基于单片机的太阳能热水器测控仪设计

第1章绪论1.1课题来源在现代发展中，环境及能源的短缺问题，已经被越来越多的人所重视。家用热水器作为大功率电器，每年会浪费大量的能源。现如今太阳能热水器成为越来越多的家庭的首选，太阳能作为地球上最丰富的资源，数量无限。其作为供电能源到处可见，可以在任何地方使用，因此，太阳将成为未来能源结构中不可或缺的资源，近年来，人们越来越倾向于使用太阳能热水器，开发商也积极利用太阳能热水器吸引人们购买太阳能热水器。然而由于很多人家其使用不规范，现有的太阳能热水器又缺乏智能的水箱管理保护功能，太阳能热水器经常会处于长时间加热或低水位加热等状态，既危险又损害热水器使用寿命。因此设计一款单片机控制的智能太阳能热水器具有很重要的意义。1.2研究现状目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量来自世界各地，太阳能热水器生产商超过100家。太阳能水量然而，加热器控制器仍处于研发阶段。由于天气原因造成光照强度不够时，给热水器用户带来不便；虽然热水器有辅助加热，但由于加热时间不可控，浪费了大量电能。控制员可根据天气情况，使用加热器使储水箱内的水温达到约定的温度，以达到每日供应热水的目的用途：太阳能门加热器是最常用的太阳能装置，具有明显的经济效益，推广应用迅速。太阳能热水器可以改变太阳能的生产和使用寿命，它主要由平板集热器、供水和互连器组成，可分为圆形、直行式和机载式。太阳能热水器环保无污染，可供人们使用安全。它利用太阳能并节约大量现有能源是未来能源发展的趋势能量，尽管原燃气加热器、电热水器加热速度比较快，用过的碳和煤气会造成一定的环境污染，使室内空气不新鲜。电热水器功率大，给长期使用电热水器的普通家庭带来一定的经济困难，意义重大。太阳能水成本该加热器安全、环保、经济。一年中任何时候都可以使用具有加热功能的热水器。这个装置的目的是帮助人们了解热水器中的水温和水位，以便人们能够清楚地使用它。过去，国内外大多数太阳能热水器都只是清洁的太阳能供暖问题。没有其他智能控制方面。天气没有太阳，没有足够的能量使水库补充最热的。太阳能热水器的水位没有记录，所以人们不能及时知道水箱里的水量来补充，自动化剥夺，现在家里的太阳能大多是水位监测、水温测量和显示功能，近年来太阳能与其他能源的结合使太阳能热水器更加完善，可以在任何天气条件下使用热水。在晴朗的天气里，它是由太阳能散热器加热的；从系统相当于一个电热水器，如果没有光，它就使用电热水器干得好。充分利用丰富而自由的太阳能资源的优势，并考虑到与之相关的不利因素，太阳能不能在多云的白天和夜晚使用，并能充分利用世界上大多数热水器无法比拟的太阳能热水器和电热水器的好处。1.3研究目的和研究内容本设计拟采用STC89C52单片机作为主控制器，通过温度与水位传感器检测当前温度与水位，并把检测到的信息传给单片机，经单片机处理与分析，输出控制信号与显示数据，自动控制加热与加水操作，并显示当前时间与温度水位信息，还可通过报警电路及时提醒用户当前状态。因此设计基于单片机的太阳能热水器，既方便用户使用又增加了热水器安全性。

第2章智能控制系统总体方案设计2.1系统设计原则该系统所研究的太阳能热水器控制系统严格按照中国城市建设标准，并确保：稳定由于该系统采用单片微型计算机，面向众多用户，面对广泛的外部环境，越来越了解现代社会的经济形势，因此必须保证采购、转移和加工过程的可靠性，以确保系统在复杂环境中的稳定性。该系统适合于任何极端时刻和外部工作环境.适宜的温度——55°C至120°C必须能够应对复杂的天气并提高设计的适应性。经济因为系统设计成液晶显示器，所以不可避免地需要电力，因此，我们需要按照现代设计方法设计低能耗的现代电路。该系统面向广泛的民用设计用户，因此材料和设计的选择必须考虑到成本和价格、成本效益、维护和更换设计电路。降低市场价格3）准确该系统引入了更先进的采购技术，及时提供温度和水位的报告，并采用分段水位的方法对系统进行精确测量，避免了太阳能干烧。