太陽(yáng)能熱水器智能監(jiān)控儀的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著全球人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，能源問(wèn)題及其使用所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，“低碳經(jīng)濟(jì)”這一概念已經(jīng)開始進(jìn)入人們的視野。太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”、存在的普遍性，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生任何污染。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，人們?cè)诖罅Πl(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，其中，太陽(yáng)能熱水器就是典型的例子。太陽(yáng)能熱水器順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，滿足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的最佳選擇。本文提出了一種新型的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)采用msc-51系列單片機(jī)at89c51作為中央處理器，采用ds1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘，ds18b20智能溫度傳感器，12864點(diǎn)陣式液晶顯示屏等模塊，

2、完成時(shí)間、溫度和水位的顯示，以及時(shí)間和溫度的設(shè)定等功能。該系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、操作維護(hù)簡(jiǎn)便；節(jié)省燃料；無(wú)污染，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成任何影響，也為人們的生活、工作等帶來(lái)了極大的便利。關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能熱水器 單片機(jī) 節(jié)能 液晶顯示屏abstractas the global population and economic growth, energy use of environmental problems and causes gradually recognized, low-carbon economy, the concept became part of the peop

3、le of vision. solar energy has reserves of the limitless , the universality of existing, and almost does not produce any pollution. in view of these advantages, people in the development of solar energy industry, solar water heaters are the typical examples. solar water heaters, in conformity with t

4、he requirements of the times, are meeting the demand for green products. in human civilization increasingly today, it is a modern civilized society. a new solar water heater control system design. this design incorporates msc-51 mcu at89c51 as central processors, a real-time clock using ds1302, inte

5、lligent temperature sensor ds18b20,12864, dot-matrix lcd module, completion time display of the temperature level, as well as the time and temperature setting. the water heater has the following features: simple structure, reliable operation, easy operation and maintenance; conserve fuel; pollution,

6、 will not have any impact on the surrounding environment, but also for peoples life, work, etc. has brought great conveniencekeywords solar water heater chip energy-saving lcd screen目 錄第1章前言11.1 太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析11.2 太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用及意義2第2章 系統(tǒng)組成及工作原理32.1 太陽(yáng)能熱水器的組成與工作原理32.2 系統(tǒng)的組成框圖4第3章 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)53.1

7、主控芯片模塊53.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊83.3 溫度傳感器模塊113.4 液晶顯示模塊143.5 鍵盤輸入模塊163.6 繼電器控制加熱電路173.7 水位檢測(cè)接口電路183.8 水位控制電路193.9 報(bào)警電路模塊20第4章 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)224.1 keil uvision 3軟件環(huán)境224.2 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖224.3 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)軟件功能的實(shí)施23第5章 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)整體調(diào)試28第6章 結(jié)論29參 考 文 獻(xiàn)30致 謝31附 錄：系統(tǒng)原理圖32第一章 前言隨著太陽(yáng)能熱水器的迅速推廣，廣大消費(fèi)者對(duì)太陽(yáng)能熱水器的要求越來(lái)越高，太陽(yáng)能熱水器商家為

8、使自己的產(chǎn)品能在市場(chǎng)上生存和發(fā)展，在不斷提高太陽(yáng)能熱水器性能的同時(shí)，也不斷加大力度滿足消費(fèi)者對(duì)于太陽(yáng)能熱水器使用方便的要求，于是太陽(yáng)能熱水器的智能化程度越來(lái)越高。在我設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水器的控制系統(tǒng)之前，首先了解一下太陽(yáng)能熱水器的基本構(gòu)架和工作過(guò)程，以及太陽(yáng)能熱水器發(fā)展概況和深遠(yuǎn)利用價(jià)值。1.1 太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析我國(guó)自78年引進(jìn)全玻璃真空集熱管的樣管以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年的努力，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，已經(jīng)建立了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化全玻璃真空集熱管產(chǎn)業(yè)，用于生產(chǎn)集熱管的磁控濺射鍍膜機(jī)已有745臺(tái)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，產(chǎn)量雄居世界首位。 1978年中國(guó)誕生第一臺(tái)太陽(yáng)能熱水

