基于单片机的太阳能控制系统

湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）目录摘摘要要2第一章第一章前言（绪论）前言（绪论）511太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析512太阳能热水器的应用及意义太阳能热水器的应用及意义6第二章第二章设计思路及要求设计思路及要求821本设计的目的和意义本设计的目的和意义822控制系统设计要求控制系统设计要求823本设计实现思路及方法本设计实现思路及方法8第三章第三章硬件设计硬件设计931控制系统组成及工作原理控制系统组成及工作原理932主要原器件介绍主要原器件介绍1133AT89S51单片机的最小系统单片机的最小系统2334AT89S51单片机时钟电路单片机时钟电路2335AT89S51单片机复位电路单片机复位电路2436水位检测电路的硬件设计水位检测电路的硬件设计2437水温检测电路的硬件设计水温检测电路的硬件设计2538键盘电路的硬件设计键盘电路的硬件设计2639驱动电路的硬件设计驱动电路的硬件设计31310显示电路的硬件设计显示电路的硬件设计32第四章第四章软件设计软件设计36湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）41软件设计原理及设计所用工具软件设计原理及设计所用工具3642显示子程序显示子程序38第五章第五章系统调试系统调试4051软件调试软件调试40第六章第六章系统功能系统功能4061系统能实现的功能系统能实现的功能4062系统功能测试系统功能测试4063系统功能分析系统功能分析40第七章第七章总结与体会总结与体会42第八章第八章参考文献参考文献43结束语结束语44湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）摘摘要要目前,太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段,市面在售的控制器绝大部分只具备温度和水位显示功能,不具备温度水位的自动控制功能。虽然有的控制器配有电加热辅助装置,但都不是全智能型的,给用户使用带来许多不便。太阳能单片机控制系统是对其水温与水位的不同进行检测和控制。关键词单片机、太阳能热水器、温控系统湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）ABSTRACTATPRESENT,THESOLARWATERHEATERCONTROLLERALSOHASBEENINRESEARCHANDDEVELOPMENTSTAGE,MOSTOFTHEMARKETINTHESALEOFTHECONTROLLERONLYHASTHETEMPERATUREANDWATERLEVELDISPLAY,DONOTHAVETHETEMPERATUREOFTHEWATERLEVELCONTROLFUNCTIONALTHOUGHSOMEOFTHECONTROLLERISEQUIPPEDWITHELECTRICHEATINGSYSTEM,BUTNOTALLOFTHEINTELLIGENTTYPE,ANDCAUSEDMUCHINCONVENIENCETOUSERSSOLARSCMCONTROLSYSTEMISITSWATERTEMPERATUREANDWATERLEVELDETECTIONANDCONTROLOFTHEDIFFERENTKEYWORDSMICROCONTROLLER,SOLARWATERHEATERS,TEMPERATURECONTROLSYSTEM湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第一章第一章前言（绪论）前言（绪论）11太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析目前，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，已有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能，制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能，而而且为分段显示，温度显示误差为且为分段显示，温度显示误差为10，水位显示误差为，水位显示误差为25。这种显示器。这种显示器还称还称不上控制器不上控制器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；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。本文设计的太阳能热水器控制器以生过烧，从而浪费大量的电能。本文设计的太阳能热水器控制器以80C51单片单片机为检测控制核心，采用机为检测控制核心，采用DS12887实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和种参数实时显示和FUZZY控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制，温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。小时供应热水的目的。太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的太阳能热水器是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，太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他推广应用，太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷晒式。