于冬晨毕业论文设计

1、毕业设计论文 太阳能热水器监控仪设计 系 电子信息工程系 专业 应用电子姓名 于冬晨 班级 应电3 学号0901123113 指导教师 柳亚平职称设计时间 2012.1.312012.4.6 目录摘 要3第一章 总体设计41.1 系统设计方案论证41.1.1 设计方案41.1.2设计要求41.2 总体设计及其工作原理41.2.1 工作原理41.2.2 太阳能热水器的结构51.2.3水位报警控制电路设计81.2.4电源设计9第2章控制器硬件设计102.1控制器原理框图102.2单片机外围电路102.2.1上电复位电路112.3控制器时钟接口电路设计112.3.1 DS12887时钟芯片简介122

2、.3.2 时钟电路192.4温度检测电路设计202.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性202.4.2温度检测电路设计212.5水位检测及键盘电路设计212.5.1水位检测电路设计212.5.2总体电路设计222.6显示电路设计222.7光电隔离与辅助加热电路设计23第3章控制器的软件设计273.1主程序设计273.2水位检测子程序设计283.3键盘扫描子程序设计293.4显示子程序设计29第4章 结 论31参考文献32致 谢33附录1 电路图34摘要本课题的目的是结合太阳能热水器的具体应用，设计一种用于太阳能热水器的检测控制系统，以更好的实现对太阳能热水器的监控与控制。太阳能热水器作为

3、太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用。根据太阳能热水器特点以及对控制器的要求，本文提出了一种基于单片机AT89C52的太阳能热水器智能控制器的设计方法。本文在分析了解太阳能热水器及其控制器的发展和市场分布状况的基础上，描述了太阳能热水器控制器的组成及其工作原理。论文完成了控制器的硬件设计和软件设计。在硬件设计中，利用AT89C52单片机作为控制的中心环节，控制整个系统运作。利用温度传感器DS18B20和分段式水位传感器作为水温水位测量环节，并将测量结果送单片机进行处理。利用DS12887作为时钟芯片，以实现时间以及日期的显示。选用液晶显示模块12864显示水温水位时间

4、及日期，显示部分是人机交换的重要媒介之一。在软件设计部分采用模块化结构，完成了包括主程序，水位检测子程序、LCD显示等子程序的设计。系统主程序主要完成一些初始化功能，温度的检测以及控制辅助加热系统，同时完成信号转换及送显示功能；水位检测子程序完成水位测量及送数据功能；显示子程序完成水温水位及时间日期的显示功能。论文通过对整体设计方案，硬件电路，软件程序的设计分析，实现了太阳能热水器的水温水位的检测与控制，具有实际的意义。关键词：太阳能热水器；传感器；DS12887；单片机； FYD12864-0402B第一章 总体设计1.1 系统设计方案论证设计方案方案一：基于FPGA的太阳能热水器控制系统本

5、方案利用EDA技术和VHDL语言，设计了基于FPGA的太阳能热水器控制系统，实现了系统的硬件电路及相关配套软件，使系统能够完成太阳能热水器温度、水位参数的采集和对采集数据实时记录、处理、分析、显示和控制等功能方案二：基于CPLD的太阳能热水器控制系统本方案以Altera公司的EPMl270芯片作为数据处理器，将外界各种电路检测得到的环境信息进行综合处理和分析，智能化地解决太阳能热水器日常使用中普遍存在的问题。方案三：基于89C52单片机的太阳能热水器控制系统本方案以89C52单片机为核心控制整个系统，选用合适传感器及接口，显示电路，实现太阳能热水器的温度，压力，时间检测与控制。另外，该系统为点

6、加热系统，在阳光不足的情况下实现辅助加热。综合三个方案的优缺点，从现实可行性，经济条件以及个人知识掌握情况考虑本设计选用第三种方案。设计要求1.2 总体设计及其工作原理工作原理控制器主要由主控制器（即单片机），温度检测单元，水位检测单元以及辅助加热单元组成。各个单元发挥各自不同的作用及功能。外接显示器以及按键作为人机交流介质。太阳能热水器控制器结构看似复杂，但总结重要部分，得出结构简图如下图1-1所示：出热水 保温水箱集热器电加热系统太阳光自来水T1温度传感器T2水位自动控制系统F1冷水阀门 F2循环水管阀门F3循环水管阀F4热水阀门图1-1 控制系统结构简图在图1-1中，T1代表保温水箱中的

