基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀設(shè)計(jì)

PAGEIV基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀設(shè)計(jì)摘要：如何很好的節(jié)約和利用能源，特別是可持續(xù)性能源，是人類(lèi)所面臨的重要問(wèn)題。太陽(yáng)能熱水器以其廉價(jià)、節(jié)能的特點(diǎn)，受到廣大消費(fèi)者的青睞，與之配套的控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題一直受到人們的關(guān)注。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。本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C52作為中央處理器，結(jié)合外圍電路單元，采用液位傳感器、溫度傳感器（PT100）、輔助加熱電路、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘、1602液晶顯示屏、按鍵等模塊，完成時(shí)間、溫度、水位的顯示及設(shè)定功能。控制系統(tǒng)可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置（電加熱器）使蓄水箱內(nèi)的水溫達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。本文主要介紹了單片機(jī)太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀的硬件、軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器；單片機(jī)；控制器；傳感器TheDesignofSolarEnergyHeaterControllerBasedonMCUAbstract:Toeconomizeandutilizeenergyresource,especiallythelastingenergyresource,isaproblemthathumankindhasfaced.TheSolarEnergyHeaterisbecomingmoreandmorepopularforitscharacteristicoflowpriceandlowenergyconsumption.Andthecontrolleris

studyinganddeveloping.Anewsolarwaterheatercontrolsystemdesign.ThisdesignincorporatesMCS-51MCUAT89C52ascentralprocessors,combinedwiththeperipheralcircuitunit,theuseofliquidlevelsensor,temperaturesensor(PT100),theauxiliaryheatingcircuit,DS1302realtimeclock,1602LCDscreen,buttonsandothermodules,Completionoftime,temperature,waterleveldisplayandsettingfunction.Accordingtoweatherconditions,controlsystemusinganauxiliaryheatingdevice(electricheater),sothatthewatertemperatureofthewaterstoragetankreachesthepresettemperature,achievingthepurposeofthe24-hoursupplyofhotwater.Thisarticlemainlyintroducedthemonolithicintegratedcircuitsolar-poweredwaterheaterobservesandcontrolsmeter'scontentsandsoonhardware,software'sdesignanddebugmethod.Keywords：Solarenergyheater;MCU;Controller;Sensor目錄摘要 I目錄 III1緒論 11.1概述 11.2太陽(yáng)能熱水器發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析 21.2.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.2國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱水器發(fā)展趨勢(shì) 31.2.3太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)分析 31.3本課題研究的主要內(nèi)容 41.3.1太陽(yáng)能熱水器的組成與工作原理 41.3.2太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀的設(shè)計(jì)內(nèi)容 42太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀總體方案的設(shè)計(jì) 62.1熱水器微控制器系統(tǒng)框圖 62.2控制器系統(tǒng)主要元件簡(jiǎn)介 62.2.1單片機(jī)AT89C52 62.2.2鉑熱電阻PT100 82.2.3轉(zhuǎn)換芯片ADC0832 92.2.4超聲波測(cè)距儀HC-SR04 102.2.5時(shí)鐘芯片DS1302 113硬件設(shè)計(jì) 133.1繪圖軟件Protel99se簡(jiǎn)介 133.2控制器各單元模塊硬件電路設(shè)計(jì) 133.2.1單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì) 133.2.2超聲波液位傳感器電路設(shè)計(jì) 143.2.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 163.2.4溫度傳感器電路設(shè)計(jì) 183.2.5上水控制電路和輔助加熱電路設(shè)計(jì) 203.2.6顯示電路設(shè)計(jì) 213.2.7按鍵接口電路設(shè)計(jì) 224軟件設(shè)計(jì) 234.1KEILuVISION3軟件環(huán)境 234.2程序設(shè)計(jì) 234.2.1系統(tǒng)總流程圖 234.2.2超聲波模塊程序設(shè)計(jì) 244.2.3時(shí)鐘模塊程序設(shè)計(jì) 254.2.4溫度模塊程序設(shè)計(jì) 274.2.5液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì) 274.2.6按鍵掃描模塊程序設(shè)計(jì) 295調(diào)試 315.1Proteus簡(jiǎn)介 315.2軟件調(diào)試 315.3硬件調(diào)試 326結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致謝 37常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第37頁(yè)共37頁(yè)1緒論1.1概述在資源緊張，環(huán)境污染的大背景下，太陽(yáng)能熱水器與傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴骱碗姛崴飨啾扔兄鵁o(wú)可取代的優(yōu)勢(shì)，因此近幾年太陽(yáng)能熱水器得到了蓬勃的發(fā)展。然而，目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不便等問(wèn)題。很多控制器只具有溫度和水位顯示功能，卻不具有溫度控制功能，致使熱水器在陰天不能方便使用。即使熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)電能。所以研究智能型太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀有著極其深遠(yuǎn)的意義。1）太陽(yáng)能節(jié)能環(huán)保太陽(yáng)能作為一種新能源，與常規(guī)能源相比，它有三大特點(diǎn)：第一，它是最豐富的能源，可隨時(shí)被我們利用。據(jù)估計(jì)，在過(guò)去的11億年中，太陽(yáng)只消耗了它本身能量的2%。因此可足夠供給我們使用，可謂是取之不盡，用之不竭；第二，地球上，太陽(yáng)能就在我們的身邊，我們可以隨時(shí)就地開(kāi)發(fā)利用，不存在任何運(yùn)輸問(wèn)題。對(duì)于交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)具有更優(yōu)越的利用價(jià)值；第三，太陽(yáng)能是一種潔凈的能源。在開(kāi)發(fā)利用時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣、也沒(méi)有噪音，更不會(huì)影響生態(tài)平衡。絕對(duì)不會(huì)造成污染和公害。我國(guó)目前有13億人口，3.5億個(gè)家庭，按較低標(biāo)準(zhǔn)每戶(hù)每天使用6攝氏度熱水100升，從冷水到熱水升溫45攝氏度計(jì)算，共需熱量450千卡。折合電量5.2度，折合天然氣0.5立方米。