微机原理课程设计-太阳能热水器的数显控制.docx

江苏大学测控技术与仪器课程设计说明书J I A N G S U U N I V E R S I T Y微机系统与接口技术课程设计说明书题 目：太阳能热水器的数显控制学院名称：机械工程学院专业班级：测控1401姓名学号：指导教师：2016 年 12 月目录引言1一、 结构设计11.1温度传感器11.1.1 DS18B20数字温度传感器11.1.2 AD590温度传感器21.2水位传感器31.2.1开关式液位传感器3二、 硬件设计42.1功能分析42.1.1温度读取与显示42.1.2水位的读取与显示62.1.3低温保护功能62.1.4手动注水功能72.2存储器72.3总体接线8三、 程序设计93.1.2 手动注水子程序11四、 功能测试124.1低温保护功能测试124.2水位显示和手动注水功能测试14五、 总结17参考文献18原件清单19江苏大学测控技术与仪器课程设计说明书微机系统与接口技术课程设计任务书1、 设计目的：1、 建立微机系统概念，加深对微机系统的理解和认识，提高微机系统的应用能力。2、 进一步学习和掌握微机程序设计方法，通过应用程序的编写和调试，学习程序的调试方法。3、 进一步熟悉违纪典型接口芯片的使用，接口及外部设备与系统的连接方法，2、 题目：微机系统与接口技术应用系统的设计 -太阳能热水器数显控制器3、 设计要求：1、 以8086（8088）CPU为主控单元，构建微机应用系统。2、 应用系统的硬件设计，画出电路原理图和线路连接图。3、 应用系统的软件设计，画出软件流程图，写出主要程序。4、 根据实验条件，进行微机应用系统的部分模拟调试工作，写出调试说明。5、 整理设计说明书，列出参考文献清单。6、 列出使用的元件和设备清单引言目前,中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国, 年产量约为世界各国之和。但是与之相配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。现在的这种控制器只具有温度和液位显示功能, 而且为分段显示。他不具有温度控制功能, 当由于天气原因而光强不足时 , 就会给热水器用户带来不便。鉴于国内太阳能热水器市场不断扩大, 而与其相配套的控制器却急需改进的情况下, 研制了这套太阳能热水器控制器。本文设计的太阳能热水器是以 8086CPU为检测控制核心,实现温度和水位两种参数的实时显示功能, 而且具有手动控制加水和低温保护功能。控制器可以根据注水情况自动停止注水以及遇到低温时启动加热功能 ,或根据用户需要使用辅助加热功能，从而达到保护热水器并且24小时供应热水的目的。预计该控制器和以往的显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点, 提高了我国太阳能应用领域控制水平 ,具有可观的经济效益和社会效益。1、 结构设计8086/88CPU温度传感器 A/D转换温度显示水位显示 水位传感器注水阀门 低温保护注水控制开关结构示意图1.1温度传感器1.1.1 DS18B20数字温度传感器DS18B20数字温度传感器有独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 55+125。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温。工作电源: 3.05.5V/DC （可以数据线寄生电源）。在使用中不需要任何外围元件。图 1.1 DS18B20传感器引脚和原理图1.1.2 AD590温度传感器AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4 V至30 V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1 A/K。适用于150C以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。AD590的测温范围为- 55+150。电源电压范围为430 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏。输出电阻为710 m；在- 55+-150范围内，非线性误差仅为0.3。图 1.2AD590引脚图1.2水位传感器1.2.1开关式液位传感器设计一种简易的水位传感器。利用水的导电性，在水箱不同位置放置导线端口，在水箱最底部放置一个电压源。当水位到达相应位置的导线端口时电路接通，则在导线端口的另一端IO端输出电压。利用不同位置的导线端口输出的电压表示、示水箱内的水位。IO1IO2IO4IO3+5V最高水位线水箱 图 1.3开关式水位传感器结构示意图2、 硬件设计2.1功能分析太阳能热水器的工作原理是利用太阳能加热水箱中的水，这个加热过程受到光照时间和光照强度的影响，且其常放置于楼顶或其他不容易接触的地方，为使用方便，需要空气器和对应的显示器件。首先，需要控制终端实时显示水箱中的水温。考虑到一些地区昼夜温差大，冬季寒冷的情况，太阳能热水器的物理保温措施有限，为防止水箱内的水结冰，所以加入低温保护功能，当温度低于某一限度就进行加热，当温度高于最低限加热停止。