7、温度传感器。T2代表保温水箱中的水位自动控制系统。F1代表冷水阀门。F2代表循环水管阀门。F3代表循环水管阀门。F4代表热水阀门。工作原理：不用水时，阀门F1，F4关闭，F2，F3打开，热水在保温水箱和集热器中流动。T1传感器实时检测温度。用水时，阀门F4打开，传感器T2检测水位，当水位低于设定最小值时打开阀门F1给水箱供水。当阳光不足时，温度传感器T1检测水温不在升高且达不到设定值，则发出命令启动从系统进行电加热。整个系统循环运作，可以达到24小时提供热水的目的。 太阳能热水器的结构现在市场上的太阳能热水器的结构复杂多样，但总和看来，主要有三个部分：1.循环（保温）水箱；2.集热器；3.连接

8、管道。而各个部分发挥了不同的作用：1.集热器： 系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的白昼。 2.保温水箱： 和电热水器的保温水箱一样，是储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作,而人们一般在晚上才使用热水,所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。采用同乐搪瓷内胆承压保温水箱，保温效果好，耐腐蚀,水质清洁,使用寿命可长达20年以上。 3.连接管道（循环水管）： 将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的通道，使整套系统形

9、成一个闭合的环路。设计合理，连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道必须有很高的质量保证，有20年以上的使用寿命。图1-2为系统的总体结构。但通常在实用的太阳能热水器系统中，需要外加一个补给水箱，以保证冷水的正常连续供应。图1-3为典型实用热水器的装置简图。图1-3中标号分别代表为：1-集热器；2-下降水管；3-循环（保温）水箱；4-补给水箱；5-上升水管；6-自来水管；7-热水出水管。工作原理：图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上

10、集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，图1-2系统总体结构图1234567图1-3热水器装置简图便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水器利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热水交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板型集热器时直接

11、将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。水位报警控制电路设计这个水位指示器电路共四级水位指示（LED指示），水满时会发出音频报警，很实用。工作原理:该电路由一片四双向模拟开关集成电路CD4066为核心构成。每个电路内部有四个独立的能控制数字或模拟信号传送的开关。当水箱无水时，由于180K电阻的作用，使四个开关的控制端为低电平，开关断开，LED 不发光。随着水位的增加, 由于水的导电特性，使得IC的13脚为高电平，S1接通，LED1图1-4 水位报警控制原理图点亮。当水位逐渐增加时，LED依次发光

12、指示水位。水满时，LED4发光，显示水满。同时T1导通，B发出报警声，提示水已满。不需要报警声时，断开开关K即可。三极管T1在电路中充当蜂鸣报警器的电子开关。电源设计就是用220伏变压器降压为6-10伏左右的低压，然后经过桥式整流滤波，接着用一个6伏的稳压二极管就可以稳压输出6伏直流电了。图上是7805的三端稳压管，你把1和3相并，然后稳压二极管直接接上正负极就可以输出稳定的6伏直流电了。图1-5电源原理图第2章控制器硬件设计控制器原理框图根据设计思想，系统的硬件接口电路应包括：控制器实时时钟接口电路，蓄水箱温度和水位检测接口电路、按键电路，显示电路以及电辅助加热电路等。系统结构框图如图2-1

13、所示： 单片机12887时钟芯片辅助加热系统温度传感器水位检测功能键盘12864LCD显示AT89C52图2-1 控制器系统框图根据控制要求，由于本系统运算量不是很大，没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不再外扩数据存储器。仅使用单片机内部RAM已完全能够满足要求。因此本系统采用Atmel公司的单片机AT89C52作为热水器控制器系统的控制中心环节，主要从以下特点考虑：1.AT89C52是一种低功耗，高性能CMOS工艺的8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统

14、可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统提供高灵活，超有效的解决方案。 2.AT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至0KHZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止工作，直到一个中断或硬件复位为止。3.AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含

