度</p><p><b> P0_0 = 0;</b></p><p> b = tmpread2 ();
112、//讀取高位溫度</p><p> P0_0 = 0; </p><p><b> }</b></p><p><b> tm_read()</b></p><p><b> {</b></p><p> tmpchange();
113、// 開始溫度轉(zhuǎn)換</p><p> delay(200);// 讀取延時(shí)</p><p><b> tmp();</b></p><p> P0_0=0;//讀取溫度</p><p> temp111=(b<<4)|(a>>4);</p><p>
114、; if(tmreset ()==0)</p><p><b> {</b></p><p> disbuffer[3]=11;</p><p> disbuffer[2]=(temp111/10)%10; //--------------------------------------------------</p>
115、<p> disbuffer[1]=temp111%10;</p><p> disbuffer[0]=10;</p><p><b> }</b></p><p> else if (tmreset ()==1)</p><p> {disbuffer[3]=11;</p><
116、;p> disbuffer[2]=12;</p><p> disbuffer[1]=12;</p><p> disbuffer[0]=10;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> /********
117、*************液位數(shù)據(jù)讀取比較控制程序*****************/</p><p> uchar tlc549_read()</p><p><b> {</b></p><p> uchar i,adcdata;</p><p> adcdata=0;</p><p>
118、; for(i=0;i<8;i++)</p><p> {delay(100);</p><p> adcdata=adcdata<<1;</p><p> if(adc) adcdata++;</p><p><b> ccl=1;</b></p><p> del
119、ay(100);</p><p><b> ccl=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> return adcdata;</p><p><b> }</b></p><p> level_read()</
120、p><p> {temp=tlc549_read();</p><p> if(temp<0xFB&&temp>0xB8){p=50;}</p><p> if(temp<0xB8&&temp>0x86){p=85;}</p><p><b> /*</b>&l
121、t;/p><p> disbuffer[3]=pl/1000%10;</p><p> disbuffer[2]=pl/100%10;</p><p> disbuffer[1]=pl/10%10;</p><p> disbuffer[0]=pl%10;</p><p> display();
122、 //*測(cè)頻率*/</p><p><b> }</b></p><p> /*********************主程序*******************************/</p><p><b> main()</b></p><p><b&
123、gt; {uint i;</b></p><p> delay(100);</p><p> TMOD=0x51;</p><p><b> TH0=0xfc;</b></p><p><b> TL0=0x66;</b></p><p><b&g
124、t; TH1=0x0;</b></p><p><b> TL1=0x0;</b></p><p> t0count=0;</p><p><b> EA=1;</b></p><p><b> ET0=1;</b></p><p>
125、; TR0=1; //打開定時(shí)器T0</p><p><b> ET1=1;</b></p><p><b> TR1=1;</b></p><p> LED1_data=1;</p><p> LED2_data=2;</p><
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