基于AT89C52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、 河南大學2010屆本科畢業(yè)論文 基于at89c52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)the control system of the solar energy water-heater based on at89c52論文作者姓名： 作 者 學 號： 所 在 學 院：計算機與信息工程學院 所 學 專 業(yè)：自動化 導師姓名職稱：杜海順（副教授） 論文完成時間：2010年5月20日 2010年5月20日 河南大學2010屆畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）開題報告（由學生本人認真填寫）學號06023103姓名楊萍導師姓名職稱杜海順（副教授）開題時間2009年12月1日課題題目基于at89c52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)課

2、題來源導師指定 自定 其他來源課題的目的、意義以及和本課題有關的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析：1、目的：近些年來，太陽能的開發(fā)和利用已越來越受到人們的重視和青睞，因為節(jié)能、環(huán)保、使用方便等因素，太陽能熱水器發(fā)展速度更是迅猛。安裝太陽能熱水器已成為房產(chǎn)開發(fā)商售房的誘人條件之一。在農(nóng)村，隨著農(nóng)民生活水平的提高，太陽能熱水器漸漸成為必備的家用裝置。所以，普通太陽能熱水器每次使用前需排水；不可缺水，空曬情況下上水會爆炸；冬天水溫不夠，需用電等問題急需解決。本設計通過單片機at89c52控制a/d轉換芯片、發(fā)光二極管、led驅動芯片實現(xiàn)熱水器液位及溫度檢測和顯示，并實現(xiàn)相應控制。使用戶省心，使用方便，智能運行，用戶不

3、必做任何操作。2、意義：解決太陽能熱水器現(xiàn)存的一些問題，實現(xiàn)一定程度的智能控制，方便用戶，安全高效。3、現(xiàn)狀：進入二十一世紀以來，隨著生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)技術的發(fā)展，人們對產(chǎn)品的要求越來越高。而隨著新型電子技術和微型計算機的廣泛應用與普及, 單片機控制系統(tǒng)以其控制精度高, 性能穩(wěn)定、可靠, 設置操作方便, 造價低等特點, 被應用到太陽能熱水器的控制中來，增強了系統(tǒng)的可視性, 使得溫度及液位檢測和顯示系統(tǒng)更加智能化、人性化。研究目標、研究內(nèi)容和準備解決的問題：1目標：通過設計一個基于at89c52的太陽能熱水器的溫度和液位顯示及簡單的控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)一定程度的智能控制，方便用戶使用。2內(nèi)容：利用集成

4、溫度傳感器ds18b20和液位傳感器lm1042分別進行溫度檢測和液位檢測后，將檢測到的信息傳送給單片機，單片機經(jīng)過相應的處理控制電磁閥的開啟及溫度和液位的顯示。3準備解決的問題：如何實現(xiàn)溫度及液位的顯示，如何實現(xiàn)智能上水、缺水上水和手動上水的功能，如何實現(xiàn)輸水管道排空水控制，在水箱上水或洗浴完畢后自動把上水管道內(nèi)的水排出。開題報告擬采取的方法、技術或設計（開發(fā)）工具：軟件環(huán)境：單片機端的程序開發(fā)環(huán)境采用keil uvision3，開發(fā)語言是keil c51。硬件環(huán)境：硬件電路原理圖用protel 99se繪制。預期成果：1畢業(yè)設計成果太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設計2畢業(yè)論文進度計劃：2009.1

5、2.1 - 2010.3.5： 查找資料、搜集相關素材2010.3.6 - 2010.3.26：完成需求分析2010.3.27 - 2010.4.7： 完成概要設計2010.4.8 - 2010.4.15：完成詳細設計2010.4.16 - 2010.4.28：完成編碼2010.4.29 - 2010.5.4： 完成軟件測試2010.5.5 - 2010.5.15：整理資料、撰寫畢業(yè)論文2010.5.16 - 2010.5.20：根據(jù)導師要求，完善畢業(yè)設計和論文指導教師對選題報告的意見：指導教師簽名： 2009年12月1日開題報告河南大學2010屆畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）任務書題目名稱 基于at

6、89c52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)學院計算機與信息工程學院學生姓名楊萍所學專業(yè)自動化學號06023103畢業(yè)論文(設計、創(chuàng)作)要求1. 可行性分析：完成系統(tǒng)的技術可行性分析2. 系統(tǒng)設計：對系統(tǒng)中用到的關鍵技術進行初步設計3. 程序開發(fā)與調(diào)試：具體進行項目的開發(fā)4. 撰寫論文：完成論文撰寫畢業(yè)論文(設計、創(chuàng)作)進度安排2009.12.1 - 2010.3.5： 查找資料、搜集相關素材2010.3.6 - 2010.3.26：完成需求分析2010.3.27 - 2010.4.7： 完成概要設計2010.4.8 - 2010.4.15：完成詳細設計2010.4.16 - 2010.4.28：完成編碼

