太阳能水位控制器的设计毕业设计

1、毕业设计（论文）太阳能水位控制器的设计Solar water level con troller desig ni、课题名称：太阳能水位控制器的设计水位控制器可安装应用在各种需要对水位进行控制的地方。太阳能水位控制器主要 起到太阳能中水位显示，无水和水满报警的作用。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。、毕业专题（设计）主要内容:1、基本要求：1、低水位报警功能。2满水位报警功能。3、水位显示功能。2、拓展要求：1、可具有温度显示功能。2、设计出电路原理图。3、制作完成PCB电路板图三、计划进度：日期毕业设计各阶段的任务2012年8月30日-9月2日下达任务书，动员，学生准备2012年9月3日-9月14日学生

2、查阅资料，确定方案2012年9月17日-9月28日学生设计2012年10月8日-10月12日学生毕业论文编写2012年10月14日-10月22日整理毕业论文，准备答辩四、毕业专题（设计）结束应提交的材料:1、毕业论文2、实物指导教师尹慧氇谴净。2012 年 9 月日2012教研室主任尹慧聞創沟燴鐺險爱年 9 月日 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。9论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对

3、本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为， 本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。毕业生签名：日期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明彈贸摄本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本 人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。尔霁毙攬砖卤庑。指导教师签名： 日 期： 徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）指导教师评阅表学号100081005学生姓名陈小伟论文成绩系部机电学院专业应用电子班级102导师姓名尹慧职称讲师题目太阳能水位控制器的设

4、计指导教师评语（包含对论文 的性质、难度、 份量、学生实际 完成情况，论文 撰写格式、学生 学术道德等方 面的评价，是否 同意答辩等）指导教师签名：年 月日徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）指导教师交叉评阅表学号100081005学生姓名陈小伟专业应用电子班级102题目太阳能水位控制器的设计序号评审项目指标优秀良好合格不合格1选题选题符合人才培养目标要求，具有一定的理论意义和实用价值。2课题工作量难易程度适中，工作量饱满3设计（论文）质量材料丰富、内容充实，较好地体现本 专业基本知识、基本技能的综合应 用，观点明确、结构完整、格式符合徐州工业职业技术学院毕业设计 （论文）规范。4成果具有一疋

5、的创新性、或具有一疋的学 术水平和独到的见解、或具有一定的 实用价值。总评评阅教师评语评阅教师签名：年 月日是否同意参加答辩摘要本设计以单片机AT89S52为核心，配合RC充放电式水位传感器与一块12864液晶显示 器，设计一种数字化且智能化的太阳能热水器水位控制系统。虽然本论文课题是水位控制电 路设计，但水位的检测和温度有着密不可分的联系，所以温度的检测模块也是论文必不可少 的一部分。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。此外，文中给出了主控芯片模块、LCD显示板、水位监测控制、电键控制、报警器和电 磁阀控制等模块的结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图，并结合相应的理论设 计进行研究。开头部分阐述的

6、是研究太阳能热水器的必要性和国内外的研究动态，正文开始是设计要求，接着主要是方案的不足及可以加以改进的地方。此设计相对来说比较系统解决 了热水器上在水时需人工等待和过量溢水的问题，达到了省时、省水的目的。该系统与传统 的太阳能热水器控制系统相比较，具有结构简单、使用方便、价格低廉、抗干扰能力强等特 点0厦礴恳蹒骈時盡继價骚。关键词：AT89S52; RC充放电；水位检测；温度检测AbstractMy desig n regards the AT89S52 SCM as the core, comb ining the RC charge-discharge type water-level s

7、en sor. I desig n one kind of digital and in tellige nt con trol system of solar en ergy water heater. Although my issue is about water monitoring system, I still mentioned something about temperature mon itori ng content. My subject is still mai nly in water mon itori ng.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 This system con

8、 sists of mai n chip modules, LCD display module, the water level detecti on module. the temperature level detecti on module, keyboard con trol module, alarm module and sole noid valve control module. At the beginning of the study describes the need for the solar water heaters , domestic and intern

9、ati onal researchdevelopme nts, the final part of this article also brings us the desig n of requireme nts. Then article brings us the main dem on strati on and determ in ati on of the program, and the choice of MCU and the worki ng prin ciple of the in troductio n. Next is the core of this design,

