太阳能热水器控制毕业设计论文

1、精品文档你我共享 AAAAAA 人民共和国教育部 精品文档你我共享 当今计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信 自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广 泛的应用。嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功效等 严格要求的专业计算机系统。其最初应用是基于单片机的。单片机小巧 灵活，成本低，易于产品化。它面向控制，能针对性的解决从简单到复 杂的各种控制任务。 目前，国内的太阳能热水器还处于研发阶段，这种控制器只具有温 度和水位的显示功能，不具有温度控制功能。由于加热时间不能控制而 导致过烧

2、，从而浪费大量电能。本设计是以89C51单片机为检测控制中 心，采用ds12887实时时钟，实现了温度，水位，时间三种参数的实时 显示功能。 关键词：单片机；太阳能热水器；智能控制；水位；温度；时间； 5 The Desig n and realizati on of the Solar- po wered water heaters cbn tral con troller Abstract Today the compu ter technology is devel oped quickly.The microco mpu ter is increasingly used widely.

3、 摘要 Abstract 第1章绪论 目前太阳能热水器的研发面临的问题 第二章 系统总体设计方案 2.1 系统任务和功能 2.2 AT89C51 功能和特点 2.3 通用四运算放大器LM324 2.3.1 LM324作反相交流放大器 2.3.2 LM324作测温电路 2.4 DS18B20数字式温度传感器 2.4.1 DS18B20与单片机的典型接口设计 10 2.6 I/O 接口电路 8255A 11 第三章 太阳能热水器中央控制器的硬件设计 14 3.1 前端的模拟电路设计 14 3.1.1温度传感器的选用 16 3.1.2 DS18B20 与单片机的典型接口 16 3.2 8255A与单

4、片机的典型接口设计 17 3.2.1 ADC0809 与89C51单片机的接口设计 17 3.3键盘和显示器接口设计 18 2.5 锁存器LM373 3.3.1键盘工作原理 18 3.3.2 LED显示器工作原理 20 3.3.3接口芯片的选择及其原理 20 3.4单片机复位电路的设计 22 3.5单片机时钟电路的设计 24 3.6系统原理综述 25 第四章 太阳能热水器中央控制器的软件设计 27 4.1 系统总体软件设计 27 4.2 数据采集软件设计 27 4.2.1 中断服务子程序 27 4.2.2水位检测子程序 29 4.3 显示和键盘软件设计 30 4.3.1动态显示子程序设计 30

5、 4.3.2键盘子程序设计 32 第五章 抗干扰技术设计 34 5.1 主要抗干扰技术 34 5.2 提高系统抗干扰能力的主要方法 34 第六章 结论 37 参考文献 附录 致谢 精品文档你我共享 太阳能热水器中央控制器的设计与实现 第一章绪论 当今计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信 自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广 泛的应用。嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功效等 严格要求的专业计算机系统。其最初应用是基于单片机的。单片机小巧 灵活，成本低，易于产品化。它面向控制，

6、能针对性的解决从简单到复 杂的各种控制任务。 单片机具有体积小，功耗低，价格便宜等优点，近年来还开发了一 些以单片机母片为核，在片中嵌入更多的专用型单片机，因此单片机在 计算机控制领域中应用越来越广泛。单片机的应用意义不仅限于它的广 泛及所带来的巨大的经济效益。更重要的是在于单片机的应用正是从根 本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路 或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件的方法实 现。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制技术，称之为微控制技 术。微控制技术标志着一种全新概念的出现，是对传统控制技术的一次 革命。随着单片机应用的推广和普及，微控制技术必

7、将不断发展，日益 完善。作为目前炙手可热的太阳能热水器，以其智能化和人工化为其显 著特点。其中就是以单片机为中央处理器核心，完成了诸多的功能，发 挥了至关重要的作用。 1.1目前太阳能热水器的研发面临的问题 太阳能热水器使用方便，节能，无污染，普及推广迅速。目前市场 上太阳能热水器的控制系统大部分都存在着或多或少的缺点：功能单 一、操作复杂、控制不方便等。随着人们生活水平的提高和电子技术的 发展,这样的太阳能热水器控制系统越来越不适应人们的生活需求 ，开 发一种控制方便，操作灵活的太阳能热水器的控制系统，已经成为当务 之急。本文设计了一种以单片机 AT89C51为核心,显示直观,操作方便, A

8、AAAAA 精品文档你我共享 控制灵活的控制器。 第二章系统总体方案设计 随着计算机在各种智能控制系统应用中的不断深入与蓬勃发展 ， 单片机更以其小巧的外形、较高的性价比、灵活的控制方式广泛地应用 在这一领域。文章所介绍的太阳能热水器自动控制系统，将低价位的单 片机引入太阳能热水器中，以单片机作为核心部件，实时采集温度和水 位数据，并设置报警系统，当水位不符合某一标准时发出报警信号，还 有定时提醒加水的电路。本系统实现了多重功能的有机结合和智能控 制。 2.1系统任务和功能 (1) 多点水温水位输入及显示功能。 辅助能源加热控制功能：定时加热、自动加热控制。 上水控制功能：自动上水、定温上水控