15、8个中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线。AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash存储器有效地降低开发成本。上电复位电路设计中用的是上电复位，是指单片机只要一上电，便自动的进入复位状态。图2-2是上电复位电路。当采用的晶体频率为12MHZ时，可采取C=10uF，R=8。2K。图2-2 上电复位电路时钟接口电路设计为了给用户提供方便，本设计加入一种时间芯片，它可以为用户提供准确的时间及日期，具有良好的使用性质。本系统采用美国DALLAS半导体公司最新推出的时钟芯片DS12887，

16、该芯片采用CMOS 技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，并与MC146818管脚完全兼容。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，完全能够满足设计需要。2.3.1 DS12887时钟芯片简介美国达拉斯半导体公司(Dallas)最新推出DS12887的串行接口实时时钟芯片，采用CMOS 技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，同时它与目前IBMAT计算机常用的时钟芯片MC146818B 和DS1287 管脚兼容，可直接替换。它所提供的世纪字节在位置32h，世纪寄存器32h到2000 年1月1日从19递增到20。采用DS12887 芯片

17、设计的时钟电路不需任何外围电路和器件，并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统。美国Dallas公司推出两款数字时钟芯片DS12887/DS12C887，两款时钟芯片都将在1999年12月31日23时59分59秒时顺利地跳到2000 年1月1日零时，并能实2000 年2月29 日的闰年提示，是时钟芯片DS1287 的增强型品种，结构上相当于MC146818B 的改进型。芯片都采用24引脚双列直插式封装，其引脚接口逻辑和内部操作方式与MC146818 基本一致，所不同的是DS12887/DS12C887

18、 芯片的晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在芯片的上方，组成一个加厚的集成电路模块，因此，DS12887/ DS12C887时钟芯片无需MC146818 的电源电位检测端( PS)，电路通电时其充电电路便自动对可充电电池充电，充足一次电可供芯片时钟运行半年之久，正常工作时可保证时钟数据十年内不会丢失。此外，片内通用的RAM 为MC146818 的两倍以上。DS12887/DS12C887 内部有专门的接口电路，从而使得外部电路的时序要求十分简单，使它与各种微处理器的接口大大简化，使用时无需外围电路元件，只要选择引脚MOT 电平，即可和不同计算机总线连接。主要技术特点1. D

19、S12887/DS12C887 具有下列主要技术特点：(1) 具有完备的时钟、闹钟及到2100年的日历功能，可选择12小时制或24小时制计时，有AM和PM、星期、夏令时间操作，闰年自动补偿等功能。(2) 具有可编程选择的周期性中断方式和多频率输出的方波发生器功能。(3) DS12887内部有14个时钟控制寄存器，包括10个时标寄存器，4个状态寄存器和114bit作掉电保护用的低功耗RAM。(4) 由于该芯片具有多种周期中断速率时钟中断功能，因此可以满足各种不同的待机要求，最长可达24小时，使用非常方便。(5) 时标可选择二进制或BCD码表示。(6) 工作电压：+ 4.55.5V、工作电流：71

20、5mA。(7) 工作温度范围：070°C。2. DS12887内部结构及管脚说明DS12887/DS12C887为24引脚芯片，内部结构如图2-3所示。图2-3 DS18B20内部框图其中：MOT：计算机总线选择端；SQW：方波输出，速率和是否输出由专用寄存器A、B的预置参数决定；AD0AD7：地址/数据(双向)总线，由AS的下降沿锁存8位地址；R/W：读/写数据；AS：地址锁存信号端；DS：数据读信号端；CS：选通信号端，低电平有效；IRQ：中断申请，由专用寄存器决定；RESET：复位端；NC：空引脚。DS12887内部由振荡电路，分频电路，周期中断/方波选择电路，14字节时钟和控

21、制单元，114字节用户非易失RAM，十进制/二进制计加器，总线接口电路，电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。DS12887管脚分配如图2-4所示。图2-4 管脚分配图VCC：直流电源+ 5V 电压。当5V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于4.25V，读写被禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3V以下时，RAM和计时器供电被切换到内部锂电池。MOT(模式选择)：MOT 管脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序，当接到GND 时，选择INTEL时序。SQW(方波信号输出)：SQW管脚能从实时时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变

