太阳能热水器控制系通毕业设计初稿毕业设计初稿

河南理工大学毕业设计（论文）说明书摘 要随着人们生活水平的提高，各种热水器的使用已相当普及，与之相配套的控制仪也相继问世。然而，目前市场上的各种热水器控制电路还与理想要求相差甚远，消费者需要真正的“自动”控制，以实现使用的最简单化，就像家用电视机、电冰箱一样，接通电源、设定完毕就不用再操心了。太阳能热水器作为三大热水器之一，因其无污染、使用方便、长期投入成本低等特点，而越来越受到人们的青睐，但与之配套的控制器却还一直处于研究和开发阶段，为解决水温水位的自动控制问题，而选择了这个毕业设计题目。本设计的太阳能热水器控制电路采用AT89S52单片机作为控制核心，外围加数码显示电路、水位检测电路、电机控制电路、按键电路、温度检测电路、电加热电路等。数码管实时显示当前温度与当前液位。一旦水温达不到预设的水温要求，便会启用电加热模块，对水进行加热，并将水温显示在显示模块上。按键电路可以对温度和水位进行设定，当液位过低没有达到设定水位时，电机得电进入进水过程。本系统设计简单，成本低，性能优良，具有一定的稳定性和实用性。全文主要内容有系统硬件设计、系统软件设计和系统仿真。硬件设计分别介绍了各模块的设计，软件设计介绍了系统的工作流程、各模块的程序如何编写，仿真包括水位仿真和温度仿真。关键词：太阳能热水器; 单片机; 温度控制; 水位控制AbstractWith the improvement of peoples living standard, The use of a variety of water heaters has been quite popular, a matching controller have also come out，However, the current market on the water heater control circuit is ideal for the request falls far short of consumers need to automatic control, in order to achieve the most simplistic, just like home television sets, refrigerators, powerthe set is completed will not have to worry about。Solar water heaters as one of the three water heaters, because of its non-polluting, easy to use, long-term investment and low cost, more and more people of all ages, but its accompanying controller still has been in research and development stage, To solve the problem of the automatic control of temperature and water level, and the choice of a graduation project topic。 The design of the solar water heater control circuit AT89S52 MCU as control core, peripherals and digital display circuit, the water level detection circuit, the motor control circuit, key circuit, the temperature detection circuit, electric heating circuit。Digital tube display the current temperature and the current level. Once the water temperature is less than the preset water temperature requirements, will enable the electric heating module, water heating, and the water temperature is displayed on the display module。Button circuit temperature and water level settings, when the level is too low not reached the set level, the motor is energized to enter the water process，The system is designed to be simple, low cost, excellent performance, stability and practicality。 Main contents of the system hardware design, system software design and system simulation，The hardware design introduces each module design, software design introduces the workflow of the system, how to write the program of each module ，a simulation include water level simulation and temperature simulation。Keywords: Solar water heater； Single Chip Microcomputer； Temperature control； water level control目 录摘 要1Abstract21. 绪论41.1 选题背景与意义41.2 目前太阳能热水器研究的现状51.3 本设计研究内容与主要工作52.系统方案设计62.1 系统设计要求62.2 系统总体设计62.3 系统总体硬件框图72.4 系统工作原理73 系统硬件设计83.1 电源电路83.2 单片机系统123.2.1 单片机AT89S52介绍123.2.2 单片机AT89S52最小系统153.3 水温检测电路173.3.1 DS18B20数字温度传感器173.3.2 DS18B20的性能183.3.3 DS18B20的内部结构及测温原理183.3.4 DS18B20工作流程203.4 水位检测电路213.4.1 水压传感器213.4.2 ADC0832结构及原理223.5 电机驱动接口电路243.5.1 继电器的选型及正确使用243.5.2 光电隔离器的原理253.5.3 电机驱动原理273.6 电加热电路283.7 数码管显示电路282.8 按键电路314 系统软件设计334.1 系统软件总框图344.2 各功能模块的设计344.2.1 初始化模块的设计344.2.2 温度模块的设计354.2.3水位模块的设计394.2.4 显示模块的设计444.2.5 按键模块的设计465 系统仿真505.1温度仿真50致谢51附录 系统总原理图52附录 系统源程序531. 