9、制。 报警控制功能：咼、低温及咼、低水位报警控制。 检测控制功能：手动输出检查。 iimm- II I 温度儒感器 度传風黑 液也传感器 放犬器 温度传感辭1 1 驱动电蹦 液榄传感器Hr-t I放大訓 I太阳能集热器 i_u iiui-inimninmnn- lf i i ii n i m l 水箱 * t _ i s怵包匸示电圖 I 11 n I I I III I m R Tj E I ! I加越棒时二I 醴电器h* Lu,水g MH堆电器氐丄 四透一 ft据选择黠 VZF f转 f ft 器 电源转换电路 带有看门殉及 监控的RZPSOM 89C51 系统 I温度显示 HI 单片机 工

10、作状态 串并转换电町I ! I AAAAAA 自动控制狡 I . I J -i 图一系统结构图 精品文档你我共享 2.2 AT89C51结构和特点 AT89C51是MCS- 51单片机的基础上精心设计， 由美国ATMEL公司 生产的高性能八位单片机。内置2KBEPROM的20脚AT89C2051以及内置 1KBEPROM 的 20脚AT89C1051。 AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4K 字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器，能重复写入擦除解1000 次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上 完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系

11、列单片机，而且能使系统具有许多 MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系 统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长 度小于4KB，四个I/O 口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时 间仅需10ms，仅为87C51的擦除时间的百分之一，与87C51的12V电压擦 写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适 合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽2. 7V6V，全静态工作，工作 频率宽，在0Hz24MHz内，比8751及87C51等51系列的6MHz12MHz 更具有灵活性，系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程

12、序存储器加密， 提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿 制。 另外，AT89C51还具有MCS51系列单片机的所有优点。128X 8位内 部RAM，32位双向输入输出线，两个十六位定时/计时器，5个中断源， 两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等5。 AT89C51结构和功能： 1 .特点： AT89C51与MCS51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容； .片内有4K字节在线可重复编程快擦写程序存储器； 全静态工作，工作范围：0Hz24MHz ; 三级程序存储器加密； 128X 8位内部 RAM ; 32位双向输入输出线； 两个十六位定时器/计数器； 五个

13、中断源，两级中断优先级； 一个全双工的异步串行口； 间歇和掉电工作方式。 2.管脚功能： AT89C51单片机为40引脚芯片如图2-2所示。 1) I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个口 P0口是三态双向口，通称数 据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地址。由于是分时输出，故应在外部加锁 存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用 ALE的P1 口是专门供用户使用 的I/O口，是准双向口。 P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展 外部存储器时，P2口也可以作为用户I/O口线使用，P2口也是准双向口。 P3 口是双功能口，该口的每一位均

14、可独立地定义为第一 I/O功能或第二 I/O功能。作为第一功能使用时操作同 P1 口。P3口的第二功能如表2-1 所示。 2）控制口线：PSEN （片外取控制）、ALE（地址锁存控制）、EA （片 外储器选择）、RESET （复位控制）。 3）电源及时钟：Vcc、GND、XTAL1、XTAL2。 AT89C51有间歇和掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置 的，当外围器件仍然处于工作状态时，CPU可根据工作情况适时地进入 睡眠状态，内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。这种状态可 被任何一个中断所终止或通过硬件复位。 掉电模式是VCC电压低于电源 下限，振荡器停振，CPU停止执行指令。该

15、芯片内RAM和特殊功能寄存 器值保持不变，直到掉电模式被终止。只有 Vcc电压恢复到正常工作范 围而且在振荡器稳定振荡后，通过硬件复位掉电模式可被终止。 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VpD RXD P3.0 TXD P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 INTO INT1 T0 T1 WR RD XTAL1 XTAL2 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 89C51 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30

16、 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 ea/vpp ALE/ PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 AAAAAA 图2-2 AT89C51管脚图 表2-1 P3双功能口功能表 第一功能标记 第二功能 P 3.0 RXD 串行输入口 P 3.1 TXD 串行输出口 P3. 2 INT0 外部中断0输入 P3. 3 INT1 外部中断1输入 P3. 4 T0 定时/计时器0外部输入 P3. 5 T1 定时/计时器0外部输入 P 3.