22、。AD0 AD7(双向地址/ 数据复用线)：总线接口,可与MOTOROLA微机系列和INTEL微机系列接口。AS (地址选通输入)：用于实现信号分离，在AD/ ALE 的下降沿把地址锁入DS12887。DS(数据选通或读输入)：DS/ RD 管脚有两种操作模式，取决于MOT管脚的电平，当使用MOTORO2LA 时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期，DS指示DS12887驱动双向总线的时刻；在写周期，DS的后沿使DS12887锁存写数据。选择INTEL时序时，DS称作(RD)，RD与典型存储器的允许信号(OE) 的定义相同。R/W(读/ 写输入)：R/ W 管脚也

23、有两种操作模式。选MOTOROLA 时序时，R/W 是一电平信号，指示当前周期是读或写周期，DS为高电平时，R/ W高电平指示读周期，R/W 信号是一低电平信号，称为WR。在此模式下，R/ W管脚与通用RAM 的写允许信号(WE) 的含义相同。CS(片选输入)：在访问DS12887的总线周期内片选信号必须保持为低。IRQ(中断申请输入)：低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断的条件满足时，IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开中输入，要求外接上接电阻。RESET(复位输出)：当该脚保持低电平时间大于200ms，保证DS12887有效复位。3. DS12887/ DS12C887 内部寄存器的功

24、能因DS12887 和DS12C887 结构功能上类似，现以DS12887 为例说明如下：CPU通过读DS12887的内部时标寄存器得到当前的时间和日历，也可通过选择二进制码或BCD码初始化芯片的10个时标寄存器。其114bit非易失性静态RAM 可供用户使用，对于没有RAM的单片机应用系统，可在主机掉电时来保存一些重要的数据。DS12887 的4个状态寄存器用来控制和指DS12887模块的当前工作状态，除数据更新周期外，程序可随时读写这4个寄存器，各寄存器的功能和作用如下。寄存器A各位不受复位的影响，UIP 位为只读位，其它各位均可读写。寄存器的控制字的格式如下表2-1所列：表2-1 DS1

25、2887 控制寄存器A 各布尔位定义：BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0UIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0(1) IP 位：更新周期标志位。该位为“1”时，表示芯片正处于或即将开始更新周期，此时程序不准读写时标寄存器；该位为“0”时，表示至少在244s 后才开始更新周期，此时程序可读芯片内时标寄存器，该位是只读位。(2)DV0、DV1、DV2：芯片内部振荡器RTC 控制位。当芯片解除复位状态，并将010写入DV0、DV1、DV2后，另一个更新周期将在500ms后开始。因此，在程序初始化时可用这三位精确地使芯片在设定的时间开始工作。这与MC146818

26、不同的是，DS12887固定使用32 768Hz 的内部晶体，所以，DV0 =“0”，DV1 =“1”，DV2 =“0”，即只有一种010的组合选择即可启动RTC。(3)RS3、RS2、RS1、RS0：周期中断可编程方波输出速率选择位。各种不同的组合可以产生不同的输出。程序可以通过设置寄存器B的SQWF 和PIE 位控制是否允许周期中断和方波输出。其寄存器A输出速率选择位如表2-5所列。寄存器B的控制字的格式如表2-2所列。表2-2 DS12887 控制寄存器B各布尔位定义BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SETPIEALEUIESQWEDW24/21DSE(a)

27、SET位：当该位为“0”时，芯片处于正常工作状态，每秒产生一个更新周期来更新时标寄存器为“1”时，芯片停止工作，程序在此期间可初始化芯片的各个时标寄存器。(b)PIE、AIE、UIE 位：分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断允许位。各位为“1”时，允许芯片发相应的中断。(c)SQWE位：方波输出允许位。SQWE“1”，按寄存器A 输出速率选择位所确定的频率输出方波；SQWE=“0”，脚SQW保持低电平。(d)DM位：时标寄存器用十进制BCD 码表示或用二进制表示格式选择位。DM =“0”时，为十进制BCD码；DM =“1”时，为二进制码。(e)24/12位：24/12 小时模式设置位。2

