自動化專業(yè)畢業(yè)論文-太陽能熱水器控制器設計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目： 太陽能熱水器控制器設計 </p><p>　　學院： 電氣工程學院 </p><p>　　班級： 自動化12-3 </p><p>　　姓名： 李曉燕

2、 </p><p>　　指導教師： 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。太陽能成為新時代綠色標志的新型能源。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,當由于天氣原因而光強不足時，就會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大，而與其相配套的

4、控制器卻急需改進的情況下，研制了這套太陽能熱水器控制器。本文設計的太陽能熱水器是以89C51單片機為檢測控制核心，不僅實現(xiàn)了溫度、水位兩種參數(shù)的實時顯示功能，而且具有溫度設定與控制功能。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)的水溫達到預先設定的溫度，從而達到全天供應熱水的目的。實際應用結(jié)果表明，該控制器和以往的顯示儀相比具有性價比高、溫度控制與顯示精度高、使用方便和性能穩(wěn)定等優(yōu)點，提高了我國太陽能應用領(lǐng)域控制水平，具有可觀的經(jīng)

5、濟效益和社會效益。</p><p>　　太陽能熱水器因利用太陽能、無污染、使用方便、長期使用投入費用低等特點而備受人們青睞。本設計介紹了一種以AT89C51單片機為核心構(gòu)成的太陽能熱水器控制器的設計方法,給出了系統(tǒng)硬件設計及軟件實現(xiàn)方法。本設計以51單片機為核心，將來自溫度和水位檢測傳感器的信號經(jīng)過調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)化后送入單片機，一方面通過LED顯示當前溫度和水位值，另外一方面與溫度和水位設定值進行比較、運算，根據(jù)

6、結(jié)果發(fā)出相應的上水、加熱指令，對熱水器的溫度和水位進行控。與此同時，經(jīng)過相關(guān)的控制電路和軟件程序的設計來實現(xiàn)太陽能熱水器控制器的智能化。實現(xiàn)各種智能控制的同時還需兼顧到工作人員能夠方便的選擇、設置和修改相關(guān)的設定值。為人們依據(jù)天氣變化選擇需要的加熱狀態(tài)提供便利。更進一步提高熱水器的自動化和智能化程度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能熱水器， 單片機AT89C51，硬件設計，軟件設計 </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)總體方案設計4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設計思路4</p><p>　　

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

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

16、機的復位電路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 接口電路設計18</p><p>　　3.4.1 驅(qū)動芯片ULN-2003介紹18</p><p>　　3.4.2繼電器驅(qū)動19</p><p>　　3.5 顯示電路設計

18、20</p><p>　　3.5.1 LED數(shù)碼管22</p><p>　　3.6報警電路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 總電路設計27</p><p>　　4 太陽能熱水器控制器的軟

19、件設計29</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體軟件設計29</p><p>　　4.1.1 主程序設計流程與編程29</p><p>　　4.1.1 主程序軟件設計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計30</p>&l

20、t;p>　　4.1.4 DS18B20子程序流程的設計31</p><p>　　4.1.5 鍵盤子程序流程設計32</p><p>　　4.2 軟件程序設計33</p><p><b>　　總設計程序：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>　　隨著社會的發(fā)展,對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、天然氣儲量日益減少，與此同時這些能源也會污染環(huán)境，造成溫室效應、引起全球氣候的變化。要解決上述能源問題、實現(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，加強對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。人們發(fā)現(xiàn)的新型潔凈的太陽能，它具有一下特點：存儲量的無限性；太陽能對于地球上絕大多數(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)代社會關(guān)注的焦點?，F(xiàn)有的電熱型熱水器費用的</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。原有的燃氣熱水器加熱速度比較快，但所用的煤會對環(huán)境造成一定的污染。太陽能熱水器安全、環(huán)保、經(jīng)濟，帶有輔助加熱功能的熱水器可在全年的任何時候使用。</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，當由于天氣原因而光強不足時，就會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，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費大量的電能。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)的水溫在設定時間達到預先設定

27、的溫度，從熱達到全天供應熱水的目的。太陽能熱水器是太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟效益明顯，正在迅速的推廣應用，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。其次對太陽能熱水器中的水位沒有記錄，使人們不能及時知道水箱中的水量，缺乏自動性。因此需要設計一塊智