17、 6 WD 外部数据存储器写选通 P3. 7 RD 外部数据存储器读选通 89C51单片机的中断系统有5个中断请求源，用户可以用软件屏蔽 所有的中断请求，也可以用软件使CPU接收中断请求，每一中断源可用 软件独立地控制为开中断或关中断。当所有中断源设为开中断时，89C51 中的中断源优先级如表 2-2所示： 表2-2中断优先级及入口地址 中断源 优先级 人口地址 外部中断0 1 0003H 定时器/计数器T0 2 000BH 外部中断1 3 0013H 定时器/计数器T0 4 001BH 串行口中断 5 0023H 2.3通用四运算放大器LM324 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列

18、直插塑料封装,外形如图 所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四 组运放相互独立。每一组运算放大器可用图2.1所示的符号来表示，它有 (-)为反相输入端，表示运放 (+)为同相输入端,表示运放 LM324的引脚排列见图2.2 5个引出脚，其中“ +、-”为两个信号输入端，“V+” “V为正、负电源 端，“ Vc为输出端。两个信号输入端中,Vi- 输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+ 输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 C反相输入端） V祁 C同相输入端） 14 13 12 11 10 9 3 乜 LIV1334 35 LIV1334 （图表2.1） （图表2.

19、2） 2.3.1 LM324作反相交流放大器 电路见附图2.11。此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音 机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电 ,由R1、R2组 成1/2V+偏置,C1是消振电容。 1 r C5 WHO C1-LL 10uF - （图 2.11） 放大器电压放大倍数 Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负 号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值 ，Av=-10。此电 路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求 的放大倍数在选定Rf。 Co和Ci为耦合电容。 2.3.2 LM324应用作测温电路 感温探头采用一只

20、硅三极管3DG6,把它接成二极管形式。硅晶体管 发射结电压的温度系数约为-2.5mV/C,即温度每上升1度，发射结电压 变会下降2.5mV。运放A1连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体 管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也 越低。 图 2.21 这是一个线性放大过程。在A1输出端接上测量或处理电路，便可对 温度进行指示或进行其它自动控制。 2.4 DS18B20数字式温度传感器 DS18B20内部结构图 3.3所示，主要由4部分组成：64位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。DS18B20的管脚排列如图 3.4所示，DQ为数字信号

21、输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输 入端（在寄生电源接线方式时接地，见图 3.9）。 图3.3 DS18B20内部结构 B1JI TOW VIEW 涉 PIN SBC fl SO-MIL 1 图3.4 DS18B20封装形式 2.41 DS18B20与单片机的典型接口设计 DS18B20DS1822 “一线总线”数字化温度传感器是 DALLAS最新 单线数字温度传感器，同DS1820-样，DS18B2迪 支持“一线总线” 接口，测量温度范围为-55 C+125 C,在-10+85C范围内，精度为 0.5 CoDS1822的精度较差为 2 C。现场温度直接以“一线总线” 的数字

22、方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场 温度测量，与前一代产品不同，新的产品支持 3V5.5V的电压范围，使 系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为 0.5 G可选 更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报 警温度存储在EEPRO中,掉电后依然保存。DS18B20勺性能是新一代产 品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822与DS18B20软件兼容， 是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的 EEPROM精度降低为 2 C,适用于对性能要求不高，成本控制严格

23、的 应用，是经济型产品。继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了 温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更 多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 号, 光刻R0碑的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20勺地址序列码。64位光刻ROM勺排列是：开始8位（28H）是 产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是 前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1。光刻ROM勺作用是 使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20勺目的。 DS18B2(中的

24、温度传感器可完成对温度的测量，以 12位转化为例： 用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625 C /LSB形式表 达，其中S为符号位。 这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的 RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于 0,这5 位为0,只要将测到的数值乘于0.062可得到实际温度；如果温度小于 0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到 实际温度。 i.MrrkAJI ir DKill Al (It 门 ri T (IJtrMn) Bill H AL (M in 1 (HiVvJi -25T OOOO 011 1

25、 1 101 0000 07ijaii BKlljOniOl mol OOQO (bsoii 25 G62? C OOWOGOI 1001 omi 0191 h 10 125 C (x)nOtiao；i 1010 00 JO 01)7X211 吩 nofXHJidfuitHfn hKHi oc OOCiO ri090 0000 0000 何聡h -0 ? t HI 1 1 HI lUI MHiU H I Sh -1 (J 125 Illi millojoi II闭 ri?：! | IJIOOILO III! rLbih nil 1 rnfi nHj otx冊 2川h *rhe k)wei-on

26、 reiel alue oTlhelemptralurt i亡uitei 占 4851Flgd P SOU b Y b C PG Ams Dabcd efg d p g Y P a| b 1 艸HI b DUi E g (/( n I 2 0 八 T7 IK 8 IJ lU II 5： nmir TT 1 WTOT flT 3|5|Hf9|l 卅剧 h 1 D -n -u o 1 5 3 D N GM s V 1 R % TfITIT15l M s E hr rr* j K r ip c4 可F 系统原理图 4*-5 N PD GE 7 ypd Da eg b匚 g A X 1 11213 讣 I617181 P G E 7 Y Y亡目 a b c d e f g p WWT 1 p D G7 Y PD Da nou g 6. 1 2 1 1 1 1 4 O0 6P TOUR Rp Lflop