7、2010.4.29 - 2010.5.4： 完成軟件測試2010.5.5 - 2010.5.15：整理資料、撰寫畢業(yè)論文2010.5.16 - 2010.5.20：根據(jù)導師要求，完善畢業(yè)設計和論文需收集的資料和指導性參考文獻1 鄭郁正.單片機原理及應用.四川大學出版社.2003.2 求是科技.單片機典型模塊設計實例導航(第2版).人民郵電出版社.20083 王慶. protel 99 se&dxp電路設計教程(附盤).電子工業(yè)出版社.20064 康華光.電子技術基礎模擬部分.高等教育出版社.1999.5 譚浩強.c程序設計（第二版）.清華大學出版社.19996 基于nsp處理器的太陽能熱水器智

8、能控制系統(tǒng).德州學院學報第23卷第6期.2007年12月7 基于數(shù)字溫度傳感器ds18b20的分布式測溫系統(tǒng)的設計.吉林化工學院學報.第20卷 第3期.2003年9月8 指導教師簽名：2009年12 月 8 日任務書河南大學2010屆畢業(yè)設計（論文、創(chuàng)作）中期檢查表題目名稱：基于at89c52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)學院計算機與信息工程學院學生姓名楊萍所學專業(yè)自動化學號06023103一、畢業(yè)論文(設計、創(chuàng)作)進展情況已經(jīng)搜集了大量有關系統(tǒng)硬件及軟件設計的資料，并查閱了有關的書籍，通過參考這些資料，我已經(jīng)勾畫出系統(tǒng)硬件的整體框圖及各模塊的電路圖。并根據(jù)系統(tǒng)框圖和電路圖，采用protel 99 s

9、e 進行硬件原理圖設計。后續(xù)工作是進行系統(tǒng)軟件設計。二、畢業(yè)論文(設計、創(chuàng)作)存在問題及解決方案存在的問題：在數(shù)碼管顯示溫度時，需要加兩片驅動芯片，這樣會導致單片機的i/o口不夠用。解決方案：選用通用數(shù)碼管驅動芯片icm7218，一片即可。三、指導教師對學生畢業(yè)論文(設計、創(chuàng)作)進展方面的評語該生在做畢業(yè)設計的期間，積極認真，能夠及時分析和解決遇到的各種問題。但是在數(shù)據(jù)捕獲模塊的數(shù)據(jù)顯示存在界面凍結現(xiàn)象，希望在后續(xù)的工作期間，很好的解決這些問題。指導教師簽名 2010年 4 月 10日中期檢查表河南大學2010屆畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）綜合成績表（一）學院名稱：計算機與信息工程學院學 號0602

10、3103姓名楊萍專業(yè)自動化指導教師杜海順（副教授）綜合得分論文題目基于at89c52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)指導教師評語及得分指導教師評語該生的課題選擇立意新，論文敘述條理清晰、詳略得當，并按時完成了項目所要求的功能，是一篇優(yōu)秀的本科論文。評分項目分值指導教師對畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）評分撰寫開題報告、文獻綜述15調(diào)查研究查閱整理資料10學習態(tài)度與規(guī)范要求10數(shù)據(jù)處理、文字表達10論文（設計、創(chuàng)作）質(zhì)量和創(chuàng)新意識55合計100得分指導教師簽名 2010年5月20日評閱教師評語及評分評閱教師評語該生論文語句流暢，論點明確，思路清晰，符合本科論文的要求。評分項目分值評閱畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）評分撰寫開

11、題報告、文獻綜述15調(diào)查研究查閱整理資料10學習態(tài)度與規(guī)范要求10數(shù)據(jù)處理、文字表達10論文（設計、創(chuàng)作）質(zhì)量和創(chuàng)新意識55合計100得分評閱教師簽名 2010年5月22日此表由教師填寫綜合成績表（一）河南大學2010屆畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）綜合成績表（二）學號06023103姓名楊萍所在學院計算機與信息工程學院答辯委員會評語及評分答辯委員會評語該生答辯過程中思路清晰，反應敏捷，論文結構合理，條理清楚，達到本科畢業(yè)設計和畢業(yè)論文要求的標準，經(jīng)答辯小組評議，同意通過論文答辯。答辯委員簽字： 2010年5月25日評分 項目 分值論文答辯小組評分答辯情況論文質(zhì)量合計（100）內(nèi)容表達情況（15）答辯

12、問題情況（25）規(guī)范要求與文字表達（20）論文（設計、創(chuàng)作）質(zhì)量和創(chuàng)新意識（40）得分答辯委員會主任簽字： 2010年5月25日畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）成績綜合評定： 分綜合評定等級：備注：一、論文的質(zhì)量評定，應包括對論文的語言表達、結構層次、邏輯性理論分析、設計計算、分析和概括能力及在論文中是否有新的見解或創(chuàng)新性成果等做出評價。從論文來看學生掌握本專業(yè)基礎理論和基本技能的程度。二、成績評定采用結構評分法，即由指導教師、評閱教師和答辯委員會分別給分（以百分計），評閱教師得分乘以20%加上指導教師得分乘以20%加上答辯委員會得分乘以60%即綜合成績。評估等級按優(yōu)、良、中、差劃分，優(yōu)90-100分；

