太阳能热水器的智能控制器-毕业设计

目录1绪论111太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析112太阳能热水器的应用及意义22系统组成及工作原理421系统设计要求422系统总体结构设计423太阳能热水器组成及原理624系统的组成框图73硬件设计931最小系统板设计932按键及显示电路1133温度采集模块电路设计1135报警电路模块1636继电器控制加热电路1737水位检测接口电路1838水位控制电路194系统软件设计2041软件设计分析2042软件程序设计要求2043主程序模块2244中断服务程序设计2245子程序模块235系统调试306结论32参考文献33致谢34附录A电路原理图35附录BPCB图36附录C程序代码371绪论11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，而且为分段显示，温度显示误差为10，水位显示误差为25。这种显示器还称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80C51单片机为检测控制核心，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。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。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。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。12太阳能热水器的应用及意义当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注。中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。太阳能（SOLARENERGY），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等。利用太阳能的优缺点优点1没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。2开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。3每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。4根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。缺点1分散性到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。2不稳定性由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。3效率低和成本高目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。2系统组成及工作原理本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成，硬件部分主要完成信号的采集、转换及各种信息的显示等；软件主要完成功能计算和控制功能等。21系统设计要求本课题以51单片机为检测控制核心，采用实时时钟，不仅实现了时间温度水位三种参数实时显示，而且具有时间设定，温度设定与控制功能。系统要求1采用传感器对信号进行采集，温度误差01水位显示误差52有数据和状态显示功能。22系统总体结构设计排气管不锈钢保温水箱图21系统结构图图21为系统设计的结构图，该图的系统控制原理图如下图22C3C2F3热集水热太阳光F1箱器C1D自来水F2图22系统控制原理图注释C1热水箱的温度传感器C2循环水管中的温度传感器C3集热器中的温度传感器F1循环水阀门F2冷水阀门F3热水阀门此款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。1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。为了提供温度不低于30摄氏度的水，热水器在清晨47点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，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30摄氏度时，电热器D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30摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。2循环水集热过程早晨水温控制之后（79点），设定当日的水箱温度N（由两位BCD次齿轮开关设定），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到理想温度N。具体控制过程如下打开循环阀门F1，关闭冷水进水阀门F2，热水阀门F3处于空控状态。然后开始比较温度，若（T3T15摄氏度，T2T1）为止。如若T1N，那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程。3冷水集热控制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T3，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，每天的控制时段大概为9点20点。