28、能化的太陽能熱水器控制器來實現(xiàn)自動上水、水位水溫的控制、溫度過高報警、水位過低報警及自動上水、溫度過低時自動加熱等功能。太陽能熱水器控制器是一種以單片機為控制核心的系統(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大，與其配套的熱水器急需

29、改進的狀態(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、造價低廉的產(chǎn)品，同時給人們提供低耗能源、保護環(huán)境、絕對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單片機的太陽能熱水器控制器，通過對單片機技術(shù)，太陽能熱水器控制技術(shù)等的認識，聯(lián)系實際要求，將所學知識應用到現(xiàn)實生活中去，在對設計的不斷實踐改良，使得太陽能熱水器控制器更加符合實際要求，具有更高的實用

30、性。就現(xiàn)在而言，技術(shù)的不斷更新，將會有越來越多、越來越完善的太陽能熱水器產(chǎn)品出現(xiàn)，太陽能熱水供應系統(tǒng)也會越來越完善。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，為人類的文明和進步作出了巨大的貢獻。</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，已經(jīng)很普及了。它是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚募矣迷O備，為提高我們

31、的生活質(zhì)量起了不可替代的作用。當今技術(shù)的發(fā)展對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>　　本課題設計一種以單片機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經(jīng)過調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)化后送入單片機，一方面通過LED顯示當前

32、溫度和水位值，另外一方面與溫度和水位設定值進行比較、運算，根據(jù)結(jié)果發(fā)出相應的上水、加熱指令，對熱水器控制器的溫度和水位進行控制。</p><p>　　本次設計的主要內(nèi)容：</p><p>　　（1）溫度、水位檢測傳感器的選擇；</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的接口的設計；</p><p>　?。?）電源、按鍵、顯示部分的設計；

33、</p><p><b>　?。?）總體設計；</b></p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設計思路</p><p>　　根據(jù)題目要求，可以將本系統(tǒng)分為：單片機最小系統(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、報警檢測、數(shù)據(jù)存儲及A/D轉(zhuǎn)換等。其中通過單片機

34、控制及水位檢測模塊采集模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲送到LED顯示。按鍵采用直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路即獨立式按鍵；顯示模塊選擇使用6位共陽極LED數(shù)碼管進行動態(tài)實時距離顯示；報警在缺水或水位過高返回信號時開始工作。</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)的設計要求</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個水位,50％ 、80％、100％；用發(fā)光二極管來顯示當前水位,當水位超過該水位點,相應發(fā)光二極管發(fā)亮。</p><p>　　(4) 水位設置：可設置

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

37、t;p>　　(6) 強制上水：水位傳感器出現(xiàn)故障時 ，可按“上水”鍵實現(xiàn)強制上水，美縫中會出現(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、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，因而得到廣泛應用。本設計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>　　手動式：使用時先手動調(diào)節(jié)機械閥，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，常會放一段時間的冷、熱水，混合后又會出現(xiàn)忽冷忽熱的現(xiàn)象，造成資源浪費，還有壓力的變化，均需要再次手動調(diào)節(jié)，這樣操作既復雜又不方便，也使沐浴者皮膚感到不舒服。</p><p>　　加熱式:使用時先手動調(diào)節(jié)太陽能熱水器水箱內(nèi)的水溫，使出水口恒溫。當水箱內(nèi)溫度較低時，用輔助電加熱的方式將水加熱到所需溫度，當水箱內(nèi)

39、溫度過高時，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。</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)熱管也會將水溫加熱至用戶所需溫度，但保溫時間不長。</p><p><

40、;b>　　2.3 總體設計</b></p><p>　　根據(jù)該系統(tǒng)所要達到的功能，選擇適當?shù)脑骷秃线m的芯片來設計系統(tǒng)，理解各器件的原理和功能。太陽能熱水器控制器設計，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，模擬量不能直接進入單片機進行處理，要變成二進制的數(shù)字量才能送入單片機進行處理，這就要進行A/D轉(zhuǎn)換，把采集到的水位信號轉(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 方案選擇實現(xiàn)</p><p>　　通過對太陽能熱水器控制要求、設計任務和系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，綜合成本等各因素考慮設計出如下

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單片機作為中央控制器，通過DS18B20溫度傳感器檢測當前水溫，通過單片機的處理在LED顯示片上顯示當前的溫度值。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，單片機在內(nèi)部通過比較設定的溫度和當前溫