2.2系统设计的目标太阳能数据应在温度范围和水位限制下进行测试，模块化ADC0832芯片应执行双轨串联输出换算距离通过红外控制进行传输、水位等功能：通过万能家用遥控器设置操作键，对于远程学习：执行。个性化很遥远。功能二：基准水位，精确测温。低水位自动升降、低温自动暖机等保护功能，无供水功能。通过几个简单的按键可以完成接触区的操作、管道操作的重新调整等。紧急情况在这种情况下。是一种防止管道堵塞的自动排污系统。该系统采用简单方便的结构设计最低价格红外线遥控技术的人性化，避免了电力泄漏引起的安全问题。2.3系统总体方案系统硬件设计主要芯片电路，温度传感器信息采集电路，水位采集电路，复位键盘电路，AD转换电路、Clock显示电路和红外遥控接收器电路.可以使用红外遥控器来调节时间、水位的功能。图2.1系统总框图

第3章系统硬件设计3.1主控电路系统电路的主要控制部分是单片机控制芯片。1）单片机STC89C52的内部结构具单片机有四个平行的I/O孔，管脚P0-P3，P3具有第二功能中断功能；有五个独立的中断源：两个外部中断，两个定时器/定时器中断和一个带有外部中断的串行中断通过两种方式控制，输入可以在水平或边缘启动。图3.1单片机内部功能结构2）单片机STC89C52引脚图图3.2单片机管脚分配图如图3.2所示，89C52单片机包括40个管状脚，其中1-8管脚为P1.0-P1.7。P1.0-P1.4分别为报警灯控制脚、低水位报警灯、中水位指示灯和全水位指示灯控制脚。P1.4-P1.6引脚为RST、IO和SCLK管脚。P2.5、P2.6、P3.0、P3.1的时钟芯片分别为AD芯片的四个引脚。晶振连接到P2.3、P2.4引脚，P2.4、P3.3为排水阀和上水阀控制信号输出引脚。P2.2为蜂鸣器控制引脚。P0.0-P0.7是显示屏数据脚，P3.4-P3.6为显示屏控制脚。3）接口电路①复位电路复位电路的功能是允许系统在电路运行出错时，通过复位管脚接通高电平，使得程序重新运行。不仅简单可靠，而且容易安装。其原理图如下。图3.3复位电路图②晶振电路在该系统中，振动使用较普通的电路方法，包括将时钟振动连接到时钟振动12MHz的两端。接口电路如图所示。图3.4晶振电路图3.2采集电路采集区域分为水位、温度供应和ad转换圆形。类型采用101型NTC-mf11系列进行温度采集，温度范围包括温度恒温器模拟信号采集和电压转换电路。水位测量采用电阻式水位传感器和换算率，使用8位ADC0832双通道转换芯片对采集的模拟信号转换为数字信号输入到单片机。3.2.1温度采集电路如表3.1所示，温度测量技术包括多种类型。表3.1温度检测技术种类膨胀式热阻式热电式数字式水银、玻璃温度计、压力温度计等金屈和半导体热阻式如热敏电阻等热偶式和PN结式如AD590等一线式温度传感器18B20等考虑到系统的设计条件和成本，AD590和18B20的价格既不经济，PN型电压变化太小，易出错误，因此选用热阻式温度采集电路作为本设计温度采集模块。常用的热敏电阻是具有正温度系数和负温度系数的恒温器的热分布。正温度系数是增大与电阻还原的反向关系：（1-1）测量范围通常为-10-300℃，也可在-200+10℃获得：（1-2）TT：绝对温度K，比常数A，B，C和D。每种热敏电阻具有恒定恒定常数，该恒定常数通过参照相关参数指示器来确定每种温度的电阻。（1）温度采集采用101系列热敏电阻，温度为负温度曲线生长热敏电阻，电阻值被降低，温度变化小时和电阻值增加。图3.5温度传感器曲线这是用于测量温度的热电阻应用电路。系统采用mf11NTC型负温度计数器温度计和101型热塑性计数器，当已知标称电阻在25℃时出现，并且电阻通常在温度升高时减小时，可以通过恒温器特性和温度变化来获得不同的电压值。获得不同的温度电压值，处理和获得不同的温度值：图3.6测温电路在该电路中，R1是一个经过校准的滑动控制装置，在调整电阻值时可以正确调整温度。因此，为了避免热电阻过电压和燃烧，电阻器的值一般小于50欧姆。