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簡易太陽能熱水器水溫測量裝置
摘要
隨著人們生活水平的提高，太陽能熱水器的使用已相當(dāng)普及。與之相配套的控制儀也相繼問世。然而，目前市場上的各種熱水器控制電路還與理想要求相差甚遠(yuǎn)。消費(fèi)者需要真正的“自動”控制，以實(shí)現(xiàn)使用的最簡單化。但與之配套的控制器卻還一直處于研究和開發(fā)階段，為解決水溫水位的自動控制問題，本電路專門設(shè)計(jì)了水溫的實(shí)時監(jiān)測，并在設(shè)計(jì)中，將水位多級化，實(shí)現(xiàn)更精確的測量。
本次設(shè)計(jì)運(yùn)用AT89C52單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種自動控制電路，該電路用于太陽熱水器。當(dāng)或者更多點(diǎn)的液位檢測。這篇論文詳細(xì)介紹了基使用熱水器時，可以自動進(jìn)行溫度檢測和液位檢測，使太陽能自動補(bǔ)水或排水，真正做到最簡單化。并且該電路易于擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的溫度檢測，于單片機(jī)的太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)組成、硬件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；自動控制；太陽能熱水器；溫度檢測; 水位檢測
Solar water heater control circuit design
ABSTRACT
With the improvement of living standard, the use of all water heaters have been very popular. Matched with the control device is also one after another. However, the current market a variety of water heater control circuit is also far from the ideal requirement. Consumers need to really "automatic" control, in order to achieve the most simplistic use. but are still accompanying controller has been in research and development phase, To solve the temperature and water level control problems, this circuit specifically designed for real-time monitoring of water temperature, and in the design, Multi-level of the water level to achieve more accurate measurements.
???? Wood plays designed using AT89C52 microcontroller, the design of a control circuit, the circuit for the solar water heater. When using the heater, it will automatically detect the temperature and liquid level detection, the solar auto-replenishment, or drainage, truly the most simplistic. And easy to extend this circuit can achieve multi-point temperature measurement, level detection or more points. This paper introduces the microcontroller-based automatic control system for solar water heater composed of??hardware design.
Keywords: microcontroller; control; solar water heater; temperature detection ; level detection
目 錄
前 言 1
第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3
1.1設(shè)計(jì)原理 3
1.2方案論證 3
第二章硬件電路設(shè)計(jì) 5
2.1基本原理框圖 5
2.1.1太陽能熱水器控制裝置主要組成 5
2.1.2太陽能熱水器控制裝置的工作原理 5
2.2各部分電路原理 6
2.2.1最小系統(tǒng) 6
2.2.2顯示電路 9
2.2.3按鍵電路 11
2.2.4蜂鳴器電路 11
2.2.6液位檢測電路 13
2.2.7溫度檢測電路 15
2.2.8電源電路 16
第三章軟件設(shè)計(jì) 18
3.1 軟件分析 18
3.2 I/O口分配 18
第四章 實(shí)現(xiàn)功能 20
4.1 液位檢測 20
4.2溫度檢測 20
4.3可擴(kuò)展功能 20
結(jié) 論 21
謝辭 22