晒式。当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器热水器克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。应该注意到，集体单位对太阳益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。新建商住楼安装热水器，已是房屋开发公司计划之内的能热水器的用量很大。新建商住楼安装热水器，已是房屋开发公司计划之内的事，配套热水器的商品房销势更好事，配套热水器的商品房销势更好5。此款热水器包括主、从两大系统主系统的特点是在晴好的天气利用太阳此款热水器包括主、从两大系统主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上大部分热水器所不能比拟的。是世面上大部分热水器所不能比拟的。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）12太阳能热水器的应用及意义太阳能热水器的应用及意义众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人预测二十一预测二十一世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源。但由于太阳能的世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源。但由于太阳能的分散性、季节性和分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高（如光电池）（如光电池）。因而尚未被人们大规模的使用。因而尚未被人们大规模的使用。在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。欢迎。太阳能热水器是以太阳能光热转换，利用温室效应和虹吸原理使水加热的太阳能热水器是以太阳能光热转换，利用温室效应和虹吸原理使水加热的装置，此装置分为两个不同的概念装置，此装置分为两个不同的概念1太阳能热水工程系统，这种系统由太阳能集热器、储水箱管线、补水箱太阳能热水工程系统，这种系统由太阳能集热器、储水箱管线、补水箱组成不同形式的热水系统，包括自然循环式、定温放水式等等，可构成提供热组成不同形式的热水系统，包括自然循环式、定温放水式等等，可构成提供热水水10吨到吨到100吨的装置，大多提供集体单位使用。吨的装置，大多提供集体单位使用。2太阳能热水器是指将上述各种不见组装成一个小系统，提供家庭或需要太阳能热水器是指将上述各种不见组装成一个小系统，提供家庭或需要产热水产热水1吨以下的单位使用，此种装置算为太阳能热水器。太阳能热水器（或吨以下的单位使用，此种装置算为太阳能热水器。太阳能热水器（或系统）均以其采光面积作为计量单位，一般系统）均以其采光面积作为计量单位，一般1平方米光面积可产热水平方米光面积可产热水100升，升，采光面积每种型号不同，一般在采光面积每种型号不同，一般在1520平方米。平方米。我国从我国从“六五六五”计划期间开始推广太阳能热水器，到目前全国已有计划期间开始推广太阳能热水器，到目前全国已有250万万平方米采光面积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有平方米采光面积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有180家左右，是家左右，是目前世界上推广最大的国家之一，而且形成了规模，形成了中国特色的太阳能目前世界上推广最大的国家之一，而且形成了规模，形成了中国特色的太阳能企业，有中国太阳能协会为中心的学术中心，以中国农村能源企业协会太阳能企业，有中国太阳能协会为中心的学术中心，以中国农村能源企业协会太阳能热利用专业委员会为中心，制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发等一热利用专业委员会为中心，制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发等一系列措施。系列措施。世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如澳大利亚政府规定，在世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如澳大利亚政府规定，在北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有25的新住宅安的新住宅安装了太阳能热水器。装了太阳能热水器。日本现在每年安装太阳能热水器近日本现在每年安装太阳能热水器近50万台，现在有万台，现在有20的家庭安装了太阳的家庭安装了太阳能热水器，计划今后普及率达到能热水器，计划今后普及率达到25，按照日本的，按照日本的“阳光计划阳光计划”还将为公寓，还将为公寓，办公楼安装办公楼安装6500套太阳能热水系统，为工厂安装套太阳能热水系统，为工厂安装1900套工业用太阳能热水系套工业用太阳能热水系统。以色列的法令规定所有新建筑物必须配备太阳能热水器，目前普及率已超统。以色列的法令规定所有新建筑物必须配备太阳能热水器，目前普及率已超过过60。英、法、德、意、希腊五国到。英、法、德、意、希腊五国到2000年底推广热水器年底推广热水器600万平方米，比万平方米，比湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）1990年增长年增长2倍多。倍多。国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本原因是能源问题、环国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本原因是能源问题、环保问题是当今世界各国面临的主要问题之一。