具体控制过程如下关闭循环水阀门F2，打开冷水阀门F2，热水阀门F3处于可控状态。若T3N，打开热水阀门F3并将保持一段时间，若T3N阀门F3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能转化为热能，方便快捷。4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T1，将它和设定值N相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午。23太阳能热水器组成及原理5647213图23热水器装置简图注释1集热器；2下降水管；3循环水管；4补给水箱；5上升水管；6自来水管；7热水出水管热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。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，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，而平板行集热器时直接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。24系统的组成框图本次太阳能热水器系统是一种新型的智能温控系统系统，该系统的设计以AT89C51为核心，将传感器检测技术、智能控制相结合，整个系统可分为单片机最小系统模块、DS18B20检测温度模块，报警模块、检测水位模块、控制水位模块和7279键盘显示模块。1具体原理框图如图22AT89C51单片机的控制DS18B20W温度采集电路门磁传感器探测水位检测无线电控制（键盘输入及显示）报警电路水位控制电路LED指示灯加热控制图24硬件原理框图3硬件设计根据控制要求，采用80C51单片机的智能控制器结构框图如图所示。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STC80C51内部RAM已完全能够满足要求。系统的硬件接口电路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、设定键和串行显示接口电路、看门狗和复位接口电路以及继电器输出接口电路等。31最小系统板设计根据本次毕业设计的技术要求和总体设计方案,设计中用了最小系统板。最小系统板的主要芯片为STC89C52单片机和HD7279A，STC89C52单片机是主要程序控制芯片，HD7279A是显示电路的主要芯片。STC89C52单片机是E2PROM型单片机，可寻址64KB字节的程序存储器和64KB字节的外部数据存储器。以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，实现某些功能，就组成了单片机应用系统。STC89C5单片机是一个低功耗、高性能、带FLASH存储器的8位微处理器。由于STC89C52带有FLASH闪烁存储器，可以进行多次的程序写入和修改，方便、实用。本系统用一片STC89C52单片机代替了8031单片机和2764程序存储器两块芯片，达到了简化电路的效果。图31单片机最小系统311复位电路图311复位电路图312时钟振荡电路时钟电路是为系统产生所需要的时钟信号，是计算机的心脏，控制着计算机的工作节奏。其电路图如下图35所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行，片内振荡器的震荡频率F0非常接近晶振频率，一般多在12MHZ12MHZ之间选取，这次毕设用的时钟频率是12MHZ。STC89C52内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别是反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。图32中C1、C2是反馈电容，其值在5PF30PF之间选择，典型值是30PF。作用有两个其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率F起微调（C1、C2大，F变小）。图312时钟振荡电路32按键及显示电路123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE25JUN2010SHEETOFFILEF丝丝20604119丝丝丝丝丝丝DBDRAWNBYVD1VD2NC3VS4NC5CS6CLK7DATA8KEY9SG10SF1SE12SD13SC14SB15SA16DP17DIG018DIG119DIG220DIG321DIG42DIG523DIG624DIG725CLKO26RC27REAET287279U17279VCR1520R1420R1710KR1810KR920R1020R120R1620R1R2R3R4C115PFR1915KVCR1320R1220R5R6R7R8100KX8S0S1S2S3S4S5S6S7S8SWPBS9S10S1S12S13S14S15ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS8ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS7ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS6ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS5ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS4ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS3ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS2ABFCGDE12345678910EDCOMCDPGFABCOMS1CSCLKDATAKEYR1910KR2010K图327279按键显示电路最小系统板采用HD7279A芯片来控制数据的数码管的显示。