參考文獻(xiàn) 23
附錄一程序 24
外文資料翻譯 37
49
前 言
l.太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場競爭分析
在全球能源形勢緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求的可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢地位。太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢，成為關(guān)注重點(diǎn)。在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也較光伏電池、太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。
太陽能熱水器己成為我國第一個實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可再生能源產(chǎn)業(yè)。自1998年起，中國就成為太陽能熱水器第一大制造和消費(fèi)的市場，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為一個重耍的產(chǎn)業(yè)。目前，太陽能熱水器與電、燃?xì)鉄崴魅譄崴魇袌?，是可再生能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的第一個商業(yè)化的產(chǎn)品。2007年，我國太陽能熱水器年產(chǎn)量達(dá)2340萬平方米，比2006年同期增長 30%；總保有量達(dá)10800萬平方米，比2006年同期增長20%。市場銷售額約為320億元人民幣。
但是與之相配套的太陽能熱水器控制系統(tǒng)卻一直處在研究與開發(fā)階段。市而上絕大多數(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，只具有溫度顯示功能，不具有液位顯示功能。并且當(dāng)水位加到一定的程度的時候也沒有什么措施，只能通過手動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)，解決了目前市而上太陽能熱水器控制系統(tǒng)存在的問題。
2．太陽能熱水器的應(yīng)用及意義
太陽能熱水器應(yīng)用較好的同家有西班牙、以色列、意大利、希臘、德同、荷蘭、澳大利亞、日本、美過等國家。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。
日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，我國己成為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)識到太陽能熱利用投資少、見敬效快、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)太陽能洗浴系統(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。
第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)原理
太陽能熱水器自動控制電路采用AT89S52單片機(jī)作為控制核心，外圍加蜂鳴器控制電路、數(shù)碼顯示電路、水位檢測電路、電機(jī)控制電路、按鍵電路、溫度檢測電路等。數(shù)碼管實(shí)時切換顯示當(dāng)前溫度與當(dāng)前液位，當(dāng)液位過高時，蜂鳴器報(bào)警，并且電機(jī)反轉(zhuǎn)模擬排水過程；當(dāng)液位過低時，蜂鳴器報(bào)警，并且電機(jī)正轉(zhuǎn)模擬進(jìn)水過程。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，成本低，性能優(yōu)良，具有一定的穩(wěn)定性和實(shí)用性。
1.2方案論證
太陽能熱水器自動控制裝置有多種方案。
(1)方案一
在單片機(jī)學(xué)習(xí)課程中，就遇到過一種方案，我們稱其為方案一。它通過三極管的導(dǎo)通截止特性來判斷液位的位置，并且可以通過按鍵切換檢測壓力。但是在過程中只能檢測三點(diǎn)，雖然可以擴(kuò)展，但是占了太多的I/O口，容易造成資源的浪費(fèi)。而且僅顯示單元就占用了12個I/O口，同樣屬于資源浪費(fèi)。
在電機(jī)電路設(shè)計(jì)方面，方案一采用的三極管的導(dǎo)通截止來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，雖然設(shè)計(jì)簡單，但是過多的使用三極管以及二極管類的元器件，也會使成本升高。而且，既然是太陽能熱水器的自動控制裝置，那么必不可少的就是溫度的檢測，而方案一中卻忽略了這點(diǎn)，造成了最大的殘缺。
(2)方案二
方案二主要解決了方案一中資源浪費(fèi)及過于使用分立元件的缺陷。
在液位檢測方面，通過利用兩片CD4051芯片，它相當(dāng)于一個單刀八擲開關(guān)，當(dāng)INH禁止端為低電平即“0”時，開關(guān)接通哪一通道由輸入的3位地址碼ABC來決定。這樣就簡單的解決了16個點(diǎn)檢測的問題，并且在最大程度上減少了I/O口的使用。僅使用了8個
I/O口即可控制16個點(diǎn)的檢測，如果是方案一 ，則需要使用16個I/O口。