9、器，到1986年臥式磁控濺射鍍膜機(jī)的設(shè)計(jì)制造，是在政策扶持下的研究開發(fā)階段。1987年，我國(guó)制造了第一支全玻璃真空集熱管。在之后的幾年里，全玻璃和熱管式真空管集熱器實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到中試水平，為下一階段產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；於肆己玫幕A(chǔ)，成為產(chǎn)業(yè)的孕育發(fā)展階段。1993年太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入初級(jí)發(fā)展階段：由于成果轉(zhuǎn)化需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的磨合，特別是受技術(shù)人員缺乏的影響，此階段的產(chǎn)品質(zhì)量有待于進(jìn)一步提高，整體來(lái)講，發(fā)展速度較為緩慢。這時(shí)候以山東力諾集團(tuán)為主的真空管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品占了真空管生產(chǎn)絕大部分市場(chǎng)。1997-2001年太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展，逐漸形成北京、魯東、泰安、揚(yáng)州、海寧等5個(gè)產(chǎn)業(yè)基地，并

10、以此向周圍不斷輻射，產(chǎn)能得以迅速提升。目前，我國(guó)是世界上太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國(guó)家。太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)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(yáng)能熱水器能夠?qū)⑻?yáng)輻射能轉(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高。現(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑蜔崴鞯牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽(yáng)能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽(yáng)能熱水器 克服了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡(jiǎn)單、方便。太陽(yáng)能熱水器順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，滿足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。1.2 太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用及意義資源是社會(huì)經(jīng)

11、濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)愈發(fā)展，對(duì)資源的依賴性愈強(qiáng)。許多資源（如煤、石油、天然氣等）是不可再生的，而且在利用過(guò)程中給人類生存環(huán)境帶來(lái)極大污染，人類繁衍生息的物質(zhì)和環(huán)境基礎(chǔ)受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。加強(qiáng)清潔、可再生資源的開發(fā)利用，已引起全世界的普遍重視。太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源，有節(jié)能、環(huán)保、安全和永續(xù)利用等優(yōu)點(diǎn)，理應(yīng)成為開發(fā)利用的首選。其中太陽(yáng)能熱水器作為家庭生活用品，其開發(fā)利用在我國(guó)已走過(guò)了二十多年的歷程，生產(chǎn)技術(shù)成熟，具有明顯優(yōu)點(diǎn)：（一）從節(jié)能環(huán)保的角度講，使用太陽(yáng)能熱水器不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)為國(guó)家節(jié)約了大量能源，社會(huì)效益明顯，是國(guó)家重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，使用前景廣闊。（二）太陽(yáng)能熱水器

12、的使用壽命較長(zhǎng)，使用太陽(yáng)能熱水器經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。若使用合理，其壽命可達(dá)15年甚至更長(zhǎng)。據(jù)測(cè)算，使用平方米太陽(yáng)能熱水器，相當(dāng)于每年節(jié)約310度電。太陽(yáng)能熱水器的費(fèi)用只有燃?xì)鉄崴鞯钠叻种?，電熱水器的六分之一。?gòu)置太陽(yáng)能熱水器一次性投資3000元左右，使用5至6年就可實(shí)現(xiàn)與其熱水器的支出對(duì)比平衡。按照裝置壽命15年計(jì)算，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。（三）太陽(yáng)能熱水器集熱效果好，集熱時(shí)間更長(zhǎng)。只要陽(yáng)光能照射到的地方，就可以使用太陽(yáng)能熱水器，即使在高寒地區(qū)一年四季也可以正常使用。在我國(guó)浙江、江蘇、山東等地，太陽(yáng)能熱水器的研發(fā)和生產(chǎn)已形成規(guī)模，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器的場(chǎng)所也由家居使用擴(kuò)展到醫(yī)院、學(xué)校、賓館、飯店、游泳