13、良76-89分；中60-75分；差60分以下。三、評分由專業(yè)教研室或院組織專門評分小組（不少于5人），根據(jù)指導教師和答辯委員會意見決定每個學生的分數(shù)，在有爭議時，應由答辯委員會進行表決。四、畢業(yè)論文答辯工作結束后，各院應于6月20日前向教務處推薦優(yōu)秀論文以匯編成冊，推薦的篇數(shù)為按當年學院畢業(yè)生人數(shù)的1.5%篇。五、各院亦可根據(jù)本專業(yè)的不同情況，制定相應的具有自己特色的內(nèi)容。須報教務處備案。六、書寫格式要求：1. 目錄；2. 內(nèi)容提要須書寫200左右漢字，開題報告（文科除外）的內(nèi)容要根據(jù)不同專業(yè)的課題任務要求，闡述查閱文獻、文案論證、解題思路、工作步驟等；3. 正文（含引言、結論等）；4. 參考

14、文獻（或資料）綜合成績表（二）河南大學本科生畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）承諾書論文題目基于at89c52的太陽能熱水器控制系統(tǒng)姓 名楊萍所學專業(yè)自動化學 號06023103完成時間2010年5 月20日指導教師姓名職稱杜海順（副教授）承諾內(nèi)容：1本畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）是學生 楊萍 在導師 杜海順 的指導下獨立完成的，沒有抄襲、剽竊他人成果，沒有請人代做，若在畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）的各種檢查、評比中被發(fā)現(xiàn)有以上行為，愿按學校有關規(guī)定接受處理，并承擔相應的法律責任。2學校有權保留并向上級有關部門送交本畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）的復印件和磁盤。備注：學生簽名： 指導教師簽名： 2010 年 5 月 20 日

15、 2010 年 5 月 20 日說明：學生畢業(yè)論文（設計、創(chuàng)作）如有保密等要求，請在備注中明確，承諾內(nèi)容承諾書河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文目 錄目錄i摘要iiabstractiii第一章 緒論11.1 開發(fā)背景及意義11.2 本文研究的內(nèi)容2第二章 系統(tǒng)硬件設計32.1 系統(tǒng)總體功能概述32.2 核心芯片選擇42.3 液位檢測52.3.1 液位傳感器52.3.2 ad轉換電路62.4 溫度檢測82.5 顯示電路92.5.1 溫度顯示電路92.5.2 液位顯示電路102.6 電源電路12第三章 系統(tǒng)軟件設計133.1 軟件功能概述133.2 主程序設計133.3 定時器t0中斷程序143.4

16、定時器t1中斷程序153.5 a/d轉換及液位顯示程序153.6 溫度采集程序163.7 led顯示程序17結論19參考文獻20附錄21 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文摘 要當前能源緊缺，用電緊張，太陽能是綠色能源，得到廣大用戶的喜愛。本文介紹了用液位檢測集成芯片lm1042、溫度傳感器ds18b20和a/d轉換芯片adc0804,以at89c52 單片機作為主控元件的太陽能熱水器液位和溫度顯示及控制系統(tǒng)。對太陽能熱水器的控制系統(tǒng)進行了全新的智能設計,可以實現(xiàn)：水箱中水位、水溫的智能控制與顯示；自動排空水箱至淋浴器間管道(也是上水管道) 中的存水；智能處理再利用管道排空的水等。使太陽能熱水器操

17、作性能、利用功能、擴展范圍、產(chǎn)品檔次等諸多方面得到提高。解決了普通太陽能熱水器上水時水滿益出；上(下) 水管道需要保溫；使用前需要放出水管中大量冷水等問題。關鍵詞：太陽能；液位控制；溫度控制；水管排空 iabstract with the current energy and power shortage, solar energy which is green energy is becoming more and more popular with the majority of users. this article describes the control system of sol

18、ar energy water-heater based on a liquid level detection lm1042, temperature sensor ds18b20, a / d conversion chip adc0804 and at89c52 microcontroller as a master device .carried on an all new intelligence design to the control system, it can carry out: intelligence controlling and manifestation of

19、water level, water temperature in the water tank; automatic emptying pipe line row between tank and shower machine to save water; the intelligence processing and making use of the water again. these improve the performance of the solar energy water-heater greatly. the system solves some problems whi

20、ch a common solar energy water heater exists such as, overflowing when the tank is full; the pipe line need a heat preservation ;need to let out in great quantities cold water in the pipe line before use.key words: solar energy; liquid control; temperature display; pipe line row emptyii 第1章 緒 論1.1 開