太阳能热水器是节能、环保产品，保问题是当今世界各国面临的主要问题之一。太阳能热水器是节能、环保产品，故受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以故受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以1520的速度发展。的速度发展。根据理论计算及实际应用证明，太阳能热水器每平方米光面积一年可节根据理论计算及实际应用证明，太阳能热水器每平方米光面积一年可节约约标准煤标准煤200300公斤节电公斤节电1500度，或节约液化气度，或节约液化气180公斤。公斤。采用本热水器与电热水器、燃气热水器相比，还具有绝对安全，最为卫生采用本热水器与电热水器、燃气热水器相比，还具有绝对安全，最为卫生的特点，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户的特点，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户13年即收回投资，在年即收回投资，在这以后提供的热水是免费的。设计可以参考以下的几个意见这以后提供的热水是免费的。设计可以参考以下的几个意见1在设计民用建筑时，若此地区没有集中热水供应，可给用户安装太阳能在设计民用建筑时，若此地区没有集中热水供应，可给用户安装太阳能热水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水管线预埋，以平热水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水管线预埋，以平均每套住宅建筑面积均每套住宅建筑面积65平方计算，工程造价大约每平方米增加平方计算，工程造价大约每平方米增加1820元，元，2设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方采光面积产热水设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方采光面积产热水100升计算，升计算，100平方米太阳能热水系统可产热水平方米太阳能热水系统可产热水10吨，每人每次标准用水吨，每人每次标准用水40升，可解决升，可解决250人的洗浴用水。作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各人的洗浴用水。作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设计。样的不同条件予以特殊设计。3作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设计，计，太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器累计安装使用总量已达器累计安装使用总量已达300万平方米以上。所以该控制器具有使用方便、性万平方米以上。所以该控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动价比高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。作用。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第二章第二章设计思路及要求设计思路及要求21本设计的目的和意义本设计的目的和意义本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。本装置电路简单、实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目。可广泛应用于家庭生活对太阳能热水器的水位显示与水温控制。具有良好的市场前景。22控制系统设计要求控制系统设计要求1、能够根据水位和水温两个条件控制是否需要进水，每次只进整个水箱的四分之一水量，也可以在手动状态下自由进水（上满时自由停止）或停止进水。2、控制系统具有手动和自动切换功能；3、具有水温和水位显示功能；4、具有进水超水位和超水温报警指示；5、用水时若水温达不到设置值时，可手动起动加热装置，这样可在很大程度上节约电能；6、用水时可自由调节水温；7、控制系统具体管道排空功能，这样防止冬天时因水管内有积水而在夜间冻裂水管。23本设计实现思路及方法本设计实现思路及方法水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导线）检测；并由四个绿色LED发光二极管显示若无水则绿灯不亮；若有四分之一储水箱的水亮一盏绿灯；通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取5段显示，也可根据需要进行增减。水温由四个LED数码管显示，前三个数码管显示的为温度最后一个数码管我们只用到了四段码显示为温度的符号C，水温有效值最多可显示为999。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第三章第三章硬件设计硬件设计31控制系统组成及工作原理控制系统组成及工作原理系统组成如图31所示，本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制阀、水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成控制器主要通过里面的电磁阀控制YV1和YV2的通断，控制水温检测传感器检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制电阻加热丝加热。自动控制阀主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。