按每度電0.50元，每立方米天然氣。40元計(jì)算，每天分別需要2.6元（電）或0.70元（天然氣）。按每月30天計(jì)算，分別需要72元和21元，每年分別需要864元和252元。以上均為僅根據(jù)電和天然氣熱值進(jìn)行的計(jì)算，尚未考慮電熱器與燃?xì)鉄崴鞯臒徂D(zhuǎn)換效率及由于結(jié)垢其值肯定會(huì)不斷下降的影響。根據(jù)實(shí)際調(diào)查，一個(gè)家庭用電熱水器，全年的電費(fèi)消耗約1000元，若使用太陽(yáng)能熱水器，其投資在2000—3000元之間，兩至三年節(jié)約的電費(fèi)即可收回。2）太陽(yáng)能的價(jià)格趨于平民化近幾年來(lái)，原油價(jià)格飛漲，以原油為原料的燃?xì)鈨r(jià)格也大幅上漲，燃?xì)鉄崴鞯氖褂贸杀敬蟠笤黾?，這給太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的商機(jī)。現(xiàn)在的太陽(yáng)能熱水器越來(lái)越受歡迎。據(jù)北大四季沐歌太陽(yáng)能熱水器經(jīng)銷(xiāo)商家說(shuō)，近年來(lái)的銷(xiāo)量比以前同期增長(zhǎng)了一倍。現(xiàn)在，越來(lái)越多的消費(fèi)者認(rèn)同太陽(yáng)能熱水器。也正因如此，全國(guó)各地出現(xiàn)了各種品牌的太陽(yáng)能熱水器，這也給消費(fèi)者帶來(lái)了更多的選擇性。今年的家電市場(chǎng)刮起了一陣節(jié)能風(fēng)暴，節(jié)能家電成為一大賣(mài)點(diǎn)。太陽(yáng)能熱水器以節(jié)能、安全、價(jià)格走低的趨勢(shì)成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。3）安全可靠使用太陽(yáng)能熱水器沒(méi)有人身危險(xiǎn)，也沒(méi)有環(huán)境污染，而使用燃?xì)鉄崴饔锌赡馨l(fā)生煤氣中毒事故；使用電熱水器有可能發(fā)生觸電身亡事故。據(jù)了解，太陽(yáng)能熱水器不僅能以90%以上的效率將輻射能轉(zhuǎn)換為熱量，更能以近乎100%的效率保存熱水，使用效率更高。它的確是一種很好的節(jié)能型“綠色”產(chǎn)品[1]。1.2太陽(yáng)能熱水器發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析1.2.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)太陽(yáng)能歷史可追溯到1958年，在上世紀(jì)70年代末起，我國(guó)就加大研發(fā)與生產(chǎn)太陽(yáng)能集熱器。1979年前后我國(guó)有些單位迎頭研發(fā)全玻璃真空管集熱器。清華大學(xué)運(yùn)用電真空物理的背景，發(fā)明了專(zhuān)利是鋁—氮化鋁太陽(yáng)選擇性吸收涂層，在世界上開(kāi)創(chuàng)用單個(gè)鋁陰極通過(guò)磁控射制備紅外低發(fā)射率低層、鋁—氮化鋁吸收太陽(yáng)光的陶瓷薄膜和淡化鋁減反膜三個(gè)部分。使用真空管的集熱器可以在嚴(yán)寒、低太陽(yáng)輻射下利用，很適合多種氣候。太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在突破了太陽(yáng)選擇性吸收涂層的核心技術(shù)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，生產(chǎn)性能價(jià)格比較好的介質(zhì)。2）國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)際上，太陽(yáng)能熱水器技術(shù)已日趨成熟，已達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)階段，作為商品進(jìn)入市場(chǎng)，綜合起來(lái)，國(guó)外的太陽(yáng)能熱水器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）政府重視。它首先表現(xiàn)在政府投資大，譬如美國(guó)在78年到81年在太陽(yáng)能供熱方面的投資每年都在1億美元以上。隨著投資的增長(zhǎng)，太陽(yáng)能領(lǐng)域里的人員和科研成果增長(zhǎng)的速度也都相應(yīng)得到了提高。其次表現(xiàn)在各國(guó)都根據(jù)本國(guó)的情況，制訂出了能源政策，比如美國(guó)在能源政策和能源法案中，對(duì)國(guó)家投資、指定太陽(yáng)能科研規(guī)定以及實(shí)行稅收優(yōu)惠等經(jīng)濟(jì)措施分別作了規(guī)定。（2）產(chǎn)品的高檔化、大型化。由于國(guó)外一些主要利用太陽(yáng)能?chē)?guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)，為了滿(mǎn)足社會(huì)的需要，其太陽(yáng)能熱水器從設(shè)計(jì)、制作以及材料等都趨于高檔化，而且在太陽(yáng)能熱水器體統(tǒng)上附加諸如循環(huán)泵，專(zhuān)用閥、輔助電加熱器等。當(dāng)然價(jià)格也是比較高的。去年北京舉行的國(guó)際可再生能源展覽會(huì)上，澳大利亞送展的一套家用太陽(yáng)能熱水器售價(jià)達(dá)400多美元。但是，從另一方面看，其發(fā)展仍不平衡，一些發(fā)展中國(guó)家應(yīng)用較為廣泛的仍有不少是較為低檔的太陽(yáng)能熱水器。近年來(lái)，印度研究和使用的大都是日本早期產(chǎn)品——集熱蓄熱合一式太陽(yáng)能熱水器。（3）產(chǎn)品多樣化，技術(shù)上先進(jìn)。國(guó)外近幾年來(lái)主要發(fā)展的仍是管板式，并對(duì)降低成本，提高效率和可靠性，以及簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和安裝程序等都做了大量的研究工作，取得了顯著的進(jìn)展。如熱水器框架大都采鋁擠壓件，可以簡(jiǎn)化制造工藝并為玻璃的裝配和吸熱板提供了可靠的支架。采用人造橡膠和特制墊圈以解決漏水和因熱應(yīng)力作用而破裂的問(wèn)題，管道連接和安裝配件已設(shè)計(jì)成便于快速安裝的型式，雖然大部分仍采用回火玻璃做為蓋板，但也涌現(xiàn)出許多塑料和復(fù)合玻璃材料。（4）普及面廣。世界各國(guó)主要利用太陽(yáng)能的國(guó)家如日本、美國(guó)、澳大利亞和以色列等已將太陽(yáng)能熱水器發(fā)展到工業(yè)化生產(chǎn)階段。日本有20多家工廠(chǎng)。澳大利亞有2多家，新西蘭有30多家工廠(chǎng)從事太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)，使用的較為廣泛。如日本有400萬(wàn)多臺(tái)熱水器在運(yùn)行，以色列有60%以上的家庭使用太陽(yáng)能熱水器。目前，全世界正在使用的太陽(yáng)能熱水器（保羅空氣集熱器）約達(dá)700余萬(wàn)平方米[2]。1.2.2國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱水器發(fā)展趨勢(shì)近幾年來(lái)，低溫太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)量在國(guó)際上略有下降，這主要同國(guó)際石油價(jià)格下跌有關(guān)，預(yù)計(jì)今后各國(guó)將在中高溫太陽(yáng)能熱水器，包括充氣集熱器方面有較大的進(jìn)展，以利于使其在工業(yè)及采暖、空調(diào)以及發(fā)電方面取得進(jìn)展。各國(guó)還注意到使用新技術(shù)、新材料研制出更多品種的太陽(yáng)能熱水器。特別在提高熱性能，降低成本，使之不斷提高和完善，使其比在常規(guī)能源有更大的競(jìng)爭(zhēng)能力。特別是太陽(yáng)能的蓄能技術(shù)將把太陽(yáng)能熱水器推進(jìn)到一個(gè)新的天地。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的勢(shì)頭仍處在上升階段。預(yù)計(jì)這種勢(shì)頭持續(xù)2~4年，可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下降趨勢(shì)，為此，從科研和生產(chǎn)上有一定思想準(zhǔn)備，以防止和避免這種可能性的出現(xiàn)。為此應(yīng)當(dāng)一方面發(fā)展新的技術(shù)和材料，使之能打進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)，另一方面結(jié)合中國(guó)的國(guó)情，研制出使群眾買(mǎi)得起，用得上的太陽(yáng)能熱水器。這樣，高、中、低檔的太陽(yáng)能熱水器將同時(shí)出現(xiàn)，并發(fā)揮各自作用和效益。將太陽(yáng)能熱水器同城鄉(xiāng)居民住房結(jié)合在一起，使之成為房屋的一種構(gòu)件和裝備，將愈來(lái)愈受到人們的重視。同時(shí)將太陽(yáng)能熱水器同太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶結(jié)合在一起的多種用途的太陽(yáng)能熱利用裝置將會(huì)出現(xiàn)，并引起人們的濃厚興趣?？