10、combining theory focuses on the solar water heater control circuit of the various comp onen ts. Behi nd the software desig n is also esse ntial , fin ally, the lack of desig n experie nee and the improvement is present on our eyes This design has relatively solved the water heater in the water wait

11、ing to be artificial and excessive overflow problem, to the provin ce, the provin cial water purposes. The solar water heater system compared with traditi onal ones has many adva ntages, with a simple structure, easy to use, low cost, better stability and so o鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。Keywords： AT89S52 SCM; RC cha

12、rge-dischargetype； Water level detection; Temperature detecti on籟丛妈羥为贍债蛏练淨。摘要VI預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。AbstractVII渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。第1章绪论 1铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.1前言 1擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.2国内外研究动态 1贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。1.3太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 1坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。第2章方案论证和单片机的选择 2蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.1方案论证和方案的选择 2買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.2水位传感器的选择 3綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.3单片机的选择 5驅踬髏彦浃

13、绥譎饴憂锦。2.3.1 AT89S52选择和其功能性能 5猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。2.3.2 AT89S52引脚功能介绍5锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。第3章硬件电路设计 8構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.1水位检测模块 8輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.1.1水位测量原理 8尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。3.1.2.水位检测电路设计 9识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3.2温度检测模块 10凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。3.3 LCD液晶显示模块 13恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.3.1 12864液晶8 13鯊腎鑰诎漣鉀沩懼統庫。3.3.2 LCD液晶显示电路设计 15硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3.4 键盘控制模块 16阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。3

14、.5报警模块17氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。3.6电磁阀控制模块 17釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。3.7双机通信及其他电路设计 18怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。3.8 其他电路设计 19谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.8.1.晶体振荡电路 19嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。3.8.2复位电路 20熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。3.8.3设计总电路图 20鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。第4章 系统软件设计 23纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。4.1设计思路23颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。4.2温度测量子程序 23濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。4.3水位测量子程序 24銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。4.4LCD 液晶显示子程序 25挤貼綬电麥结鈺贖哓类。结束语26赔荊紳谘侖驟

15、辽輩袜錈。参考文献27塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。致谢 27裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。第1章绪论1.1前言地球上的不可再生能源总有一天会消耗殆尽，所以开发和有效利用太阳能这 样的环保且资源丰富的能源有着重要的意义。 太阳能热水器就是太阳能开发和利 用的一大产业，所以完善太阳能热水器也成为最近的研究热门课题。目前太阳能热水器效率和功能上还存在着比较多的问题： 例如不可缺水，空晒情况下上水会 爆炸；春、秋天，水温升高造成水变成水蒸气蒸发，造成热能损失；冬天水温不 够，导致热水器成为了摆设。现在人们对家用电器的要求越来越趋向数字化、自动化、智能化。很多国内外太阳能热水器商家为了使自己的产品能在市场上有一 席之

16、地，在不断提高太阳能热水器性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于 太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度也一年比一年高。但是大部分太阳能热水器还是存在着使用不便和小毛病多等问题。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。本设计是针对上述问题设计的温度控制系统，由 AT89S52单片机和一些外 围设备，充分运用软件和硬件结合的方法实现了当前水位高度显示、 水箱温度显 示，以及当水位下降到最低刻度线时自动上水三种主要功能， 很好的解决了一些 太阳能热水器的通病。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。1.2国内外研究动态我国在太阳能热水器的发展迅猛，已经一跃成为太阳热水器第一生产大国，但现状是我国很多企业生产的太阳热水器

17、仍然有着功能单一、数字化低、智能化低的不足。近几年来，市场上陆续出现了一些太阳能热水器监测系统的性能不稳 定：比如检测误差大、显示器乱码，还有的与电辅助加热装置不能很好配合和太 阳能利用率较低等问题，严重影响了用户的日常使用也从而影响到太阳热水器的 销售业绩惨淡。所以我认为太阳热水器，有着广阔的发展前景，一款好的监测系 统能让整个太阳热水器提高不止一个档次，让企业乐开了花，也给百姓生活带去 了方便，是一种双赢的研究。因此，在太阳能热水器水位监测水温检测方面的研 究发，应引起足够重视，加大投入一定力量研究开发高质量、性能好的测控产品。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。在西方，尤其是美国、德国、以色列这些国