13、池、洗浴場(chǎng)所等。第2章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 太陽(yáng)能熱水器的組成與工作原理圖2.1 熱水器裝置簡(jiǎn)圖1-集熱器 2-下降水管3-循環(huán)水管4-補(bǔ)給水箱5-上升水管6-自來(lái)水管7-熱水出水管熱水器主要由集熱器、循環(huán)管道和水箱等組成，圖中為典型的熱水器裝置圖。圖中集熱器1按最佳傾角放置，下降水管2的一端與循環(huán)水箱3的下部相連，另一端與集熱器1的下集管接通。上升水管5與循環(huán)水箱3上部相連，另一端與集熱器1的上集管相接。補(bǔ)給水箱4供給循環(huán)水箱3所需的冷水。集熱器吸收太陽(yáng)輻射后，集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水的比重減輕，便經(jīng)上升水管進(jìn)入循環(huán)水箱上部。而循環(huán)水箱下部的冷水比重較大，就由水

14、箱下流到集熱器下方，在集熱器內(nèi)受熱后又上升。這樣不斷對(duì)流循環(huán)，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時(shí)，水溫不再升高。這種熱水利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱循環(huán)熱水器。集熱器是一種利用溫室效應(yīng)，將太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)換為熱能的裝置，該裝置與一般熱水交換器不一樣，熱交換器通常只是液體到液體，或是液體到氣體的熱交換過(guò)程，而平板型集熱器時(shí)直接將太陽(yáng)輻射傳給液體或氣體，是一個(gè)復(fù)雜的傳熱過(guò)程。平板型集熱器結(jié)構(gòu)形式很多，世界上已實(shí)用的集熱器就有直管式、瓦楞式、扁管式、鋁翼式等二十多種。2.2 系統(tǒng)的組成框圖本次太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)是一種新型的智能溫控系統(tǒng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以at89c51為核心，將傳感器檢

15、測(cè)技術(shù)、智能控制相結(jié)合，整個(gè)系統(tǒng)可分為單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、ds18b20檢測(cè)溫度模塊，報(bào)警模塊、檢測(cè)水位模塊、控制水位模塊和鍵盤輸入及液晶顯示模塊。具體原理框圖如圖2.4at89c51單片機(jī)的控制ds18b20w溫度采集電路水位檢測(cè)無(wú)線電控制（鍵盤輸入及顯示）報(bào)警電路水位控制電路led指示燈加熱控制圖2.2 硬件原理框圖實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊第3章 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 主控芯片模塊3.1.1 主控芯片簡(jiǎn)介at89c51是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指

16、令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89c51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。at89s51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s51可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被

17、凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止1。8位微控制器8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash at89s51。圖3.1為at89c51的引腳圖圖3.1 at89c51的引腳圖at89s51引腳功能說(shuō)明如下：vcc：電源電壓gnd：地2p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0內(nèi)部上拉電阻被激活。在flash編程時(shí)，p0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上

18、拉電阻。p1 口：p1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電平。對(duì)p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ttl）。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如表3.1所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。 表3.1 p1口第二功能端口引腳第二功能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p1.1 t2ex（定時(shí)

19、器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6 miso（在系統(tǒng)編程用）p1.7 sck（在系統(tǒng)編程用）p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr）時(shí)，p2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)

20、，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ttl）。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，p3口的第二功能如表3.2。表3.2 p3口的第二功能端口引腳第二功能端口引腳第二功能p3.0 rxd(串行輸入口)p3.4to(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)p3.1txd(串行輸出口)p3.5t1(定時(shí)

21、/計(jì)數(shù)器1)p3.2 into(外中斷0)p3.6wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)p3.3 int1(外中斷1)p3.7rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)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)。rst復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。wdt溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置sfr auxr的disrto位（地址8eh）可打開或關(guān)閉該功能。disrto位缺省為reset輸出高電平打開狀態(tài)。ale/prog當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出