R2是与R1串联的热电阻器，在+5v电压上被R2除以R2，并且R2两端的U1电压公式是：（1-3）热电阻电路接着是一个电压跟踪器。整合操作电压跟踪，具有非常好的操作放大器效应。电压跟踪装置具有等效的输入电压和输出电压特性。电压监测装置的作用是隔离、放大和缓冲后的电压、电阻器和增强带电容。由于R2电阻器从15欧姆到150欧姆不等，R1电阻器通常约为50欧姆，而VCC是+5V，U1约为1.15-3.75V.l，所以必须通过物理测量检测。3.2.2水位采集电路如表3.2所示，有几种水位检测技术。表3.2水位检测器种类传感器类型雷达液位传感器超声波液位传感器电子类液位传感器液压类液位传感器技术类别雷达探测器超声波探测器电阻式水位传感器压力传感器优缺点价格较贵价格贵便用方便有点贵压力传感器和雷达、超声波传感器相对昂贵，而对于小容器来说，压力传感器测量较低的水位可能导致误差。因此采用电子类也为传感器完成本设计。电阻水位传感器的内部结构简单，电阻是串联的，接合点处的线路被切断，置于不同的水位置，传感器的总电阻为直线到不含水的水面，产生不同的电压，可以从不同的电压推断出水的位置，从而提供信息水位。利用传感器测量水位可以节约成本，降低复杂度，便于及时更换。值得注意的是，电阻传感器在水中有很长的使用寿命，而且可能含有大量的淤泥。红色、蓝色、金黄色、白色是导电性接触点，使用水中杂质的导电性将电阻带插入水中。当水位高于黄金水位50%、水位低于75%、水位高于100%时，水位高于蓝色水位25%。图3.7水位采集电路图图3.8水位传感器接口电路水位计电路的两个接口与图3.8中的电路相连，水位电阻线的红色和蓝色栅极与电阻式水位传感器接口相连，电阻式水位传感器通过AD转换在下一水位产生分压。由于电压跟踪器的OP07输入电压等于输出电压，因此，当水超过红色和蓝色界面时，传感器两端的电压等于U0。水位传感器的电阻率等于10K的三个电阻率，即30K当水不是金色时，水位传感器的实际电阻率为20K；当水超过黄色界面时，电阻率值为10K；当水超过白色界面时，电阻率实际上显示为0Ω；水位电压差可以通过数据处理显示和比较：表3.3分段式水位的电压值0水位25%50%75%100%4.30V3.75V3.33V2.5Vov水的位置可以由不同水位下电压的变化来确定，并通过水位的变化来测量不同电压下不同水位的高-低变化。3.2.3AD转化电路由于这是双轨轨距信号转换，我们需要8位双通道分辨率，速度要求可以满足几十毫秒，而不是非常高的速度要求。因此，我们可以在此使用AD转换，因为ADC0832（+9）被广泛使用，成本更高，更准确，所以可以使用表3.4中的DO数据建立一个信道。表3.4ADC0832的优点应用范围广泛性价比较高分辨率最高2568位串行转化双通道数据输入具有数据校验转化时间为32微妙芯片电压在0-5V之间图3.9ADC0832管脚图模拟电压范围为0-5V，转换周期短，转换速度快，输出具有双重数据核查功能，以避免误差造成的误差。在操作期间，数据可以在显示过程中连接到线路。在该数据输入模式中，DI和D0是特定的连接电路，如图3.10所示。图3.10ADC0832接线图3.3显示电路屏幕电路包括LED水晶面板和报警信号电路。红外太阳显示电路是显示水位和液晶最重要的部件，它能清楚地看到太阳能的状态和水位的变化，并能以不同的方式检测和调节水位的变化。3.3.1指示灯显示电路指示灯显示电路设计成显示不同水位，并允许根据指示灯的不同水位进行视觉感知和调整。也就是说，当单片机出口低时，D1灯被点亮，并被分成一个报警灯、一个低水位灯、一个中等水位灯和一个全水位灯：图3.11水位指示灯电路3.3.2液晶显示液晶是一种聚合物材料，由于其独特的特性，从20世纪开始，它就被用作波形显示器。其原则主要是一个指导点、一条线和当前。此处初始晶体分子表面及其在灯中的应用液晶的类型通常由串和柱的数量来定义例如，根据1602年液晶显示器由5V控制，128个ASCII集群库并入，平行和串行。