手动控制阀当自动阀损坏时，可以通过手动阀进行上下水。水位检测电极主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五个电极，接地的电极放在最水箱的最底下，其余分别放在四等分点上，比如当水箱中的水在第一等图31系统组成示意图图图21系统组成示系统组成示意图意图湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当超过第二等分，则显示二分之一的水。水温检测传感器主要用来检测水箱中水的实际温度。电阻加热丝主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能晨水加热控制、温太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能晨水加热控制、温水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。（1）早晨水温控制）早晨水温控制由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。为了提供温度由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。为了提供温度不低于不低于30摄氏度的水，热水器在清晨摄氏度的水，热水器在清晨47点之间对水箱进行电加热，具体控制点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下过程如下首先，关闭冷水阀门首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，电热器摄氏度时，电热器D接通进接通进行加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于行加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于30摄氏度摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。（2）循环水集热过程）循环水集热过程早晨水温控制之后（早晨水温控制之后（79点）点），设定当日的水箱温度，设定当日的水箱温度N（由两位（由两位BCD次齿轮次齿轮开关设定）开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达，输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达到理想温度到理想温度N。具体控制过程如下。具体控制过程如下打开循环阀门打开循环阀门F1，关闭冷水进水阀门，关闭冷水进水阀门F2，热水阀门，热水阀门F3处于空控状态。然处于空控状态。然后开始比较温度，若（后开始比较温度，若（T3T15摄氏度，摄氏度，T2T1）为止。如若）为止。如若T1N，那么循环水，那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程。集热过程结束，进入冷水集热控制过程。（3）冷水集热控制）冷水集热控制此时热水箱温度已达到了此时热水箱温度已达到了N，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为T3，和当日的设定温度值相比较，若和当日的设定温度值相比较，若T3N则将已加热的水送入热水箱，每天的控制则将已加热的水送入热水箱，每天的控制时段大概为时段大概为9点点20点。具体控制过程如下点。具体控制过程如下关闭循环水阀门关闭循环水阀门F2，打开冷水阀门，打开冷水阀门F2，热水阀门，热水阀门F3处于可控状态。若处于可控状态。若T3N，打开热水阀门，打开热水阀门F3并将保持一段时间，若并将保持一段时间，若T3N阀门阀门F3继续保持打开状态，否则关闭继续保持打开状态，否则关闭F3。可见，次过程充分利用太阳光。可见，次过程充分利用太阳光能转化为热能，方便快捷。能转化为热能，方便快捷。（4）水箱加热控制）水箱加热控制此时，也许你会问如果没有日照或者日照较弱时，到了晚上我们是否还能此时，也许你会问如果没有日照或者日照较弱时，到了晚上我们是否还能洗上热水澡吗答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它洗上热水澡吗答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它就要发挥作用了。热水箱温度为就要发挥作用了。热水箱温度为T1，将它和设定值，将它和设定值N相比较，从而控制是否打相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体过程如下开电加热，控制时段为下午，具体过程如下湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）若若T11000次）FLASHROM32个双向I/O口硬件看门狗WDT电路3个16位可编程定时/计数器时钟频率033MHZ两个串行中断5128BIT内部RAM2个外部中断源内置时钟振荡器中断激活睡眠模式3级加密位双重数据存储器软件设置睡眠和唤醒功能数码管显示由单片机的定时器TO做16位计数器（为便于数据处理，这里只用低8位计数值，即寄存器TL0中的值）。一边记录脉冲数量，一边以厘米为单位由四位数码飞管显示出来。四位数码管采用动态扫描方式显示。长度计量仪采用05英寸共阳极连接的LED数码管。图32AT89S51引脚图湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）LED数码管由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。