数码管的作用是显示检测的温度和水位，共用8个数码管来显示温度和水位，前三位显示温度值，后三位显示水位值，超过所设定的最大温度值或水位值时将触发报警电路。本模块由按键和显示器两部分组成，是人机对话的窗口，主要作用是输入操作命令和观察系统的工作状态。由于系统自动化程度高，所以本系统的人机对话并不是很多，大部分功能都是系统按照软件设置进行。共有16个按键，一个是确定按键、一个温度阈值的上翻键和下翻键，一个是时间的校时键，一个是页面的切换键，其余十个是09数字按键。具体电路图如图32所示。33温度采集模块电路设计331温度采集方案设计比较在设计温度采集电路时，主要是通过一个温度传感器，将采集到的温度信号经过一系列的处理之后，最终送入单片机内进行处理，从而达到显示的目的。方案一利用PT100温度传感器通过电桥电路把温度转换成模拟电压，经由放大电路，模数转换电路，最终将数字量送入单片机内进行处理。方案二采用集成数字化温度传感器DS18B20，将数字温度信号直接送入单片机内进行处理。分析考虑到PT100价格比较昂贵，硬件设计较为复杂，并且很容易受到外界的干扰，适合反应较慢的测温场合，而集成数字化温度传感器DS18B20具有很多优点它能直接将温度转化为数字量，测量精度较高，集成度高，外围电路少，所以最终选择DS18B20。332DS18B20的介绍及其主要特性数字化温度传感器DS18B20，是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字温度传感器芯片，在其内部使用了在板（ONBOARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一支三极管的集成电路内，支持“一线总线”的数字方式传输，具有较强的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。1）适应电压范围更宽，电压范围3055V，在寄生电源方式下可由数据线供电。2）独特的单线接口方式，DS18B20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3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一支三极管的集成电路内5）温范围55125，在1085时精度为056）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为05、025、0125和00625，可实现高精度测温7）在9位分辨率时最多在9375MS内把温度值转换为数字，12位分辨率时最多在750MS内把温度值转换为数字，速度更快。8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力9）负压特性电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。333DS18B20的引脚定义及内部结构图333DS18B20的引脚图DS18B20引脚定义DQ为数字信号输入/输出端GND为电源地端VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）DS18B20内部结构主要由64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器四部分组成。334DS18B20的工作原理DS18B20测温原理如图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图334DS18B20测温原理图335DS18B20与单片机的接口电路设计图335DS18B20与单片机接口电路图如图采用外接电源供电方式，在外接电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上吸取能量,在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能来继续工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。独特的寄生电源方式有三个好处，分别是在进行远距离测温时，无需本地电源；可以在没有常规电源的条件下读取ROM；电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间获得足够的能量。该电路只适应于单一温度传感器测温情况下，不适宜于电池供电系统中工作，并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。单片机的P14口接DQ,当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10US。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。