28、4/12位=“1”时，为24 小时工作模式；24/12位=“0”时，为12 小时工作模式。(f)DSE位：夏令时服务位。DSE=“1”，夏时制设置有效，夏时制结束可自动刷新恢复时间；DSE=“0”，无效。寄存器C的控制字的格式如表2-4所列。该寄存器的特点是程序访问读该寄存器后，该寄存器的内容将自动清零，从而使IRQF 标志位变为高电平，否则，芯片将无法向CPU 申请下一次中断。表2-3所示的为控制寄存器C各布尔位定义：表2-3 DS12887 控制寄存器C各布尔位定义BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0IRPFPFAFUF0000(a)IRQF位：中断申请标志位。

29、该位逻辑表达式为：IRQF = PF·PIE +AF·AIE+UF·UIE。当IRQF位变“1”时，引脚将变低电平引发中断申请。(b)PF、AF、UF 位：这三位分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断标志位。只要满足各中断的条件，相应的中断标志位将置“1”。(c)BIT3BIT0：未定义的保留位。读出值始终为0。寄存器D为只读寄存器。寄存器D的控制字的格式如表2-4所示。表2-4 DS12887控制寄存器D各布尔位定义BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0VRT0000000(a)VRT位：芯片内部RAM与寄存器内容有效标志位。该位为

30、“1”时，指芯片内部RAM和寄存器内容有效。读该寄存器后，该位将自动置“1”。(b)BIT6BIT0位：保留位。读出的数值始终为0。表2-5 DS12887 控制寄存器A 输出速率选择位定义寄存器A输出速率选择位32768Hz时基RS3RS2RS1RS0中短周期SQWF输出频率(Hz)0000无无00013.90625ms25600107.8125ms1280011122.0us8.192k0100244.141us4.096k0101488.281us2.048k0110976.5625us1.024k01111.953125ms51210003.90625ms25610017.812ms1

31、28101015.625ms64101131.25ms32110062.5ms161101125ms81110250ms41111500ms2注释：寄存器B允许读写，主要用于控制芯片的工作状态。2.3.2 时钟电路DS12887时钟芯片与AT89C52单片机的接口电路见下图2-6。图2-6 DS12887与单片机接口电路模式选择脚MOT接地，选择IN TEL时序。DS12887 的高位地址用89C52的P14 选择，则时钟芯片的高8位地址为EFH，而其低8位地址则由芯片内部各单元的地址来决定(00H80H)，DS12887的中断输出端IRQ 接上拉电阻，同89C52中断线IN TO相连，为单片

32、机提供中断信号。SQW端口编程为2Hz方波输出，经二分频后，驱动两个LED发光二极管作为时钟的秒闪烁示。为了实现对水箱内水温的实时检测，蓄水箱温度检测电路采用DS18B20芯片，该芯片将采集到的温度信号转换成脉冲信号，送到AT89C52的I/O 口(编程为计数器工作模式)，通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号。2.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性一线式数字温度传感器DS18B20是DS1820的更新换代产品(由美国DA IIAS公司生产)。它具有体积小，分辨率高，转换快等优点。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行数， 所以在一条总线上可以挂接多达248 218×

33、1014只DS18B20，再加上DS18B20独特的单线总线结构，决定了DS18B20特别适合于大型的多路温度实时测控系统的温度检测。温度实时测控集装箱的设计，在实现测控系统的温度检测方面就较好地利用了DS18B20 的独到特点，使系统得到了极大的简化。DS18B20的特性如下：(1)独特的单线接口方式。DS18B20 在I/O处理器连接时，仅需要一个I/O 口即可实现微处理器同DS18B20的双向通讯。(2)DS18B20支持组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的单线上，实现多点测温。(3)DS18B20 的测温范围为：- 55+125，在-10+ 85时，其精度为+0.15。(4)D

34、S18B20的测温结果的数字量位数从912位，可编程进行选择。(5)DS18B20内含寄生电源，器件既可以由单线总线供电，也可用外部的电源(310V515V )供电。数字化温度传感器DS1820测温范围为-55+125 ，增量值为0.5 (9位温度读数)，它主要由4个数据部件部分组成：64位ROM；温度传感器；非易失性的温度报警触发器TH和TL；高速便笺存储器64位ROM用于存储序列号，其首字节固定为28H，表示产品类型码，后6个字节是每个器件的编码，最后1个字节是CRC校验码。温度告警触发器TH和TL 存储用户通过软件写入的报警上下限值，高速便笺存储器由9个字节组成，其中有2个字节RAM单元