方案一中4位數(shù)碼管顯示電路的斷碼與位碼就使用了12個I/O 口，而在方案二中，使用了74LS164芯片，它是8位移位寄存器，只要給一個脈沖便傳送一位數(shù)據(jù)。僅使用了2個I/O口便控制了5位數(shù)碼管的顯示，由于使用74LS164芯片中會遇上消隱的問題，所以在方案二中，通過硬件電路配合軟件的方法很好的解決了消隱的問題，顯示非常的穩(wěn)定。顯示出了新方案的優(yōu)勢。
方案二中電機(jī)驅(qū)動電路使用的是FAN8200，驅(qū)動的一個雙相電機(jī)驅(qū)動電路。該電路非常簡單，它幾乎不需要外圍元器件．只要將來自于微處理器的方法控制信號從器件的輸入端和觸發(fā)使能端送入FAN8200便可可靠地對雙相電機(jī)進(jìn)行控制操作，使其正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。省去了分立元件，使整個電路看起來清晰簡單。
在方案二中還解決了方案一中不能檢測溫度缺點(diǎn)，使用了先進(jìn)的DS18B20芯片，DS188B20數(shù)字溫度傳感器是Dallas公司生產(chǎn)的l- Wire，即單總線器件，具有線路簡單、體積小的特點(diǎn)。因此用他組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在1根通信線可以掛很多這樣的數(shù)字溫度傳感器，十分方便。
(3)方案選擇
通過上述兩個方案的比較，便能發(fā)現(xiàn)方案二設(shè)計(jì)的電路比方案一的電路有極大的優(yōu)勢，性能全面，使用方便，而且簡單、穩(wěn)定。故選擇方案二。
第二章硬件電路設(shè)計(jì)
2.1基本原理框圖
2.1.1太陽能熱水器控制裝置主要組成
由 CPU、顯示電路、按鍵電路、蜂鳴器電路、電機(jī)電路、液位檢測電路、溫度檢測電路、電源電路組成，如圖一
CPU
蜂鳴器電路
電機(jī)電路
電源電路
按鍵電路
液位檢測電路
顯示電路
溫度檢測電路
圖2-1原理框圖
2.1.2太陽能熱水器控制裝置的工作原理
接通電源后，顯示當(dāng)前水位，水位被分為16個點(diǎn)。并且，顯示當(dāng)前溫度。液位顯示與溫度的顯示切換進(jìn)行。當(dāng)水位顯示低于或等于1時，蜂嗚器報(bào)警，并且電機(jī)正轉(zhuǎn)，表示進(jìn)水：當(dāng)水位顯示高于或等于15時，蜂鳴器報(bào)警，并且電機(jī)反轉(zhuǎn)，表示排水。液位檢測利用CD4051
2.2各部分電路原理
2.2.1最小系統(tǒng)
太陽能熱水器控制電路數(shù)控部分采用AT89S52單片機(jī)作為控制核心。AT89S52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存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)叫編程，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AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52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，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器／計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至OHz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停止上作，允許RAM、定時器／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，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一。切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash AT89S52。
①PO口: PO口是一個8位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對PO端口寫“1”時，引腳用作高阻且抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址／數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，PO具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，PO口也用來接收指令字節(jié)；存程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。
②Pl口：Pl口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對Pl端口寫“l(fā)”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流( IIL)。此外，Pl.0和P1.2分別作定時器／計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(Pl.O/T2)和時器／計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入( Pl.l/T2EX)，具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時，Pl口接收低8位地址字節(jié)。