22、固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無(wú)效3。psen程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將有兩次有效的psen信號(hào)。ea/vpp外部訪問(wèn)允許，欲使cpu僅訪問(wèn)

23、外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2 主控芯片模塊電路單片機(jī)系統(tǒng)由at89c51和一定功能的外圍電路組成，包括為單片機(jī)提供復(fù)位電壓的復(fù)位電路，提供系統(tǒng)頻率的晶振。這部分電路主要負(fù)責(zé)程序的存儲(chǔ)和運(yùn)行。對(duì)外接電容的值雖然

24、沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、諧振器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體可在1.2mhz12mhz之間任選，電容c1和c2的典型值在20pf100pf之間選擇，但在60pf70pf時(shí)振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為30pf左右，但本電路采用30pf。at89c51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)中所用到的是上電按鈕復(fù)位，如圖3.2所示。p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int

25、13p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal119p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale30ea31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039xtal21880c51c1c2y1crystalrres2vccrcvccd0d1d2d3d4d5d6d7圖3.2 單片機(jī)系統(tǒng)3.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊3.2.1 實(shí)時(shí)

26、時(shí)鐘簡(jiǎn)介ds13024是美國(guó)dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.55.5v。時(shí)鐘可工作在24小時(shí)格式或12小時(shí)（am/pm）格式。ds1302與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接。可采用一次傳送一個(gè)字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級(jí)產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行細(xì)電流充電的能力。ds1302的引腳排列

27、,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc10.2v時(shí)，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時(shí)，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過(guò)把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中r

28、st置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc2.0v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。sclk為時(shí)鐘輸入端?？刂谱止?jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到ds1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取ram數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位（位0）如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。ds1302的復(fù)位引腳：通過(guò)把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送.rst輸入有兩

29、種功能：首先，rst接通控制邏輯，允許地址命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中置rst為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc2.5v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。在控制指令字輸入后的下一個(gè)sclk時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫入ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)sclk脈沖的下降沿讀出ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位至高位7。 ds130

30、2共有12個(gè)寄存器5，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd碼形式。其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表3.3。表3.3 ds1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器80h81h00-59ch10secsec分寄存器82h83h00-59010minmin時(shí)寄存器84h85h01-12或00-2312/24010hrhr日寄存器86h87h01-28,29,30,310010datedate月寄存器88h89h01-1200010mmonth周寄存器8ah8bh01-0700000day年寄存器8ch8dh00-9910

31、yearyear此外，ds1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與ram相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器的內(nèi)容。ds1302與ram相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個(gè)ram單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為c0h-fdh，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的ram寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的ram的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為feh（寫）、ffh（讀）。3.2.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊電路從古代的滴漏更鼓到近代的機(jī)械鐘，從電子表到目前的數(shù)字時(shí)鐘，為了準(zhǔn)確的測(cè)量和記錄時(shí)間，人們一直在努力改進(jìn)計(jì)時(shí)工

32、具。鐘表的數(shù)字化，大力推動(dòng)了計(jì)時(shí)的精確性和可靠性。在單片機(jī)構(gòu)成的裝置中，實(shí)時(shí)時(shí)鐘是必不可少的部件。目前常用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，很多采用單片機(jī)的中斷服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方式一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許；有的則使用并行接口的時(shí)鐘芯片，如mc146818、ds12887等，它們雖然能滿足單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的要求，但是這些芯片與單片機(jī)接口復(fù)雜，占用地址、數(shù)據(jù)總線多，芯片體積大，占用空間多，給其它設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多不便。本設(shè)計(jì)選取串行接口時(shí)鐘芯片ds1302與單片機(jī)同步通信構(gòu)成數(shù)字時(shí)鐘電路，如圖3.3。其簡(jiǎn)單的三線接口能為單片機(jī)節(jié)省大

