太阳能控制系统说明书

1.引言1.1选题背景随着“信息时代〞的到来，作为太阳能控制系统的控制技术得到了显著的进步与开展，其应用领域越来越广泛，对其性能要求越来越高，需求越来越紧迫。太阳能控制系统已经成为衡量一个国家科学技术开展水平的重要标志之一。因此，了解并且掌握各种各样控制系统的根本原理、结构以及性能是非常必要的。 温度是工业生产中主要的被控制参数之一，与之有关的各种各样的温度控制系统广泛地应用于，医药、机械、化工、工业控制、航天等领域。温度控制是工业生产过程中重要的环节，有些工艺环节对温度的控制效果将直接影响产品的质量与性能，因此设计出高性能的温度控制系统是很有前景的。1.2设计目标本设计是在不影响系统功能实现的前提下从经济效益、实用价值角度出发，采用STC系列中的STC15F2K60S2单片机，以STC15F2K60S2为控制核心，结合NTC热敏电阻温度传感器测量温度，LED指示灯，LCD1602为显示电路以及其他控制模块而设计出的太阳能控制系统。该控制系统由硬件与软件两局部组成。其中硬件局部由电源输入模块、温度采集模块、水位测量模块、出水模块、加热模块、按键模块、报警模块、显示模块、以及单片机控制系统模块组成。软件局部由控制局部和显示局部，控制局部主要是测量水的温度、测量水位，如果检测到温度低于加热温度的下限，报警3S之后，开启加热。如果检测到水位过低，报警3S后开启上水。同时根据按键不不同操作分别实现调节温度上限、温度下限，水位上限、水位下限，加热，放水，动态显示功能。系统从控制角度分为自动和手动。自动控制：首先STC15F2K60S2单片机从其内部EEPROM中读取设定的温度上限、温度下限、水位，之后在中断效劳函数中测量水温、水位，如果水温高于温度上限，那么不加热，此时加热指示灯LED熄灭。如果水温低于温度下限，开启报警3S之后，自动开启加热，同时加热指示灯LED点亮。如果水位低于1/4，开启报警3S之后，自动开启上水，同时加水LED指示灯点亮。与此同时在LCD1602显示屏上显示相应的操作。手动控制：首先通过按键设定温度上限，温度下限、水位，同时将温度上限、温度下限、水位存入STC15F2K60S2单片机内部EEPROM中。加热按键控制加热局部，只要水温低于99.9℃，此时只要按下加热按键，控制加热的继电器立刻吸合，同时加热指示灯LED点亮。只要水位低于100%，此时只要按下加水按键，加水开始，同时水位的LED不断点亮。在任何模式下只要按下出水按键，控制出水的继电器立刻吸合，同时放水指示灯LED点亮。本设计结构完整，易于实现，但是任具有高性能、低功耗，在一定程度上成功地表达了人工智能。2.整体方案设计该设计的温度测量、水位检测、加热控制系统以STC15F2K60S2单片机为核心，外加温度采集电路、电源电路、按键控制电路、水位检测电路，加热控制电路和越界报警等电路。采用NTC热敏电阻温度传感器，220V交流电源，水位、加热、放水LED指示灯、双列直插独立按键和动态液晶显示屏1602，以及易于控制的固态继电器作为加热控制的开关和放水阀器件。实验证明该太阳能温度控制系统可以到达0.1℃的静态误差，0.5℃的控制精度，以及只有0.75的超调量，因此本设计具有很高的实用性和稳定性。2.1模块设计方案单片机选择方案方案一：选择STC89C51方案STC89C51系列单片机是从引脚到内核都完全兼容标准8051的单片机。STC89C系列单片机是高速/低功耗的新一代8051单片机，最高工作频率可分别到达25MHz～50MHz。STC89C51系列单片机有较宽的工作电压，5V型号的可工作于3.4V～6.0V。此外，STC89C51系列单片机在完全兼容8052芯片(在标准8051根底上增加了T2定时器和128字节内部RAM)的根底上，新增了许多实用功能。方案二：选择STC15F2K60S2方案 STC15F2K60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期〔1T〕的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟〔±0.3%〕，±1%温飘〔-40℃--+85℃〕，5MHz-35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路〔内部已集成高可靠复位电路，ISP编程时8级复位门槛电压可选〕。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D转换〔30万次/秒〕，内置2K字节大容量SRAM，2组高速异步通信端口〔UART1/UART2,可在5组管脚之间进行切换，分时复用可作5组串口使用〕，1组高速同步串口通信端口SPI，针对多串口通信/电机控制/强干扰场合。 