引腳號第二功能：
Pl.O /T2（定時器／計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時鐘輸出；
Pl.l /T2EX（定時器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉／重載觸發(fā)信號和方向控制）；
P1.5 /MOSI（在系統(tǒng)編利用）；
P1.6 /MISO（在系統(tǒng)編程用）：
P1.7 /SCK（在系統(tǒng)編程用）：
③P2口: P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入口使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。
在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX @DPTR)時，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l。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。
在flash編程和校驗(yàn)時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。
④P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“l(fā)'，時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流( IIL)。
P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能如表一所示）使用，在flash編程和校驗(yàn)時，P3口也接收一些控制信號。
表2-1
端口引腳
第二功能
P3.0/RXD
（串行輸入口）
P3.1/TXD
（串行輸出口）
P3.2/INTO
（外中斷0）
P3.3/INT1
（外中斷1）
P3.4/TO
（定時/計(jì)數(shù)器0）
P3.5/T1
(定時/計(jì)數(shù)器1)
P3.6/WR
(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)
P3.7/RD
(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)
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。
⑤RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。
⑥ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器
時將跳過個ALE脈沖。
對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要，可以通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的DO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，該引腳會被微弱拉高，單
片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。
⑦PSEN程序儲存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器刷期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期問，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。
⑧EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為OOOOH-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)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。
FLASH存儲器編程時，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。
所謂最小系統(tǒng)就是指由單片機(jī)和一些基木的外同電路所組成的一個可以工作的單片機(jī)系統(tǒng)。一般來說，它包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。
①晶振電路：AT89S52片內(nèi)有一個由高增益反相放大器構(gòu)成的振蕩電路。XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入輸出端。其振蕩電路有兩種組成方式：片內(nèi)振蕩器和片外振蕩器。
②復(fù)位電路：在RST輸入端出現(xiàn)高電平時實(shí)現(xiàn)復(fù)位和初始化。
最小系統(tǒng)電路 如圖一所示
圖2-1 最小系統(tǒng)
2.2.2顯示電路