18、家在太阳能热水器方面的研发一 直比较活跃。以美国欧沃斯利诺依斯公司的发明的全玻璃真空管太阳集热器最为 普及，使用了高真空技术，使集热器的热损失比普通平板式太阳能集热器的热损 失降低了一大块（该集热器选择性吸收涂层的吸收阳光的效率83%）。另一方面还设计专门开发了用于太阳能热水器的先进的应用软件，从而使太阳能热水器技术水平领先我国不少。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。1.3太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍1.水位、水温测量电路。这部分用于采集水位水温信号给单片机，是太阳能 热水器控制器最关键的部位。2 时间、水位、温度显示和键盘电路。这部分用于系统和人的信息交互。3.驱动电路。上水电磁阀、报警电路

19、，是整个系统的执行部分。第2章方案论证和单片机的选择2.1方案论证和方案的选择方案一：利用单片机进行水位检测和控制， 基于数字电路的全自动控制，其工作过程是被测水位经过模拟信号采集模块进行采样，然后把采样得到的模拟信号送入ADC0804进行A/D转换读如单片机，再由单片机进行处理，得出结果是 否启动/停止控制电路执行信号以达到水位的控制，具体硬件流程框图入图2.1所示。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。水位A/D单输控传转换片入出制感机控水器制位图2.1方案一具体流程框图方案二：采用AT89S52单片机为核心控制器的电路。因为单片机电路结构 简单成本低廉、可靠性高，便于实现各个控制功能能很好的完成设计任

20、务。水位 检测由本设计使用的RC充放电水位传感器通过检测来实现水位的改变。然后通过A/D转换把信号输入到单片机，获得当前水位显示。水温检测由单片机根据 温度传感器（DS18B20）的操作指令和时序读取温度，并送达显示电路显示当前 水温。本设计再用三个按键来控制上水的水量，本方案智能化、数字化的太阳能热水器控制系统。具体流程框图如图 2.2。图2.2方案二流程框图方案三：在方案二的整体思路基础上稍做更改， 设计分为房顶和房间，利用 两个单片机AT89S52分别控制。楼上的AT89S52主要利用DS18B20进行水温的 测量，另一方面RC充放电水位传感器获取的信号经过电压比较传送给单片机 ， 得出

21、结果，由单片机给出命令来控制电磁阀的开与关，另一方面信号通过双机通信传给楼下的单片机来控制显示电路和报 警。同时房间可以通过键盘控制手动控 制电磁阀开关、蜂鸣停止和液晶屏幕的开关。具体流程框图如图2. 3。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。28爛滾澗辐滠兴渙藺。峴扬图2.3方案三流程框图综合以上三种方案，方案一由于缺少温度检测模块，而水温也是影响太阳能 热水器很重要的一方面：比如说水箱中水温度过高导致水沸腾这时候虽然水所在 刻度不是满的，实际上已经溢出，这样说来方案一的设计算不上智能。 方案二在 思路上没有任何问题，可在实际生活中比较不切实际，因为显示器在楼顶，倘若 用户在一楼跑到五楼甚至更高，那肯定不方

22、便，液晶成了摆设，再如液晶这样的 电子产品放在房顶风吹雨淋长此以往如果没妥善保护很容易坏掉。方案三是在方案二的基础上完善和加强的，采用单片机键的双边通信，用户只要在楼下的房间 里或者卫生间门口就可以看到水位和水温的情况，比起方案二更加方便，也更加合理。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。其基本工作原理是当用户在使用热水器时，水箱中水位下降到一定刻度值 时，单片机会发指令给报警电路，同时打开电磁阀水箱内会水自动上水， 水位达 到的最高刻度时单片机会控制电磁阀进行放水。当水位下降到低于设定的最低刻 度线时，单片机接受此信号并开始执行指令，报警电路工作，同时电磁阀打开， 水位不断升高，当达到最高水位时便给单片机发

23、出中断请求，此时电磁阀关闭， 停止加水。在上水过程中，在楼下的 LCD既可以显示水箱的水位值又可显示水 箱内水的当前温度，不仅直观方便，而且精确度高，实用性强。此系统解决了热 水器上水时需人工守候和过量溢水的问题，达到了省时、环保、节水的目的。加 设的缺水报警系统和液晶显示部分，使整个系统更实用，更趋向数字化、智能化。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。2.2水位传感器的选择方案一排阻分档键盘式水位传感器：一种类似键盘电路的分档水位传感 器，其原理图如图2.4所示。排阻式水位传感器的工作原理大致是分别用5根铜针分别置于水箱内的四种不同高度的位置。铜若针不接触水面，其输出为高电平；若铜针与其对应水面 接触时