STC推出的系列单片机芯片是全面兼容51单片机的，而且15系列单片机是其升级版，性能好，具有较强的稳定性。STC15F2K60S2内部有EEPROM，可以在程序中修改内部存储的数据，断电不易丧失。有8路高速10位A/D转换，代替传统的A/D转换器TLC5615。内部看门狗，在死机状态下启动内部看门狗进行软件复位。 综上所述选择STC15F2K60S2作为主控芯片。温度传感器选择方案方案一：选择DS18B20方案DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的支持“一线总线〞接口的数字温度传感器，具有微型化、低功耗等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供单片机处理，并在单片机系统中实现温度的测量与控制。〔1〕功能DS18B20常见有TO-92、SOP8等封装外形，表2-1给出了TO-92封装的引脚功能，其中DQ引脚是该传感器的数据输入/输出端〔I/O〕，该引脚为漏极开路输出，常态下呈高电平。DQ引脚是该器件与单片机连接进行数据传输单一总线，单总线技术是DS18B20的一个特点。DS18B20性能特点见表2-1所示。表2-1DS18B20引脚功能描述引脚序号名称描述1GND地信号2DQ数据输入输出〔I/O〕引脚3Vdd电源输入引脚，当工作于寄生电源模式时，此引脚必须接地表2-2DS18B20性能指标性能参数备注电源电压范围在3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电测温范围-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃时精度为±0.5℃分辨率9～12位，分别有0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃程序控制转换速度在9位时，小于93.75ms；12位分辨率时，小于750ms总线连接点由于数据线延时和干扰限制，一般不超过8个〔2〕工作原理DS18B20内部包含一个64位的ROM、9字节的RAM、温度传感器以及相关控制电路。DS18B20的序列号唯一，可以实现一根总线上级联多个同样器件。9字节RAM是一个高速暂存器，见表5-3所示。其中第0、1字节是温度转换有效位，第0字节的低3位存放了温度的高位，高5位存放温度的正负值；第1字节的高4位存放温度的低位，后4位存放温度的小数局部。如果检测温度大于零度，第0字节高5位全为0，温度有效值为原码表示；如果检测温度小于零度，第0字节的高5位全为1，温度的有效值用补码表示，在应用中需要进行数据转换。RAM的第2和第3个字节用于存放温控系统的温度上下限，分别用TH和TL表示，RAM的这两个字节与DS18B20内部的E2PROM的对应，通过程序控制可以实现之间的数据交换。在实际应用中，温度上限由按键输入，通过程序控制把温度的上下限从单片机中读到TH和TL中，然后再复制到DS18B20内部E2PROM中，系统掉电重启后，E2PROM中存放的温度上下限自动调入TH和TL中，再由单片机读取数据。表2-3高速存放器RAM字节地址编号存放器内容功能0温度值低8位〔LSB〕高4位为温度的低位，低4位为温度小数局部1温度值高8位〔MSB〕高5位是温度的正负号，低3位为温度的高位2高温度值〔TH〕设置温度上限3低温度值〔TL〕设置温度下限4配置存放器5保存6保存7保存8CRC校验值〔3〕工作时序单总线协议规定一条数据线传输串行数据，时序有严格的控制，对于DS18B20的程序设计，必须遵守单总线协议。DS18B20操作主要分初始化、写数据、读数据。方案二：选择NTC热敏电阻温度传感器方案NTC热敏电阻温度传感器是对温度敏感具有可重复性和规律性的一种传感器，在所有温敏元件中，热敏电阻占有极为重要的位置，占整个温敏元件总量的几乎40%，根据阻值随温度变化的特性，热敏电阻可以分为两种，叫负温度系数热敏电阻〔NTCR〕，另一种电阻随温度升高而增大，叫正温度系数热敏电阻〔PTCR〕。〔1〕NTC热敏电阻组成通用型NTC热敏电阻由Mn-Co-Ni-Fe-Cu等过渡金属氧化物的2-4中组分，采用陶瓷工艺烧结而成。〔2〕NTC热敏电阻的外形及尺寸，如图2-1所示。图2-1NTC热敏电阻的外形及尺寸〔3〕NTC热敏电阻的性能随着对检测温度精度要求越来越高，以及测量环境要求越来越苛刻，高精度高可靠NTC热敏电阻就应用而生。目前NTC热敏电阻以日本最为领先，其精密NTC热敏电阻的特点是：尺寸小〔0.6*0.6mm〕，阻值宽〔1KΩ—1MΩ〕，阻值精度±1%，B值精度比拟高〔±1%-±2%〕：响应时间为2-15S。