43、度：當前溫度小于設定值時就會閉合繼電器開關(guān)，開啟加熱裝置，自動上水方面控制，當水位低于低水檔會自動閉合上水裝置繼電器的開關(guān)，啟動上水裝置。水位到達高水擋時就會自動斷開開關(guān)，停止上水。</p><p><b>　　3硬件電路設計</b></p><p>　　熱水器出水控制系統(tǒng)硬件電路主要包括幾個方面：單片機最小系統(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單片機的選擇</b></p><p>　　3.1.1 AT89C51單片機</p><p>　　AT89C51單片機是ATMEL公司生產(chǎn)的一款運行電壓低，工作性能很高的CMOS 8位單片機。芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造中還含有一個8KB的可以進行成百上千次反復編寫程序或者是刪除程序

45、的PEROM。不但如此單片機內(nèi)部還包含有一個256B的片內(nèi)RAM。AT89C51單片機的生產(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)出來的單片機的精度都很高，而且它的存儲也很方便快捷。</p><p>　　AT89C51的主要性能參數(shù)：</p><p>　　(1) AT89C51與MCS-51系列單片機的編程指令代碼以及管腳的各個功能都是一樣的。</p&

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

47、為程序員提供了一個256*8KB的內(nèi)部隨機存儲單元（RAM）以及三十二個可以對端口編寫程序的I/0口。</p><p>　　(6) 三個十六位的定時器／計數(shù)器（T0、T1、T2）。</p><p>　　(7) 八個中斷地址區(qū)。</p><p>　　(8) AT89C51的異步串行通道還可以對其進行程序的編寫。</p><p>　　(9) 運行

48、時對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。當整個在不工作的情況下單片機就會停止工作，雖然單片機已經(jīng)停止工作了，但是它內(nèi)部的存儲區(qū)間、定時（計數(shù)器）以及處于通信的端口和中斷任然是在工作狀態(tài)的。當單片機的系統(tǒng)在正常工時由于各種各樣的原因突然斷電時它內(nèi)部的RAM中的程序或者是其他數(shù)據(jù)并不會因為突然間的失電而變得一無所有，他會保存的很完整。當外部晶體振蕩電路不發(fā)生震

49、蕩時并且整個系統(tǒng)中的其他電路元部件也一樣不工作時單片機的工作會一直進行到下一個硬件電路中的復位點為止才會停止工作的。</p><p>　　中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進行管理與處理。</p><p>　　AT89C51有6個中斷源：兩個是受外部影響的中斷INT0 和INT1。另外的三個中斷受內(nèi)部定時器（定時器0、1、2）控制以及一個串行的中斷。單片機的這些中斷的任何

50、一個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。當任一一個中斷源有效時這個中斷被允許，無效時這個中斷源不被允許中斷。特別的IE中還有總的控制位就相當于一個總開關(guān)，這個總開關(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;　　三個定時器中的第三個定時器的觸發(fā)通常是由寄存器TF2和EXF2經(jīng)過一個或門來使得第三個定時器觸發(fā)。當單片機在運行程序的過程中進入中斷命令后，這些代表位置能有外部的按鍵來清“0”。在實際應用中，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>　　在程序設計中,AT89C51單片機語言簡潔、可移植性好,靈活的表達能力的表達,可以結(jié)構(gòu)化設計，可以直接控制計算機硬件，所生成的代碼

52、質(zhì)量好?？梢园凑粘Ｒ?guī)的方法進行編程，也可以用于在線編程和可以重復洗滌程序內(nèi)存也可以方便的修改程序。并不是擦洗存儲系統(tǒng)大大降低了成本。</p><p>　　AT89C51單片機的引腳排列如圖3.1所示。</p><p>　　AT89C51單片機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)單片機的P0口總共有八位，是一個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)總線的復用端口。</p><p>　　P1口：(P1.7～P1.0) 單片機的P1口總共有八位，

54、是一個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口所對應的單片機內(nèi)部中還有相應的一組使得電平信號為高電平的上拉電阻。單片機內(nèi)部和P1口對應的還有四個TTL類型的邏輯門電路是由單片機的P1口的輸出驅(qū)動。</p><p>　　P2口：（P2.7～P2.O）片機的P2口總共有八位。是一個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口所對應的單片機內(nèi)部中還有相應的一組使得電平信號為高電平的上拉電阻。單片機內(nèi)部和P2口對應的還有四個TTL類型的邏輯門電路是由單片機的P2口的輸出驅(qū)動。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）單片機的P3口和其他三個口都不一樣。P3是具有兩種功能的端口，如果把P3口當做和其他I/O端口一樣使用時，它其功能與P