如图所示，每根管脚主要用于调节对比度，每根管脚在地上运行1根，电源2根，并且可以通过改变滑动电阻而连接到正电源电压5V。图3.12液晶显示屏接线电路表3.5液晶端口分配1234567-1415-16GNDvcc调节对比度数据/命令读写选择使能信号数据端口D0-D7背光电源正负极3.3.3蜂鸣器报警电路报警电路是电路中最重要的部分。当蜂鸣器的两端都打开时，就会发出噪音。我们可以用代表三个二极管的三个二极管压降耦合的特性来实现这一点。这使得APHONE能够根据APHONE输出端口的高低变化导通与闭合蜂鸣器的电源，达到报警效果。图3.13蜂鸣器报警电路3.3.4时钟模块系统不仅显示温度和水位，还显示时间，以便于在浴缸中看到时间和日期。避免需要DALLS公司在美国开发的一个实时时钟电路，以更好的价格和低的功率计时一年、一个月，白天、黑夜。1）时钟模块的引脚配置DS1302由两个来源使用，一个来自VC2，另一个来自VC1，另一个来自VC2，另一个来自VC2。存储容量。电源不工作时提供正常显示。X1和X2是两个振动卡，外部连接32768Hz晶体振荡器。5英尺的复位端、6英尺的I/O孔、7个SCLK管的脚，RST高温有效，并在高电平时将所有数据发送初始化。如图3.14所示，DS1302时钟芯片的接口电路。图3.14时钟芯片电路2）内部结构和业务原则DS1302需要三条数据线连接到一个单片机：SCLK、I/O和第一条上一个一种表示DS1302和89C52电路板的图形，可在其中选择手表显示带液晶显示器不同的振动有不同的缺陷。在选择储备电池时，可以使用大型电池或电容器，当电池需要长期电源时，储备电池越合适，防止断电。3.4自动排水管道系统当我们使用太阳能的时候，我们经常会遇到一些问题，比如水渠的结冰，水渠的残余物等等。那是我们的溶解水废物管理技术可以解决管道冻结的问题。当热水器被点燃时，当我们关闭热水器时，由于管道中有冷水，冬天会结冰，甚至刺穿管道，所以水箱中的水会从阀门排水口流出。自动吹扫回路由水压开启，通道两侧的通风原理通常是闭合的。当管道中有水时，打开排放阀和开关将允许在管道打开时打开两侧的最低通道，水的开启由于空气循环而向下流动，从而获得基本排水功能。在我们设计的电路中，可以实现电磁阀。当需要排放时，可以手动更换管下的排放阀，因为手动阀可以在腔室中手动使用，首先在腔室内打开端开关，上端由阀门控制。3.4.1自动升降控制电路图3.15自动上水电路由于单片机不可采用高电压供电，而水闸电磁阀驱动需要高压驱动，所以采用ULN2803电路来控制水闸电源的导通与闭合，当单片机输入打开控制信号，对应管脚输出信号，电磁阀吸合，水闸通电打开。单片机停止控制信号，电磁阀断开，水闸断电关闭。当需要安装在水中时，单片机在控制和放大处理后，从而引导继电器，LED二极管亮，离合器关闭，允许使用220伏电压和电磁阀，自动水合功能为：实施时间红外线在高温下工作，电磁阀不工作，防止安装在水中，因此自动升降控制电路由继电器和继电器驱动两部分组成。（1）继电器继电器包括线圈和组合接触，包括矩形框架线圈和电触摸组合。继电器的电击是以两种方式表示的：一种是在一端的可视图像，另一种是在物理起动销的特定位置的继电器。采用大功率继电器和JQC-3FF功率继电器控制220伏，电磁阀可自动操作和安装在水中。当电开启时，阀门开启。（2）继电器驱动ULN2803是一种高压大流量晶体管矩阵，由于单片机的输出基极电压不足以操作继电器，特别适用于低压数字开关和高压要求。ULN2803连接到感应装置，感应电压的冲击电压可以通过反转正负极柱来消除，以保护内部电压。3.4.2自动排空如太阳管图所示，如果我们知道太阳管的特性，我们就知道在正常情况下，排气阀是关闭的，排气开关也是关闭的，这根管子和带水的真空管是一样的。管子里装的东西很多空气。没有因为我们的水流的传统性质管道。因此，我们的排气阀和排气管开关在正常使用时关闭。在使用中，管道中的水起到5秒钟的排水作用，使水箱中的水通过压力排出。