还需要控制终端显示水箱中的储水量的情况，并可在控制终端实现手动控制注水。温度传感器A/D转换温度显示CPU存储器138译码器水位显示水位传感器8255A并行通信防冻加热器电磁阀门注水开关报警器图2.1硬件连接示意图2.1.1温度读取与显示使用AD590温度传感器经过整流和放大电路将温度变化转换为模拟信号，再经过ADC0809数模转换芯片转换成数字量，经过8086处理显示在数码管上。因采取两位数码管显示，故需要138译码器控制数码管显示的字位。图 2.2 温度传感器和ADC0809接线图图 2.3 数码管显示电路接线图2.1.2水位的读取与显示水位测量使用自制的水位传感器，利用8255A串口通信的PA0PA3接口读取数据，由低到高分别表示水箱水位占水箱的百分比，使用8255A的PB0PB3端口控制发光二极管表示当前水位。图 2.4水位传感器与8255A接线图图 2.5 8255A显示水位接线图2.1.3低温保护功能当传感器读取到的温度值低于一个限度的时候，利用8255A控制，响报警器，并控制继电器打开加热电路。图 2.6 8255A控制加热电路及报警器2.1.4手动注水功能利用8255A，收到开关信号，PC0PC3端口打开电磁阀门进行注水。（用步进电机代替电磁阀门）图 2.7注水开关接线图图 2.8步进电机接线图2.2存储器CPU运行需要程序，使用ROM存放程序，开关电源后不丢失，写入的程序也不能被更改。使用RAM存储传感器测得的数据，断电后丢失。采用完全译码方式连接，通过138译码器选择RM或RAM。图 2.9存储器接线图2.3总体接线将上述功能模块与8086连接。图 2.10 总体接线图3、 程序设计3.1总流程设计 微机系统开始运行，首先从0809读取温度数据，将其显示在数码管，并盘对是否启动低温保护子程序。然后从8255A读取水位数据，通过发光二级显示。当读取到手动注水的信号，打开电磁阀门注水，水注满后关闭电磁阀门。ADC0809读取温度传感器数据 图3.1总程序框图显示水位手动注水程序低温保护程序开始读取水位传感器数据选通8255A显示温度3.1.1 低温保护子程序当CPU检测到温度低于某一数值后，启动加热电路，高于最低限度后，加热停止。调用否温度是否过低？是启动报警器启动加热器等待返回主程序图3.2低温保护子程序框图3.1.2 手动注水子程序当CPU检测到手动注水命令后，判断水箱状态，若水箱已满，则不注水，若水箱可以注水，则启动电磁，水满后注水停止。开始是水箱是否已满？否图3.3手动注水子程序框图关闭电磁阀门返回启动报警器等待启动电磁阀门4、 功能测试4.1低温保护功能测试利用试验箱的数模转换模块，以滑动变压器代替温度传感器，连接ADC0809和74LS138译码器，8088CPU，以及数码管和发光二极管，一个发光二极管表示加热电路运行状态，另一个发光二极管表示报警器。当滑动变压器的数值改变，数码管显示对应的数值。当数值低于某一数值时，发光二极管发光。程序代码CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE ORG 1300HH1: JMP START ZXK EQU 0FFDCH ZWK EQU 0FFDDH PORTA EQU 0FFD8H ;8255A端口A PORTB EQU 0FFD9H ;8255A端口B PORTC EQU 0FFDAH ;8255A端口C CADDR EQU 0FFDBH ;8255A控制口LED DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H DB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0DEH,0F3HBUF DB ?,?,?,?,?,?ADPORT EQU 0FFE0HSTART: MOV BUF,00H MOV BUF+1,00H MOV BUF+2,00H MOV BUF+3,00H MOV BUF+4,00H MOV BUF+5,00HP1: MOV AL,00H ;IN0 MOV DX,ADPORT OUT DX,AL CALL DIS MOV DX,ADPORT IN AL,DX CALL CHG mov dx,0ffe4h ;new add - 138 Y1 not al ;new add out dx,al ;new add - 驱动发光二极管 not al ;new add MOV DX,ADPORT IN AL,DX CMP AL,100 ;比较温度是否低于最低限度 JBE HOT MOV AL,11111111B MOV DX,PORTB OUT DX,AL JMP P1;-DIS: MOV CL,20H MOV BX,OFFSET BUFDIS1: MOV AL,BX PUSH BX MOV BX,OFFSET LED XLAT POP BX MOV DX,ZXK OUT DX,AL MOV AL,CL MOV DX,ZWK OUT DX,AL PUSH CX MOV CX,0100HDELAY: LOOP $ POP CX CMP CL,01H JZ EXIT INC BX SHR CL,1 JMP DIS1CHG: MOV AH,0H MOV BL,100 DIV BL MOV CL,8 SHR