21、發(fā)背景及意義近些年來，太陽能的開發(fā)和利用已越來越受到人們的重視和青睞，因為節(jié)能、環(huán)保、使用方便等因素，太陽能熱水器發(fā)展速度更是迅猛。安裝太陽能熱水器已成為房產(chǎn)開發(fā)商售防的誘人條件之一，隨著人們的消費意識、消費層次和消費要求的提高，普通太陽能熱水器上水時水滿溢出；冬天太陽能水溫偏低；上（下）水管道需要保溫；使用前需要放出管道中大量冷水等諸多弊病需要解決。針對上述問題，本文設計了以at89c52單片機為核心的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了水箱中水位及溫度的智能控制與顯示；自動排空水箱至淋浴器（上下水共用）管道間的存水；為了使排空管道時的水不浪費掉，在浴室內(nèi)部又設置了一個室內(nèi)水箱，以備他用。同時，

22、也可實現(xiàn)手動上水，使用方便。使太陽能熱水器系統(tǒng)的操作性能、利用功能、擴展范圍、產(chǎn)品檔次等諸多方面實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。使用戶省心、智能運行。1.2 本文研究的內(nèi)容本文經(jīng)過調(diào)研及收集相關技術資料，提出如下技術方案。以at89c52為核心，利用液位傳感器lm1042、測溫元件ds18b20、發(fā)光二極管及數(shù)碼管實現(xiàn)以下性能：l 水溫數(shù)碼顯示，測溫范圍099，精度0.5；l 水位分五檔顯示（缺水、20、50、80、100）；l 智能上水控制、具有缺水上水和手動上水等功能；l 輸水管道排空水控制，在水箱上水或洗浴完畢后自動把上水管道內(nèi)的水排出。系統(tǒng)控制和主要結構框圖如圖1.1所示：圖1.1 系統(tǒng)組成框圖- -

23、32 - -第2章 系統(tǒng)硬件設計2.1 系統(tǒng)總體功能概述該系統(tǒng)以at89c52作為核心控制部件，外加液位傳感器、測溫元件、一片a/d轉換芯片、五個發(fā)光二極管、兩個數(shù)碼管及驅動芯片來達到系統(tǒng)的性能要求。lm1042外接的熱阻探針溫度的變化依賴于周圍材料的熱阻的大小，而空氣和液體的熱阻大小有很大差別，從而可以根據(jù)探針在液體中的深度不同時電阻的不同檢測出液位的深度信息，由lm1042內(nèi)部轉換電路網(wǎng)絡轉換為與液位成線性關系的電壓信號，再由8位逐次逼近型a/d轉換芯片adc0804將模擬信號轉換為數(shù)字信號，實現(xiàn)液位信息的輸入。at89c52從adc0804讀取液位信息后進行數(shù)據(jù)處理，結合ds18b20測

24、得的溫度進行液位和溫度的顯示及閥門的控制。圖2.1為系統(tǒng)整體結構圖：圖2.1 系統(tǒng)整體結構圖各部分功能： 1.電源部分提供+5v電壓供系統(tǒng)使用。 2.按鍵部分用來實現(xiàn)手動上水。 3.lm1042實現(xiàn)液位信息到電壓信號的轉換。4.adc0804將液位傳感器輸出的電壓信號經(jīng)a/d轉換后送到單片機。5.ds18b20實現(xiàn)溫度檢測。 6.at89c52為處理器，實現(xiàn)液位信息和溫度信息的接收、數(shù)據(jù)處理和輸出到發(fā)光二極管和數(shù)碼管顯示。2.2 核心芯片選擇核心控制系統(tǒng)采用atmel公司89系列的一款單片機at89c52，此單片機包含一個8位cpu、256字節(jié)的片內(nèi)ram和片內(nèi)flash存儲器、4個8位的雙向

25、可尋址i/o口、1個全雙工uart的串行接口、3個16位的定時/計數(shù)器、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結構（8級中斷，可實現(xiàn)多個優(yōu)先級的嵌套）、一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。在at89c52單片機結構中，顯著的特點是內(nèi)部含有flash存儲器，使用戶在開發(fā)過程中十分容易修改程序，縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時，它繼承了cmos產(chǎn)品低功耗的特點，有兩種產(chǎn)生低功耗的方式：空閑方式和掉電方式。在空閑方式下，cpu停止工作，ram和其他片內(nèi)的部件繼續(xù)工作，此時的電流大約是正常工作方式下的15%。在掉電方式下，電流可降到15ua以下。at89c52單片機有多種封裝方式：pdip封裝、方形的plcc和pqfp/tqfp封裝，使