所以在执行排空流程时，通过单片机输出控制信号，驱动上水阀门继电器关闭，排水阀门继电器导通，持续5s后控制排水阀门继电器闭合。图3.16排空示意图表3.6各种状态下的阀门上水上水阀门A打开排水阀门B不打开手动开关C关闭排空上水阀门A关闭排水阀门B打开手动开关C打开正常使用上水5秒后关闭阀门A排水阀门B不打开手动开关C关闭3.5红外遥控系统3.5.1红外线简介红外线也叫红外线光波。根据电磁频谱，波长为0.01um，特别的波长可以把它分为可见光和不可见光。光波波长0.38um-76um是可见光，可以是红、橙、黄、绿、绿、蓝、紫。0.01um-0.38um光波是紫外光（线），0.76um-1000um光波是红外光（线）。中红外、高红外和极端红外线遥控器利用红外线发送波长为0.76um=1.5的遥控指令嗯，原因遥控光源的红外近距离性；红外辐射器件（红外辐射管）和红外辐射器件（发光体、三极管和光电池）的峰值波长一般为0.8um-0.94um。在接近红外辐射的情况下，两个光谱非常重叠，可以很好地匹配，可以达到更好的传输效率和可靠性。3.5.2红外遥控系统简介红外遥控系统主要由遥控发射机、集成接收机、单片机和接口组成。遥控器用于产生遥控码脉冲，发送红外发射器发送红外遥控信号，遥控接收器进行放大、检测、修改和演示.距离调速器的代码脉冲是二进制代码。对于一般的红外遥控系统，串行代码输入到微控制器中，内部处理器禁用遥控指令并执行等效的遥控操作指南应使用遥控器，如何接收遥控红外辐射信号，如何识别遥控红外信号，如何设计解码软件和控制程序。红外遥控器是与红外通信的一种方式。所有通信、发射机和接收机都是必需的。在传输中发送的二进制信号被编码并调制成一系列脉冲序列信号，红外信号由红外发射管传输通过集成廉价可靠的红外接收器，广泛应用于红外接收中。同时对TTL信号进行增强、检测和修正。3.5.3总体方案红外遥控系统一般由红外接收器和红外接收器两部分组成。图3.17显示了结构图。图3.17系统结构框图红外辐射由键盘电路、红外滤波芯片、电源和红外电路组成。红外辐射是红外所用接收器可由红外辐射电路、红外辐射芯片、电源和应用电路组成。3.5.4红外发射器原理由于命令数据具有时间长、信号频率低、直接数据传输效率和距离有限、抗干扰能力低的特点，需要采用二次调制方法，通过载波信号调制命令数据，形成频率较高的复合信号，然后通过红外辐射产生红外辐射。图3.18红外遥控发射原理框图第4章软件部分设计本系统采用最现代的C语言，由于Keil的开发环境相对简单、舒适，采用STC89C51单片机作为主控芯片，因此我们采用Keil-C软件作为编程工具STC65124；采用IAP软件下载。由于本系统的功能比较复杂，采用模块化设计的思想进行介绍和排序，使条件明确，便于开发和排序，提高了编程效率。4.1系统的软件总结构为了使系统正常工作，该系统由四部分组成：数据采集单元、上位机部分、控制部分和红外遥控器。数据收集包括温度、水位和AD转换程序。图4.1系统结构图自动控制包括自动喷水、通风、自动报警、自动水位显示等功能。交换功能主要通过改变一台微机的IO端口状态来实现。具体程序流程图如下：图4.2系统主流程图系统主流程图如图所示，主要分为采集信息单元与显示单元两大部分。采集信息单元首先判断当前的模式信息，如非排水状态，则进行水位读取与自动加水，当水位达到标准值时，停止加水进行加热程序，直至加热到预设值停止加热并进行警报提示。显示单元实时将读取到的时间、温度与水位信息通过显示屏幕显示。4.2信息采集单元的软件设计4.2.1温度水位处理部分信息采集单元主要用于检测温度和水信号，利用转换后的数字电压值与标准温度伏特计的关系来确定温度和水位。这意味着数字电压值在表中的哪个位置可以通过查表找到，即温度和水位。对于AD，我们分别采用了输入水和温度信号的方法。ADC0832，串行8位a/D传输芯片。其最高分辨力可达到256值，可适用于一般模拟量的要求，由AD转换的数据为数字量。