24、则输出为低电平，输出接至电子开关，经过CD4069反向并经74LS244驱动后分别接到AT89S52的P1.0P1.3引脚。单片机对这些引脚进行判断后 ， 显示相应的水位值。显示共分4档，每档为满水位的20%。用了这种方法可以 省去了传统的A/D转换器步骤，成本也降低。不过也有个缺点就是精度不高。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。图2. 4排阻式水位检测系统示意图方案二：RC充放电式水位传感器测量电路其基本形状如图2.5所示。图2.5 RC充放电式水位传感器示意图从图2.5中我们可以看到传感器外很形很普通，该传感器一共只有两个端口， 第一个端口是公共水位，第二个端口是实际水位端口。观察传感器可知水位传感

25、 器有5个与水接触点，我们从上到下依次命名它们为 15触点。我们分别测量 了触点不同接法时公共和水位鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。两端口之间的电阻，输出电阻值表如下表 2.1。表2.1输出电阻值表短接方式无短 接1、21、2、31、2、3、41、2、3、4、5输出电阻值极大值25kQ12.5 kQ8.3kQ6.3 kQ方案选择以RC充放电式水位传感器来测量水位有较大优势， RC充放电式水位传感 器只要两根线就可以，这里相对于排阻法就省下不少的导线，另一方面占用较少 的I/O 口，仅需两个I/O 口就能完成水位检测任务，极大地节约了单片机的I/O 口 资源。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。综上比较可见选用第二种方

26、案较为优越。2.3单片机的选择2.3.1 AT89S52选择和其功能性能AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS的8位微控制器4，具有8K在系 统可编程Flash存储器。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与工业80C51产品指令和引脚完全兼容得益于它使用高密度非易失性 存储器制造技术。陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。单片机AT89S52标准功能：8K Flash ROM （数据存储器），256B RAM （程 序存储器），32个外部双向输入/输出（I/O） 口，三个可编程16位定时器/计

27、数 器，一个“看门狗”（WDT）定时器，一个6向量2级中断结构，两个数据指针， 全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，AT89S52如果降至8Hz静态逻辑操作，可支持两种软件可选择节点模式：在掉电保护方式下，RAM内容被保存， 振荡器被冻结，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。在空闲的模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。2.3.2 AT89S52引脚功能介绍AT89S52单片机采用双列直排的40条引脚的封装形式。AT89S52的40条引 脚中，有2条只用于主电源的引脚，还有2条外接晶振的引脚，另外4条控制和 其它电源复用的引脚

28、，32条I/O引脚。如图2.6是AT89S52单片机引脚图。钡 嵐縣緱虜荣产涛團蔺。图2.6 AT89S52单片机引脚图AT89S52引脚的名称和功能：Vcc：接+5V的电源。GND :为接地。XTAL1 :接在外部晶振的一端。在单片机内部是反相放大器的输入端， 该放大器构成了片内振荡器。XTAL2 :接在外部晶振的另一端。在单片机内部接至上述的振荡器的反 相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。控制信号引脚 RST、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VppRST： 9脚也就是RESET，复位输入，单片机上电后如果要使单片机复 位，只要在该引脚输入 24个振荡

29、周期宽度以上的高电平就可达到。图 3.15为该单片机的复位电路图。在通电瞬间，电容 C通过电阻R进行充 电，RST端出现正脉冲，用以复位。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得单片机复位。单片机正常工作时，此引脚 应为不大与 0.5V的低电平。謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。ALE/PROG : 30脚，地址锁存使能输出/编程脉冲输入端。，ALE （地址 锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8位。当不访问外部存储器程序 时，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。呙铉們欤谦鸪饺

30、竞荡赚。PSEN： 29脚，外部程序存储器读选通信号，低点平有效。当 AT89S52 由外部程序存储器执行外部代码时，每个机器周期中， PSEN信号两次 有效，也就是输出两个脉冲。但在此期间，每当访问外部数据存储器时， 这两次有效的PSEN信号不出现。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。EA/Vpp : 31脚，外部访问允许/编程电源输入端。当EA输入高电平时 （接Vcc端），CPU执行程序，在低4KB （0000H0FFFH）地址范围内， 访问片内程序存储器；当程序计数器 PC的值超过4KB地址时，将自动 转向执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平（接GND）时，CPU 仅访问片外程序存储器。在fla