35、用来存放温度值前1个字节为温度值的补码低8位，后1个字节为符号位和温度值的补码高3位。DS18B20在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只需将DS18B20 信号线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20就可实现单点或多点温度检测。DS18B20传感器精度高、互换性好；它直接将温度数据进行编码，可以只使用一根电缆传输温度数据，通信方便，传输距离远且抗干扰性好，与用传统温度传感器组成的多点测温系统相比可节省大量电缆，而且系统得以简化，系统扩充维护十分方便。DS18B20 可以广泛用于工厂工业过程、大型粮仓、酿酒厂，食品加工厂的温度检测以及宾馆、仪器仪表室等处

36、的温度检测和控制。2.4.2温度检测电路设计具体电路如图2-7所示：图2-7 温度检测电路工作原理：DS18B20的数据口与单片机相连，单片机P13口通过读口线数据，经处理后送LCD12864显示。水位检测电路与键盘均是由按键开关组成，由于所用按键数量不多，只用单片机自身口线足够，因此采用独立式键盘设计，这样也使查询过程简单。2.5.1水位检测电路设计蓄水箱水位及温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节，只有准确地检测出水位和温度，才能通过软件计算提前开始辅助加热的预加热时间。要实现辅助加热提前时间的精确计算，最好是采用连续液位传感器，但考虑系统成本，本设计仍采用分段式液位传感器，采用分段显示

37、感器(通过软件来提高精度)，在水位显示。在此设计中有四个水位段，分别是低水位、中水位、高水位和超高水位。在实用中，是利用水的导电性原理使电路通路从而判断水位。在本设计中通过四个单刀单掷开关K1-K4来表示这四种水位，通过扫描四个开关的开启闭合状态从而判断出水位状态。2.5.2总体电路设计将水位测量电路及按键电路组成独立式键盘形式，这样的设计有利于检测开关闭合情况及实现实时控制。电路图如图3-8所示。显示电路设计液晶显示模块与单片机的借口电路如图2-8所示。在本设计中，使PSB管脚接地，以选择串行工作方式，进而只通过三根线将12864与单片机相连进行数据通信。其中脚CS为片选段，次脚低电平有效；

38、脚SID为串行数据线，单片机中数据通过此线发送到12864中以用于显示；脚SCLK为串行的时钟脉冲信号输入。串行通信方式所占用的单片机口线少，因此不用做LCD扩展。一般液晶显示模块与单片机的接口分为直接访问方式和间接控制方式，间接控制方式还分为一位串行、4位并行以及8位并行。本文采用的AT89S52和液晶12864LCD模块的接口电路如图所示。由于12864采用串口通信，其特点是占用单片机口线少，电路简单、直观、操作方便。在此电路中，采用软件模拟液晶的时序，达到正确显示的目的。图2-8 12864LCD显示电路在阳光充足时，热水器能够正常加热工作，但是在阴雨天，由于阳光不足，水温有时会达不到所

39、需的设定温度。因此本设计给出了一套从系统，即辅助加热系统，在光线不足的时候，可以启动次从系统对水箱中的水进行加热，以实现热水的连续供应。辅助加热系统电路图如图2-9所示：器件选择：光耦合器选用型号6N137。该型号是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。1.集电极开路的三极管组成。表2-9 指令表（RE=0：基本指令）指令指 令 码功 能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除显示0000000001将DDRAM填满"20H"

40、，并且设定DDRAM的地址计数器(AC)到"00H"地址归位000000001X设定DDRAM的地址计数器(AC)到"00H"，并且将游标移到开头原点位置；这个指令不改变DDRAM 的内容显示状态开/关0000001DCBD=1： 整体显示 ONC=1： 游标ONB=1：游标位置反白允许游标或显示移位控制000001S/CR/LXX设定游标的移动与显示的移位控制位；这个指令不改变DDRAM 的内容读取忙标志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0读取忙标志(BF)可以确认内部动作是否完成，同时可以读出地址计数器(AC)的值功能设定0000

41、1DLX0REXXDL=1(必须设为1)RE=1；扩充指令集动作RE=0；基本指令集动作图2-9 辅助加热电路图具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。相关参数：最大输入电流，低电平：250uA；最大输入电流，高电平：15mA；最大允许低电平电压(输出高)：0.8v；最大允许高电平电压6V，Vcc 最大电源电压，输出：5.5V；扇出(TTL负载)：8个(最多)；工作温度范围：-40°C至+85°C。2.续流二极管选用型号IN4007。其具有直插功率特性以及小功率低频特性。相关参数：最高反向峰值电