NTC热敏电阻的规格见表2-4所示。表2-4NTC热敏电阻规格序号名称材料及规格单位数量备注1MF5A电阻R1=10KΩR2=3950K±1%只12包装头环氧树脂/1黑色3双排线265126#105℃300V根1黑色〔4〕NTC热敏电阻的主要技术参数，见表2-5所示。表2-5NTC热敏电阻主要技术参数序号参数名称符号最小值标准值最大值单位实验条件试验标准1标称电阻值R259.91010.1KΩ恒温25±0.05℃GB/T6663.1250度电阻值R50/3.588/KΩ恒温50±0.05℃GB/T6663.13材料系数(B值)B253910.539503898.5KGB/T6663.14耗散系数&≥1.5mW℃静止空气中GB/T6663.15热时常数t≤25s静止空气中GB/T6663.16额定功率Pn50mW在工作温度内GB/T6663.17探头工作温度Ta-30~+105℃℃GB/T6663.1〔5〕NTC热敏电阻的环境实验室及可靠性。存储温度：-10~+40℃〔室温〕相对湿度：≤60%不要将本产品存放在有腐蚀气体或有阳光直照的环境中保管存储期限：2年〔6〕NTC热敏电阻的R-T特性参数，见表2-6所示。表2-6NTC热敏电阻R----T分度表R25℃=10.00KΩ±1%B25/50:3950T(℃)R〔ΚΩ〕MinR〔ΚΩ〕CenterR〔ΚΩ〕MaxT(℃)R〔ΚΩ〕MinR〔ΚΩ〕CenterR〔ΚΩ〕Max602.4212.46802.5151050.55530.57290.5905612.3362.38162.4281060.53970.55700.5743622.2522.29702.3421070.52460.54150.5584632.1712.21472.2591080.50980.52640.5430642.0922.13462.1771090.49550.51170.5279652.0152.05702.0991100.48150.49740.5133661.9411.98212.0231110.46790.48350.4991671.8701.91001.9501120.45460.46990.4852681.8021.84071.8801130.44180.45680.4718691.7371.77461.8131140.42930.44400.4587701.6741.71151.7491150.41730.43170.4461711.6151.65161.6881160.40560.41970.4338721.5601.59501.6301170.39440.40820.4220731.5071.54161.5761180.38350.39700.4105741.4581.49151.5251190.37290.38620.3995751.4121.44481.4781200.36280.37580.3888761.3701.40231.4351210.35280.36550.3782771.3291.36101.3931220.34340.35590.3684781.2891.32081.3521230.33440.34670.3590791.2511.28161.3121240.32590.33790.3499801.2131.24341.2741250.31780.32960.3414811.1771.20611.2361260.31000.32160.3332821.1411.16971.1991270.30240.31380.3252831.1061.13421.1631280.29510.30630.3175841.0721.09941.1271290.28800.29900.3100851.0381.06531.0921300.28090.29180.3027861.00531.03191.059870.97330.99931.025880.94180.96720.9926890.91090.93580.9607900.88070.90500.9293910.85900.88290.9068920.83620.85970.8832930.81280.83590.8590940.78910.81170.8343950.76510.78720.8093960.74120.76280.7844970.71740.73860.7598980.69420.71490.7356990.67160.69180.71201000.64970.66940.68911010.62870.64790.66711020.60860.62740.64621030.58970.60810.62651040.57190.58990.6079〔7〕热敏电阻的计算计算公式Rt=R*EXP〔1/T1-1/T2〕。