本次单片机系统所用的晶振频率为110592MHZ，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写3个子程序初始化子程序、写（命令或数据）子程序、读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用P口线较少等优点，但在实际应用中也应注意以下几个方面的问题较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。温度传感器DS18B20汇编程序，采用器件默认的12位转化,最大转化时间750毫秒；可以将检测到的温度直接显示到STC89C52开发实验板的两个数码管上；显示温度00到99度，很准确无需校正。连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50M时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150M，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。35报警电路模块方案一9011的基极为高电平且两个三极管均导通，驱动扬声器工作，即报警。否则输出低电平，不报警。报警电路如图所示R23KLS1SPEAKERVCCQ19011图351报警电路图方案二该方案中采用简单的放大电路，信号通过7407驱动器后即送给蜂鸣器，且报警声音响亮，适合于报警，所以也实现了设计要求。报警电路如图所示。图352报警电路二两种方案都各有优势，此次设计采用方案一。36继电器控制加热电路图36继电器加热电路加热控制电路由单片机P1口的P14控制。通过单片机送给加热执行机构进行加热，电路驱动电磁锁吸合与打开，从而达到加热的目的。光耦可以隔离输入量与输出量，在本设计中起到隔离单片机与电磁继电器的作用。当单片机发出开锁信号时，P14口为低电平，此时光耦内部的的发光二极管导通，接收三极管吸收光而导通，因此使继电器处于常开端即加热。当输入密码错误时，输入端为高电平，电磁继电器的中心抽头由“常开”接到“常闭”，此时不加热。加热电路如图36所示37水位检测接口电路蓄水箱水位和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通过软件来提高精度，在水位显示上也仍采用分段显示。水位检测部分的硬件连接如图所示。图37水位检测电路图检测原理如下当水箱中无水时，8个非门均由1M欧姆电阻上拉成高电平，所以图中各“非”门CD4069输出均为低电平，LED1LED8均不亮。当水位高于“非”门1的输入探针时，由于水的导电作用，使“非”门1的输入变为低电平，所以其输出变为高电平，LED点亮，依此类推。随着水位的上升，各“非”门输出相继为高电平，LED依次点亮。这里要注意的是上拉电阻不能选择太小，因为水的电阻在100K8左右，所以上拉电阻选择太小的话，将在水位升高时，无法把“非”门输入端拉成低电平。实验表明，上拉电阻选择在500K1M欧姆左右能很好地满足电路的工作要求。为了使80C51随时能够读出当前的水位情况，这里选用74LS244作为状态输入缓冲器。蓄水箱温度检测电路采用DS18B20芯片使其换成脉冲信号，送到80C51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。38水位控制电路该水位控制电路是控制水阀的打开与闭合来实现放水和停止放水，本次设计采用一个发光二极管的亮与灭来模拟水阀的开与合。具体原理图如下图38水位控制电路图4系统软件设计41软件设计分析软件是系统的指挥中心，由它来配合控制完成各种预定功能。为了充分发挥STC89C52优越的性能价格比，在设计上尽量做到硬件“软化”，进一步体现软件编程的灵活性，使系统硬件设计得到简化。系统软件采用MCS51单片机汇编语言编写，采用了模块化结构设计。为增强系统的实时性，对那些偶然事件采用中断方式处理，主程序主要用于系统的控制和管理。软件设计时，首先是做好准备工作，即读出每个按键的键值，并检查数码管是否可以正确显示所有数字。电路设计时是按模块设计的，软件设计也一样，采用中断子程序方式，首先编写大概的主程序，然后理出所需设计的子程序并逐个分析和设计子程序，编写出子程序后应给予编译检查错误，若有错误再更正直到通过编译即没有语法错误，等每个子程序编写完以后，再修改主程序完成整体的程序编写，最后在将程序进行调试。42软件程序设计要求热水器不论在什么样的天气里，都能够在设定的时间向用户提供设定温度的热水，从而给用户带来便利。当控制器在设定的时间使水温达到设定温度时，将通过声光报警提醒用户。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、T0中断子程序、LED显示子程、温度检测子程序等。系统主程序主要完成温度和水位的检测和一些初始化功能。421HD7279串行接口HD7279采用串行方式与微处理器通信，串行数据从DATA引脚送入芯片，并由CLK端同步。当片选信号变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK的上升沿被写入HD7279的缓冲寄存器中。HD7279的指令结构有三种类型1、不带数据的纯指令，指令的宽度为8个BIT，即微处理器需发送8个CLK脉冲。2、带有数据的指令，指令宽度为16BIT，即微处理器需发送16个CLK指令。3、读取键盘指令，宽度为16BIT，前8个位微处理器发送到HD7279的指令，后8个BIT为HD7279返回的键盘代码。执行此指令时，HD7279的DATA端在第九个CLK脉冲的上升沿变为输出状态，并与第十六个脉冲的下降沿恢复为输入状态，等待接受下一个指令。