26、用方便。其引腳結構圖如圖2.2：圖2.2 at89c52引腳圖2.3 液位檢測2.3.1 液位傳感器 本次設計液位傳感器選用集成芯片lm1042，實現(xiàn)液位信號到電壓信號的轉換。lm1042是用于液位檢測的專用集成電路，它內(nèi)部集成了所有控制熱阻探針、檢測熱阻探針的短路和開路所需的監(jiān)控電路，具有很強的功能。lm1042使用熱阻探針技術來測量非可燃性液體的液面高度，它能提供一正比于液位高度的輸出，可進行單次或重復測量，所有控制熱阻探針、檢測熱阻探針的短路和開路所需的監(jiān)控電路都集成在lm1042芯片內(nèi)部。此外該芯片還可采用其它傳感器信號或線性輸入作為輸入信號。該器件采用16腳dip封裝。芯片的主要特點

27、如下：l 可以選擇熱阻或線性信號作為輸入；l 集成有熱阻探針的控制電路；l 可單次測量或重復測量；l 在復位時切換，延時功能可避免瞬態(tài)信號的影響；l 具有探針短路、開路檢測功能；l 電源或控制輸入端具有50v的瞬態(tài)電壓保護電路；l 電源范圍7.518v；l 內(nèi)部有電源調(diào)節(jié)器；l 可在4080的工作溫度范圍內(nèi)工作。熱阻探針工作的基本原理是基于功率在探針上耗散，探針溫度的變化依賴于周圍材料的熱阻的大小，由于空氣和其它氣體相對于水和油來說是熱的不良導體，利用這一點有可能測量探針等浸入液體媒介的深度。其原理如圖2.3所示：圖2.3 測溫原理圖在測量周期中，一固定的驅動電流i施加到探針上，在測量的起始時

28、刻和結束時刻探針兩端的電壓被采樣，得到電壓差v0由于空氣的熱阻rtha大于油的熱阻rtho，由它們引起的溫度變化分別為t1和t2，相應的探針電阻也會隨著改變?yōu)閞1和r2差值，在每單位長度上產(chǎn)生相應的電壓變化v1和v2。電壓差v由下式給出：v=lav1/l(lla)v1/l由于v1v2，rthartho，v會隨著探針在空氣中長度的增加而增大。在實際應用中，為獲得最佳效果，探針需要具有高的溫度系數(shù)和低的熱阻時間常數(shù)，為避免誤觸發(fā)探針短路開路檢測器，探針電壓必須介于0.7v和5.3v之間，對于200ma的電流容許的探針阻值范圍是3.5到24。在圖2.4中，7腳和10腳是用于探針2的調(diào)整，由于本系統(tǒng)只

29、用到探針1，故只需將7腳和10腳接地即可；1 腳是熱阻探針輸入端；5腳是探針故障檢測端；6腳是電源端；3、4腳分別接pnp管的發(fā)射極和集電極用于給探針提供200ma的固定電流；16腳為模擬電壓輸出端，輸出與液位成正比的模擬電壓；12、13腳用來調(diào)整探針的測量周期；9、14腳外接兩個電容作為探針的記憶電容，記憶探針的電壓值。圖2.4 lm1042電路圖2.3.2 ad轉換電路由于lm1042輸出的是模擬信號，須經(jīng)ad轉換器轉換成單片機可處理的數(shù)字信號，且考慮到該裝置是應用于太陽能熱水器中，無需高精度，故選用8位ad轉換器adc0804進行ad轉換即可。adc0804型8位全mos a/d轉換器是

30、中速廉價型產(chǎn)品之一。片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，與微處理器兼容，輸入方式為單通道，轉換時間約為100s。它的非線性誤差為1lsb。電源電壓為+5v。其引腳圖如圖2.5所示：圖2.5 adc0804引腳圖 被轉換的電壓信號從vin(+)和vin(-)輸入。允許此信號是差動的或不共地的電壓信號，模擬地和數(shù)字地分別設置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號回路，以防止寄生耦合造成的干擾。vref/2端不必外接電源，懸空即可。/cs是片選端，/wr是控制芯片啟動的輸入端；/intr是轉換結束信號輸入端，輸出電平由高跳低則表示本次轉換已經(jīng)完成，可作為中斷或查詢信號。adc0804片內(nèi)有時鐘電路，只要在外

31、部“clkr”和“clk”兩端外接一對電阻和電容即可產(chǎn)生a/d轉換所需要的時鐘，其振蕩頻率為fclk1/1.1rc。本次設計選用r=10k，c=150pf，此時fclk640khz。其與單片機的接口電路如圖2.6所示：2.4 溫度檢測對水箱水溫的測定，采用了較為先進的ds18b20集成模塊溫度傳感器，該傳感器將溫度信號以數(shù)字量傳給單片機，無需其他的外圍電路，一條口線，電路簡單，使用穩(wěn)定，可以方便的實現(xiàn)單片機對溫度參量的讀取。ds18b20采用3腳pr_35封裝或8腳sosi封裝，管腳排列如圖2.7所示。 圖2.7 ds18b20封裝圖ds18b20內(nèi)部結構如圖2.8所示，主要由4部分組成：64