33、量資源，ds1302的后背電源及對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力保證電路斷電后仍能保存時(shí)間和數(shù)據(jù)信息等。這些優(yōu)點(diǎn)解決了目前常用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘所無(wú)法解決的問(wèn)題。該時(shí)鐘電路強(qiáng)大的功能和優(yōu)越的性能，在很多領(lǐng)域的應(yīng)用中，尤其是某些自動(dòng)化控制、長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看守的測(cè)控系統(tǒng)等對(duì)時(shí)鐘精確性和可靠性有較高要求的場(chǎng)合，具有很高的使用價(jià)值。c3vccy2crystalvcc8io6x12x23sclk7vcc21rst5ds1302p31p32p33圖3.3 ds1302與單片機(jī)接口電路3.3 溫度傳感器模塊3.3.1 溫度傳感器簡(jiǎn)介ds18b20數(shù)字溫度計(jì)是dallas公司生產(chǎn)的1wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，

34、體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。ds18b20產(chǎn)品的特點(diǎn)6:只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。在ds18b20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。測(cè)量溫度范圍在55.c到125.c之間。數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。其引腳功能描述見表3.4。表3.4 ds18b20詳細(xì)引腳功能描述序號(hào)名稱引腳功能描述1gnd地信號(hào)2dq數(shù)字輸入輸出引腳,開漏單總線接口引腳,當(dāng)使用寄生電源時(shí),可向電源提供電源3vdd可選擇的vdd引腳,當(dāng)工作于寄生電源時(shí),

35、該引腳必須接地64位rom存儲(chǔ)器件獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。暫存器包含兩字節(jié)（0和1字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲(chǔ)溫度傳感器的數(shù)字輸出。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報(bào)觸發(fā)（th）和下線警報(bào)觸發(fā)（tl）寄存器（2和3字節(jié)），和一字節(jié)的配置寄存器（4字節(jié)），使用者可以通過(guò)配置寄存器來(lái)設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。暫存器的5、6和7字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（crc ）。ds18b20加電后，處在空閑狀態(tài)。要啟動(dòng)溫度測(cè)量和模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，處理器須向其發(fā)出convert t 44h 命令；轉(zhuǎn)換完后，ds18b20回到空閑狀態(tài)。溫度數(shù)據(jù)是以帶符號(hào)位的16-bit補(bǔ)碼存儲(chǔ)在溫度寄存器中的7。符號(hào)位說(shuō)明溫度是

36、正值還是負(fù)值，正值時(shí)s=0，負(fù)值時(shí)s=1。訪問(wèn)ds18b20必須嚴(yán)格遵守這一命令序列，如果丟失任何一步或序列混亂，ds18b20都不會(huì)響應(yīng)主機(jī)（除了search rom 和alarm search這兩個(gè)命令，在這兩個(gè)命令后，主機(jī)都必須返回到第一步）。a初始化：ds18b20所有的數(shù)據(jù)交換都由一個(gè)初始化序列開始。由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和跟在其后的由ds18b20發(fā)出的應(yīng)答脈沖構(gòu)成。當(dāng)ds18b20發(fā)出響應(yīng)主機(jī)的應(yīng)答脈沖時(shí)，即向主機(jī)表明它已處在總線上并且準(zhǔn)備工作。b. rom命令8：rom命令通過(guò)每個(gè)器件64-bit的rom碼，使主機(jī)指定某一特定器件（如果有多個(gè)器件掛在總線上）與之進(jìn)行通信。ds18

37、b20的rom如表3.5所示，每個(gè)rom命令都是8 bit長(zhǎng)。表3.5 rom命令指令協(xié)議功能讀rom33h讀ds18b20中的編碼(即64位地址)符合rom55h發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的ds18b20,使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該ds18b20的讀寫作準(zhǔn)備搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上ds18b20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位rom地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds18b20v 溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于單個(gè)ds18b20工作告警搜索命令0ech執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)廟宇值上限或下限的片子才做出響應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換44h啟