绪论1.1 选题背景与意义太阳能具有储量的“无限性”太阳每秒钟放射的能量大约是1.610 的23 次方kW，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.89210 的13 次方千亿t。太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。发利用时几乎不产生任何污染。鉴于此，太阳能必将在世界能源结构转换中担纲重任，成为理想的替代能源。在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场。2000 年太阳能热水器取代47000 套家用电热水器；2000 年日本太阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。然而，目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器具有温度和水位显示功能，却不具有温度控制功能，致使热水器阴天的时候不能方便使用。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。现在太阳能热水器技术成熟，对于太阳能的利用率较高，节省能源损耗，并且以其绿色环保，安全等优异性能，受到了人们的欢迎，选择太阳能热水器这个课题，可以让我更好的认知可持续发展问题，看清目前的能源现状，以及各国在节约能源上的措施，在太阳能革新上运用的新技术。此外，在当今社会，科技日新月异，热水器技术飞速发展，越来越多的科技成果被运用到热水器的制造中。如今的热水器产品已经绝对不是一个简单的加热器，而是科技含量高的现代化家电产品。随着我国人民生活水平的逐渐提高，其生活条件有了很大的改善，智能化电器在人们日常生活中占有比重越来越大，与家庭生活密切相关的热水器品种层出不穷，花样翻新。正是在这样的背景下，本设计选择基于AT89S52单片机的太阳能热水器的控制系统的设计研究。控制系统是太阳能的核心,作这样一个设计,不仅可以考察自己大学四年的专业课的理论与动手实践能力，产品也具有一定的市场前景。1.2 目前太阳能热水器研究的现状在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。太阳能热水器已成为我国第一个实现商业化的可再生能源产业。自1998年起，中国就成为太阳能热水器第一大制造和消费的市场，现已经发展成为一个重要的产业。目前，太阳能热水器与电、燃气热水器三分热水器市场。2007年，我国太阳能热水器年产量达2340万平方米，比2006年同期增长30%；总保有量达10800万平方米，比2006年同期增长20%；市场销售额约为320亿元人民币。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制器却一直处在研究与开发阶段。市面上绝大多数的控制器结构简单，功能单一，智能化程度低下，用户界面不人性化，只具有液位显示功能，不具有温度显示功能。并且当水位下降到一定程度时只能通过手动的方法来增加水位的高度。根据以上情况，因此有必要对太阳能热水器的控制系统进行改进，使其更加人性化，使用更加方便。1.3 本设计研究内容与主要工作本设计主要利用单片机为核心，选择适当的传感器作为信号的采集来源，温度传感器选择数字式的DS18B20。水位信号的检测采用水压传感器，将检测的信号经AD0832转换成数字信号送入单片机处理，通过LED数码管来显示温度和水位。需完成的设计有：（a）LED数码管显示部分设计 （b）电源电路部分设计（c）温度采集部分设计（d）液位采集部分设计（d）控制加热和自动上水电路设计从系统需要和研究内容可以看出，本设计需要做的主要工作有：查阅相关资料，了解各部分功能原理。查阅元器件资料，掌握器件工作原理和硬件实现方法。利用电脑仿真，对设计的电路进行模拟检测。2.系统方案设计2.1 系统设计要求 能实现对温度和水位的实时监测和显示，当温度低于设定温度时自动启动电加热进行加热，当水位低于设定水位时自动启动电机上水，当水位加到一定水位时自动停止上水。能通过按键修改设定温度和水位。2.2 系统总体设计 采用AT89S51作为控制芯片，通过选用电源模块、单片机模块、键盘模块、数码管显示模块、水温、水位检测模块、报警输出模块、上水控制模块、电加热模块，来实现本设计控制的要求。根据该系统所要达到的要求，选择适当的元器件和合适的芯片来设计系统，了解各器件的原理和功能。AT89S52采用+5V电源供电，设计要求制作一直流稳压电源，采用220V市电供电，经桥式整流后送入滤波电路，再经稳压芯片CW7805输出+5V电压。温度采集器件选择DS18B20数字温度传感器，其采集到的数据为数字量，可以直接送入单片机处理，电路简单。水位检测的方法是采用在水箱中的水压传感器测水的压力从而得到水位的高低，水压传感器输出的是05V的模拟量，要经过A/D转换成为数字量再送入单片机89S52进行处理，在LED数码管上显示水位值。加热部分采用三极管控制继电器，通过继电器控制电热丝加热。显示部分采用LED数码管，用LED数码管来显示结果比较清楚，防水和磨损，是比较好的显示方式。要实现温度稳定控制，就需要设定温度的标准量，是和当前水的温度进行比较的，看当前水的温度有没有达到或者大于标准的温度，然后加以控制，要设置给定的温度就要有输入装置，采用简单的按键作为输入是很简便的，不会带来复杂的问题。电机自动上水部分采用电磁开关控制，这样就不用人为的操作，电磁开关在闭合或打开的时候在电磁线圈上会产生电流，为了防止这样的电流对前面的电路产生不良效果，与线圈并联一个二极管，利用二极管的单项导通性就能阻止电流流回电路，保证电路的安全。为了保证单片机输出的控制信号稳定而且有足够大的电流，在单片机输出信号后加上正向驱动器来增大信号强度，再在电磁开关之前加上光电隔离，会阻隔掉不必要的干扰，通过光电隔离的电压信号是稳定的，这样的控制系统才能稳定可靠的工作。2.3 系统总体硬件框图根据对所要设计的控制系统的功能要求，可以得到系统的总体硬件设计框图，如图2-1所示。温度显示单片机89S52温度传感器水位显示AD转换信号放大水位传感器按键电源电路电机控制电磁开关电磁开关加热电路图2-1 系统总体硬件框图2.4 系统工作原理可以由系统的总框图看出该系统的工作原理为：单片机89S52作为控制核心控制整个系统的工作，通过数字温度传感器检测当前水的温度，由于数数字信号就直接送入单片机89S52内，通过单片机的处理在LED数码管上显示当前的温度值。