32、位rom；溫度傳感器；溫度報警觸發(fā)器th和tl；配置寄存器?？紤]到系統(tǒng)功能的限制，傳感器的報警功能沒有使用。圖2.8 ds18b20的內(nèi)部結構示意圖單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。其基本的通信過程如下：l 主機通過拉低單總線至少480us產(chǎn)生復位脈沖。l 然后由主機釋放總線，并進入接收模式。主機釋放總線時，會產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?。l 單總線器件檢測到該上升沿后，延時1560us。l 單總線器件通過拉低總線60240us來產(chǎn)生應答脈沖。l 主機接收到從機的應答脈沖后，說明有單總線器件在線，然后主機就可以開始對從機進行rom命令和功能命令操作。所有的讀、

33、寫時序至少需要60us，且每兩個獨立的時序之間至少需要1us的恢復時間。在寫時序中，主機將在拉低總線15us之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫1；若主機拉低總線后能保持至少60us的低電平，則向單總線器件寫0。單總線器件僅在主機發(fā)出讀時序時才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，當主機向單總線發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便于單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。ds18b20可以使用外部電源vdd，也可以使用內(nèi)部的寄生電源，無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，i/o口線要接5k左右的上拉電阻。本系統(tǒng)選用外部電源，即在vdd端口接5v的電壓。故單片機與ds18b20的連接圖如圖2.9所示： 圖2.9 at89c52與ds1

34、8b20的連接圖2.5 顯示電路2.5.1 溫度顯示電路常用的led顯示器有7段或8段，有共陰極和共陽極種。本次設計選用的是7段共陰極。由于單片機i/o的電氣特性決定了單片機的端口的驅動能力有限，一般的，單片機的端口只是驅動ttl電平，不提供或者提供很小的驅動電流，所以在帶負載時，單片機應當在i/o口加上驅動芯片。本次設計選用icm7218數(shù)碼管驅動芯片。icm7218 是intersil公司生產(chǎn)的一種性能價格比較高的通用8 位l ed 數(shù)碼管驅動電路，28 腳雙列封裝，可與多種單片機接口使用。icm7218 的輸出可直接驅動l ed顯示器，不需外接驅動電路，其構成的顯示電路結構簡單，使用方便

35、。icm7218a顯示電路如圖2.10所示：圖2.10 溫度顯示電路 本系統(tǒng)顯示用的2位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅動芯片icm7218a驅動，27、3、1、25、2、24、26腳分別接數(shù)碼管的ag，15、16腳為位選，分別控制2位數(shù)碼管的亮滅，id07為數(shù)據(jù)線，接單片機p0口，/write、mode是寫控制位和模式控制位，分別接單片機p2.5、p2.6。2.5.2 液位顯示電路 考慮到熱水器的液位顯示只需給人以直覺上水量的多少（即當前水量占總容積百分比），而不必給出當前液位的具體數(shù)值。故選用5個發(fā)光二極管，用它們的亮滅來顯示水位的五種狀態(tài)。發(fā)光二極管、按鍵與單片機連線如圖2.11所示：圖2.11

36、 發(fā)光二極管、按鍵與單片機連線圖 1. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管在兩端的電壓差超出其導通壓降時開始工作，發(fā)光二極管的導通壓降一般約為1.71.9v。此外，工作電流要滿足該二極管的工作電流，滿足電流和電壓的要求，二極管就可以發(fā)光了。單片機系統(tǒng)中往往是數(shù)字信號，其電源不是5v就是0v，所以只要將二極管的正負極和電源對應上就可以了。在發(fā)光二極管前面要接一個電阻，這個電阻的作用在于限制二級管的電流，從而達到減少功耗或者滿足端口對最大電流的限制。一般二極管的點亮電流為5ma10ma，在5v電源驅動時，廠家多采用470 。限流電阻，在該設計中選用510，這樣既不會超出單片機的i/o口最大限流，二極管也比較明亮

37、。使用五個發(fā)光二極管來表示液位的五種狀態(tài)：全亮時對應水滿，全滅時對應缺水，僅d1亮時對應20，僅d1和d2亮時對應40，d1、d2、d3亮時對應60，僅d5滅時對應80。2. 按鍵當有按鍵被按下時說明用戶要手動上水。按鍵使用上拉電阻方式接入單片機。未按下時對單片機輸入一個高電平，按下后輸入一個低電平。鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示閉合，所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的檢測，便可以確認按鍵按下與否。為了確保cpu對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響。3. 電磁閥電磁閥在本次設計中是輸出設備，用來控制上下水，24v三極

38、管電磁閥驅動電路圖如圖2.12所示。系統(tǒng)中用到三個電磁閥控制水箱和水管的連接。圖2.12 電磁閥與單片機的連接目前市場上的太陽能熱水器大都裝有管道保溫裝置，以防在冬天管道中的水結冰，即使不結冰，在使用前也要放掉管道中的全部冷水,不但給使用者帶來了很多的不便,也對水資源形成了較大的浪費。為此設計了水管排空功能,在水箱下安裝一個電磁閥,當關閉上水閥和水箱的閥門，停止向水箱加水后,開啟通往小水箱的電磁閥門,則單向閥進氣使水管內(nèi)存水排至室內(nèi)小水箱,完全把水管內(nèi)的存留水排出水管,從而達到在使用時直接使用熱水和節(jié)水的目的。電磁閥的開關全由單片機控制,在上水和洗浴完畢后單片機發(fā)出電磁閥1和電磁閥2關閉,電磁