42、压1000V；平均整流电流1.0A；最大峰值浪涌电流30A；最大反向漏电流5.0uA；正向压降1.0V。号HLR1000-240DT1H2Q。该型号可用于交流50/60HZ，额定工作电压277V，直流电压至220V的控制电路中，适用于额定工作电流40A（AC8a）；30A(AC8b)的单相空调的压缩机或电动机控制，也可用于电加热、电动工具及各种电动机、传真机、复印机、包装机和食品加工机械等电器及设备的单相负载电路的控制。相关参数：1）额定绝缘电压 Ui：600V2）额定工作电压 Ue：AC277V 。3）额定工作电流：Ie=30A（AC-8b）；Ith=40A 。4）机械寿命100万次；电寿命

43、10万次。5）线圈工作电压范围：继电器线圈在70% Us110% Us范围内可靠吸合并工作，释放电压在20% Us70% Us范围内 。6）产品线圈工作电压 Us=208240V 。工作原理：当单片机89C52P3.3口输出高电平时，三极管Q1导通，致使发光二极管发光，同时光敏三极管导通，继电器闭合，电阻丝R16R19发热，这样就完成了加热任务，此电路虽然简单，但在太阳能热水器中是必不可少的。第3章控制器的软件设计51单片机的C语言采用C51编译器(简称C51)。由C51产生的目标代码，运行速度高，所需存储空间小，符合C语言的ANSI标准，生成的代码遵循

44、INTEL目标文件格式，而且可与A51会变语言或PL/M51语言目标代码混合使用。应用C51编程具有以下优点：1.C51管理内部寄存器和存储器的分配，编程时无需考虑不同存储器的寻址和数据类型等细节问题。2.程序由若干函数组成，具有良好的模块化结构；3.有丰富的子程序库可以直接饮用，从而大大减少用户编程的工作量。4.C语言和汇编语言可以交叉使用，汇编语言程序代码短，运行速度快，但复杂运算编程耗时。如果用汇编语言编写与硬件有关的部分程序，用C语言编写与硬件无关的运算部分程序，充分发挥两种语音呢的长处，可以提高开发效率。热水器不论在什么样的天气里，都能够随时向用户提供设定温度的热水，从而给用户带来便

45、利。根据这一要求，控制器软件设计采用模块化结构，包括主程序，键盘子程序，水位检测子程序，LCD显示子程序等。系统主程序主要完成以下几种功能：1. 温度的检测及数据处理2. 控制辅助加热系统工作3. 送液晶显示模块显示4. 芯片初始化，开中断功能系统主程序流程图如图3-1所示。对于温度和时间设定， 每次设定结束后，就将设定值存入DS12887 的非易失性RAM中，下次开机时进行读取。这样作至少有两个优点：一是系统在不进行设定时，就认定该设定值和先前一次一样，解决了每次开机总要从头设定的问题，另一个是若系统在运行中间停电而再次来电时，可以不用重新设定，就能按原设定值对温度进行控制，增强了控制器适应

46、外界变化的能力。对提前加热时间的计算，则是系统能否实现预定功能的重要一环。图3-1 主程序流程图设计系统采用分段式水位检测，共四段水位，当水位低于设定最小值时，系统自动上水补给。当到达设定水位最大值时，给水停止，从而时间循环不间断供水。水位检测子程序流程图如图3-2所示：图3-2 水位检测子程序系统采用独立式键盘。通过判断哪个键按下，从而转到相应的程序进行处理。实现功能设置以及设定时间，水温及水位功能。功能按键按一次为水温设计模式，两次为水位设置模式，三次进入时间调节模式。3.4显示子程序设计为了形象的显示出当前的时间水温及水位，本系统采用LCD12864点阵液晶显示模块作为显示部分。此液晶显