串行接口的时序如下图1）纯指令2）带数据指令3）读键盘指令43主程序模块主程序主要完成初始化、显示处理、送7279显示、键盘扫描以及键处理等功能，其中初始化又涉及内存单元，显缓区，堆栈，定时器赋初值，及各寄存器的初始化，流程图如图43所示开始初始化按键扫描键处理显示处理、显示有键按下否切换键，切换标志取反温度上翻键处理温度下翻键处理数键键处理校时键处理确认键处理YN图43主程序流程图44中断服务程序设计441实时时钟定时器中断服务程序设计该部分用来实时时钟显示的中断服务程序在中断服务程序中，计时初值采用50MS，最小系统所用的晶振为12MHZ，所以每个机器周期为2US，具体的初值计算如下50MS（FFFFH1初值）2US初值3CB0H入口000BH保护现场（A、B、DPH、DPL、PSW等）选另一工作寄存区重新设置定时器初值中断次数计数，（建立时间标志）（控制显示更新等）时钟计时恢复现场中断返回图441实时时钟中断流程图45子程序模块子程序是指能完成某一确定的任务并能被其他程序反复调用的程序段。有时把调用子程序的程序称为主调程序，被调用的子程序称为被调程序。采用子程序结构可使程序简化，便于调试，并可实现程序模块化。但子程序在结构上应具有通用性和独立性。451DS18B20温度检测子程序设计图451温度检测流程图452水位检测子程序设计按键检测水位测试数码管显示温度测试报警开始图452水位检测流程图是否有键按下返回温度上下限设置4537279发送接收子程序设计发送一位到P12开始使CLK有效清CLK为0延时是否8位返回YN开始读到一位送A使CLK有效置锁存器为1A左移一位A左移一位清CLK为0延时是否8位返回YN图4537279发送接收子程序流程图454DA18B20温度转换子程序流程图取TEMPER_L中高四位存TEMPER_NUM低四位开始C1取TEMPER_H中低四位存TEMPER_NUM高四位取TEMPER_L中低四位存TEMPER_DTEMPER_D送A10A送TEMPER_DTEMPER_NUM加一查表返回YN图454温度转换子程序流程图1820数据转换子程序将TEMPER_L高四位和TEMPER_H低四位送TEMPER_NUM，将TEMEPR_L低四位送TEMPER_D，判断TEMPER_D是否到十，到则TEMPER_NUM加一，然后查表将二进制转化成十进制。455键盘扫描子程序设计键盘处理主要是不断的扫描7279模块中的键盘，若有键按下时，则根据得到的键值查表求出其键号，将键号存放于寄存器ACC中供主程序处理。流程图如图37所示键盘处理入口置7279的CS有效，并延时50US发送读键指令码15H到7279，并延时12US接收键值存于A中，CS信号置1置键标志00H由键值表查键号清键标志00H返回A为FFH否YN图455按键扫描处理子程序流程图456显示处理子程序设计显示处理子程序主要完成查表得到所要显示的字符的字形码，然后将字形码送到7279显示模块显示出来。7279采用串行接口，每发送一位都要延时，且要对其初始化后才可能正确地显示。流程图如图36所示显示程序入口显缓指针R0、显示码R1、循环次数R6初始化置CS为低电平，并延时50US发显示码到7279，并延时25USR0单元内容查表，将得到的字形码发送至7279延时8US，去除片选信号，修改R0和R1返回R610YN图456显示处理子程序流程图5系统调试调试分为硬件电路调试和系统调试。硬件电路调试的主要任务是检查硬件电路是否有问题，也就是检查硬件电路是否能工作；系统调试的主要任务是在这种硬件条件下是否可以完成设计的要求。在制作好PCB之后，紧接着就是插上元件调试硬件系统。为了减少硬件调试的难度，在系统的硬件调试中采用分块调试方法，这样可以减少问题的积累，更加容易发现问题、解决问题。调试单片机的最小配置时发现，不能正常下载程序，首先检查串口到单片机电路部分，用万用表检测发现是串口电路有短路现象。去除错误后，发现仍然不能够下载，刷程序时无论怎么改变单片机的I/O口状态，单片机的各I/O始终为高，即单片机没有工作，可能是单片机的晶振没有起振，单片机没有稳定的时钟信号。仔细检查发现，接在晶振旁边的瓷片电容是001UF的104，还有单片机的EA端悬空未接。对于接在旁边的电容，电容大有利于晶振的稳定，但不容易起振，电容小容易使晶振起振但稳定性差，104的电容显然过大，晶振没有起振，因此笔者将001UF的两个电容改换成了20PF的两个起振电容。对于内部有8K字节程序存储器的STC89C52来说，若电压引脚VCC接5V，程序计数器PC的值在0至1FFFH之间时，CPU读取指令时访问内部的程序存储器；PC值大于1FFFH时，则访问外部的程序存储器。如果EA接VSS（地），则内部的程序存储器被忽略，CPU总是从外部的程序存储器中取指令。此时，EA脚悬空说明CPU不访问内部的程序存储器，所以写入它的程序不能正常运行。当把EA脚接VCC后，系统工作正常。511键盘显示电路的调试在调试此部分之前先检查器件，四脚开关键按下后是否会自动弹起，不会弹起说明是坏的要及时更换。对数码管首先判断数码管的极性是共阴还是共阳。将万用表打到测试是否导通的端，同时将黑表笔接COM端，红表笔接其他任一端，相应的段位会亮则表示数码管是好的，且是共阴的；否则将表笔对换再测量有相应的段位有显示则是共阳的数码管。之后便是对整个键盘显示电路的导通性进行测量，以防止在焊接时出现虑焊的情况，经测量，电路的导通性良好，没有出现虑焊的情况。对电路检测好之后，笔者打开电源，数码管显示全0，说明电路及数码管没有问题。512温度采集模块的调试对于温度采集模块，因为采用的是数字化温度传感器DS18B20，硬件电路较为简单，只需要对电路的导通性进行测量即可。经笔者用万用表对电路的导通性测量得知，并不存在虑焊的情况，电路是导通的。6结论该控制器和以往显示仪相比具有性能价格比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。