对上面的公式解释如下：1.Rt是热敏电阻在T1温度下的阻值；2.R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值；3.B值是热敏电阻的重要参数；4.EXP是e的n次方；5.这里T1和T2指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝对温度)+摄氏度；DS18B20市场价格4元字6元，而热敏电阻价格市场价格0.1元至0.5元。DS18B20内部工作原理复杂，需要对其初始化、写数据、读数据等。而热敏电阻内部工作原理简单，只需对其初始化，利用单片机内部A/D转换，将模拟信号转换为数字信号。综上所述选择NTC热敏电阻温度传感器。3.系统硬件构成3.1设计原理本设计有电源和控制两局部组成，电源是以220V电网电压输入通过整流、滤波得到5V直流。控制局部是以STC15F2K60S2作为主控芯片。由NTC热敏电阻测量水温，发送给单片机，由单片机进行整体系统控制。电源模块通过直流电源输入电压220V的电网电压，在正常情况下，这一电压通过变压器，将220V的电压降低后，再进行下一阶段的处理得到+5V直流电压，+5V直流电源用于给整个系统供电，以到达单片机正常工作电压的目的。控制局部由单片机控制核心、报警模块、加热模块、放水模块、温度测量模块、LED指示模块、按键控制模块和LCD1602显示系统组成，到达手动控制、全自动控制以及人际交换目的。由NTC热敏电阻温度传感器测量温度，将模拟信号传送给单片机，通过单片机内部A/D转换，将模拟信号转换为数字信号。在LCD1602液晶屏上显示温度值。通过检测水温来控制是否加热，加热时控制加热的继电器吸合，同时加热指示灯LED点亮。通过按键调节温度上下限，水位。当温度过低，水位过低时。系统自动开启报警3S，给与提示是否加热、是否加水。当加热开启时，加热指示灯LED点亮，直到加热停止时LED指示灯熄灭。当放水开始时，放水指示灯LED点亮，直到放水停止时LED指示灯熄灭。当上学开始，根据水位的上下，依次点亮LED1、LED2、LED3、LED4。用LCD1602显示水温、水位、温度上下限、加热、放水字符。用LED显示水位、加热、放水标志。通过按键对温度上下限、水位、加热、放水进行操作。本系统分为电源子系统和控制子系统两局部，对应的设计框架图分别图3-1，图3-2所示。水位检测接口NTC温度水位检测接口NTC温度传感器接口LCD1602液晶显示屏接口NTC温度传感器接口LED水位指示灯接口LED水位指示灯接口MCU控制单元MCU控制单元加热接口按键接口加热接口按键接口图3-1控制系统框架图图3-2实物框架图3.2系统电源电路稳定的系统电源在整个系统中有着十分重要的作用。本系统采用一种电源供电供电方式。设计方案直流电源的输入电压220V的电网电压，通过变压器得到12V电压，12V电压通过整流、滤波，7805降压芯片最终得到+5V的直流电压。如图3-4所示。图3-3系统电源电路原理图3.3单片机最小系统原理单片机的最小系统是单片机可以运行程序的根本电路，也是一个微型的计算机系统。复杂的单片机系统电路都是以单片机最小系统为根本电路进行扩展设计。STC15F2K60S2是片内有ROM/EPROM、A/D的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用STC15F2K60S2单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，最小应用系统是单片机能够正常工作的最小电路单元。单片机晶体振荡电路电路单片机内部的高增益的反相放大器与单片机的XTAL1、XTAL2引脚外接的晶体构成一个振荡电路作为CPU的时钟脉冲。见图1-3-2所示。XTAL1为振荡电路入端，XTAL2为振荡电路输出端，同时XTAL2也作为内部时钟发生器的输入端。片内时钟发生器对振荡频率进行二分频，为控制器提供一个两相的时钟信号，产生CPU的操作时序。51单片机时钟电路的晶体常用的有6MHz，12MHz，11.0592MHz等。电容Cl和C2对频率有微调作用，电容容量的选择范围为5PF～47PF。在设计印刷电路时，晶振和电容的布局紧靠单片机芯片，以减少寄生电容以及干扰。图3-415系列单片机的时钟电路3.3.2单片机复位电路单片机复位能使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。