傊?，太陽(yáng)能熱水器作為家庭生活和社會(huì)的一種商品將會(huì)越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們眼前，將會(huì)發(fā)揮出更高的作用和效益。1.2.3太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)分析在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽(yáng)能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無(wú)疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也較光伏電池、太陽(yáng)能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。但是目前市場(chǎng)還有待規(guī)范，消費(fèi)群體還有待培育，技術(shù)還有尚須改進(jìn)，因而對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)還有較大的成長(zhǎng)空間。2007年，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度約為30%，年產(chǎn)量達(dá)2340萬(wàn)㎡（16380MWth），總保有量約為10800萬(wàn)㎡（75600MWth）（太陽(yáng)能熱水器壽命按10年計(jì)算，1997年前的保有量作廢）。2007年，太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)銷(xiāo)售額約為320億元人民幣，產(chǎn)值億元人民幣以上的企業(yè)有20多家；2007年，太陽(yáng)能熱水器的出口額增長(zhǎng)約為28%，6500萬(wàn)美元左右，產(chǎn)品出口歐洲、美洲、非洲、東南亞等50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的年生產(chǎn)量是歐洲的2倍，北美的4倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和最大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)，并仍在以每年20％-30％的速度遞增。但是中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)企業(yè)有5000多家，除桑樂(lè)、皇明、清華陽(yáng)光、華揚(yáng)、太陽(yáng)雨、力諾瑞特等10個(gè)全國(guó)性品牌因質(zhì)量、售后服務(wù)過(guò)硬而市場(chǎng)知名度較高外，行業(yè)中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業(yè)，這種狀況不利于行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，這就要求政府部門(mén)進(jìn)行規(guī)范，加強(qiáng)監(jiān)管引導(dǎo)。盡管市場(chǎng)現(xiàn)狀不如人意，但市場(chǎng)前景仍看好。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，居民對(duì)家庭室內(nèi)熱水的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)潛力巨大。1.3本課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的是太陽(yáng)能熱水器的測(cè)控儀，但是首先應(yīng)該了解太陽(yáng)能熱水器的組成與工作原理，以及太陽(yáng)能熱水器的基本構(gòu)架和工作過(guò)程，才能使本次的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更加完善。1.3.1太陽(yáng)能熱水器的組成與工作原理圖1.1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1.1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(chēng)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，而平板型集熱器是直接將太陽(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。1.3.2太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀的設(shè)計(jì)內(nèi)容此款熱水器測(cè)控儀系統(tǒng)包括主從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣用太陽(yáng)光能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無(wú)光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽(yáng)能的豐富的免費(fèi)資源的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮到在陰天及夜間無(wú)法利用太陽(yáng)能的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽(yáng)能熱水器和電熱水器的各自?xún)?yōu)勢(shì)。這是世面上大部分熱水器所不能比擬的。本設(shè)計(jì)有三個(gè)要求：（1）時(shí)間、溫度和水位三種參數(shù)實(shí)時(shí)顯示功能。（2）具有時(shí)間設(shè)定、溫度和水位設(shè)定與控制功能。（3）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(shè)定時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度。本文的第二章，主要會(huì)介紹系統(tǒng)的整體框圖，以及選擇的主要技術(shù)和元器件，并對(duì)這些技術(shù)和元器件進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹；第三章，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)各單元的電路圖以及工作原理；第四章是對(duì)所涉及的子系統(tǒng)的軟件進(jìn)行分析闡述。第五章則是對(duì)系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試；第六章總結(jié)了本系統(tǒng)工作和優(yōu)缺點(diǎn)，以及后續(xù)工作。2太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀總體方案的設(shè)計(jì)2.1熱水器微控制器系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能熱水器控制器是以AT89C52單片機(jī)為檢測(cè)控制中心單元，利用液位傳感器來(lái)檢測(cè)水箱中的液位，當(dāng)實(shí)際的液位低于設(shè)定液位時(shí)，冷水閥開(kāi)關(guān)則會(huì)開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)加水功能；溫度傳感器則是用來(lái)檢測(cè)水箱中水的溫度，當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，則會(huì)利用輔助加熱器對(duì)水箱中的水溫加熱，從而達(dá)到預(yù)定效果；液晶顯示屏主要顯示的是相應(yīng)的溫度、水位及時(shí)間。而利用按鍵操作不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整，而且可以設(shè)定相應(yīng)的溫度和水位。從系統(tǒng)框圖可2.1可以看出。圖2.1熱水器微控制器系統(tǒng)框圖2.2控制器系統(tǒng)主要元件簡(jiǎn)介本系統(tǒng)主要涉及到單片機(jī)AT89C52及其外圍電路，超聲波液位傳感器，溫度傳感器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302，輔助加熱器等等主要模塊，由于有些模塊中涉及到一些重要的元件，所以在這里對(duì)所涉及的主要芯片的功能原理等做一個(gè)簡(jiǎn)單的闡述。元件主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C52、鉑熱電阻PT100、轉(zhuǎn)換芯片ADC0832、超聲波測(cè)距儀HC-SR04、時(shí)鐘芯片DS1302等。