31、sh编程期间，EA也接收12伏VPP电压。 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。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。输入/输出（I/O）弓I脚P0、P1、P2和P3P0 口： P0 口是一个双向I/O 口并且拥有8位漏极开路的，同时可以驱动 8个LS型的TTL负载。对P0写1这个时候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。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。P1 口： P1 口是一个具有上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1可驱动4个LS 型的TTL电平。P1 口是专为用户使用的准双向I/O 口，作为通

32、用的I/O 口输入时应先向端口锁存器写 1。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。P2 口： P2 口是一个双口功能、字节地址为 0H、位地址为 A0HA7H。P2 口作为地址输出线时可以输出高 8位到外部存储器，与P0输出的低 8位的地址一齐够成16位地址，可以寻址的地址空间为 64KB。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时，P2 口送出高8位地址。在这种应用中，P2 口使用较强的内部上拉发送1。灭暧骇諗鋅猎輛 觏馊藹。P3 口： P3 口是一个8位双向I/O 口具有内部上拉电阻的，P2输出缓冲 器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3写1时，内部上拉电阻会把端口拉 高，此时可以作为输入口用

33、。作为输入口使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL ）。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。由于AT89S52的引脚有限，因此在P3电路多了种特殊功能即第二功能。P3 口的每一条引脚都可分别定义为第二功能的输入功能或第二输出功能。实际在使 用中，一般都是是先按需求优先选择它的第二功能， 剩下不用的才作为第一功能 口线使用。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。各引脚的定义如下:P3.0/RXD :串行数据输入口P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TOP3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD串行输数据出口外中断0输入外中断1输入定时/计数器0外部计数输入定时/计数器1

34、外部计 外部数据存储器与选外部数据存储器读选第3章硬件电路设计该系统由主控芯片模块AT89S52、DS18B20温度检测模块、LCD液晶显示 模块、水位检测模块、键盘控制模块、报警模块和电磁阀开关模块组成。下面分 别对各个模块作具体介绍。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。3.1水位检测模块3.1.1水位测量原理检测口1.检测原理图如图3.1充放电口公共水位4*25K水箱图3.1 RC 充放水位传感器原理图它的是利用4个并联的电阻5，电阻随水位变化而变化，每当水面接触一个 钢针就会多并联一个电阻，电阻随水位变化而规律的变化。因为单片机会给电容 周期性地充电和放电，然后检测接在电容两边的电压的变化。因为我们通

35、过已学的知识可知电容电压的上升或下降时间可表示为t=RC,所以可以通过记录下的这个时间来知道电阻的变化，进而进一步可知水位的变化并对其进行显示。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。单片机中的定时器可以提供电压变化时间的纪录， 接下来就是如何将电压的 变化传递给单片机。本设计与I/O隔离并用中断监测电容电压的电路，这样就需 要把电容电压和单片机端口如图 3.2这样隔离开来。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。VCC偽澀锟攢鴛擋图3.2 P1 口的位结构緬铹鈞錠。2.电压跟随器电压跟随器的构成：将LM358的正向输入端接入电容电压正端，反向输入 端则与输出相连。电压跟随器的特点：输入阻抗高，输出阻抗低，使得输入几乎不受输出影

36、响， 所以能启到很好的隔离作用。3比较器：采用LM393为比较器加以+5V给其供电，由于LM393的输出为 集电极开路，它的输出高电平与 LM393的电源无关，但须接外部电源和上拉电 阻。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。需要电压跟随器进行隔离的原因和必要性：因为AT89S52单片机的INTO、INT1本身就具备上拉电阻，INTO、INT1的内部结构类似于上图3.2,并且LM393 的反相输入端输入和同相输入端输入间有着相互钳位作用，而+5V电源分压电阻 给予+3V参考带电平对反相输入端输入有钳位作用，因此接了LM358电源跟随器并且不与电容直接相连，就不会影响电容电压的变化，这便是必须接电压跟随器的必要