38、動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500ms(典型為200ms),結(jié)果豐入內(nèi)部9字節(jié)ram中讀暫存器beh讀內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的第3、4字節(jié)寫上、下溫度數(shù)據(jù)命令，緊該溫度命令之后，傳達(dá)兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48h將ram中第3、4字內(nèi)容復(fù)制到e2prom中重調(diào)e2prom0b8h將e2prom中內(nèi)容恢復(fù)到ram中的第3、4字節(jié)讀供電方式0b4h讀ds18b20的供電模式，寄生供電時(shí)ds18b20發(fā)送“0”，外部供電時(shí)ds18b20發(fā)送“1”3.3.2 溫度傳感器模塊電路基于ds18b20多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)以at89c51為中心器件，以keil為系統(tǒng)開

39、發(fā)平臺(tái)，用c語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì). ds18b20是智能溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接收主機(jī)發(fā)送的命令，根據(jù)ds18b20內(nèi)部的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機(jī)。主機(jī)按照通信協(xié)議用一個(gè)io口模擬ds18b20的時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、rom命令、功能命令）給ds18b20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點(diǎn)的溫度。在系統(tǒng)啟動(dòng)之時(shí)，可以通過(guò)鍵盤設(shè)置各點(diǎn)溫度的上限值，當(dāng)某點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)置值時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。每個(gè)ds18b20有自己的序列號(hào)，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了4個(gè)ds18b20，通過(guò)cr

40、c校驗(yàn)，對(duì)各個(gè)ds18b20的rom進(jìn)行尋址，地址符合的ds18b20才作出響應(yīng)，接收主機(jī)的命令，向主機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種ds18b20尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡(jiǎn)單，圖3.4所示。圖3.4 18b20與單片機(jī)的連接電路3.4 液晶顯示模塊3.4.1 液晶顯示屏簡(jiǎn)介12864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(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ascii字符集。該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)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84行1616點(diǎn)陣的漢字

41、?？赏瓿蓤D形顯示。電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊9。圖3.5 lcd結(jié)構(gòu)尺寸基本特性:低電源電壓（vdd:+3.0-+5.5v）顯示分辨率:12864點(diǎn)內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選)內(nèi)置 128個(gè)168點(diǎn)陣字符2mhz時(shí)鐘頻率顯示方式：stn、半透、正顯驅(qū)動(dòng)方式：1/32duty，1/5bias視角方向：6點(diǎn)背光方式：側(cè)部高亮白色led，功耗僅為普通led的1/51/10通訊方式：串行、并口可選內(nèi)置dc-dc轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外

42、加負(fù)壓無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)工作溫度: 0 - +55 ,存儲(chǔ)溫度: -20 - +60 控制器接口信號(hào)說(shuō)明：如表3.6,3.7表3.6 rs和r/w的配合選擇決定控制界面的4種模式rsr/w功能說(shuō)明llmpu寫指令到指令暫存器（ir）lh讀出忙標(biāo)志（bf）及地址記數(shù)器（ac）的狀態(tài)hlmpu寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（dr）hhmpu從數(shù)據(jù)暫存器（dr）中讀出數(shù)據(jù)表3.7 e信號(hào)e狀態(tài)執(zhí)行動(dòng)作結(jié)果高低i/o緩沖dr配合/w進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高dri/o緩沖配合r進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低高無(wú)動(dòng)作 忙標(biāo)志:bf。bf標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況.bf=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù).b

43、f=0時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用status rd 指令,可以將bf讀到db7總線,從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。字型產(chǎn)生rom（cgrom）：字型產(chǎn)生rom（cgrom）提供8192個(gè)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。dff=1為開顯示（display on),ddram 的內(nèi)容就顯示在屏幕上，dff=0為關(guān)顯示（display off)。dff 的狀態(tài)是指令display on/off和rst信號(hào)控制的10。顯示數(shù)據(jù)ram（ddram）：模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)ram提供642個(gè)位元組的空間，最多可控制4行16字（64個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)ram時(shí)，可分別顯示