39、閥3開啟的放水指令,10s后關閉電磁閥3,系統(tǒng)處在待命狀態(tài)。同時打開電磁閥2和電磁閥3即可給室內(nèi)水箱供水,供水完畢后再執(zhí)行管道排空水指令使整個系統(tǒng)處在待命狀態(tài)。2.6 電源電路為了使單片機有一個穩(wěn)定的工作環(huán)境,且各組件都正常的工作,特別制作了5v的直流穩(wěn)壓電源。電源電壓器將220v的交流電壓變?yōu)樗桦妷褐?，然后通過橋式整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于其含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，以得到平滑的直流電壓最后通過穩(wěn)壓電路維持輸出直流電壓穩(wěn)定。本電路的特點是：電源輸出穩(wěn)定,具有較好的抗干擾能力。輸出標準的5v直流電壓。給整個控制系統(tǒng)供電,電源電路如圖2.13 所示：圖2.13

40、電源電路圖第3章 系統(tǒng)軟件設計3.1 軟件功能概述 在系統(tǒng)的硬件確定以后，功能完善的軟件能夠很好的指導和協(xié)調(diào)硬件的工作，可使系統(tǒng)發(fā)揮其最大的作用，并且便利以后的更新?lián)Q代升級。一個完整的系統(tǒng)都離不開對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，為了更好的協(xié)調(diào)軟件、硬件各個部分正常工作，就必須對整個系統(tǒng)進行嚴密監(jiān)控。在本系統(tǒng)中定時器t0中斷服務程序擔任液位數(shù)據(jù)讀取、處理和輸出顯示任務，每隔一定的時間對a/d轉換進行一次采樣，并進行相應的處理，再經(jīng)過發(fā)光二極管來實現(xiàn)液位的顯示。而定時器t1中斷服務程序擔任溫度數(shù)據(jù)讀取、處理和輸出顯示任務，并經(jīng)led顯示。而主程序完成的任務相對簡單，它只是完成系統(tǒng)初始化及檢測是否有鍵按下等工作。

41、若有鍵按下，則進入手動上水模式。3.2 主程序設計圖3.1 主程序流程圖在本系統(tǒng)中主程序完成的任務相對簡單，它只是完成初始化等工作而進入按鍵查詢等待方式。主程序的初始化主要包括：ds18b20初始化、t0和t1的初始化并啟動t0。按鍵查詢主要是s1鍵，當功能鍵s1按下就轉入手動上水子程序，每按一次上水一個檔位。主程序流程圖如圖3.1所示。3.3 定時器t0中斷程序t0定時時間為1s，即每隔1s執(zhí)行一次t0中斷服務程序。該程序完成的任務比較多，主要包括：（1）溫度信息的采集和顯示；（2）讀取、顯示和處理液位信息。至于完成哪項任務由標志位tw決定。t0中斷服務程序流程圖如圖3.2所示：由于液位和溫

42、度均是變化比較緩慢的量，故只需每隔一定時間檢測一次。圖3.2 t0中斷程序流程圖在此選定1s檢測一次，即1s進行一次a/d轉換。由于本系統(tǒng)所用晶振為12mhz，默認為12分頻，故定時器每計時一次用時為12/11.0592s,約為1s。因為定時器為16位定時器，故最多計時65536次，即計時65536s=65.536ms,此處用定時器t0定時50ms，則當定時器定時20次，共定時2050ms=1s，滿足系統(tǒng)需求。t0定時50ms即計時50000次，則定時器初值為th0=（65536-50000）/256=0x3c,tl0=(65536-50000)%256=0xb0。3.4 定時器t1中斷程序當

43、停止上水和洗浴完畢時，關閉電磁閥1、2，開啟電磁閥3，從而排空管道水，10s后關閉電磁閥。用t1來定時10s，其定時方式同t0，定時200次。t1中斷程序的流程圖如圖3.3所示：圖3.3 t1中斷程序流程圖 3.5 a/d轉換及液位顯示程序a/d轉換子程序主要完成a/d值的讀取、處理及液位信息的顯示。因為adc0804進行a/d轉換的過程中/intr=1,轉換完成后/intr=0，故啟動a/d轉換后要先檢測/intr，當/intr為低電平時才進行a/d值讀取操作。將讀取得到的8位液位值，并經(jīng)發(fā)光二極管顯示。其流程圖如圖3.4所示，事先測得水滿時的液位，用wlmax表示，且用十六進制表示，令wl