复位后PC=0000H，单片机从第一个单元取指令。在实际应用中，无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以必须弄清楚51系列单片机复位的条件、复位电路和复位后状态。在单片机的RST引脚上有持续两个机器周期〔即24个振荡周期〕的高电平即可让单片机进行复位操作，完成对CPU的初始化处理。如果单片机的时钟频率为12MHz，每机器周期为1μs，那么只需让RST引脚保持2μs以上高电平的就能复位。复位操作是单片机系统正常运行前必须进行的一个环节。但如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，无法执行用户的控制程序。〔a〕上电自动复位电路图〔b〕手动复位电路图图3-5单片机复位电路在实际应用中，复位操作通常有上电自动复位、手动复位和看门狗复位三种方式。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电自动复位电路如图1-3-3〔a〕图中所示。图中电容和电阻电路对＋5V电源构成微分电路，单片机系统上电后，单片机的REST端会得到一个时间很短暂的高电平。在实际的单片机应用系统中，也可以采用1-5-3〔b〕电路进行按键手动复位，图1-3-3〔b〕中，电容器采用电解电容，一般取4.7—10μ单片机系统开始运行时必须先进行复位操作，如果单片机运行期间出现故障，也需要对单片机复位，使单片机状态被初始化。看门狗复位是一种程序检测自动复位方式，在增强型51单片机中，如果单片机内部设计有看门狗部件，那么可采用编程方法产生复位操作。单片机复位以后，除不影响片内RAM状态外，P0～P3口输出高电平，SP赋初值07H，程序计数器PC被清0。单片机内部多功能存放器的状态都会被初始化。单片机的多功能存放器复位状态见表3-1所示。表3-1内部存放器复位状态表特殊存放器复位状态特殊存放器复位状态ACC00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0—P3FFHSCON00HIP00HSBUF不定IE00HPCON0xxxxxxxB3.4系统显示电路为了用户更加直观的观察系统当前运行状态，以及当前的水温。系统采用了市场上技术非常成熟的LCD1602液晶显示屏安装在控制系统上，该液晶显示屏本钱低廉、功耗低、控制简单、显示效果好。LCD1602液晶显示屏能够显示2行16列32个字符，能够满足需求。LCD1602与15单片机连接图如图3-7所示。图3-6LCD1602电路原理图3.5NTC热敏电阻温度传感器电路外围传感器按功能区分可以分为两类。一类是温度传感器，一类是水位传感器。温度传感器检测水的温度，同时热敏电阻的温度将会线性上升，上升的同时将其得到的模拟信号通过单片机的I/O接口传送给单片机，单片机通过内部A/D装换，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，在LCD1602上显示对应的温度。NTC热敏电阻温度传感器在想单片机传输模拟信号过程中，要通过电容的滤波，上拉电阻的驱动，方能将完整的模拟信号传送给单片机I/O口。电路原理图如图3-8所示。图3-7NTC温度传感器电路原理图3.6蜂鸣器报警电路当水位低于1/4水位时，蜂鸣器报警3S，给予用户提示需要加水。当水温低于设定的水温下限，蜂鸣器报警3S，给予用户提示需要加热。蜂鸣器是一种一体化的电子讯响器，它广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、机等电子产品中作发生器。一、蜂鸣器主要分为压电式和电磁式蜂鸣器两种类型电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后〔1.5~15V直流工作电压〕，多谐振荡器起振,输出1.5～2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。二、电磁式蜂鸣器驱动原理蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平根本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。15F增强型单片机实验板通过一个三极管C8550来放大驱动蜂鸣器，如图3-9所示。图3-8蜂鸣器报警电路原理图3.7按键电路设计与实现根据实际需要，按键电路在控制板上实现。总共有6个按键，调节温度上下限切换模式按键、温度上限按键、温度下限按键、水位按键、加热按键、出水按键。该按键采用独立可编程按键。