顯示部分有兩種方案可供選擇；一種是采用LCD液品顯示，該方案具有低壓微功耗、平板型結(jié)構(gòu)、顯示的信息量大、無電磁輻射、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但是本設(shè)計(jì)要求顯示的數(shù)據(jù)量小，不能發(fā)揮其顯示內(nèi)容豐富的優(yōu)點(diǎn)，同時占用I/O口線較多。第二種方案采用LED數(shù)碼管顯示，該方案具有實(shí)現(xiàn)容易、發(fā)光亮度大、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，其可靠性也優(yōu)于LCD的顯示，所以，我們通過比較，選用第二種方案數(shù)碼管顯示。
由6個數(shù)碼管和6個74LS164組成，采用串行靜態(tài)顯示的方法。將數(shù)碼管的8個輸入端與74LS164的輸出端QO-Q7相連。Pl.0和74LS164的CLK連接，作為時鐘；P1.4接74LS164的A端，作為顯示數(shù)據(jù)的輸入端。顯示電路如圖二所示。
圖2-2 顯示電路
74LS164原理：74LS164是一塊14個引腳雙面直插式芯片，它的工作電源比較寬，可以是3V至12V的電壓；它工作的頻率范圍也比較寬，從0～5MHz都能正常工作。它是一個串行輸入，并行輸出的移位寄存器，并帶有清除端的IC芯片，它為8位串入并出移位寄存器，1、2為串行輸入端，Qo～Q7為并行輸出端，CLK為移位時鐘脈沖，上升沿移入一位；MR為清零端，低電平足并行輸出為零。VCC與GND為工作電源腳；它一般正常工作電壓為+5V。CLR (/MR)端：為清除端，當(dāng)此引腳為低電平時，使得74LS164輸出全部為0；CLK端：時鐘脈沖輸入端，在CP脈沖的上升沿的作用下實(shí)現(xiàn)移位，在CLK為0，芯片不工作；CLR為1時，74LS164保持原始狀態(tài)不發(fā)生變化。
但是使用74LS164串顯會出現(xiàn)消隱的問題。為了消除消隱，那么就必須在硬件上與軟件上結(jié)合米消除消隱的問題。消隱電路如圖三所示。軟件上，在傳數(shù)據(jù)時，先傳一個高電平，直到數(shù)據(jù)傳完再傳送一個低電平即可。
圖2-3 消隱電路
2.2.3按鍵電路
鍵按下后，進(jìn)行溫度及液位檢測的切換，也可不使用。按鍵電路如圖四所示。
圖2-4 按鍵電路
2.2.4蜂鳴器電路
以Q51的基極作為蜂鳴器控制信號的輸入端與單片機(jī)I/O口相連，主要有蜂鳴器、9013與9014兩個三極管及5.1K偏置電阻組成。當(dāng)輸入端為高電平時，Q51導(dǎo)通，Q52截止，蜂鳴器回路開路，蜂嗚器不響；當(dāng)輸入端為低電平時，Q51截止，Q52導(dǎo)通，蜂鳴器回路閉合，蜂嗚器發(fā)出響聲。蜂鳴器電路如圖五所示
圖2-5 蜂鳴電路
2.2.5電機(jī)電路
控制信號從IN端輸入并經(jīng)前級緩沖后送入片內(nèi)控制器，然后由控制部分處理并驅(qū)動晶體管，最后由 OUT端輸出方被信號以控制電機(jī)的運(yùn)行。觸發(fā)使能端口(CE)的作用是分別對兩個通道的輸出進(jìn)行控制，當(dāng)CE端為低電平時，無論有無輸入控制信號，，輸出端OUT始終呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，要使FAN8200控制器輸出工作正常，器件的觸發(fā)使能端必須為高電平。當(dāng)CE為高電平時，IN1為1時，電機(jī)正轉(zhuǎn)；IN1為0時電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)電路如圖六所示。
圖2-6 電機(jī)電路
2.2.6液位檢測電路
液位檢測控制電路，由兩片CD4051與CD4066構(gòu)成，但是由于考慮到成本并且所設(shè)計(jì)的電路I/O口使用并不是太多，所以，可以將CD4066省略，僅僅用兩片CD4051即可實(shí)現(xiàn)功能。它是一種單片、COMS、8通道開關(guān)。該芯片由DTL/TTL-COMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選l譯碼器輸入，分別加上控制的8個COMS模擬開關(guān)TG組成。
例如當(dāng)檢測到液位在端點(diǎn)4位置時，0、1、2、3、4點(diǎn)被沒過，與公共端之間形成水電阻，由于水電阻阻值非常的小，所以這幾點(diǎn)的電平被拉低。此時就可以確定在ABC點(diǎn)讀到的數(shù)為“100”此時就可以通過單片機(jī)計(jì)算得出液位的高度。液位檢測電路如圖七所
圖2-7 液位檢測電路
2.2.7溫度檢測電路
溫度檢測電路有兩種方案可供選擇。第一種是采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。
鈾的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價格貴．溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測溫范圍-200—650℃，百度電阻比W (100) =1.3850時，RO為100和10，其允許的測量誤差A(yù)級為±(0.15℃+0.002)，B級為±(0.3℃+0.005)。
銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于捉純和加工;但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用-50—80℃測溫。