56、1端口同。但常用其第二功能，P3.7～P3.0每個端口都有4個TTL邏輯門電路供它驅(qū)動。</p><p>　　P1口引腳號第二功能：</p><p>　　P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出</p><p>　　P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）</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/計數(shù)器0)</p><p>　　P3.5 T1(定時/計數(shù)器1)</p><p>　　P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)</p><p>　　P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)<

59、;/p><p>　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。</p><p>　　圖3.1 AT89C51 的引腳排列</p><p>　　3.1.2 AT89C51單片機的功能特性</p><p>　　與MCS - 51指令合并；4 k字節(jié)編程閃存存儲器；壽命1000寫/刷周期;存儲時間是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;三級程序內(nèi)存鎖;三倍的時間；128 * 8 RAM32內(nèi)可編程I / O線；兩個16位定時器或計數(shù)器；五個中斷源；可編程串行通道；低功率閑置和損失的電力；和芯片級時鐘振蕩器電路。</p><p>　　表3.1 中斷優(yōu)先級及入口地址</p><p>　　3.1.3 AT89C51單片機的最小系統(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。因為MCS - 51系列單片機內(nèi)部集成不需要晶體振蕩器時鐘電路和復位電路，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(地址00 h ~ 7跳頻)

62、，因為沒有使用外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，所以P0口~ P3可以所有I / O接口。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)由晶振電路和復位電路構(gòu)成，最小系統(tǒng)電路如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.4 AT89C51單片機的時鐘電路</p><p>　　單片機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。它所相應的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個反向的放大電路的信號流入端/信號流出端，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和他相對應的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是帶時間規(guī)律的高低電平信號的流入端。當這個內(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，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內(nèi)部的時鐘發(fā)生器為單片機輸出時鐘信號。因為單片機內(nèi)部的帶時間規(guī)律的高低電平電路的信號流入為一個二分頻觸發(fā)器，所以單片機對與外部的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、機晶振電路</p><p>　　3.1.5 AT89C51單片機的復位電路</p><p>　　本文中的單片機采用了外接的復位電路。同時采用了一種通電復位以及按鍵復位兩種復位方式相組合的形式。當電路中通電時，Vcc向電路中的電容充電，使得電流進入RST引腳。剛剛開始，因為電容器兩端的電壓不可以突然間發(fā)生變化，所以當RST管腳上的電壓上升到和Vcc電壓一樣時，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RST管腳的電壓就慢慢地下降。當電容的容量越大，則給電容充電的時間就越久。充電時間越長，放電的時間就越長，所以當電容放電時則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間，以可以使得復位按鍵操作是起到作用。這個過程的時間就是振蕩器的啟動時間再加上兩個機器周期以上，因為所需要的時間很長所以要選擇的電容的容量

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

68、經(jīng)往各個端口中寫入“1”。此時，各個端口可以用于輸入數(shù)據(jù)也可以用于輸出數(shù)據(jù)。當IE=0**00000B，說明中斷總開關(guān)關(guān)閉，各個中斷的使能失效。在寫程序時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。單片機復位電路如圖3.4所</p><p><b>　　示。</b></p><p>　　圖3.4單片機復位電路圖 </p><p&

69、gt;　　除了通電重啟外，有時也需要手動按鈕來復制。本設計采用手動復位按鈕。手動復位按鈕有兩種水平模式和脈沖模式?；謴偷淖枇ξ籖ST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，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與適用的場合。熱電偶是由兩種不同導體或半導體的組合而成。熱溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導體或半導體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導體的長度、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，而且需要冷端補償，所以不適合在本系統(tǒng)中應用。</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，如果電流過大會增大器件自身的發(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，增加方案的復雜度，難于達到高精度控溫的效果。鉑電阻的精確性會增加方案的復雜度，方案難于實現(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溫度超出了一

72、個設定范圍，則發(fā)出報警信號的場合。它的優(yōu)點是外圍元件極少，功耗低、監(jiān)控參數(shù)精度高、可靠性高。通常價格相對較高。</p><p>　　為了實現(xiàn)對水箱內(nèi)水溫的實時檢測，我們選用數(shù)字集成溫度傳感器，進行溫度檢測，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，再將溫度信號轉(zhuǎn)換成脈沖電信號，將溫度數(shù)據(jù)進行編碼送