2.2.1單片機(jī)AT89C52AT89C52作為本設(shè)計(jì)的中央處理器，是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用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)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52的主要功能特性為[3]：（1）兼容MCS51指令系統(tǒng)；（2）8k可反復(fù)擦寫(xiě)(大于1000次）FlashROM；（3）32個(gè)雙向I/O口；（4）256x8bit內(nèi)部RAM；（5）3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；（6）時(shí)鐘頻率0-24MHz；（7）2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；（8）2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；（9）2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(xiàn)，3級(jí)加密位；（10）低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；（11）有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C52為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，如圖2.2所示。主要管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，以下簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)AT89C52輸入/輸出引腳P0，P1，P2，P3。圖2.2PDIP封裝的AT89C52引腳圖（1）P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，在訪(fǎng)問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。（2）P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入，即：P1.0/T2和P1.1/T2EX。（3）P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪(fǎng)問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。（4）P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線(xiàn)外，更重要的用途是它的第二功能。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。2.2.2鉑熱電阻PT100由于本設(shè)計(jì)的溫度是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻PT100的感溫效應(yīng)。PT100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下[4]：（1）測(cè)量范圍：-200℃～+850℃；（2）允許偏差值△℃：A級(jí)±（0.15＋0.002│t│），B級(jí)±（0.30＋0.005│t│）；（3）熱響應(yīng)時(shí)間<30s；（4）最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；（5）允通電流≤5mA。另外，PT100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線(xiàn)性較好，在0~100℃之間變化時(shí)，最大非線(xiàn)性偏差小于0.5攝氏度。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系[5]為：（1）-200℃<t<0℃時(shí)，RPT=100*[1+At+B*t2+C*t3*(t-100)]（2）0℃≤t≤850℃時(shí)，RPT=100*（1+At+B*t2)式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735?？梢?jiàn)PT100在常溫0~100攝氏度之間變化時(shí)線(xiàn)性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡(jiǎn)化為：RPT=100（1+At），當(dāng)溫度變化1攝氏度，PT100阻值近似變化0.39歐姆。表2.1為PT100在0℃~100℃的分度表。表2.1PT100分度表℃01234567890102030405060708090100100103.9107.79111.67115.54119.40123.24127.08130.90134.71138.51100.39104.29108.18112.06115.93119.78123.63127.46131.28135.09138.88100.78104.68108.75112.45116.31120.17124.01127.84131.66135.47139.26101.17105.07108.96112.83116.31120.55124.39128.22132.04135.85139.64101.56105.46109.35113.22117.08120.94124.78128.61132.42136.23140.02101.95105.85109.73113.61117.47121.32125.54128.99132.80136.61140.40102.34106.24110.12114.99117.85121.7125.54129.37133.18136.98140.77102.73106.63110.51114.38118.24122.09125.92129.75133.56137.36141.15103.12107.02110.9114.77118.62122.47126.31130.13133.94137.74141.53103.51107.4111.28115.15119.01122.86126.69130.51134.32138.12141.912.2.3轉(zhuǎn)換芯片ADC0832ADC0832是一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用在溫度傳感器電路中，ADC0832接在溫度信號(hào)調(diào)理電路之后，可用于將電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)液晶顯示屏從而顯示溫度。ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性?xún)r(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。ADC0832引腳圖如圖2.3所示。ADC0832具有以下特點(diǎn)[6]：（1）8位分辨率；（2）雙通道A/D轉(zhuǎn)換；（3）輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；（4）5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；（5）工作頻率為250KHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；（6）一般功耗僅為15mW；（7）8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；（8）商用級(jí)芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為?40°Cto+85°C。圖2.3ADC0832引腳圖ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。2.2.4超聲波測(cè)距儀HC-SR04本設(shè)計(jì)采用超聲波測(cè)距儀作為液位傳感器，超聲波測(cè)距儀主要是用于測(cè)量水箱中液位的高度。1）產(chǎn)品特點(diǎn)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能。測(cè)距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。2）基本工作原理[7]（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)；（2）模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（3）有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。3）電氣參數(shù)超聲波測(cè)距儀模塊共有四個(gè)引腳接出：VCC供5V電源，GND為地線(xiàn)，TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO回響信號(hào)輸出等四支線(xiàn)。超聲波相應(yīng)的電氣參數(shù)如表2.2所示。表2.2超聲波電氣參數(shù)電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓工作電流工作頻率最遠(yuǎn)射程最近射程測(cè)量角度輸入觸發(fā)信號(hào)輸出回響信號(hào)規(guī)格尺寸DC5V15mA40Hz4m2cm15度10uS的TTL脈沖輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例45*20*15mm4）超聲波時(shí)序圖系統(tǒng)只需提供一個(gè)10uS以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，超聲波模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：距離=高電平時(shí)間*聲速（340m/s）/2；一般測(cè)量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。