第二種是采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。它是DALLAS公司牛產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（提供9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。它具有3引腳T0-92小體積封裝形式，溫度測量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9位-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與多個DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上|特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇第二種方案。DS18B20硬件電路的鏈接非常簡單，僅一根電源線，一根地線和一根數(shù)據(jù)線即可。溫度檢測電路如圖八所示。
圖2-8 溫度檢測電路
2.2.8電源電路
由于電源電壓為5V，所以電路中省去了穩(wěn)壓電源部分的電路，直接使用電源電壓即可。在電源與地之間加濾波電容，穩(wěn)定輸入到芯片上的電源電壓。電源電路如圖九所示。
圖2-9 電源電路
第三章軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件分析
太陽能熱水器控制電路設(shè)計(jì)的軟件部分由主程序、檢測溫度子裎序、壓縮16進(jìn)制數(shù)變成壓縮10進(jìn)制數(shù)子程序、壓縮10進(jìn)制數(shù)變成非壓縮十進(jìn)制數(shù)子程序、代碼變段碼碼子程序、顯示子程序、液位檢測子程序以及延時子程序組成。在平時編程中，用C語言編寫程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，但是匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時間。不論是什么語言，始終是要被電腦轉(zhuǎn)換成C語言進(jìn)行執(zhí)行的。所以，在此次設(shè)計(jì)中，編程采用的是匯編語。
3.2 I/O口分配
表3-1
I/O口
P3.0
P3.1
P3.3
P1.5
P1.1
分配
74LS164數(shù)據(jù)端
74LS164時鐘
電機(jī)轉(zhuǎn)向控制端
蜂鳴器控制端
4051-A
I/O口
P1.2
P1.3
P1.4
P1.6
P1.7
分配
4051-B
4051-C
4051-INH
K1
K2
3.3軟件流程圖
開始
初始化
顯示當(dāng)前水位
顯示當(dāng)前水位
延時一段時間
顯示當(dāng)前檢測的溫度
水位處于高于15低于2
水位高于15點(diǎn)
水位低于2點(diǎn)
蜂鳴器報(bào)警
電機(jī)反轉(zhuǎn)
蜂鳴器報(bào)警
電機(jī)正轉(zhuǎn)
Y
N
Y
Y
N
第四章 實(shí)現(xiàn)功能
4.1 液位檢測
將水尺放進(jìn)水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。最低點(diǎn)水位為1，最高點(diǎn)水位為16。當(dāng)水位低于點(diǎn)2時，顯示H02的同時峰嗚器響，電機(jī)正轉(zhuǎn)，模擬進(jìn)水過程；直到水位高于點(diǎn)2后，蜂嗚器停止發(fā)聲，電機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)高于水位點(diǎn)l5時，顯示H 15的同時蜂鳴器響，電機(jī)反轉(zhuǎn)，模擬排水過程；直到水位低于點(diǎn)15后，蜂嗚器停止發(fā)生，電機(jī)不轉(zhuǎn)。
4.2溫度檢測
實(shí)時監(jiān)測當(dāng)前溫度，與水位切換顯示。例如顯示為C 27.6。
4.3可擴(kuò)展功能
液位可以擴(kuò)展為更多點(diǎn)的測量，以保證測量的準(zhǔn)確。溫度亦可，只需要多加幾個I/O，邊可以檢測多點(diǎn)的溫度，使用非常簡單。
結(jié) 論
水，是一切生命的源泉，是地球萬物生存的基礎(chǔ)，它使地球萬物欣欣向容．但是，地球上的水資源正在不斷減少，據(jù)調(diào)查：占世界人口40%的80個國家正面臨著水危機(jī)，發(fā)展中國家約有10億人喝不到清潔的水，17億的人沒有良好的衛(wèi)生設(shè)施．每年約有2500萬人死于飲用不清潔水．我國的水資源也相當(dāng)短缺，人均水資源擁有量是世界人均水資源擁有量的1/5，許多城市己嚴(yán)重缺水．華北地區(qū)由于過度引用地下水，己造成嚴(yán)重的地面下沉現(xiàn)象．水資源短缺己成為當(dāng)今世界要而臨的重人問題。
如果一廣人家溢出一些水，那么千家萬廣溢出的水加起來，浪費(fèi)的水就不是一個小數(shù)目了，所以考慮設(shè)計(jì)一個自動補(bǔ)水排水的裝置，來節(jié)約用水。本設(shè)計(jì)成本低，易使用。
在設(shè)計(jì)過程中，將所學(xué)的專業(yè)理論知識與實(shí)際開發(fā)實(shí)際結(jié)合起來，理論聯(lián)系實(shí)際，提高了專業(yè)技能。人量查閱資料，對專業(yè)知識有了更深入的理解和認(rèn)識，擴(kuò)展了知識面，從課題立項(xiàng)、方案論證、理論設(shè)計(jì)、線路圖繪制、制版設(shè)計(jì)到電路焊接與訓(xùn)試，全而了解和掌握了課題開發(fā)的基礎(chǔ)方法和步驟，使用了單片機(jī)原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、Protel 99se制圖技術(shù)等專業(yè)技能。并在原有的計(jì)算機(jī)理論于操作的基礎(chǔ)上，鞏固了對辦公軟件的應(yīng)用，為以后的實(shí)際工作打下了良好的基礎(chǔ)。