44、cgrom與cgram的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、cgram字型及cgrom的中文字型，三種字型的選擇，由在ddram中寫入的編碼選擇，在0000h0006h的編碼中（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）將選擇cgram的自定義字型，02h7fh的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于a1以上的編碼將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)位元組，組成兩個(gè)位元組的編碼形成中文字型的編碼big5（a140d75f），gb（a1a0-f7ffh）。 字型產(chǎn)生ram(cgram)：字型產(chǎn)生ram提供圖象定義(造字)功能, 可以提供四組1616點(diǎn)的自定義圖象空間，使用者可以

45、將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到cgram中，便可和cgrom中的定義一樣地通過(guò)ddram顯示在屏幕中。地址計(jì)數(shù)器ac11：地址計(jì)數(shù)器是用來(lái)貯存ddram/cgram之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來(lái)改變，之后只要讀取或是寫入ddram/cgram的值時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值就會(huì)自動(dòng)加一，當(dāng)rs為“0”時(shí)而r/w為“1”時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值會(huì)被讀取到db6db0中。光標(biāo)/閃爍控制電路：此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計(jì)數(shù)器的值來(lái)指定ddram中的光標(biāo)或閃爍位置。3.4.2 液晶顯示模塊電路液晶顯示模塊以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、模塊化、接口電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。液晶顯示模

46、塊分字符型和點(diǎn)陣型兩種,前者只能顯示常用的字符,點(diǎn)陣型液晶顯示模塊除顯示字符外還能顯示各種圖形和漢字。如圖3.6所示，為液晶顯示屏與單片機(jī)的連接電路圖。圖3.6 液晶顯示屏與單片機(jī)的連接電路3.5 鍵盤輸入模塊一般具有人機(jī)對(duì)話的單片機(jī)系統(tǒng)少不了會(huì)有鍵盤。本設(shè)計(jì)采用四個(gè)按鍵，最佳的接口方案是獨(dú)立式接法，即每一個(gè)i/o口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接地。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)i/o口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按下。我們將按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)i/o口，程序開始時(shí)將此i/o口置于高電平，平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)i/o口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此i/o口與地短路迫使i/o口為低電平。按鍵

47、釋放后，與單片機(jī)連接的上拉電阻使i/o口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查詢此i/o口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。值得注意的是，我們?cè)谟脝纹瑱C(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般在10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒級(jí)的單片機(jī)而言則是漫長(zhǎng)的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們必須去除或避開它。此處我采用軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方法是先查詢按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10200毫秒以避開抖動(dòng)，延時(shí)

48、結(jié)束再讀一次i/o口的值。按鍵分工，從左至右依次為1、2、3、4號(hào)按鍵，一號(hào)鍵模式鍵，二、三號(hào)鍵為加減鍵，4號(hào)鍵為上水鍵。r1r2r3r4an1an2an3an4vccp25p26p27p28圖3.7 鍵盤接口電路3.6 繼電器控制加熱電路在實(shí)際生活當(dāng)中，當(dāng)遇到室外光強(qiáng)不足（陰天、下雨）時(shí)，對(duì)水箱的水進(jìn)行電加熱是很必要的，所以在控制系統(tǒng)中引進(jìn)了繼電器加熱電路。加熱控制電路由單片機(jī)p1口的p0.7控制。通過(guò)單片機(jī)送給加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合，從而達(dá)到加熱的目的。光耦可以隔離輸入量與輸出量，在本設(shè)計(jì)中起到隔離單片機(jī)與電磁繼電器的作用。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出開鎖信號(hào)時(shí)，p0.7口為低電平，此時(shí)