另外一路是在水箱中的水压传感器测水的压力从而得到水位的高低，信号经数模转换0832送入单片机89S52进行处理，在LED数码管上显示水位值。按键用来设定想要的温度值，单片机在内部通过比较设定的温度和当前温度，当前温度小于设定值时就会闭合电磁开关，开启加热装置。自动上水方面是设置水位的上下限，水位小于下限时就会闭合电磁开关，就会开始上水，水位到达上线时就会自动断开电磁开关，停止上水。若开机时水位在上下限之间时，不作任何处理，直到低于下限或超过上限时才处理，温度和水位值在时时检测，达到控制目的。3 系统硬件设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，需设计相应的合适的接口电路。对于本设计在单片机最小系统的基础上需设计按键、显示电路，而单片机89S51能满足系统的要求，所以不必对单片机进行扩展。 系统以AT89S52单片机为核心，主要分两部分：直流稳压电源和热水器控制电路。直流稳压电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路组成。热水器控制电路由温度采集电路、液位检测电路、电机自动上水电路、键盘电路、显示接口电路、电加热电路组成。3.1 电源电路电源电路按元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路、集成稳压电路等。根据调整元件与连接方法，可分为并联型和串联型；根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关稳压电路。本设计中采用了线性工作状态的线性集成稳压电源。直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为直流电，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，设计框图如下：稳压电路滤波电路整流电路变压器输入电压 输出电压U2U1各部分介绍：电源变压器变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将市电转化为电路能承担的电压。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器的基本原理是电磁感应原理。电源变压器作用是将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需的交流电压U2。（2）整流电路整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件（如二极管、晶闸管等），将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。整流电路常见的有单相桥式整流电路、单相半波整流电路和单相全波整流电路。 小功率直流电源因功率比较小，通常采用单相交流供电。由于桥式整流电路克服了半波整流的缺点，对于电源质量要求高的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。本次设计为桥式整流滤波电路，就是四个二极管两两并联后接入输出电压分别把正负电压整流在输出时候获得了正负输出的两次的整流电压.（3）滤波电路整流电路将交流电压变成单向脉动的直流电压，而滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成份，合之成为平滑的直流电压。整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流成分。滤波电路常见的有电容滤波电路、电感滤波电路及型滤波电路。本设计采用电容滤波电路。电容滤波电路主要利用电容两端电压不能突变的特性，使负载电压波形平滑，故电容应与负载并联。桥式整流电路带电阻负载时的输出直流电压U0=0.9V，接上电容滤波后，空载时的输出直流电压U0=UC=U2。所以，接上负载时的桥式整流电容滤波电路的输出电压介于上述两者之间，其大小与放电时间常数RLC有关，RLC越大，U0越大。 图3-1 整流滤波电路（4）稳压电路稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。由于三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而广泛应用。三端式稳压器有两种，一种称为固定输出三端稳压器，另一种称为可调输出三端稳压器。它们的基本组成及工作原理都相同，均采用串联型稳压电路。其输出电压由具体型号中的后两个数字代表，有5V、6V、12V、15V等档次。其额定输出电流以78或79后面所加字母来区分。L表示0.1A，M表示0.5A，无字母表示1.5A。如CW7805表示输出为+5V，额定输出电流为1.5A。三端固定输出集成稳压器通用产品有CW7800T系列和CW7900系列。正压系列：CW7800系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管工作保护，以防过载而损坏。一般不需要接元件即可工作，有时为改善性能也会加少量元件。负压系列：CW7900系列与CW7800系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其它特点都相同。稳压电源的技术指标分为两种：一是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整流器率）、输出电阻、温度系数及纹波电压等。电源设计是电路设计很重要关节，其作用就是给单片机及其他控制电路提供电源，它的稳定与否涉及到电路是否能稳定工作。按要求需要一个+5V电压，+5V电压是利用三端稳压集成电路得到的，采用7805芯片。 7805是我们最常用到的稳压芯片，使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别,用的最多的还是lm7805,他的3个引脚如图3-2所示。