我们需要把这个数字量转换成模拟量。由于是8位分辨率，接收的数字量应除以8，然后乘以模拟电压5V，以获得实际电压值。温度采集流程图如下图所示：图4.3温度信号采集输出单片机通过不断读取来自AD模块的数据，将接收到的温度数据转换为数字信号，通过对比温度最大与最小标准值。如在标准值外则说明已经加热到预定值，蜂鸣器响起停止加热，如温度低于时则继续执行加热程序。如其温度采集程序如下所示。 voidwendu(){ if((GetValue0832_1()>=htemp))//温度高于设置最大温度 { delay_ms(2); lalarm=1; wendu_dup();//停止加热 } else { lalarm=0; wendu_up();//加热 } if(lalarm==1) { di(); //警报 delay(100); di(); delay(100); } }图4.4加水流程图水位信息与温度信息判断相同单片机通过不断读取来自AD模块的数据，将接收到的水位电压数据转换为数字信号，通过对比电压最大标准值。如在标准值外则说明水位达到预定值，蜂鸣器响起停止加水，如温度处于以下时则继续执行加水程序。而当收到排水指令时，执行排水防控程序。如其水位增加程序如下所示。 voidshuiwei(){if(pai==0) //排水标志{ if((GetValue0832_2()>=hhshuiwei)) //水位高于设置最大预警 { delay_ms(2);LED_yujing=1；//警报水位 lalarm1=1; shuiwei_dup();//停止加水 } Elseif((GetValue0832_2()<lshuiwei))//空水位 { lalarm1=0;LED_n=1；//空水位 shuiwei_up();//加水 }Elseif((GetValue0832_2()>=lshuiwei)&&(GetValue0832_2()<=hhshuiwei))//半水位 { lalarm1=0;LED_mid=1；//半水位 shuiwei_up();//加水 }Elseif((GetValue0832_2()>=lshuiwei)&&(GetValue0832_2()<=hshuiwei)){lalarm1=0;LED_low=1；//低水位} if(lalarm1==1) { di(); //警报 delay(100); di(); delay(100); } } else{pai();} //排水子程序}4.2.2双路AD转化部分这种双AD转换ADC0832[17]取代了串行口模式，强大地存储了单片机的I/O接口，提高了检测空间和效率。ADC0832的时序图如图4.5所示，do和di的信道选择方式如表4.1所示。表4.1ADC0832通道选择方式单端方式通道选择SGL/——DIFODD/SIGN0110+11+差分方式通道选择SGL/——DIFODD/SIGN0100+-01-+图4.5AD时序图在序列图之后，我们可以得到程序的流程图如下：图4.6AD软件流程图读取AD输出数据程序如下所示。ucharGetValue0832(ucharChannel)//获取数值返回。入口：通道（0或1）。出口：数值。{uchari,Dat1=0,Dat2=0;Clk0832=0;Di0832=1;Cs0832=0;Clk0832=1;Clk0832=0;//第一脉冲，开始位Di0832=1;Clk0832=1;Clk0832=0;//第二脉冲，模式选择Di0832=Channel;//通道选择，0或1Clk0832=1;Clk0832=0;//第三脉冲，通道选择Di0832=1;//释放输入线for(i=0;i<8;i++)//从高到低取一次数{Clk0832=1;//下降沿有效Clk0832=0;if(Do0832)Dat1|=0x80>>i;}for(i=0;i<8;i++)//从低到高取一次数{if(Do0832)Dat2|=0x01<Clk0832=1;//下降沿有效Clk0832=0;}Cs0832=1;Di0832=1;Clk0832=1;//数据读取完成，释放所有数据线if(Dat1==Dat2)returnDat1;//校验两次数相等，输出}4.3显示单元软件设计显示器包括时钟显示器和液晶显示器。