AX,CL MOV BL,10 DIV BL MOV BUF+5,AH MOV BUF+4,AL RETEXIT: MOV AL,00H MOV DX,ZWK OUT DX,AL RETHOT: ;加热 MOV DX,CADDR MOV AX,80H OUT DX,AX MOV AL,11110111B MOV DX,PORTB OUT DX,AL ;输出 CALL ALERT JMP P1 RETALERT: ;警报器 MOV AL,11100111B MOV DX,PORTB OUT DX,AX ;输出 CALL DELAY RET;-CODE ENDS END H14.2水位显示和手动注水功能测试利用8255A的PA0PA3接收水位传感器的信号，并通过PB0PB3控制发光二极管显示水位。PA4口接收注水按钮的信号，判断水箱可以注水后，启动电机，等注水完成后，关闭步进电机并显示警报。CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE ORG 3390HH1: JMP START ZXK EQU 0FFDCH ZWK EQU 0FFDDH PORTA EQU 0FFD8H ;8255A端口A PORTB EQU 0FFD9H ;8255A端口B PORTC EQU 0FFDAH ;8255A端口C CADDR EQU 0FFDBH ;8255A控制口START: MOV DX,CADDR ;8255A控制端口 MOV AX,90H ;设置为A口输入，B口输出 ,C输出 OUT DX,AXP2: MOV DX,PORTA IN AL,DX ;输入PRO1: TEST AL,01H ;测试A0 JNZ L1 ;A0为1，跳转到l1PRO2: TEST AL,02H ;测试A1 JNZ L2 ;A1的状态为1，跳转到l2PRO3: TEST AL,04H ;测试A2 JNZ L3 ; A2的状态为1，跳转到l3PRO4: TEST AL,08H ;测试A3 JNZ L4 ;A3的状态为1，跳转到l4PRO5: TEST AL,10H ;测试A4 JNZ MOTO ;A4的状态为1，跳转到MOTOJMP STARTL1: MOV BL ,01H JMP DOUT ;跳转到outL2: MOV BL ,02H JMP DOUTL3: MOV BL ,04H JMP DOUTL4: MOV BL ,08H JMP DOUTDOUT: MOV AL,BL MOV DX,PORTB OUT DX,AXMOTO: MOV AL,88H MOV DX,PORTC OUT DX,AL NOP NOP NOPIOLED1: MOV DX,PORTC MOV AL,03H OUT DX,AL CALL XDELAY MOV AL,06H OUT DX,AL CALL XDELAY MOV AL,0CH OUT DX,AL CALL XDELAY MOV AL,09H OUT DX,AL CALL XDELAYXDELAY: MOV CX,03FFFHXDELA: LOOP XDELA RETALERT: ;警报器 MOV AL,11100111B MOV DX,PORTB OUT DX,AX ;输出 RET;-CODE ENDS END H1265、 总结本次课程设计是对所学知识的一次综合性运用。其中包括对模拟电子技术基础、数字电子技术基础、单片机等知识的运用。在设计的过程中我发现了自身知识的不足，也发现我们必须具备专业基础知识，才能成功的设计出一件合格的东西。这次课程设计收获很多，体会也很深刻，并且对我们所学的东西也产生了浓厚的兴趣。设计过程中，学到了很多新的东西，PROTEL软件绘制电路原理图，以及一些仿真软件的应用。当然最重要的是学到了关于基本电子设计的一些基本方法，同时也加深了对一些常用的电子元件的理解及其基本用法的掌握。除此之外，我觉得在这次设计的过程中，我发现团队精神的重要性，很多时候一个人的力量是有限的，一个人不可能什么都会，什么都能自己解决，还是有需要他人帮助的时候，我觉得人与人之间的相互帮助很有必要，这样不仅能帮助大家很快的解决问题，不仅能提高我们每个人的实际水平，还能培养我们的团队合作精神，这些能力对于我们今后的学习和工作都很有帮助。 由于时间关系，本次设计中还有不尽完善之处。希望在以后的学习生涯中不断的完善和改进。参考文献1 李念强主编. 单片机原理及应用M. 北京：机械工业出版社, 2007 2 孙育才主编. MCS-51系列单片微型计算机及其应用. 东南大学出版社, 1997 3 张涛,王金岗主编. 单片机原理与接口技术M. 冶金工业出版社, 2007 4 阎石主编. 数字电子技术基础M. 高等教育出版社. 1997 5 王长胤，文军主编. 单片单板机原理及应用M. 武汉大学出版社, 1993 6 王俊杰主编. 基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计J. 郑州轻工业学院学报: 自然科学版, 2005（8）: 67-687胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.2010 8杨丽君 单片机控制的多路温度检测系统.自动化与仪表.2002 9刘福才.朴春俊.刘丰