图3.2 7805引脚图其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压了，电路图3-3如下： 图3-3经上述的分析系统所用电源电路原理图如图3-4所示：图3-4 7805三端稳压电源电路3.2 单片机系统3.2.1 单片机AT89S52介绍 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS工艺的8位微控制器，具有8K在线系统可编程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可编程，亦适于常规编程器，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8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 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52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，三个16 位 定时器/计数器，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，AT89S52 可降至0Hz 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， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。主要性能1、与MCS-51单片机产品兼容； 2、8K字节在系统可编程Flash存储器； 3、1000次擦写周期； 4、全静态操作：0Hz-33MHz； 5、三级加密程序存储器； 6、32个可编程I/O口线； 7、三个16位定时器/计数器； 8、六个中断源； 9、全双工UART串行通道； 10、低功耗空闲和掉电模式； 11、掉电后中断可唤醒； 12、看门狗定时器； 13、双数据指针； 14、掉电标识符 。 单片机芯片封装引脚AT89S52引脚定义及功能介绍 P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下所示：在FLASH编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：P1.0/T2 （定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1/T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI （在系统编程用）P1.6 MISO （在系统编程用）P1.7 SCK （在系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在FLASH编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表3-1所示。表3-1：端口引脚第二功能端口号第二功能P3.0RXD（串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2.2 单片机AT89S52最小系统 单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对52系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。52单片机的最小系统电路图如图3-5 图3-5 最小系统电路图复位电路:由电容串联电阻构成,由电容电压不能突变的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的52单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平. 单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。复位电路有手动和上电自动复位电路，电路图如下： 手动复位电路 自动复位电路晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz，因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合。还有12MHz，能产生精确的uS级时歇,方便定时操作。单片机的时钟信号是由外部接的晶振产生，由于控制器采用AT89S52单片机，机内有一高增益反相放大器，构成自激振荡电路，振荡频率取11.0592MHz,外接11.0592MHz晶振，两个电容C1、C2取22pF，以便于起振荡的作用。XTAL1为内部时钟工作电路的输入，XTAL2为来自反向振荡器的输出。单片机晶振电路3.3 水温检测电路3.3.1 DS18B20数字温度传感器对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。DS18B20智能温度温度传感器进行温度采集和转换输出数字型的温度值，然后通过数据引脚传到单片机的P1.1口，单片机接受温度并存储。DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，它可将温度信号直接转换为数字信号，实现了与单片机的直接接口，从而省去了信号调理和A/D转换等复杂模/数转换电路。DS18B20构成的温度采集模块电路简单、功能可靠、测量效率高，很好地弥补了传统温度测量方法的不足可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有集成度高、模拟输入数字输出、抗干扰能力强、体积小、接口方便、传输距离远测温误差小等特点。DS18B20有PR-35和SOSI两种封装方式，本次设计采有PR-35式封装, 如图3-6所示。 图（a）PR-35封装 图 （b） SOSI封装 图3-6 DS18B20 的两种封装3.3.2 DS18B20的性能1) 独特的单总线接口仅需要一个端口引脚进行通信,可以是串行口也可以是其他I/O口，无须变换，直接输出被测温度值（9位二进制，含符号位）。 多个DS18B20可以并联挂接在一条总线上，实现实现多点温度采集检测功能；2)可测温度范围为-55+125，测量分辨率为0.0625；3) 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM；4) 内含寄生电源，可直接通过数据总线供电，电压范围为3.05.5V；5) 零待机功耗；6)用户可通过编程分别设定各路的温度上、下限温度值来实现报警功能；7) 适配各种微处理器；8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9) 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；10) 可检测距离远，最远测量距离为150m 。3.3.3 DS18B20的内部结构及测温原理DS18B20主要由4个数据部件部分组成：64位光刻ROM，温度报警触发器,温度传感器以及高速缓存器。温度报警触发器TH和TL 存储用户通过软件写入的报警上下限值，高速缓存器由9个字节组成，其中有2个字节RAM单元用来存放温度值，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。 图3-7 DS18B20内部结构此外，DS18B20内部还包括寄生电源、电源检测、存储控制逻辑、8位循环冗余码生成器（CRC）等部分。