时钟显示指示年、月和日的时间。液晶显示屏首先显示温度、水位、时间、年、月、日等信息，我们使用的时钟芯片是DS1302。在软件中使用DS1302的优点是体积小、重量轻、单片机的IO端口少。由于DS1302具有外接电池的功能，可以保证时间的准确性和无电功能，我们可以连接电池来保证时间的准确性，我们使用1602作为液晶显示器。我们使用最简单的1602程序来确保编写程序时时间序列的一致性。显示程序的完整图如图4.7所示。图4.7显示流程图4.3.1液晶1602部分LCD1602基本状态表如下。表4.21602的基本状态读状态输入；RS=L;KW=H,E=H,输岀；D0-D7=状态字#写状态，输入:RS=L,RW=L;A高脉冲,DQ-D7=指令码；无读数据，输入：RS=H;RW=H;AH输岀：D0-D7数据写数据，，输入：RS=L,W=L;D0-D7=数据，A高脉冲°。输岀：无读取顺序图如4.8所示：图4.8读操作时序1602液晶显示首先初始化LCD功能，然后设置光标定位与显示地址，最后等待单片机发送显示程序。程序如下图所示：图4.9液晶显示软件流程显示与初始化程序如下：voidlcd_ini()//初始化{ WR_Com(0x38); delay(5); WR_Com(0x0c); delay(5); WR_Com(0x06); delay(5); WR_Com(0x01); delay(5);}voiddisp_lcd()//显示程序{ uchari; WR_Com(0x80); for(i=0;i<16;i++) { WR_Data(lcddate[i]); } WR_Com(0xc0); for(i=0;i<16;i++) { WR_Data(lcdtime[i]); } }4.3.2时钟DS1302部分有12个寄存器DS1302芯片相关数据，包括7个寄存器（读取时81h-8dh，写入时80h-8ch）。存储的数据以BCD代码的形式。DS1302由SPI总线驱动，通过三线制总线，它不仅可以将控制字写入寄存器，还可以读取寄存器中的数据，数据的存储方式有读写两种。CE应该是终端有效的高级，SCLK应该是操作的脉冲，IO线路应该是读写的。具体顺序如下图所示:图4.10DS1302时钟时序图DS1302通过初始化模块，等待并程序设定初始时间。首先发送设置指令，并发送到相应地址，模块同样发送当前时间给单片机，根据时间校准更改当前时间。其流程图如下图所示：图4.11DS1302软件流程图DS1302读取程序如下所示：voidreadDS1302(){ year=ReadDS(0x8d); lcddate[2]=(year>>4)+0x30;//年 lcddate[3]=(year&0x0f)+0x30; month=ReadDS(0x89); lcddate[5]=(month>>4)+0x30;//月 lcddate[6]=(month&0x0f)+0x30; day=ReadDS(0x87); lcddate[8]=(day>>4)+0x30;//日 lcddate[9]=(day&0x0f)+0x30; week=ReadDS(0x8b); lcddate[14]=(week&0x0f)+0x30;//星期 hour=ReadDS(0x85); lcdtime[2]=(hour>>4)+0x30;//时 lcdtime[3]=(hour&0x0f)+0x30; mintue=ReadDS(0x83); lcdtime[5]=(mintue>>4)+0x30;//分 lcdtime[6]=(mintue&0x0f)+0x30; second=ReadDS(0x81); lcdtime[8]=(second>>4)+0x30;//秒 lcdtime[9]=(second&0x0f)+0x30; }