单片机控制系统具有低价、智能的优势，能够根据需求的不同而作相应的调整，更加个性化。同时，使用单片机控制系统能够节约能源，保护设备，延长设备的使用时间。该热水器具备以下特点1结构简单、运行可靠、操作维护简便。2热源取之不尽用之不竭，不需要运输，节省燃料。3无污染，不会对周围环境造成任何影响。4热水产量受季节、地区纬度、采热面积、采热器类型、环境温度、供水温度、风速、日照实际等因素影响较大。5该系统加装减压阀后可与锅炉配套使用，解决冬季用水。6不用考虑玻璃盖的防冻装置。该热水器装置置于浴室屋订占地面积较大，同时增加了建筑物的载荷。在试制和安装过程中我们体会到只有注意以下几个方面才能保证热水器的正常运行，第一是循环管道水流方向不允许有反坡现象，拐弯要和缓，管道内要清洁无阻塞。第二是冷水箱、热水箱、集热器及热水保温的相对位置及标高合理，符合水流规律，第三是补充给热水箱的水流不允许冲击，第四是电磁阀的选择及安装位置要合理，保证动作灵敏可靠。总之，无论从市场或技术抑或价格的角度来说，此款热水器具有很大的优势。它市场前景广阔、技术先进、价格合理、高度智能化，方便省事，是当前市面上热水器的升级产品。它不但适合于城乡民宅需求，还适用于写字楼、餐饮、娱乐、商业服务浴室、理发店、旅馆、招待所、托儿所、敬老院及外贸出口等各种需求。参考文献1张大明单片机控制实训指导及综合应用实例北京机械工业出版社200732张俊匠人手记一个单片机工作者的实践与思考北京航空航天大学出版社200843边春远MCS51单片机应用开发实用子程序人民邮电出版社200594周航慈单片机应用程序设计技术北京航空航天大学出版社，199820055姚磊等一种改进的PID参数整定方法J空军雷达学院学报，2001，626黄玮,叶劲松单片机水温控制系统J武汉工程职业技术学院学报,19997陆坤单片机测速仪器的设计J水道港口1988年01期28338张西基于MCS51单片机的测温系统J电子工程师2002年06期31339陈伟基于单片机的测速仪J2008年10期10吴天佑基于温度传感器的PC散热解决方案J世界电子元器件2001年12期141511HESZFUZZYSELFTUNINGOFPIDCONTROLLERFUZZYANDSYSTEM，19931致谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师刘清平。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZECDATE12JUN2012SHETOFFILECUSERSHUANGLONGFEIDESKTOPCHENGYUANLITU丝丝丝丝丝BACKUP1DBDRWNBYEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P063P0732P2021P212P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD1RXD10U18051D1LEDR2210KR3347KU2BELC3CAPC2CAPR23RES2R28CRYSTALVCQ1NPNVCR2RES2GND1DQ2VC3DS18B20VCC5CAPS17SWPB_REAET28RC27CLKO26DIG725DIG624DIG523DIG42DIG321DIG220DIG119DIG018DP17SA16SB15VD1VD1NC3VS4NC5_CS6CLK7DATA8_KEY9SG10SF1SE12SD13SC147279COMPONENT_1S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBS5SWPBS6SWPBS7SWPBS8SWPBS9SWPBS10SWPBS11SWPBS12SWPBS13SWPBS14SWPBS15SWPBS16SWPB1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS3AMBERCC1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS4AMBERCC1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS5AMBERCC1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS6AMBERCC1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS7AMBERCC1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS8AMBERCC1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS2AMBERCC1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDPDS1AMBERCCR2010KR1910KR1810KR1710KR9200R10200R1200R12200R13200R14200R15200R16200R3R6R7R4R5R8R1R2R2115KC115PFVCVC100K8VCQ29014R11510R82KQ3NPNK1丝丝丝VCVCVCU34N2520V丝丝丝P15C4CAPS20SWPBS19SWPBS21SWPBS18SWPBR25RES2R26RES2R27RES2R24RES2D2LEDD3LEDD4LEDD5LEDVCVCP17P16P15P13P12P11P10