本產(chǎn)品有以下特點(diǎn)：可靠性高、成本較低、制作簡單、體積小、重量輕、消耗小、易于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操作方便，只要上電，便可自動控制，實(shí)用性強(qiáng)，不容易損壞；適應(yīng)性廣，不但適用太陽能熱水器，可以應(yīng)用于各種需要控利制抽水的地方，如自來水儲水箱。但是由于其功能還是有所局限，所以仍有需要改進(jìn)的地方。
謝 辭
在設(shè)計(jì)期間，梁老師為我提供了論文的種種要求以及答辯時所遇到的各種問題。梁老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動，沒有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向梁老師表示深深的感謝和崇高的敬意！
在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
同時，在設(shè)計(jì)過程中，我還參考了有關(guān)的書籍，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。
我最后還要感謝同組的各位同學(xué)以及我的各位室友，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！
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附錄一程序
：標(biāo)志
：32H水位標(biāo)志
：BAOZHI BIT 33H;顯示標(biāo)志；33H=O顯水位，33H=1顯湍度
：DINGS BIT 34H;34H=O定時，34H=1計(jì)數(shù)
；alarmflag BIT 24H;蜂鳴器報(bào)警標(biāo)志
：74164A BIT P3.0;164數(shù)據(jù)端
：CLK BIT P3.1;164時鐘
：CE BIT Pl.5;電機(jī)控制端為l
：Ml BIT P3.3;P3.3=1電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之反轉(zhuǎn)。
：SPK BIT P3.5;蜂嗚器控制
：LA BIT Pl.1;4051點(diǎn) A
：LB BIT Pl.2;4051點(diǎn)B
：LC BIT Pl.3;4051點(diǎn)C
：40511NH BIT Pl,4;4051的INH端
：Kl BIT Pl.6;按鍵l（水位檢測狀態(tài)）
：K2 BIT Pl.7;按鍵2（溫度檢測狀態(tài)）
ORG OOOOH
LJMP MAIN
ORG 0100H
MAIN: MOV SP,#60H
CLR Pl.5;電機(jī)不轉(zhuǎn)
MM3: MOV 50Hj#20H;水位顯示時長
MM33: LCALL SWEI:水位檢測
DJNZ 50H,MM33
LCALL XIANC;顯 C
SJMP MM1
MMl: MOV 50H,#10H;湍度顯示時長
MM2： LCALL WDCJ;溫度檢測
DJNZ 50H,MM2
LCALL XIANH;顯H
SJMP MAIN
WDCJ: LCALL GET_TEMP;采集溫度值以16進(jìn)制數(shù)，低位放R7，高位放R6
CHENGFA: MOV R3,#0AH;0AH乘以溫度值R7R6，結(jié)果在R2R3R4R5中，R2最高字節(jié)
MOV R2,#00H
LCALL MULD
CHUFA: MOV R6,#00H;被除數(shù)在R2R3R4R5中，R2最高字節(jié)，除數(shù)在R6R7, R6高字節(jié)，結(jié)果在R2R3。
MOV R7,#10H
MOV R2,#00H
MOV R3,#00H
LCALL DIVD
MOV 20H，R3;R3低字節(jié)
MOV 21H,R2
ACALL YASO;壓縮16進(jìn)制數(shù)變成壓縮10進(jìn)制數(shù)
ACALL Lll;壓縮·一非壓縮
ACALL DAIM;代碼一一段碼
ACALL XIAN; 顯示
LCALL XIANC
LCALL XIAOSH
LCALL DEL2
RET
GET TEMP:CLR PSW4
CLR PSW3;設(shè)置工作寄存器當(dāng)前所在的區(qū)域
CLR EA;使用DS1820一定要禁止任何中斷產(chǎn)生
LCALL INT：調(diào)用初始化子程序
MOV A．#0C,CH
LCALL WRITE ：送入跳過ROM命令
MOV A,#44H
LCALL WRITE：送入湍度轉(zhuǎn)換命令
LCALL INT：溫度轉(zhuǎn)換完全，再次初始化DS1820
MOV A,#0CCH
LCALL WRITE：送入跳過ROM命令
MOV A,#OBEH
LCALL WRITE：送入讀溫度暫存器命令
LCALL READ
MOV R7,A ：讀出溫度值低字節(jié)存入R7
LCALL READ
SETB EA
RET
INT: CLR EA ：初始化DS1820
LO: CLR P3.4 ：DS1820總線為低復(fù)位電平
MOV R2,#200
L1： CLR P3.4
DJNZ R2,LI ；總線復(fù)位電平保持400US
SETB P3.4 ：釋放DS1820總線
MOV R2,#200
L4: DJNZ R2,L4 ：釋放DSI820總線保持60US