第5章系统调试与测试5.1审查系统的初步方案草案由于系统是基于红外太阳能的结构，所以首先要进行模拟，首先在proteus中模拟，测试软件是否满足电路要求，程序是否正确，现在我们介绍Proteus软件。1.protues软件介绍Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司推出的一种电子设计自动化（EDA）软件工具，它不仅具有其它EDA软件的仿真性能，而且具有其它EDA软件所不具备的特性，能够模拟单片机和外围器件，从原理图设计到模拟到操作，是集成电路板和pcb，与外围电路模拟，直接转换pcb的最佳软件之一，其处理器支持8051、HC11、PIC，AVR、arm、MSP430等芯片。Proteus软件具有其他EDA工具（如Multisim）的功能：(1)原理布图(2)PCB自动或人工布线(3)SPICE电路仿真革命性的特点：(1)电路仿真的交互性。(2)仿真芯片有多种类型，如8051、HC11、PIC、AVR、MSP430等，通过点击可以直接加载和执行电路仿真程序，通过各种虚拟仪器可以观察到不同的波形。完整独立的设计与仿真功能。图5.1protues软件2.proteus电路图的模拟与调试首先，用软件调用电路元件，根据设计的电路方案绘制出具体的电路并设置相应的参数：图5.2protues原理图然后将keil软件编写的程序导入单片机，双击单片机，出现下图场景，只需以十六进制格式导入程序。图5.3载入程序界面点击左下角的控制按钮，可以看到初步的模拟结果，如图5.4所示（附录图5.4），当水镜切换25%时，在液晶屏上，第一行正确显示温度和水镜信息，第二行正常显示日期和时间，指示灯区在水下，自动进水区开始进水，黄色报警灯一声亮起，如图5.5所示（附录图5.5），如果水镜开关位于50%位置，如果温度计温度上升到50176；C，液晶屏的第一行显示温度和水位，指示区的相应灯停止自动水位供水和报警灯不亮。仿真结果与我们预期的完全一致，说明我们编写的程序和电路的基本思想是正确的。具体电路的实施和规划详细研究了相应的电路，并根据我们之前所学的知识使用它们。5.2系统硬件电路设计的测试1）硬件的基本结构按照第一步编程实现其基本功能，用单片机开发板上的自来水灯代替指示灯。图5.6硬件电路实现图2）温度的校准实现了电路的基本功能。接下来我们要根据各自的电路实现基本的校准功能，即温度校准，0到100如果我们校准温度，我们使用线性校准方法，首先测量温度计在时的电阻值，然后测量温度计在100下的电阻值，根据温度计的指数递减特性，可以找到其他温度下的电阻值，向上法是一种分段非线性函数的线性微分法。曲线的每个小部分都使用一条折线来替换函数的曲线。保存图中断点的坐标值，横坐标为0。在表5.7中的功能曲线之后，可以通过两点的折线来确定两点之间的其他点的值，这样就可以进行温度校准。3）热敏电阻不同温度下的测量。表5.1测试温度电阻值表温度0°C10°C20°C30°C40°C50°C60°C70°C80°C90°C100°C电阻（欧）26717712084604432251914.6115.3太阳能热水器电路功能的实现图5.8满水状态如图所示，当水位模拟范围100%满时，液晶显示100%，指示灯绿色，供水灯和放电灯关闭。图5.9上水功能如果水位模拟为50%，液晶指示水位为50%，遥控按供水键时，中水位指示灯为红色指示灯，打开电磁阀，打开绿色指示灯（绿色）供水。图5.10排空功能当按下空间键时，打开空间键（右侧）的显示，排空阀开始工作，使管道有空气循环，水通过压力自动下降，实现排空功能。图5.11热敏电阻测温如果带热的电熨斗靠近热敏电阻，热敏电阻的温度会升高。图5.12遥控器调时间图5.12显示按此遥控键可以调整时间，如图所示，时间由1101-07变为2001-