右图为LED数码管外形和引脚图，其中7只发光二极管分别对应AG笔段，构成“日”字形，另一只发光二极管DP作为小数点，因此这种LED显示器称为八段数码管。（如图33所示）共阳极型LED数码管，是将各段发光二极管的阳极连在一起，作为公共端COM,应接高电平。AG、DP各笔段中，某笔段接低电平时发光，高电平时不发光。为了节省单片机I/O口的数量，将各位数码管的AG对应笔画并联起来分别与单片机的P20P27引脚连接。显示时，由P2口依次输出各位数字的笔段码，并依次由P10、P11、P12、P13输出低电平位选信号接通数码管的公共端，轮流进行，循环不止，由于循环的频率较高（约50HZ），加上人眼的视觉暂留，既保障了各位数字的对应显示，又不会出现闪烁现象，实现动态扫描显示。本系统需显示水温，测量范围为本系统需显示水温，测量范围为0990C，用四个八位，用四个八位LED数码管显示。数码管显示。1）LED结构和显示原理。LED（LIGHTEMITTINGDIODE）显示器是由发光二极管作为显示字段的显示器件，最常见的是由7段型发光二极管（AG7段）和1个圆点型发光二极管（常以DP表示，主要用来显示小数点）组成的LED显示器，其排列形状如下图所示。这种LED显示器也可称为7段数码显示器（或8段数码显示器）。LED显示中的发光二极管根据其连接的方法有共阴极和共阳极两种结构。共阴极结构把各段发光二极管的阴极连接在一起构成公共阴极，如图A所示。使用时，公共阴极接地，根据要求需点亮发光二极管的阳极输入高电平，不需点亮的发光二极管的阳极输入低电平。共阳极结构把各段发光二极管的阳极连接在一起构成公共阳极，如图B所示。使用时，公共阳极接5V，根据要求需要点亮发光二极管的阴极输入低电平，不需点亮的发光二极管的阴极输入高电平。通过控制7个段的发光二极管的亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其他符号。图33LED数码管GFCOMAB10987612345EDCOMCDPDP（A）（B）DPGFEDCBA5V湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）2）字段码。为了显示各个数字或字符，就需要为LED提供相应的代码，因为这些代码是控制各段的亮或灭，供显示器显示字形的，所以称为字段码（也可以称为段选码或字形码）。七段发光二极管再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED显示器的字段码正好1个字节。各代码位的对应关系如下D7D6D5D4D3D2D1D0DPGFEDCBA下图所示为共阴极LED所显示的不同字符的字段码，测量范围为0990C，当温度超出范围时，显示器均显示F。显示字符共阴极字段码03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FHF71H3）N位LED显示器。在单片机应用系统中，实际使用的LED显示器有多个，N位LED显示器的显示要从两个方面来控制其一是控制N位的字段显示（即显示什么字符）；其二是控制字位（即哪一位到哪一位亮）。由LED的显示原理可知，要使某N位LED显示器的某一位显示某个字符，就必须将此字符转换为对应的字段码来控制该位的8个段，同时，该位的字位线也要控制有效，这要通过一定接口来实现。LED显示器有两种显示方式，即静态显示方式和动态显示方式。N位LED显示器有N根字位选线（简称“位选线”）和N8根字段选线（简称“段选线”）。根据显示方式不同，位选线和段选线的连接方式也不同。各种字符的字段码的获取方法有两种即软件译码和硬件译码法。目前通常所用的各种型号的单片机开发系统或实验装置普遍采用软件译码。当单片机应用系统中的LED显示器位数较多时，为了简化电路降低成本，本设计采用动态显示的方式。动态显示方式的接口电路的连接方法是将所有LED湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）位的段选线（ADP）同名并联，即所有A段并联，所有B段并联。依次类推，然后由一个8位I/O接口来控制各个段，而所有位的位选线则由另外一个相应的I/O接口线来控制。这样用两个8位I/O接口就能控制8位LED显示器。LED显示器是由电流型控制器件，其工作电流为2MA20MA，使用时须加限流电阻。本设计中限流电阻选用1K。动态扫描显示控制方式就是逐个地循环点亮各位显示器，即在某一瞬间，只让某一位的位选线处于选通状态（共阳极的为高电平，共阴极的为低电平）其它各位的位选线处于段开状态，同时段选线上输出相应位要显示字符的字段码。这样在每一个瞬间，8位LED中只有选通的那一位LED显示出字符，而其它7位则是熄灭的。同样，在下一瞬间，只显示下1位LED。如此继续下去，等8位LED都显示完毕后，在循环进行。虽然这些字符是在不同的瞬时轮流点亮的，但由于人眼的视觉残留效应，看到的是8位稳定显示的字符，与静态显示的效果完全一样。所以为了简化电路、降低成本，此系统中采用动态显示方式。数字温度传感器数字温度传感器DS18B20主要特性及测温原理主要特性及测温原理一线式数字温度传感器一线式数字温度传感器DS18B20是是DS1820的更新换代产品的更新换代产品由美国由美国DAIIAS公司生产公司生产。它具有体积小。它具有体积小,分分辨率高辨率高,转换快等优点。由于每片转换快等优点。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行数含有唯一的硅串行数,所以在一条所以在一条总线上可以挂接多达总线上可以挂接多达2482181014只只DS18B20,再加上再加上DS18B20独特的单线独特的单线总线结构总线结构,决定了决定了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在实现测控系统的温度检测方面就较好地利用了用了DS18B20的独到的独到特点特点,使系统得到了极大的简化。