73、到AT89C51的I/O口，單片機通過讀取該線數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后送顯示。</p><p>　　圖3.5 DS18B20實物圖</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。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)實際要求通過簡單的編程實現(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)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，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）獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(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）通過編程可實現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式。</p><p>　　(6）用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 </p><p>　　(7）支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 </p>

77、<p>　　(8）負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　對DS18B20的設計，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 進行操作，需要用較為復雜的程序完成。編制程序時必須嚴格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進行，讀、寫時間片程序要嚴格按要求編寫。尤其在使用DS18B20 的高

78、測溫分辨力時，對時序及電氣特性參數(shù)要求更高。</p><p>　　② 單個測溫點時，應考慮系統(tǒng)能實現(xiàn)傳感器出錯自動指示，進行自動DS18B20 序列號和自動排序，以減少調(diào)試和維護工作量。</p><p>　　③ 溫電纜線建議采用屏蔽4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。DS18B20 在三線制應用時，應將其三線焊接牢固；在兩線應用時，應將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>　?、?際應用時，要注意單線的驅(qū)動能力，不能掛接過多的DS18B20，同時還應注意最遠接線距離。另外還應根據(jù)實際情況選擇其接線拓撲結(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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在 -55 ℃

81、 所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復上述過程，直

82、至溫度寄存器值達到被測溫度值，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完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。各種操作的時序圖與DS18B20相同。</p><p>　　3.2.3

83、 DS18B20工作過程及時序</p><p>　　DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器1提供頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。初始時，溫度寄存器被預置成-55℃，每當計數(shù)器1從預置數(shù)開始減計數(shù)到0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1℃這個過程重復進行，直到計數(shù)器2計數(shù)到0時便停止。初始

84、時，計數(shù)器1預置的是與-55℃相對應的一個預置值。以后計數(shù)器1每一個循環(huán)的預置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應變化。計數(shù)器1的預置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1℃計數(shù)器所需要的計數(shù)個數(shù)。</p><p>　　圖3.6 DS18B20工作原理</p><p>　　DS18B20測量溫度時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；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。當計數(shù)門打開時，DS18B20進行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應該為9位，但因符號位擴展成高8位，所以最后以16位補碼形式讀出。</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發(fā)出一復位脈沖，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 在總線上且已準備好操作。</p><p><b>　?、?ROM操作命令</b

87、></p><p>　　一旦總線主機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>　?、?存儲器操作命令</b></p><p>　　這個命令向DS18B20的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址2。接下來寫入的兩個字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置2和3。可以在任何時刻發(fā)出復位

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

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)，半導體溫度傳感器等。這里選用單總線數(shù)字輸出的集成半導體溫度傳感器DS18B20，它提供9位(二進制)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(相對于外部電源，轉(zhuǎn)換時間要延長)。</p><p>　　圖3.8 DS18B20與單片機的連接</p><p>　　水溫、溫度數(shù)據(jù)采集電路如圖3.8所示，收集實時的溫度傳感器DS18B20的溫度控制對象，提供給51單片機的P1.0口作為數(shù)據(jù)的輸入方式。DS18B20和單片機接口非常簡單，主要有三線制模式和寄生電源模式。本設計采用三線系統(tǒng)的模式，把信號的DS18B20與單片機

91、的雙向端口相連接，如圖3.8所示。通過溫度傳感器DS18B20采集的實時溫度控制對象，提供給51單片機P3.7口作為數(shù)據(jù)輸入。因為DS18B20 DQ邊是單一的雙向通信，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個開漏的結(jié)構(gòu)，所以這張個電阻作為負載電阻。此時應注意這三端VDD，DQ、接地三線焊接牢固。</p><p>　　DS18B20當采用高電平的上拉電阻時，傳輸距離可以達到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、超聲波傳感器價格都比較貴，而且對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)點處的線引出，置于不同水的位置處，在最低點水位放一探針，當水沒過一個位置時，由于水的導電性，就會使底部的探針和水位處的探針連通，引起電路導通。我們可以根據(jù)不同的電路導通推測水的位置，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，降低了復雜度，也便于及時更換。需要注意的是電阻探針在水里應用時間長了會有大量的水垢，為了防止這個現(xiàn)象，我們考慮到石墨也是導電的，在水里不會生銹