按键工作原理，每当按键按下时，瞬间给单片机一个低电平信号，单片机接收到低电平信号，通过软件消抖，判断按键按下一次，然后做出相应的动作。如图3-10所示。图3-9按键电路原理图4.系统软件设计在进行系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据实际需要设计应用程序。在进行软件设计时，通常把整个过程分成假设干个局部，每一局部叫做一个模块或过程。所谓“模块化〞，实质上就是把一个完整功能，相对独立的程序段封装在一个函数或者文件内，模块化编程风格风格提高了程序的可阅读性和可维护性。4.1STC15F2K60S2内E2PROM应用STC15系列单片机内部集成了大容量的EEPROM，其与程序空间是分开的。利用ISP/IAP技术可将内部DataFlash当EEPROM，檫写次数在10万次以上。EEPROM可分为假设干个扇区，每个扇区包含512字节。使用时，建议同一次修改的数据在同一个扇区，不是同一次修改的数据放在不同的扇区，不一定要全部都用上。数据存储器的檫除操作是按扇区进行的。EEPROM可用于保存一些需要在应用过程中改变并且掉电不丧失的参数数据。在用户程序中，可以对EEPROM进行字节读/字节编程/扇区查处操作。在工作电压Vcc偏低时，建议不用进行EEPROM/IAP操作。4.1.1STC15F2K60S2内E2PROM目的单片机运行时的数据都存在于RAM〔随机存储器〕中，在掉电后RAM中的数据是无法保存的，那么怎样使数据在掉电后不丧失呢？这就需要使用内部EEPROM(EEPROM可以擦写100000次)或FLASHROM等存储器来实现。在传统的单片机系统中，一般是在片外扩展存储器，单片机与存储器之间通过IIC或SPI等接口来进行数据通信。这样不光会增加开发本钱，同时在程序开发上也要花更多的心思。在STC单片机中内置了EEPROM〔其实是采用ISP/IAP技术读写内部FLASH来实现EEPROM〕，正是因为有了IAP，从而可以使单片机可以将数据写入到程序存储器中，使得数据如同烧入的程序一样，掉电不丧失。当然写入数据的区域与程序存储区要分开来，以使程序不会遭到破坏。STC15F2K60S2系列单片机的内部结构框图如图4-1所示。图4-1STC15F2K60S2内部EEPROM结构框图STC15F2K60S2系列单片机中包含中央处理器〔CPU〕、程序存储器〔Flash〕、数据存储器〔SRAM〕、定时器、IO口、高速A/D转换、看门狗、UART高速异步串行通信口1/串行通信口2,CCP/PWM/PCA,一组高速同步串行端口SPI，片内高精度R/C时钟及高可靠复位等模块，STC15F2K60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中的所有单元模块。4.1.2STC15F2K60S2系列单片机EEPROM空间大小及地址EEPROM字节数：1K；扇区数:2；用IAP字节读时EEPROM起始扇区首地址:0000h；用IAP字节读时EEPROM结束扇区末地址:03FFh；用MOVC指令读时EEPROM起始扇区首地址:F000h；用MOVC指令读时EEPROM结束扇区末地址:F3FFh；四、STC15F2K60S2系列单片机EEPROM其使用方法STC单片机是利用IAP技术实现的EEPROM，内部Flash擦写次数可达100000次以上。程序在系统ISP程序区时可以对用户应用程序区/数据Flash区〔EEPROM〕进行字节读/字节编程/扇区擦除；程序在用户应用程序区时，仅可以对数据Flash区〔EEPROM〕进行字节读/字节编程/扇区擦除。每个扇区为512B，每一次将同一次修改的数据放在同一个扇区，当系统掉电时利用软件，将要保存的数据保存在EEPROM，当系统下次启动时，可以读出保存的数据。这样可以确保，把当前正在工作时需要保护的重要数据保存起来，为了下一次调用时使用。4.2STC15F2K60S2内A/D转换器的应用在工业控制过程中，它是控制系统与微机之间不可缺少的接口方式。要实现自动控制，就要检测有关参数，A/D转换器，把检测到的电压或电流信号(模拟量)转换成计算机能够识别的等效数字量，这些数字量经过计算机处理后输出结果，通过D/A转换器变为电压或电流信号，到达控制某种过程的目的。