44、=wlmax/5。圖3.4 a/d轉換及液位顯示程序流程圖3.6 溫度采集程序溫度采集子程序的功能是對ds18b20進行初始化、查詢溫度采集和轉換是否完成，并且完成對溫度數(shù)據(jù)的處理以便送led顯示。其程序流圖如圖3.5所示：圖3.5 溫度采集程序3.7 溫度顯示程序led顯示子程序主要完成溫度值的顯示，本系統(tǒng)采用數(shù)碼管專用驅動芯片icm7218驅動2位七段數(shù)碼管用于溫度值的顯示，只需要把要顯示的數(shù)據(jù)寫入icm7218的ram中即可，由于該芯片默認驅動8位數(shù)碼管，必須寫入8字節(jié)顯示數(shù)據(jù)，而此系統(tǒng)只用低2位，只需把高6位置為隨機數(shù)即可，故先通過icm7218的控制位wr=0和mode=1使芯片工作

45、于方式1，寫入控制字b*h，即選擇bcs碼譯碼選擇模式，然后使mode=0使芯片工作于方式0，寫入8字節(jié)數(shù)據(jù)即可完成溫度值的led顯示。溫度顯示子程序流程圖如圖3.6所示圖3.6 溫度顯示子程序結論本次畢業(yè)設計主要是為了改善太陽能控制系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)液位和溫度的檢測與顯示，上水控制及輸水管道排空水控制。該控制系統(tǒng)基本上考慮了太陽能熱水器的功能擴展和檔次提升的空間。通過反復實驗，系統(tǒng)的程序執(zhí)行狀況、模擬效果演示均是令人滿意的。整個系統(tǒng)存在如下特點：具有一定程度的智能性，可實現(xiàn)自動上水及液位和溫度信息的顯示，自動排空管道中的存水以節(jié)約用水且方便下次使用。但也存在一些不足。受at89c52資源的限制

46、，沒有設計看門狗電路。另外沒有加入加熱裝置，所以水溫受天氣影響較大。本次畢業(yè)設計讓我進一步鞏固了四年來學習的理論知識，還要做到理論與實踐相結合。如機型和元器件的選擇，要以性價比高為原則，以組成最小最優(yōu)化的系統(tǒng)，硬件和軟件在一定程度上具有互換性，多用軟件可節(jié)省成本，這些都是在設計中應該考慮的。學到了許多課本上學不到的知識軟件，通過這次畢業(yè)設計使動手能力和理論知識有了很大的提高。參考文獻1 鄭郁正.單片機原理及應用.四川大學出版社.2003.2 求是科技.單片機典型模塊設計實例導航(第2版).人民郵電出版社.20083 王慶. protel 99 se&dxp電路設計教程(附盤).電子工業(yè)出版社.

47、20064 康華光.電子技術基礎模擬部分.高等教育出版社.1999.5 譚浩強.c程序設計（第二版）.清華大學出版社.19996 張福安，李麗欣，等.基于nsp處理器的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng).德州學院學報第23卷第6期.2007年12月7 基于數(shù)字溫度傳感器ds18b20的分布式測溫系統(tǒng)的設計.吉林化工學院學報.第20卷 第3期.2003年9月8 附錄#include #define adin p1#define icmout p0#define on 0#define off 1#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit

48、 d1=p20;sbit d2=p21;sbit d3=p22;sbit d4=p23;sbit d5=p24;/發(fā)光二極管sbit icmwr=p25;sbit icmmode=p26;sbit dq=p27;/ds18b20數(shù)據(jù)輸出口sbit adcs=p30;sbit adend=p31;sbit adwr=p36;sbit adrd=p37;/adsbit s1=p32;/按鍵sbit sov1=p33;sbit sov2=p34;sbit sov3=p35;/電磁閥uchar flag1;/溫度正負標志位uchar temp2;/當前溫度值uchar adv0,adv;/ad值unc

49、har wl;uint t0c,t1c;uchar tw; /溫度液位選擇位uchar sflag; /手動上水模式標志位uchar tflag; /高溫標志/uchar epflag; /排空水標志位/延時程序void delayus(uchar us) while(us-); /12m，一次6us void delayms(uint ms) / 毫秒級延時 uint ti; while(ms-) for(ti=0;ti0) i-;count-; /空操作void _nop_ (void);/ds18b20程序段bit ds18b20_reset(void) /ds18b20復位和初始化 u

50、char data i; dq=0;/發(fā)一個復位脈沖delayus(80); dq=1; delayus(12);if(dq) return(0);delayus(80);return(1);void ds18b20_write(uchar a) /ds18b20寫操作 uchar data i;bit c;for(i=0;ii)&0x01;dq=0;dq=0;delayus(0);dq=c;delayus(10); dq=1;uchar ds18b20_read(void) /ds18b20讀一字節(jié)操作uchar data i,a;for(i=0;i1);if(dq) a=a|0x80;delayus(10);dq=1;return a; uchar read_temp(void)uc