37、性。电压跟随器和比较器的接法如图3.3所示。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。3.1.2水位检测电路设计水位传感器采用电压跟随器与电压比较电路相结合实现。由于水的高低也有一定的电阻，如图3.3,当水位较低时，传感器将信号传给单片机 P2.4端口，输 出低电平信号输入到U7A电压相应变的小（低于6v）, 1脚输出低电平，经过 U7A电压跟谁器，输入到U7B反相输入端，与U7B同相端电压进行比较，在同 相端设置的基准电压为6V，输出高电平，作用于P2.3端口制成高电平，AT89S52 接受到高电平信号后，将指令给 P2.7端口，制成高电平，使三极管导通，继电 器吸合，电磁阀门开始工作。当水位过高时，传感器将信

38、号传个单片机，由P2.4输出一个高电平信号，U7A电压跟随器输出一个12V电压，输入给U7B电压比 较器反相端，与同相端进行电压比较输出一个低电平信号即（P2.3端口置成低电平），通过AT89S52将指令传给P2.7端口，将其置成低电平，此时继电器断开， 电磁阀门停止工作。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。图3.3水位检测电路3.2温度检测模块温度传感器的主要特点是功能单一、测温精良、价格低廉(10快钱左右)、 响应反应快、传输距离远、功耗小、易配处理器等优点，非常适合远距离测温和 控制，外围电路简单且不需要进行非线性校准。太阳能热水器温度传感器有很多， 本设计本来可选用热敏电阻来使用，他具有负温度系数的

39、热敏电阻来测水温，热 敏电阻与普通电阻不同，它具有负的温度特性，当温度升高时，电阻值减小等优 点，它的应用是为了测量温度。但由于取材方面的原因，也考虑到经济成本我选 用了型号为DS18B20的温度传感器，这是市场上很多见并且应用范围很广的一 种温度传感器，因为它独特的单线接口，且具有精准度高、稳定性强、廉价等好 处，因此我设计中用 DS18B20作为温度传感器。镞锊过润启婭澗骆讕濾。DS18B20的简介及特性：DS18B20数字化温度传感器是美国 Dallas半导体公司生产的世界上第一种 单总线接口的温度传感器，在其内部使用了在板(ON-BOARD )专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如

40、一只三级管的集成电路内。DS18B20相对于传统的温度传感器具有性能好、微型化、微功耗、稳定性强等优势，尤其适用于 多点温度的测量。DS18B20拥有912位测温分辨率，精度为05C。DS18B20 可直接将温度转化成串行数字信号，因此特别适合和单片机配合使用，直接读取 温度数据。DS18B20温度与数字对应表如表2所示。目前DS18B20数字温度传 感器广泛应用于粮库、恒温室、计算机机房温度监控及其他各种温度测控系统中。 如下表3.2.为DS18B20温度于数字对应表。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。DS18B20可编程温度传感器采用3脚PR-35封装，其中GND为接地线， DQ为数据输入输出接口，通

41、过一个较小阻值的上拉电阻与单片机相连。VCC为 电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围可为3.05.5V，本设计使用的是外部电源供电。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。表3.2 DS18B20温度与数字对应表温度c据输出二进制数据输出十六进制数+12500000111 1101 000007D0h+8500000101 0101 00000550h+25.0625. 00000001 1001 00010191h+10.12500000000 1010 001000A2h+0.500000000 0000 10000008h000000000 0000 00000000h-0.5111

42、11111 1111 1000FFF8h-10.12511111111 0101 1110FF5Eh-25.062511111110 0110 1111FE6Eh-5511111100 1001 000(FC90hDS18B20的引脚图和封装如图3.4所示。TO-92 DS18B20GN嵝硖贪D塒廩袞悯倉華糲。图3.4 DS18B20的引脚图和封装DS18B20的引脚介绍DQ为数字信号输入/输出端。开漏单总线接口引脚。在寄生电源中，也可以 向器件提供电源。GND :为接地。VDD :外接供电电源输入端，在寄生电源接线方式时此引脚必须接地。DS18B20的主要特性：一个端口引脚便可实现通讯。每个

43、DS18B20器件有对应且唯一的64位的序列号。不需任何其他外部原器件就可以单独实现多点测温。可以通过数据线供电，供电范围为 3.0V5.5V，测温的范围为-55+ 125C ( 67+ 257T),当一10+ 85C范围内精确度为i5C。该栎谖 碼戆沖巋鳧薩锭。可编程为9位12位A/D转换精度。用户可定义的非易失性温度告警设置，告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。可应用在温度控制、工业系统、 温度计或着其他温度感知测量系统。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。DS18B20内部结构主要由四部分组成分别为：64位光刻ROM、温度传 感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL两种寄存器