圖2.4為超聲波的時(shí)序圖。圖2.4超聲波時(shí)序圖2.2.5時(shí)鐘芯片DS1302本設(shè)計(jì)中的DS1302時(shí)鐘芯片用在時(shí)鐘電路模塊中，用于顯示實(shí)時(shí)時(shí)間：時(shí)、分、秒。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息，時(shí)鐘可以對(duì)閏年自動(dòng)調(diào)整天數(shù)，時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線(xiàn)：RES復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)、SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘RAM的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)核實(shí)中信息時(shí)功耗小于1mW。1）DS1302的主要性能指標(biāo)為[8]：（1）DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力；（2）內(nèi)部含有31個(gè)字節(jié)靜態(tài)RAM，可提供用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)；（3）采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，使得管腳數(shù)量最少，簡(jiǎn)單SPI3線(xiàn)接口；（4）工作電壓范圍寬：2.0～5.5V；（5）工作電流：2.0V時(shí)，小于300nA；（6）時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)有兩種傳送方式：?jiǎn)巫止?jié)傳送和多字節(jié)傳送方式；（7）采用8腳DIP封裝或SOIC封裝；（8）與TTL兼容，Vcc=5V；（9）可選工業(yè)級(jí)溫度范圍：-40°C～+85°C；（10）具有涓流充電能力；（11）采用主電源和備份電源雙電源供應(yīng)；（12）備份電源可由電池或大容量電容實(shí)現(xiàn)。2）引腳功能X1、X2之間接入32.768KHz晶振；R\S\T\為復(fù)位引腳，低電平有效,操作時(shí)高電平；I/O是數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，具有三態(tài)功能。SCLK是串行時(shí)鐘輸入引腳；Vcc1為工作電源引腳；Vcc2為備用電源引腳。圖2.5為DS1302的引腳圖。圖2.5DS1302的引腳圖3硬件設(shè)計(jì)3.1繪圖軟件Protel99se簡(jiǎn)介Protel99se是Protel公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多EDA軟件的前面。本設(shè)計(jì)用的是Protel99se的漢化版，下面簡(jiǎn)單介紹一下本設(shè)計(jì)的繪圖過(guò)程[9]。第一步，建文檔。單擊文件—>新建設(shè)計(jì)，彈出一個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，修改文件名及數(shù)據(jù)庫(kù)位置。點(diǎn)擊Document，在單擊文件—>新建文件，選取SchematicDocument建立一個(gè)原理圖文檔。第二步，添加元件庫(kù)。在放置元件之前，必須先將該元件所在的元件庫(kù)載入內(nèi)存才行。通常只載入必要而常用的元件庫(kù)，其它特殊的元件庫(kù)當(dāng)需要時(shí)再載入。操作是在.Sch界面下，單擊設(shè)計(jì)—>添加/刪除文件庫(kù)，選擇相應(yīng)的庫(kù)即可。第三步，添加元件，繪制原理圖。由于電路是由元件（含屬性）及元件間的邊線(xiàn)所組成的，所以現(xiàn)在要將所有可能使用到的元件都放到空白的繪圖頁(yè)上。軟件左側(cè)有相應(yīng)的庫(kù)及元件，單擊瀏覽，查找相應(yīng)的元件并放置。由于有些元件庫(kù)中沒(méi)有，需要自己編輯，新建SchematicLibraryDocument，在.Lib界面下編輯需要的元件，元件編輯好了之后可以命名保存在庫(kù)里面，這樣下次用到時(shí)就可以像其他元件一樣自由調(diào)用。VCC電源元件與GND接地元件有別于一般的電氣元件。它們必須通過(guò)菜單電路圖繪制工具欄上的按鈕調(diào)用，編輯窗口中會(huì)有一個(gè)隨鼠標(biāo)指針移動(dòng)的電源符號(hào)，在對(duì)話(huà)框中可以編輯電源屬性，在網(wǎng)絡(luò)欄中修改電源符號(hào)的網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)，在風(fēng)格欄中修改電源類(lèi)型，修改電源符號(hào)放置的風(fēng)格。第四步，連線(xiàn)及放置接點(diǎn)。所有元件放置完畢后，就可以進(jìn)行電路圖中各對(duì)象間的連線(xiàn)，右擊鼠標(biāo)—>放置電線(xiàn)。連線(xiàn)的主要目的是按照電路設(shè)計(jì)的要求建立網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際連通性。最后全都完成后單擊工具—>電氣規(guī)則檢查，檢查原理圖中的連線(xiàn)是否有問(wèn)題。所有步驟完成后單擊保存。3.2控制器各單元模塊硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求，本設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)做控制器。由于本系統(tǒng)沒(méi)有太多的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不再外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。僅使用AT89C52內(nèi)部RAM已完全能夠滿(mǎn)足要求。系統(tǒng)的硬件接口電路包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)及外圍電路，超聲波液位傳感器電路，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，PT100溫度傳感器電路，上水電路及輔助加熱器電路，液晶顯示電路及按鍵接口設(shè)計(jì)電路等。3.2.1單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)由AT89C52和一定功能的外圍電路組成，外圍電路包括：提供單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘電路，為單片機(jī)提供復(fù)位的復(fù)位電路[10]。如圖3.1所示。圖3.1單片機(jī)AT89C52的外圍電路1）時(shí)鐘信號(hào)電路時(shí)鐘是單片機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，適中的速度和穩(wěn)定性都直接影響單片機(jī)的工作。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種電路方式，內(nèi)部振蕩方式和外部震蕩方式。本設(shè)計(jì)采用的是外部振蕩方式，在引腳ATAL1和引腳ATAL2之間外接晶振和微調(diào)電容C2和C3，與單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)高增益的反相放大器一起構(gòu)成自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。C2和C3起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。本設(shè)計(jì)中選取的是電容值大小為33pF的兩個(gè)電容。晶振頻率的典型值為6MHz、12MHz和24MHz，最高可達(dá)到40MHz。晶振的頻率越高，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度越快，本設(shè)計(jì)選取的是12MHz。單片機(jī)是按照一定的時(shí)序?yàn)榛鶞?zhǔn)來(lái)工作的，其基準(zhǔn)就是時(shí)鐘的振蕩頻率，所有操作都是以時(shí)鐘頻率的倍數(shù)為最小單位來(lái)進(jìn)行的。時(shí)鐘周期是單片機(jī)的基本時(shí)間單位，晶振的振蕩頻率為12MHz時(shí)，時(shí)鐘周期為1/12us=0.0833us。機(jī)器周期是CPU完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。單片機(jī)中常把執(zhí)行一條指令的過(guò)程分為幾個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成一個(gè)基本操作。