49、光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管導(dǎo)通，接收三極管吸收光而導(dǎo)通，因此使繼電器處于常開端即加熱。當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，輸入端為高電平，電磁繼電器的中心抽頭由“常開”接到“常閉”，此時(shí)不加熱。加熱電路如圖3.8所示npnkrelay-spstoptoiso1220vvccrrvccnpnvccvccp07圖3.8 加熱程序電路圖3.7 水位檢測(cè)接口電路蓄水箱水位和溫度檢測(cè)部分是實(shí)現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié)，只有準(zhǔn)確地檢測(cè)出水位和溫度，才能通過(guò)軟件計(jì)算提前開始輔助加熱的預(yù)加熱時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)輔助加熱提前時(shí)間的精確計(jì)算，最好是采用連續(xù)液位傳感器，但考慮系統(tǒng)成本，本設(shè)計(jì)仍采用分段式液位傳感器(通過(guò)軟件來(lái)提高精度)，在水位顯示上

50、也仍采用分段顯示。水位檢測(cè)部分的硬件連接如圖所示。 圖3.9 水位檢測(cè)電路圖檢測(cè)原理如下：當(dāng)水箱中無(wú)水時(shí)，8個(gè)非門(由于設(shè)計(jì)需要，最后只完成6個(gè))均由1m歐姆電阻上拉成高電平， 所以圖中各“非”門(cd4069) 輸出均為低電平，led1 led8 均不亮。當(dāng)水位高于“非”門1 的輸入探針時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，使“非”門1 的輸入變?yōu)榈碗娖?，所以其輸出變?yōu)楦唠娖?，led點(diǎn)亮，依此類推。隨著水位的上升，各“非”門輸出相繼為高電平，led依次點(diǎn)亮。這里要注意的是上拉電阻不能選擇太小，因?yàn)樗碾娮柙?00k8 左右，所以上拉電阻選擇太小的話，將在水位升高時(shí)，無(wú)法把“非”門輸入端拉成低電平。實(shí)驗(yàn)表明，

51、 上拉電阻選擇在500k1m歐姆左右能很好地滿足電路的工作要求。為了使80c51 隨時(shí)能夠讀出當(dāng)前的水位情況，這里選用74l s244 作為狀態(tài)輸入緩沖器。通過(guò)74ls244把信息傳給單片機(jī)。3.8 水位控制電路加熱控制電路由單片機(jī)p1口的p0.6控制。通過(guò)單片機(jī)送給加熱執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作，達(dá)到上水的目的。光耦可以隔離輸入量與輸出量，在本設(shè)計(jì)中起到隔離單片機(jī)與電磁繼電器的作用。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出開鎖信號(hào)時(shí)，p0.6口為低電平，此時(shí)光耦內(nèi)部的的發(fā)光二極管導(dǎo)通，接收三極管吸收光而導(dǎo)通，因此使繼電器處于常開端即上水。當(dāng)輸入端為高電平，電磁繼電器的中心抽頭由“常開”接到“

52、常閉”，此時(shí)不上水。加熱電路如圖3.10所示npnkrelay-spstoptoiso1vccrrnpnvccp06vccvcc圖3.10 水位控制電路圖3.9 報(bào)警電路模塊方案一：9011的基極為高電平且兩個(gè)三極管均導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作，即報(bào)警。否則輸出低電平，不報(bào)警。報(bào)警電路如圖所示：q1npnr22ls1speakerp35圖3.11 報(bào)警電路圖方案二：該方案中采用簡(jiǎn)單的放大電路，信號(hào)通過(guò)7407驅(qū)動(dòng)器后即送給蜂鳴器，且報(bào)警聲音響亮，適合于報(bào)警，所以也實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。報(bào)警電路如圖所示。圖3.12報(bào)警電路二兩種方案都各有優(yōu)勢(shì)，綜合各方面因素考慮，此次設(shè)計(jì)采用方案一。第4章 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 keil uvision 3軟件環(huán)境單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，本系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計(jì)是在keil軟件環(huán)境中完成的。我們寫的c語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)閏pu可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于mcs-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的a51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，keil軟件是目前最流行開發(fā)51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持keil即可看出。