使系统得到了极大的简化。（1）DS18B20的特性的特性1）独特的单线接口方式。）独特的单线接口方式。DS18B20在在I/O处理器连接时处理器连接时,仅需要一个仅需要一个I/O口口即可实现微处理器同即可实现微处理器同DS18B20的双向通讯。的双向通讯。2）DS18B20支持组网功能支持组网功能,多个多个DS18B20可以并联在唯一的单线上可以并联在唯一的单线上,实现多点实现多点测温。测温。3）DS18B20的测温范围为的测温范围为55125,在在1085时时,其精度其精度为为015。4）DS18B20的测温结果的数字量位数从的测温结果的数字量位数从912位位,可编程进行选择。可编程进行选择。数字化温度传感器数字化温度传感器DS1820测温范围为测温范围为55125，增量值为，增量值为059位位温度读数温度读数，它主要由，它主要由4个数据部件部分组成个数据部件部分组成64位位ROM温度传感器温度传感器非易失性的非易失性的温度告警触发器温度告警触发器TH和和TL；高速便笺存储器；高速便笺存储器64位位ROM用于存储序列号，其首字节用于存储序列号，其首字节固定为固定为28H，表示产品类型码，后，表示产品类型码，后6个字节是每个器件的编码，最后个字节是每个器件的编码，最后1个字节是个字节是CRC校验码校验码温度告警触发器温度告警触发器TH和和TL存储用户通过软件写入的报警上下限值，存储用户通过软件写入的报警上下限值，高速便笺存储高速便笺存储湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）器由器由9个字节组成，其中有个字节组成，其中有2个字节个字节RAM单元用来存放温度值前单元用来存放温度值前1个字节为温度值个字节为温度值的补码低的补码低8位，后位，后1个字节为符号位和温度值的补码高个字节为符号位和温度值的补码高3位。位。（2）DS18B20测温原理测温原理DS18B20内部结构框图内部结构框图,如图如图34所示。所示。电源检测64位ROM和单线接口存储器温度传感器高温度触发低温度触发存储器控制逻辑8位CRC触发器图图34DS18B20内部结构框图内部结构框图DS18B20的测温原理的测温原理DS18B20测量温度采用了特有的温度测量技术，它测量温度采用了特有的温度测量技术，它是通过计数时钟周期来实现的，内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲是通过计数时钟周期来实现的，内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数计数,低温时低温时,振荡器的脉冲可以通过门电路。而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲可以通过门电路。而当到达某一设置高温时,振荡振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为55。同时。同时,计数器复位在当前的计数器复位在当前的温度值时温度值时,电路对振荡器的温度系数进行补偿电路对振荡器的温度系数进行补偿,计数器重新开始计数直到回零。计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍未关闭如果门电路仍未关闭,则系统重复上述过程。则系统重复上述过程。（3）DS18B20的操作协议的操作协议DS18B20单纯通信功能是分时完成的。单线信号包括复位脉冲单纯通信功能是分时完成的。单线信号包括复位脉冲,响应脉冲响应脉冲,写写“0”,写写“1”,读读“1”。它们有严格的时隙概念。系统对。它们有严格的时隙概念。系统对DS18B20的操作以的操作以ROM命令命令5个个和存储器命令和存储器命令6个个形式出现。对它的操作协议是形式出现。对它的操作协议是初始化初始化DS18B20发复位脉冲发复位脉冲发发ROM功能命令功能命令处理数据处理数据发存储器命令处理数据。发存储器命令处理数据。各种操作都有相应的时序图。各种操作都有相应的时序图。DS18B20在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只需将在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只需将DS18B20信号线与单片机信号线与单片机1位位I/O线相连，且单片机的线相连，且单片机的1位位I/O线可挂接多个线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测。，就可实现单点或多点温度检测。DS18B20传感器精度高、互换性好传感器精度高、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，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。省大量电缆，而且系统得以简化，系统扩充维护十分方便。DS18B20可以广泛可以广泛湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）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、仪器仪表室等处的温度检测和控制。器仪表室等处的温度检测和控制。ADC0832转换器ADC0832引脚图（图35）ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832具有以下特点8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32S；一般功耗仅为15MW；8P、14PDIP（双列直插）、PICC多种封装；商用级芯片温宽为0CTO70C，工业级芯片温宽为40CTO85C；芯片图图35ADC0832程序湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）程序占用资源有累加器A，工作寄存器R7,通用寄存器B和特殊寄存器CY。