44、、配置寄存器。DS18B20 的内部结构如图3.5所示。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。Vpu存储器和控制逻辑工寄生电源电路内部Vpp64 位 ROM高温触发器 *低温触发器单总线接口电源检测DD配置寄存器8位CRC发生器鰻順褛悦漚縫輾屜鸭骞。图3.5 DS18B20的内部结构框图DS18B20仅仅使用一根单线端口进行通讯。在单线端口的条件下，首先要 建立ROM协议，才能进行存储和控制操作。光刻ROM中的64位序列号是出厂 前就被光刻好的，是DS18B20的地址序列号，使每个DS18B20都有各不相同， 这样就可以在一根总线上挂多个 DS18B20 了。其中的温度传感器完成对温度的 测量。内部的存储器，

45、包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM，后者存放高温度和低温度触发器 TH，TL和结构寄存器。配置存储 器则主要用来设置它的工作模式和分辨率。穡釓虚绺滟鳗絲懷紆泺。测温原理如图3.7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 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-55C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

46、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3.6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。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。图3.6 DS18B20的工作原理3.3 LCD液晶显示模块3.3.1 12864液晶8液晶显示的原理是在电压的作用下使液晶内的有机化合物的排列发生偏转， 从而使光的折射角发生偏转，造成透射的程度不同，从而使液晶模块从表面看起 来有不同的亮度，所以，液晶必须要在光的照射下才能够显示，这一点与发光二极管从原理上来说是完全不同的。 液晶屏显示模块与数码管相比，它显

47、得更为专 业、漂亮。随着科技的发展，液晶显示的应用前景将更加广阔，显示效果也是越 来越好。液晶显示屏能让这些电子设备的显示更加逼真，目前已广泛应用于电子手表、复印机、IC卡电话机、电脑显示屏、液晶电视等许多方面，尤其是电脑 屏幕和液晶电视是最贴近每个人的生活的液晶产品。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。TS12864- 3液晶显示是基于ST7920来控制显示的，该显示器能够使用串口 和并口两种接线方式，可以选择 4线和8线两种方式，有64行，每行有128个 点。要显示一个完整是汉字最起码要在 16*16的点阵下才方可完成，换句话说如 果你要显示一个完整的汉字需要16行，每行有16个点，而显示一个字符只需要

48、 8*8点阵或者5*7点阵即可。这样的TS12864- 3液晶如果显示字符的话，每行 能显示16个字符，可以显示4行汉字，每行最多能显示8个汉字这，对于我的 设计来说已经足够多了，本设计中只需要2行汉字即可。本设计采用的液晶因为 是自带字库的，所采用的驱动电路是ST7290,对于其驱动大致可以分为：初始化、设置起始显示、数据输送几大块。初始化主要的就是按照芯片手册来，因为 那些命令语句的内存单元都是固定的，需要按照手册上的命令语句来完成， 不能因为我们自己的喜好来自己修改。其管脚说明如下表3.3所示。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。表3.3液晶12864管脚说明管脚符号功能1GND接地2VDD接入+5V

49、电源电3 ， 16, 18NC压4RS空5w / R高：数据（低：指6E令）7DB0 DB7高：读（低：写）8PSB使能端9RST数据线10LED+控制模式11LED-系统复位背光电源，+5V背光电源，0V12864液晶的具体指令介绍DR为数据寄存器：简称DR,它们负责存储微机要写到 CGRAM或DDRAM 的数据，或者存储MCU要从CGRAM或DDRAM读出的数据。因此，可将 DR 视为一个数据缓冲区，当RS及R/W引脚信号为1且Enable引脚信号由1变 为0时，读取数据；当RS引脚信号为1, R/ W引脚信号为0且Enable引脚信 号由1变为0时，存入数据。惬執缉蘿绅颀阳灣愴鍵。AC为