P10P11P12P13附录A电路原理图附录BPCB图附录C程序代码TEMPER_LEQU36HTEMPER_HEQU35HTEMPER_DEQU34H小数位TEMPER_NUMEQU33HFLAG1BIT06HDQBITP15BAI_CEQU37HSH_CEQU38HG_CEQU39HORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPINT_T0ORG001BHLJMPINT_T1MAINCLR05HCLRP16CLRP00CLRP07CLRP01MOVSP,70HMOVTMOD,11HMOVTL1,0B0HMOVTH1,3CHMOVTL0,0B0HMOVTH0,3CHMOVIE,8AHSETBTR1LCALLINITHMOVR7,49H循环次数MOVR0,20H建立指针MOVDPTR,1000HM_0CLRA目标单元清零MOVR0,AINCR0修改指针DJNZR7,M_0MOV60H,05HMOV61H,02HLCALLDIS_INITILCALLDIRMOVR5,7ZYXSLCALLDELLCALLZYZLDJNZR5,ZYXSSETBTR0DDJBP07,DD_3CLRP01SJMPDD_4DD_3SETBP01DD_4LCALLINIT_1820初始化程序LCALLRE_CONFIGLCALLGET_TEMPERLCALLTEMPER_COVJNB05H,DD_2ACALLDIR_0DD_2LCALLDIR显示子程序，将显缓区数据查表后送显LCALLKEY健盘处理，扫描键盘后查键号CJNEA,0FFH,M_1判断是否有键按下SJMPDDM_1CJNEA,0AH,M_2M_2JNCM_3ACALLSKEY数字键处理子程序SJMPDDM_3CJNEA,0AH,M_4ACALLMKEY_1SJMPDDM_4CJNEA,0BH,M_5ACALLMKEY_2SJMPDDM_5CJNEA,0CH,M_6ACALLJIESHU结束SJMPDDM_6CJNEA,0DH,M_7ACALLQIDONG开始SJMPDDM_7CJNEA,0EH,M_8ACALLDOWN_1DOWN翻SJMPDDM_8CJNEA,0FH,DDACALLUP_1UP翻DD1SJMPDDDIR_0JNB05H,D_1JB01H,D_1JNB02H,D_1CLR02HMOVR0,40HMOVA,50HACALLA_R0INCR0MOVA,51HACALLA_R0INCR0MOVA,52HACALLA_R0MOV42H,20MOV45H,20D_1RETA_R0MOVR2,ASWAPAANLA,0FHMOVR0,AINCR0MOVA,R2ANLA,0FHMOVR0,AINCR0RETSKEYJNB05H,S_2JNB01H,S_2MOVR0,28HCJNER0,41H,S_0INC28HS_0CJNER0,44H,S_4INC28HS_4MOVR0,AS_3INC28HMOVA,28HCJNEA,48H,S_1S_1JCS_2MOV28H,40HS_2RETJIESHUCPL05HRETDOWN_1JNB04H,DOWN_1_5MOVA,60HCJNEA,00H,DOWN_1_2MOV60H,09HDEC61HMOVA,61HCJNEA,0FFH,DOWN_1_2MOV61H,09HSJMPDOWN_1_5DOWN_1_2DEC60HDOWN_1_5RETUP_1JNB04H,UP_1_5INC60HMOVA,60HCJNEA,0AH,UP_1_5MOV60H,00HINC61HMOVA,61HCJNEA,0AH,UP_1_5MOV61H,00HUP_1_5RETMKEY_1JNB05H,MKEY_1_1SETB01HMOV28H,40HSJMPMEY_1_2MKEY_1_1SETB04HMEY_1_2RETMKEY_2JNB05H,MY_1JNB01H,MY_2MOVR0,40HACALLR0_AMOV50H,AINCR0ACALLR0_AMOV51H,AINCR0ACALLR0_AMOV52H,ACLR01HSJMPMY_2MY_1CLR04HMY_2RETR0_AMOVA,R0SWAPAMOVR2,AINCR0MOVA,R0ANLA,0FHORLA,R2INCR0RETQIDONGRETZYZLCLRP10使7279片选有效MOVR6,0CH延时50USDJNZR6,MOVA,0A3HACALLSTFS发送MOVR6,2延时DJNZR6,SETBP10清片选信号RETTZMOVA,TEMPER_NUM分开TEMPER_NUMANLA,0F0HSWAPAMOVBAI_C,AMOVA,TEMPER_NUMANLA,0FHADDA,0AHMOVSH_C,AMOVG_C,TEMPER_DRETCOMMOVA,61HSWAPAMOV62H,AMOVA,60HORLA,62HMOV62H,AMOVA,TEMPER_NUMCJNEA,62H,COM_1COM_1JCCOM_2CLRP00SETBP16SJMPCOM_3COM_2SETBP00CLRP16COM_3RETDIR_1JB05,DI_2LCALLCOMLCALLTZMOV45H,BAI_CMOV46H,SH_CMOV47H,G_CMOV40H,31MOV43H,35MOV44H,1EHMOV41H,61HMOV42H,60HDI_2RET显缓区初始化，显示STARTDIS_INITIMOVR7,08H循环次数MOVR0,40HMOVR1,14H建立指针DIS_1MOVA,R1MOVR0,AINCR0INCR1修改指针DJNZR7,DIS_1RETINT_T0NOPPUSHACCPUSHPSWMOVPSW,08HMOVTL0,0B