通道功能寄存器和转换值共用寄存器B。在使用转换子程序之前必须确定通道功能寄存器B的值，其赋值语句为“MOVB,DATA”（00H03H）。运行转换子程序后的转换数据值被放入B中。子程序退出后即可以对B中数据处理。继电器（RELAY）的工作原理和特性当输入量如电压、电流、温度等达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量如电流、电压、频率、功率等继电器及非电量如温度、压力、速度等继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。1、电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。2、热敏干簧继电器的工作原理和特性热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。3、固态继电器（SSR）的工作原理和特性湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。继电器主要产品技术参数1、额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。2、直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。3、吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的15倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。4、释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流5、触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。继电器的电符号和触点形式继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式1动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“Z”表示。继电器的选用1先了解必要的条件控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。继电器技术的发展微电子技术、电子计算机技术、现代通讯技术、光电子技术以及空间技术的飞速发展，对继电器技术提出了新的要求，新工艺、新技术的发展无疑对继电器技术的发展起到促进作用。微电子技术和超大规模IC的飞速发展对继电器也提出了新的要求。第一是小型化和片状化。如IC封装的军用TO5858570MM继电器，它具有很高的抗振性，可使设备更加可靠；第二是组合化和多功能化，能与IC兼容、可内置放大器，要求灵敏度提高到微瓦级；第三是全固体化。固体继电器灵敏度高，可防电磁干扰和射频干扰。计算机技术的普及使得微机用继电器的需求量显著增加，带微处理器的继电器将迅速发展。80年代初，美国生产的数字式时间继电器就可用指令对继电器进行控制，继电器与微处理器的组合发展，可形成一个小巧完善的控制系统。由计算机控制的工业机器人目前以每年35的速度增长，现在，计算机控制的生产体制已能在一条生产线上生产多种低成本的继电器，并可自动完成多种操作及测试工作。通讯技术的发展对继电器的发展具有深远的意义。一方面是由于通讯技术的迅速发展使整个继电器的应用增加。另一方面，由于光纤将是未来信息社会传输的主动脉，在光纤通讯、光传感、光计算机、光信息处理技术的推动下将出现光纤继电器、舌簧管光纤开关等新型继电器。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）光电子技术对于继电器技术将产生巨大的促进作用，为实现光计算机的可靠运行，目前已试制出双稳态继电器。为了提高航空、航天继电器的可靠性，期望继电器失效率应由目前的01PPM降至001PPM；载人空间站则要求达到0001PPM。耐温要达到200以上，耐振要求高于490M/S，同时应能承受232104C/KG的射线辐射。为满足空间要求，必须加强可靠性研究，并建立专门的高可靠生产线。新型特殊结构材料、新分子材料、高性能复合材料、光电子材料，还有吸氧磁性材料、感温磁性材料、非晶体软磁材料的发展对研制新型磁保持继电器、温度继电器、电磁继电器都具有重要的意义，并必将出现新原理、新效应的继电器。随着微型和片式化技术的提高。继电器将向二维、三维尺寸只有几毫米的微型和表面贴装化方向发展；现在国际上有些厂家生产的继电器，体积只有510年前的1/41/8。因为电子整机在减小体积时，需要高度不超过其它电子元件的更小的继电器。通讯设备厂家对密集型继电器的需求更加热切，日本FUJITSUTAKAMISAWA公司生产的一种BA系列超密集信号继电器的大小只有149W74D97HMM，主要用于传真机和调制解调器，能承受3KV的波动电压。该公司推出的AS系列表面安装继电器的体积仅为14W9D65HMM。在功率继电器领域尤其需要安全可靠的继电器，如高绝缘性继电器。日本FUJITSUTAKAMISAWA推出的JV系列功率继电器内含五个放大器，采用高绝缘性小截面设计，尺寸为175W10D125HMM。由于机芯和外缘之间采用强化绝缘系统，其绝缘性能达到5KV。日本NEC推出的MR82系列功率继电器的功耗只有200MW。在继电器内部装入各种放大、延时、消触点抖动、灭弧、遥控、组合逻辑等电路可使其具有更多的功能。随着SOP技术SMALLOUTLINEPACKAGE的突破，生产厂家有可能把越来越多的功能集成到一起。而继电器与微处理器的组合将具备更广泛的专门控制功能，从而实现高智能化。新技术的成群崛起，将促进不同原理、不同性能