50、地址计数器：简称AC,负责计数写/读CGRAM或DDRAM的数据 地址，AC依照MCU对LCD的设置值而自动修改它本身的内容。 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦 龐。IR为指令寄存器：简称IR，负责存储MCU要写给LCD的指令码，当RS 及R/W引脚信号为0且Enable引脚信号由1变为0时，D0D7引脚上的数据 便会存入到IR寄存器中。嚌鳍级厨胀鑲铟礦毁蕲。BF为忙碌信号：简称BF,当BF为1时，不接收微机送来的数据或指令； 当BR为0时，接收外部数据或指令，所以，在写数据或指令到 LCD之前，必 须查看BF是否为0。薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。只要把数据写到文本显示 RAM中，就能显示文本内容，具体流程如下：

51、先 设定工作模式，接着信号的检测，再数据的传送。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。ST7920的显示RAM中提供了 8个乘以4行的汉字空间，当RAM进行写入显示在文本时，CGROM、HCGROM与CGRAM的字型就会显示出。ST7920A 可以显示三种字型，分别是显示半宽的 HC-GROM字型、中文CGRAM字型和 CGRAM字型，在DDRAM中写入编码来进行设定选择哪种字型，各个字型的 详细编码如下：绅薮疮颧訝标販繯轅赛。半宽字型显示：只将一位字节写入 DDRAM中，编码范围为02-7FH。显示中文字形：将两字节编码写入 DDRAM，编码范围为A1A0HF7rnii gb40H-D75FH BIG5的码

52、。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。显示CGRAM字型：需两个字节的编码写入 DDRAM中来实现这种字型， 总共有四种编码方式它们分别是 0000H、0002H、0004H、0006H。烴毙潜籬賢擔視蠶 贲粵。LCD液晶显示器与单片机连接基本要注意以下三点：1. 若以CMOS芯片为单片机时不需要电平转换电路来转换；若其单片机为TTL芯片则必须配备电平转换电路。2. 模块读或者写控制线为单选，必须加读或者写信号转换电路(对读、写控 制线分开的单片机)。3. 对于模块确定的编码地址，应选择相对应的译码电路。本设计用的液晶4行汉字第一行为温度，第二行为水位，第三行、第四行空 缺，在GB2312编码中查询“温度”

53、和“水位”的四个字得到的 16位编码分别 为：#CEC2、#B6C8、#CBAE、撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。#CEBB,每个字的编码分为高8位和低8位，写入时先写入高8位，再写入低8 位即可。3.3.2 LCD液晶显示电路设计温度传感器上的信号随显示温度的值的变化将其显示在液晶屏上，如图3.13, LCD液晶显示电路采用温度传感器将传感器上的信号通过双机通信传送给 液晶显示电路，温度传感器接受到温度变化，将信号传到单片机P2.5端口，单片机将指令给信号发送到端口 P3.1(TXD)，将其置高电平，DS75452接受到信号， 在3脚输出低电平，使光耦导通，输出的低电平，经过非门后，在房间的单片机 P

54、3.0 (RXD )接受到高电平信号，P0.0-P0.7, P1.0-P1.5输出显示信号，将温度传 感器上测得的温度显示在LCD液晶显示屏上。本系统的显示电路如图3.7所示。 踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。图3.7 12864液晶显示电路3.4键盘控制模块本设计中的键盘控制模块由3个电键组成，分别在单片机应用系统中，通常 应具有人机对话功能，能随时发出各种控制命令和数据输入以及报告应用系统的 运行状态与运行结果。键盘是操作人员可以通过按键输入数据和命令进行功能设 置，它是本系统中不可缺少的输入设备。键盘由一组按键开关所组成。按键开关所组成的键盘可以分为两种形式：独立式按键和矩阵式按键。本设计由于按键

55、较少，使用的是独立式按键。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。当功能键 不是很多时，采用该种方式比较合适。独立式按键是指直接用I/O 口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占有一根 I/O 口线。每根I/O 口线的工作状态 不会影响其他I/O 口线的工作状态。婭鑠机职錮夾簣軒蚀骞。按键电路的设计1按键电路主要控制电电磁阀门的开与关， 当S2按下时，AT89S52的P2.4, P2.5, P2.6置成低电平，通过单片机将TXD制成高电平，输出信号，经过DS75452 在3脚由于内部是与非门，近而输出低电平，通过光耦导通，另提个 AT89S52 的RXD 口接收到低电平信号，将P2.4置成高电平，电磁阀门开始工作。譽諶掺铒 锭试监鄺儕泻