CLR C；清存在信號
ORL C,P3.4
JC LO;存在嗎？不存在則重新來。
MOV R6,#80H
L5: ORL C,P3.4
JC L3
DJNZ R6,L5
SJMP L0
L.3: MOV R2,#240
L.2: DJNZ R2,L2
RET
WRITE:CLR EA
MOV R3,#8
WRl: SETB P3.4
MOV R4,#8
RRC, A
CLR P3.4
WR2: DJNZ R4,WR2
MOV P3.4 ,C
MOV R4,#20
WR3: DJNZ R4,WR3
DIFNZ R3,WRl
SETB P3.4
RET
READ: CLR EA
MOV R6，#8；連續(xù)讀8個BIT
REl: CL.R P3.4；改前總線保持為低
MOV R4,#4
NOP
SETB P3.4；開始讀，總線釋放
RE2: DJNZ R4,RE2;持續(xù)8US
MOV C,P3.4；從DS1820總線讀得一個BIT
RRC, A;
MOV R5j#30
RE3: DJNZ R5,RE3;持續(xù)60US
DJNZ R6,REI;讀下一個BIT
SETB P3.4；重新釋放DS1820總線
RET
YASO: MOV RO, #20H;壓縮16迸制數(shù)變成壓縮10進(jìn)制數(shù)
MOV R7, #02H
MOV Rl, #28H
LC,ALLLY1
RET
LYl: MOV A, RO
MOV R5,A
MOV A, Rl
MOV R6,A
MOV A, R7
INC A
MOV R3,A
CLR A
LY2.: MOV @Rlj A
INC, Rl
DINZ R3, LY2
MOV A, R7
MOV B, #08H
MUL AB
MOV R3, A
LY3: MOV A,R5
MOV RO, A
MOV A, R7
MOV R2, A
CLR C
LY5: MOV A,@R0
RLC A
MOV @R0, A
INC R0
DJNZ R2, LY5
MOV A, R6
MOV Rl, A
MOV A, R7
MOV R2, A
INC R2
LY4: MOV A, @Rl
ADDC A, @RI
DA A
MOV @Rl,A
INC Rl
DJNZ R2, LY4
D.JNZ R3, LY3
RET
L11: MOV Rl,#10H;li縮10進(jìn)制數(shù)變成非壓縮十進(jìn)制數(shù)
MOV R2,#03H
MOV R0,#28H
L12: MOV A, @R0
ANL A, #0FH
MOV @R1jA
INC Rl
MOV A, Ca)R0
SWAP A
ANL A, #0FH
MOV @RljA
INC R0
INC Rl
DJNZ R2, L12
RET
DAIM: MOV R2,#05H;代碼變段碼碼
MOV R0, #10H
MOV Rl, #20H
L12F: MOV A,@R0
ADD A, #06H
MOVC, A, @A+PC,
MOV @Rl, A
INC R0
INC Rl
DJNZ R2, L12F
RET
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
DB 00H,40H,73H,03H,18H,23H,1CH,3DH,76H,0FH,1EH,38H
XIAN: CLR P3.2
MOV R0, #20H;．顯示
MOV R2,#05H
LPl: MOV Rl,#08H
MOV A,@RO
LP2: RLC A
MOV P3.O,C
CLR P3.1
SETB P3.1
DJNZ Rl,LP2
INC RO
DJNZ R2,LPI
SETB P3.2
RET
DEL: MOV R5,#14H
Y3: MOV R6,#0FFH
Y2: MOV R7,#h0FFH
Yl: DJNZ R7,Y1
DJNZ R6, Y2
DJNZ R5,Y3
RET
XIAOSH: MOV A,21H;小數(shù)點(diǎn)程序
ORL A, #S0H
MOV 21H,A
LCALL XIAN
RET
LBB: MOV A,#10H；清顯示
MOV R0, #10H
MOV R2,#05H
LBl: MOV @R0,A
INC. R0
DJNZ R2, LB1
RET
BEING: MOV 10H,#10H
MOV 11H,#10H
MOV 12H,#10H
MOV 13H,#10H
MOV 14H,#18H
ACALL DAIM;代碼一段碼
ACALL XIAN; 顯示
RET
XIANC :;MOV 10H,#10H
;MOV 11H,#10H
;MOV 12H:#10H
MOV I3H7#10H
MOV 14H,#0CH
ACALL DAIM;代碼一段碼
ACALL XIAN; 顯示；
RET
MULD: MOV A,R3；雙字節(jié)乘法子程
MOV B,R7
MUL AB
MOV R4,B
MOV R5,A
MOV A,R3
MOV B,R6
MUL AB
ADD A,R4
MOV R4,A
CLR A
ADDC A,B
MOV R3,A
MOV A,R2
MOV B,R7
MUL AB
ADD A,R4
MOV R4,A
MOV A,R3
ADDC A,B
MOV R3,A
CLR A
RLC A
XCH A,R2
MOV B,R6
MUL AB
ADD A,R3
MOV R3,A
MOV A,R2
ADDC A,B
MOV R2,A
RET
DIVD: CLR C；雙字節(jié)除法子群
MOV A,R3
SUBB A,R7
MOV A,R2
SUBB A,R6
JC DVD1
SETB OV
RET
DVDl: MOV B,#10H
DVD2: CLR C
MOV A,.R5