單片機(jī)以每12個(gè)振蕩周期為一個(gè)機(jī)器周期，晶振頻率為12MHz時(shí)，機(jī)器周期為12/12us=1us。2）復(fù)位電路在單片機(jī)中，RST引腳是復(fù)位信號(hào)輸入端，復(fù)位信號(hào)為高電平時(shí)有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期以上才能完成復(fù)位操作，復(fù)位電路極性電容C1的大小直接影響復(fù)位時(shí)間，一般采用10至30uF，容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短，在本設(shè)計(jì)中，使用的是約為12MHz的石英晶體振蕩器，這時(shí)電容C1的大小選取10uF，R4的大小為10K。這樣就能進(jìn)行可靠地上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位操作。3.2.2超聲波液位傳感器電路設(shè)計(jì)超聲波液位傳感器是用來(lái)檢測(cè)水箱中液位的高度，以確定是否需要打開(kāi)冷水閥上水達(dá)到設(shè)定要求。單片機(jī)發(fā)出40KHz的信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LCD顯示。圖3.2為超聲波測(cè)距儀原理框圖。圖3.2超聲波測(cè)距儀原理框圖1）超聲波發(fā)射電路發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)端口P1.7輸出40MHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)的方式，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。圖3.3為超聲波發(fā)射電路原理圖。圖3.3超聲波發(fā)射電路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。2）超聲波檢測(cè)接收電路由于超聲波在空氣中的傳播過(guò)程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。超聲波接收電路主要是由集成電路CX20106A芯片電路構(gòu)成的，CX20106A芯片電路可以對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會(huì)輸出一個(gè)低電平到單片機(jī)去請(qǐng)求中斷，即當(dāng)單片機(jī)停止計(jì)時(shí)，并開(kāi)始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。CX20106A芯片的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能，當(dāng)測(cè)量的距離比較近時(shí)，放大器不會(huì)過(guò)載；而當(dāng)測(cè)量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，超聲波信號(hào)微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。CX20106A芯片的5腳外接電阻，對(duì)它的帶通濾波器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且不用再外接其他的電感，能夠很好地避免外加磁場(chǎng)對(duì)芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。CX20106A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。所以，能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。超聲波接收電路如圖3.4所示。圖3.4超聲波檢測(cè)接收電路3.2.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)熱水器24小時(shí)可以供應(yīng)熱水的目的，控制器必須有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，本系統(tǒng)采用DS1302時(shí)鐘電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。DS1302硬件圖中，Vcc1為主電源，Vcc2為后備電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持適中的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V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(xiàn)，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，與單片機(jī)的P1.3相連。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RST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Vcc>2.0V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。與P1.4相連的I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端（雙向）。SCLK為時(shí)鐘輸入端，與單片機(jī)的P1.5相連。DS1302與單片機(jī)接口電路如圖3.5所示。圖3.5DS1302與單片機(jī)接口電路控制字節(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(xiě)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(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。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(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)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.DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘有關(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(jiàn)表3.1。表3.1DS1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字寄存器命令字寫(xiě)操作讀操作取值范圍各位內(nèi)容76543210秒分時(shí)日月周年80H82H84H86H88H8AH8CH81H83H85H87H89H8BH8DH00~5900~5900~12/00~2300~28,29,30,3101~1201~0700~99CH10SEC010MIN12/24010HR0010DATE00010M000010YEARSECMINHRDATEMONTHDAYYEAR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(xiě)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(lèi)：一類(lèi)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(xiě)操作；在一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下一次性讀寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH（寫(xiě)）、FFH（讀）。3.2.4溫度傳感器電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，PT100溫度模塊是用來(lái)檢測(cè)熱水器控制儀水箱中水的溫度，以確定是否需要輔助加熱器的加熱。此模塊包括兩部分：一部分是溫度信號(hào)調(diào)理電路部分，另一部分是A/D轉(zhuǎn)換部分。溫度信號(hào)調(diào)理電路溫度傳感器PT100，它是電阻信號(hào)，必須進(jìn)行R-V變換，由PT100、R21、R22、R23構(gòu)成前端橋式電路，溫度的變化將使溫度傳感器阻值發(fā)生變化，從而使該電橋平衡遭到破壞，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)外輸出電壓V0[11]。由于水箱內(nèi)的溫度控制在0~100℃，所以查表2.1可得溫度傳感器最高可能達(dá)到的阻值約為140歐姆，因此前端橋式電路的輸出V0的最大值約為：（1）為了保證其輸出信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)要求相匹配，必須對(duì)此電壓值進(jìn)行調(diào)理放大。