94、的特點，用石墨將探針包裝起來就起到了防護防腐的作用。</p><p>　　3.3.1水位檢測電路</p><p>　　考慮系統(tǒng)成本，設計中采用分段式液位檢測方法。水箱內(nèi)安裝了4個傳感器探針，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，自動加水至水位設定的檔位。當水位低于10%時，自動報警并停止電加熱，以防空燒空曬;當水位高于90%時，自動停止加水，

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 接口電路設計</p><p>　　當需要上水，單片機發(fā)出低水電平經(jīng)過驅(qū)動和放大處理，使繼電器處于通路狀態(tài)，點亮LED二極管，開關(guān)導通，接近220 v電壓電磁閥。實現(xiàn)自動上水的功能。當繼電器為高電平時，電磁閥不工作停止上水。所以

96、自動加水控制電路包括兩個方面：繼電器、繼電器驅(qū)動程序，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)動芯片ULN-2003介紹</p><p>　　驅(qū)動芯片很多，本次設計用的是ULN-2003驅(qū)動芯片，ULN-2003 具有很好的帶負載的能力，能承受很高的電壓和應許通過的電流也很大。它的內(nèi)部是有7個NPN三

97、極管組成的晶體管陣列。驅(qū)動芯片ULN-2003 的每一個達林頓管都是在三極管的基極串聯(lián)一個2.7K的電阻，在工作的時候，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送來緩存的數(shù)據(jù)。ULN-2003 驅(qū)動芯片可以在高電壓強電流的情況下工作，可以承受500mA的電流和50V的電壓。它具有驅(qū)動能力強、運行穩(wěn)定、價格便宜等特點。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-2003一共有十六個引腳每一個引腳的功能有表3.2所示。</p><p>　　表3.2 ULN-2003的引腳功能</p><p>　　方案一：采用直流電機控制 </p><p>　　給直流電動機通電驅(qū)動風扇的轉(zhuǎn)動，可以降低室內(nèi)的燃氣濃度，直流電機的控制簡單，帶負載的能力

99、強，利用PWM可以直接調(diào)節(jié)直流電動機的速度。但直流電動機的控制需要整流、速度調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)電路較為復雜，成本高，運行出現(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閉合的開關(guān)，在自動化控制系統(tǒng)中常常有很好的利用，在遠程控制中也發(fā)揮著重要的作用。繼電器具有反應快、工作穩(wěn)定、利用時間長等特點。它的工作原理是

100、當給它通了直流電時，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，價格也便宜，在家庭中的運用非常普遍。</p><p>　　3.4.2繼電器驅(qū)動</p><p>　　因為單片機輸出電壓不夠驅(qū)動繼電器工作，達林頓管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開車時接收感應設備的負載，可以消除反向感應電壓脈沖電壓是負的，可以將內(nèi)部電壓進行保護。</p><p>　　圖3.11 控制電路設計圖 </p><p>　　使用單片機時會發(fā)現(xiàn)，I / O接口提供的單片機,它不能滿足設計的要求，所以我們須要擴展I / O接口，使用8255芯片擴展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8位并行I / O端口。具三個通道的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。這是一個單片機8255和各種外部設備連接的接口電路。</p><p>　　8255鏈接作為主機和外圍芯片，需要提供3總線接口連接到主機、數(shù)據(jù)線、地址線、控制總線接口。同時必須連接到外圍接口A,B, C口因為它是8255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設備，可以作為CPU總線接口和外圍電路。</p><p>　　(2) 具有24個可編程I / O端口設置三組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)。一組可以設置為基本的I / O端口，閃點(STROBE)的I / O控制類型，雙向I / O三種模式，B組只能設置為基本的I / O或閃點類型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 顯示電路設計</p><p>　　方案一：LED數(shù)碼管</p><p>　　顯示LED顯示屏是利用發(fā)光二級管排列組成的顯示器件，它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點，可顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動畫信息，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）是利用點陣來實現(xiàn)字母、數(shù)字、符號等的顯示，它的特點：其畫面分辨率高，顯示清晰，顯示內(nèi)容相對豐富，而且使用壽命長，輕巧超薄，不產(chǎn)生電磁輻射污染，抗干擾能力強等優(yōu)點，</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世紀開始應用于波形顯示器上，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、線、面，并配合燈管使用。液晶的型號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、個特征，就是128*64個點構(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)部含有國標一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192 個16*16 點漢字，和128個16*8 點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)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4 行16×16 點 陣的漢