47、示模块是128*64点阵的汉字图形型液晶显示模块。可显示汉字及图形。显示子程序流程图如图 开始模块初始化读温度，时间，水位植送显示读模块状态标志BF？=0等待NY图3-3 显示子程序第4章 结论本文给出了一种太阳能热水器控制器的设计方法。利用本套设计方案，基本实现了太阳能热水器中对水温水位以及时间的检测与控制。主要做了以下几项工作：1. 设计选用AT89C52单片机为整个系统的控制中心。2. 选用DS18B20温度传感器检测蓄水箱中水温。3. 选用DS12887时钟芯片做计时部分。4. 选用分段式液位传感器检测蓄水箱中水位。5. 将水位检测部分与功能按键部分组合成独立式键盘形式。6. 选用FY

48、D12864-0402B液晶显示模块作为显示部分。硬件部分给出了控制器系统的原理框图，各部分电路连接方式及工作原理。在软件设计部分，给出主程序框图，水位测量子程序框图，键盘扫描程序框图以及显示子程序框图。设计中遇到的困难以及解决方法：在设计中由于发现单片机口线不够用因此想用8279扩展键盘显示电路。但是通过老师指正发现8279不可以扩展LCD液晶显示模块。通过查阅相关资料，发现12864可以用串口接法，这样既节省口线，又不用外加8279扩展键盘。设计中不足的地方：1.本设计控制器没有加入定时控制环节。DS12887具有定时功能，但是由于设计时间和本人经验有限，并没有加入此功能。这是在日后需要继

49、续研究加补充的。2.由于对于点阵液晶显示模块的了解有限，因此程序部分并没有加入显示部分。在程序方面还要加强训练，争取做到更加优化，实用。参考文献1 郭廷玮太阳能利用和前景科学普及出版社，1986(5)：25-282 刘福才，刘丰，刘立伟AVR单片机在太阳能热水器智能控制器中的应用微计算机信息，1999，43 刘福才，朴春俊，刘 丰基于DS12887的太阳能热水器只能控制的设计自动化与仪表，2000(4)：15-174 向奇汝多功能温度控制器自动化与仪器仪表，1999(6)：30-375 王长胤，文军单片单板机原理及应用武汉：武汉大学出版社，19936 何立民单片机中、高级教程北京航空航天出版社

50、，19997 万福君，潘松峰单片机原理系统设计与应用科学技术大学出版社，20018 潘永雄，沙河，刘向河电子线路CAD实用教程，西安电子科技出版社，20019丁志刚，李刚民单片微型计算机原理与应用北京电子工业出版社，199010金伟正单线数字温度传感器的原理及应用电子技术应用，200011王福瑞单片微机测控系统设计大全北京：北京航空航天大学出版社，199912李群芳，张士军，黄建单片微型计算与与接口技术电子工业出版社，2008致谢经过几个月的努力，我的毕业设计已经完成。回想这几个月的学习，从开题到论文的顺利完成，我得到了老师和同学们的很多帮助。首先要感谢我的指导老师柳亚平老师，在本设计的过程中

51、，柳老师从选题，设计方案，论文修改直至成稿一直给予我很多的指导和帮助，同时也为我提供了相关的参考资料，为我解答疑惑，提供了很多关键性的建议。他严谨细致，一丝不苟的作风一直是我学习，工作中的榜样，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给我无尽的启迪。还有我的室友和很多同学也给了我很多的帮助，他们给我鼓励与意见，让我度过了这段艰辛的时期。特别要感谢寝室的同学们，一直以来都在鼓励我，在做仿真时一直都在帮助我，如果没有他们的热心帮忙，此次设计的完成将变得非常困难。同时也要感谢系各位领导和相关的任课老师，特别是任靖福老师，如果没有任老师的指引和教导，我就不会进入到单片机的领域，在此说声谢谢！附录1电路图附录2

52、部分程序DS18B20温度检测程序：#include <stdio。h>#include <reg52。h>#include <intrins。h>#include <absacc。h>#define SomeNOP()#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ulong unsigned longsbit dq = P13； /DS18b20char data temp；uchar code ds18_1 = 0x28，0xFF，0x38，0x1B，0x01，0x00，0x00，0xF5；uchar code ds18_2 = 0x28，0xD3，0x2C，0x1B，0x01，0x00，0x00，0x5D；uchar key；unsigned char code disp_code= 0xc0，0xf9，0xa4，0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8， 0x80，0x90，0x88，0x8