根據(jù)運(yùn)算放大器規(guī)則，若設(shè)圖3.6中運(yùn)算放大器的各引腳對(duì)地電壓分別用其引腳編號(hào)表示，則前端橋式電路的輸出V0可以表示為（2）圖3.6溫度信號(hào)調(diào)理電路對(duì)運(yùn)算放大器電路可以列寫(xiě)下述方程：（3）分析發(fā)現(xiàn)，使式(3)中能夠利用式（2），則必須保證下式成立：（4）本設(shè)計(jì)中選取各電阻阻值滿(mǎn)足式（4）的要求，具體阻值在圖3.6中已經(jīng)標(biāo)出。此時(shí)將式（3）中兩個(gè)方程相減得到（5）則該運(yùn)算放大器電路對(duì)前端橋式電路的輸出電壓u0的的放大倍數(shù)為（6）因此溫度信號(hào)的最終輸出電壓范圍為（0~0.0375V）121即0~4.54V,在A/D轉(zhuǎn)換器所要求的輸入信號(hào)范圍0~5V之內(nèi)。電阻R24和電容C15構(gòu)成一階濾波電路；在運(yùn)算放大器的信號(hào)輸入端加電容，可以有效防止高頻干擾。A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線(xiàn)，分別是CS、CLK、DO、DI。如圖3.7所示。由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線(xiàn)上與單片機(jī)P1.2相連。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示起始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。圖3.7ADC0832電路當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。得到的電壓數(shù)值轉(zhuǎn)換為溫度的相應(yīng)計(jì)算在軟件設(shè)計(jì)的溫度模塊程序設(shè)計(jì)4.2.4中說(shuō)明。3.2.5上水控制電路和輔助加熱電路設(shè)計(jì)1）上水控制電路太陽(yáng)能熱水器要具有自動(dòng)上水的功能。太陽(yáng)能熱水器開(kāi)始工作后，當(dāng)實(shí)際水位小于設(shè)定水位時(shí)，則通過(guò)單片機(jī)控制冷水閥來(lái)向太陽(yáng)能熱水器水箱里加水直到達(dá)到設(shè)定值要求，通過(guò)單片機(jī)控制停止加水。當(dāng)水箱里的水溫超過(guò)設(shè)定水溫時(shí)，單片機(jī)控制冷水水閥向水箱加水，同時(shí)通過(guò)溫度傳感器將水溫反饋給單片機(jī)，直到水溫不大于設(shè)定溫度，停止加水；若水箱的水是滿(mǎn)的，也停止加水。2）輔助加熱電路太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀中的加熱模塊是控制器的從系統(tǒng)，當(dāng)沒(méi)有太陽(yáng)能或者太陽(yáng)能的熱量達(dá)不到設(shè)定值的要求時(shí)，則需要啟動(dòng)加熱模塊給水箱中的水加熱，以達(dá)到設(shè)定值要求。本設(shè)計(jì)采用220V的交流電，當(dāng)實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，單片機(jī)P0.7口發(fā)出一個(gè)高電平，使三極管Q1導(dǎo)通，同時(shí)電路導(dǎo)通，繼電器開(kāi)始工作，K1閉合，繼電器控制電熱絲加熱，使水箱中的溫度達(dá)到設(shè)定溫度，再通過(guò)單片機(jī)使P0.7為低電平，電路斷開(kāi)，電路停止加熱?？刂萍訜犭娐啡鐖D3.8所示。圖3.8控制加熱電路3.2.6顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中LCD1602液晶顯示模塊主要是用來(lái)顯示時(shí)鐘的時(shí)間，實(shí)際溫度及設(shè)定溫度，以及實(shí)際液位及設(shè)定液位，是操作人員可以直觀化的一個(gè)界面，同時(shí)也是為了配合按鍵設(shè)置，使輸入可視化。本系統(tǒng)采用LCD1602：VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高。RS是讀寫(xiě)命令與數(shù)據(jù)控制端口，高電平讀數(shù)據(jù)，低電平寫(xiě)命令。RW是讀寫(xiě)控制端口，高電平讀信號(hào)，低電平寫(xiě)信號(hào)；E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。數(shù)據(jù)端由P2提供實(shí)現(xiàn)8位并行通信，其數(shù)據(jù)交換的速率比較快。圖3.9為L(zhǎng)CD1602的顯示電路。圖3.9LCD1602顯示電路3.2.7按鍵接口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用五個(gè)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。按鍵分工，從上到下依次為1,、2、3、4、5號(hào)按鍵：1，2號(hào)按鍵為時(shí)鐘和分鐘的加減鍵；3，4號(hào)按鍵為溫度、液位和水箱高度的加減按鍵；5號(hào)按鍵是用來(lái)選擇溫度、液位和水箱高度的按鍵。如圖3.10所示。圖3.10按鍵電路獨(dú)立式鍵盤(pán)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。電路中將按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O口，程序開(kāi)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)右鍵按下時(shí)，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，與單片機(jī)連接的上位電阻使I/O口仍然保持高電平。系統(tǒng)所要做的就是在程序中查詢(xún)此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解是否有按鍵動(dòng)作了。4軟件設(shè)計(jì)4.1KEILuVISION3軟件環(huán)境單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)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。寫(xiě)的C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言源程序要變成CPU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成機(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(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠(chǎng)商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系列單片機(jī)的愛(ài)好者來(lái)說(shuō)是十分必要的，如果使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是不二之選。即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令人事半功倍。KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)上、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)[12]。4.2程序設(shè)計(jì)4.2.1系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)的主要工作過(guò)程為：首先通過(guò)超聲波液位傳感器對(duì)太陽(yáng)能熱水器控制器中水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，并將實(shí)時(shí)液位顯示出來(lái)。然后利用PT100溫度傳感器檢測(cè)水箱中液位的溫度，并將實(shí)時(shí)溫度在液晶屏上顯示出來(lái)。接著利用DS1302時(shí)鐘模塊顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。再對(duì)系統(tǒng)預(yù)設(shè)所需的溫度。液位及水箱的高度并作出相應(yīng)的顯示：當(dāng)實(shí)時(shí)溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，利用輔助加熱電路對(duì)水箱中的水加熱，這里通過(guò)一個(gè)LED燈來(lái)表示開(kāi)啟加熱模塊；當(dāng)實(shí)時(shí)液位小于設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟冷水閥開(kāi)關(guān)向水箱中加水，這里也通過(guò)一個(gè)LED等來(lái)表示開(kāi)啟冷水閥開(kāi)關(guān)。相應(yīng)的流程圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)流程圖4.2.2超聲波模塊程序設(shè)計(jì)圖4.2超聲波模塊的流程圖超聲波測(cè)距儀模塊的流程圖如圖4.2所示。