4.2.1STC15F2K60S2内置A/D内部结构框图图4-2STC15F2K60S2内部A/D结构框图4.2.2STC15F2K60S2内置A/D转换相关的存放器表4-1与STC15系列单片机A/D转换相关的存放器符号描述地址MSB位地址及其符号LSB复位值P1ASFP1AnalogFunctionConfigureregister9DHP17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF00000000BADC_CONTRADCControlRegisterBCHADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS000000000BADC_RESADCResulthighBDH00000000BADC_RESLADCResultlowBEH00000000BCLK_DIVPCON2时钟分频存放器97HMCKO_S1MCKO_S0ADRJTx_RxTx2_Rx2CLKS2CLKS1CLKS00000x000BIEInterruptEnableA8HEAELVDEADCESET1E1ET0EX000000000BIPInterruptPriorityLowB8HPPCAPLVDPADCPSPT1PX1PT0PX000000000B4.2.3STC15F2K60S2内置A/D的使用当ADRJ=0时，10位A/D转换结果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADC_RESL的低2位中。A/D内部转换计算公式：ConversionResult:(ADC_RES[7:0],ADC_RESL1:0])=1024*Vin/Vc；式中Vin为模拟输入通道电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压，通过内部A/D将模拟信号转化为数字信号，在终端效劳函数中通过中断定时器没中断一次调用一次内部A/D转换的算法。将得到的数据通过计算公式装换为实际需要的温度值。4.3主控程序控制流程由于本系统有电源子系统和控制子系统两局部组成，所以我们的控制程序也有两局部组成。电源局部用于给系统提供+5V直流电压，让系统正常工作。控制系统在自动与手动模式下，通过系统自身与按键的操作，对整个系统的温度、水位、加热、放水进行控制，并通过LED显示当前工作的状态与水位，通过LCD1602显示当前的LED指示灯状态、水的温度值、是否加热、是否放水以及按键的正常操作指令。自动模式与手动模式的控制子系统流程图如图4-3，图4-4所示。图4-3自动模式控制系统流程图图4-4手动模式控制系统流程图4.4温度测量控制实现本系统软件设计分为控制局部与显示局部，这两局部在硬件上是一个完整的整体，两那么通过系数参数控制构成一个协调的控制系统。温度测量是该控制系统的核心局部。实现方式NTC热敏电阻温度传感器采集得到模拟数据，通过滤波，上拉电阻的作用。传送给单片机I/O，通过单片机内部A/D转换将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。在通过LCD1602显示屏上显示出对应的水温。根据水温与温度上下限的关系，对整个系统进行加热控制。由于NTC热敏电阻与温度显示相关。有计算公式B1=A1*5(10+A1)可得相关性系数0.095。表4-2NTC热敏电阻与温度的线性关系假设水温为定义为inttemp。首先翻开A/D转换模拟通道temp=get_adc(2);然后通过温度装换函数得到实际温度temp=〔int〕〔790-temp〕*0.095。4.5按键控制实现该控制系统上共六个按键，本设计采用独立可编程非自锁按键。按键一端接地，一端接单片机I/O接口。每次按键按下给单片机I/O接口以低电平触发。通过系统软件消抖之后，做出相应的动作。表4-3不同按键发送数据系统对应动作按键系统所处状态对应模式系统对应动作KEY10Temp_up与Temp_down切换Temp_up与Temp_down交换闪烁KEY20调节温度上下限Temp_up或Temp_down加一KEY30调节温度上下限Temp_up或Temp_down减一KEY40调节水位Water加一KEY50调节加热开启加热KEY60调节放水开启放水5.系统组装调试一个简单的工程开发流程大概可以分为四大步骤。第一步是需求分析，第二步是根据需求分析设计系统硬件电路，第三步是软件的设计与开发，第四步是系统的软硬件统筹调试。在现实开发过程中系统开发流程尤为重要，如果需求分析没有做好等工程到交付时可能就会造成全盘否认的情况，造成的人力、财力和时间损失往往是很严重的。有时在硬件设计阶段也需要考虑到软件实现的难易程度，根据软件控制的难易程度来适当调整电路设计。本系统硬件设计用protel99se硬件电路设计开发平台来实现，keil4作为软件开发平台，Proteus7最为仿真软件平台，电路板制作用传统的热转印和氨水的腐刻工艺实现。5.1硬件组装调试硬件调试时往往要借助测试程序来实