DS18B20有两种供电方式。如图3-8所示：图（a）是由外电源供电，图(b)是I/O口总线和寄生电容配合供电。DS18B20寄生电源由两个二极管和寄生电容构成。电源检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时，电源端与接地端并联接地，器件从总线上获取电源。在I/O线呈低电平时，改由寄生电容上的电压继续向器件供电。采用寄生电源有两个优点：一是检测远程温度是无需本地电源；二是缺少正常电源时也能读ROM。若采用外部电源，则通过二极管向器件供电。 图(a)使用外部电源供电图 （b）使用寄生电源供电 图3-8 供电方式DS18B20的测温原理如图3-9所示。低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。减法计数器1斜坡累加器减到0减法计数器2预 置低温度系数振 荡 器高温度系数振 荡 器计数比较器预 置温度寄存器减到0加1图3-9 DS18B20的测温原理图3.3.4 DS18B20工作流程单片机对DS18B20访问的工作流程是：先对DS18B20进行初始化，再发ROM操作命令，最后才能对存储器及数据进行操作。由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，单线信号包括复位脉冲,响应脉冲,写“0”,写“1”,读“1”,他们有严格的时隙概念，DS18B20每一步操作都在严格的工作时序和通信协议下进行的。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令处理数据发存储器操作命令。3.4 水位检测电路 3.4.1 水压传感器为了完成水位的检测而采用力学传感器中水压传感器，力学传感器种类繁多如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、电感式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。水压传感器采用压阻式压力传感器MPX2100。压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，半导体材料在受力时电阻率发生变化，这一特性称为压阻效应。压阻传感器的工作原理是基于压阻效应的，在硅片上制造出四个等值的薄膜电阻，并组成电桥电路，当不受压力作用时，电桥处于平衡状念，无电压输出；当受到压力作用时，一对桥臂的电阻值增大R，另一对桥臂的电阻值减少R，电阻变化量R与压力成正比，即R=KP，电桥输出电压Uo=E(R/R)=(EK/R)P，即电桥输出电压与压力P成正比当受到压力作用时，电桥失去平衡，电桥输出电压。MPX2100半导体压力传感器可以把压力转换成毫伏级的差模电压信号，该压力传感器具有良好的线性度，它的输出电压与所加压力成精确的正比例关系。另外，MPX2100所具有的温度被偿特性克服了半导体压力敏感器件存在温度漂移问题，MPX2100有4个引脚，1脚接地，3脚加工作压力，2脚和4脚之间输出与压力成正比的差模电压信号。在水箱的最底部安装压力传感器，水位的不同，传感器检测到的压力值就不同，采集到的模拟量信号经过处理和计算，就能换算成水位的高低，水位传感器输出的信号为模拟信号，由于输出量微弱，要经过放大器的放大转化为05V的电压信号，才能送入ADC0832中进行转换，输出为串行数字数据，送入单片机89S52处理，数值经过数码管显示。传感器和AD转换原理图如下图3-10所示：图3-10 模拟量输入及AD转换电路结构3.4.2 ADC0832结构及原理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。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。图3-11 ADC0832芯片引脚图芯片各引脚说明：1） CS_ 片选使能，低电平芯片使能。2） CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。3） CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。4） GND 芯片参考0 电位（地）。5） DI 数据信号输入，选择通道控制。6） DO 数据信号输出，转换数据输出。7） CLK 芯片时钟输入。8） Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。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0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C；单片机对ADC0832 的控制原理：正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832没有工作时其CS输入端为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端为低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必为高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端输入2 位数据用于选择通道功能，当此2 位数据为“1” 、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1” 、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。3.5 电机驱动接口电路单片机是微电子器件，它的输入信号功率很小，一般情况下他们大都工作在5V甚至更低。驱动电流在A级以下，要直接驱动大功率部件是不可能的，要实现其控制作用，需要中间的变换电路，这种电路就是中间驱动电路接口，这个接口就是所谓的“功率驱动”。电机的控制是家用电器中一种普遍的应用技术，用单片机去控制家用电器中的电机，使之具有一定的状态和性能，必须有适当的接口电路. 由于继电器驱动就是一个典型的功率驱动环节，所以本设计用单片机控制继电器达到以弱电控制强电的目的，电磁继电器是单片机和强电之间的桥梁。电磁式继电器是在在输入电路内电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器，一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成，控制线圈和接点组之间是相互绝缘的，因此，能够为控制电路起到良好的电气隔离作用。当我们在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时，线圈中就会流过一定的电流，从而