超聲波模塊工作時(shí)：當(dāng)TX端口收到一個(gè)持續(xù)時(shí)間在10us以上的脈沖，超聲波模塊將發(fā)射一組特定超聲波，并RX置1超聲波遇到障礙物反射回來(lái)，當(dāng)接收裝置收到反射回來(lái)的信號(hào)，將RX置0。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將TX與RX分別與I/O口連接，用I/O口發(fā)送10us以上脈沖，同時(shí)將定時(shí)器打開(kāi)，并開(kāi)始檢測(cè)RX，當(dāng)RX為0時(shí)停止計(jì)數(shù)，取出計(jì)數(shù)值并計(jì)算距離。1）超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為：S=s/2=(c×t)/2其中，S為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s為聲波的來(lái)回的路程，c為聲速(340m/s)，t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。即：S=(time*1.7)/100，單位為cm。程序如下所示：unsignedlongS1;time=TH1*256+TL1;TH1=1;TL1=1;S=(time*1.7)/100;//算出來(lái)的是CM但是系統(tǒng)中顯示的是太陽(yáng)能熱水器水箱的液位高度，而不是超聲波到液位的高度S。將S的十位和個(gè)位放入緩沖區(qū)中，然后用S1表示超聲波到液位的高度。再用超聲波裝置高度減去超聲波到液位的高度，從而得到液位高度S1。程序如下所示：disbuff[1]=S%1000%100/10;//十位disbuff[2]=S%1000%10%10;//個(gè)位S1=disbuff[1]*10+disbuff[2];//S1為超聲波到液位的高度S1=sdata[2]-S1;//S1為液位高度disbuff[1]=S1/10;//十位disbuff[2]=S1%10;//個(gè)位if(S1<sdata[0])//液位高度小于設(shè)定高度SF=1;//LED燈亮elseSF=0;4.2.3時(shí)鐘模塊程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘DS1302用于顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。圖4.3為DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的流程圖。DS1302內(nèi)部寄存器的定義直接影響著軟件的設(shè)計(jì)，大概可分為時(shí)間控制寄存器和內(nèi)部RAM寄存器。其中[13]：圖4.3DS1302時(shí)鐘模塊流程圖（1）CH：時(shí)鐘停止位寄存器2的第7位12/24小時(shí)標(biāo)志。CH=0振蕩器工作允許bit7=1，12小時(shí)模式；CH=1振蕩器停止bit7=0，24小時(shí)模式。（2）WP：寫(xiě)保護(hù)位寄存器2的第5位：AM/PM定義。WP=0寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭階P=1下午模式；WP=1寄存器數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入AP=0上午模式。（3）TCS：涓流充電選擇DS：二極管選擇位。TCS=1010使能涓流充電DS=01選擇一個(gè)二極管；TCS=其他禁止涓流充電DS=10選擇兩個(gè)二極管；DS=00或11，即使TCS=1010，充電功能也被禁止。（4）RS：涓流充電電阻選擇位。相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志及含義如表4.1所示：表4.1RS狀態(tài)標(biāo)志及含義RS位電阻典型值00011011無(wú)R1R2R3無(wú)2KΩ4KΩ8KΩ由于DS1302數(shù)據(jù)傳輸方式為串行移位輸入輸出。地址、數(shù)據(jù)的寫(xiě)操作流程是相同的。地址沒(méi)有讀操作。無(wú)論是讀還是寫(xiě)，二者結(jié)構(gòu)類(lèi)似。讀寫(xiě)的核心是產(chǎn)生SCLK移位信號(hào)與移位，讀操作是將數(shù)據(jù)從DS1302的I/O口移入單片機(jī)，寫(xiě)操作是將數(shù)據(jù)從單片機(jī)移入時(shí)鐘芯片。最終處理的對(duì)象是時(shí)間數(shù)據(jù)或狀態(tài)數(shù)據(jù)，在獲取數(shù)據(jù)時(shí)，首先寫(xiě)入地址，然后讀取數(shù)據(jù)；寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，先寫(xiě)入地址，在輸出數(shù)據(jù)。完成時(shí)間的模塊軟件設(shè)計(jì)。4.2.4溫度模塊程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中溫度模塊的軟件部分主要涉及到的是ADC0832的電壓取值及轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度并顯示問(wèn)題。ADC0832的電壓范圍是0~5V，但是機(jī)器只能識(shí)別的是二進(jìn)制的數(shù)值，而ADC0832的精度為8位，所以軟件中應(yīng)該將將所讀到的電壓值除以28即256，又因?yàn)闇y(cè)量的水的溫度范圍是0~100度，所以再乘以100就得到了相應(yīng)的溫度值。當(dāng)設(shè)定的溫度大于實(shí)時(shí)溫度時(shí)，輔助加熱開(kāi)啟，這里用燈亮來(lái)表示，即JR=1。相應(yīng)的程序如下所示。wendu=result(0x0d)*100.0/256;//實(shí)時(shí)溫度的計(jì)算if(wendu>99)wendu=99;elseif(wendu<0)wendu=0;if(sdata[1]>wendu)//設(shè)定溫度大于實(shí)時(shí)溫度JR=1;//LED燈亮elseJR=0;4.2.5液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中LCD1602是用于顯示相應(yīng)的溫度、液位及高度，當(dāng)然LCD1602顯示字符是有一定的步驟的，圖4.4為L(zhǎng)CD1602液晶顯示字符串的流程圖。圖4.4LCD1602液晶顯示字符串流程圖所謂的檢查L(zhǎng)CD忙狀態(tài)，即當(dāng)lcd_busy為1時(shí)，忙，等待。lcd-busy為0時(shí),閑，可寫(xiě)指令與數(shù)據(jù)；寫(xiě)指令數(shù)據(jù)到LCD：RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼；寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)到LCD：RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)；設(shè)定顯示位置；LCD初始化設(shè)定。LCD1602初始化程序如下所示[14]。voidLCD_Init(void){LCD_Write_Com(0x38);//顯示模式設(shè)置DelayMs(5);LCD_Write_Com(0x38);DelayMs(5);LCD_Write_Com(0x38);DelayMs(5);LCD_Write_Com(0x38);LCD_Write_Com(0x08);//顯示關(guān)閉LCD_Write_Com(0x01);//顯示清屏DelayMs(5);}本設(shè)計(jì)中LCD顯示屏的作用是將太陽(yáng)能熱水器測(cè)控儀的時(shí)間、溫度及液位在LCD的兩行顯示出來(lái)。LCD的RAM地址映射圖如圖4.5所示：圖4.5RAM地址映射圖DS1302時(shí)鐘的時(shí)、分、秒在LCD1602的第一行顯示，各占了兩個(gè)字節(jié)。程序如下：LCD_Write_Char(0,0,shuzi[time_buf1[4]/10]);//顯示時(shí)LCD_Write_Char(1,0,shuzi[time_buf1[4]%10]);LCD_Write_Char(3,0,shuzi[time_buf1[5]/10]);//顯示分LCD_Write_Char(4,0,shuzi[time_buf1[5]%10]);LCD_Write_Char(6,0,shuzi[time_buf1[6]/10]);//顯示秒LCD_Write_Char(7,0,shuzi[time_buf1[6]%10]);}LCD1602顯示屏的第二行是液位高度和溫度的顯示。相應(yīng)的程序如下所示：setdata[0][0]=sdata[0]/10;setdata[0][1]=sdata[0]%10;setdata[1][0]=sdata[1]/10;setdata[1][1]=sdata[1]%10;setdata[2][0]=sdata[2]/10;setdata[2][1]=sdata[2]%10;LCD_Write_Char(3,1,shuzi[setdata[0][0]]);LCD_Write_Char(4,1,shuzi[setdata[0][1]]);//設(shè)定水位的顯示LCD_Write_Char(11,1,shuzi[setdata[1][0]]);LCD_Write_Char(12,1,shuzi[setdata[1][1]]);//設(shè)定溫度的顯示LCD_Write_Char(