【正文】 7 2 1 3 圖 熱水器裝置簡圖 7 注釋： 1集熱器； 2下降水管； 3循環(huán)水管； 4補給水箱 ； 5上升水管 ； 6自來水管； 7熱水出水管 熱水器主要由集熱器、循環(huán)管道和水箱等組成，圖中為典型的熱水器裝置圖。圖中集熱器 1按最佳傾角放置，下降水管 2的一端與循環(huán)水箱 3 的下部相連，另一端與集熱器 1 的下集管接通。上升水管 5與循環(huán)水箱 3上部相連，另一端與集熱器 1 的上集管相接。補給水箱 4供給循環(huán)水箱 3所需的冷水。 當集熱器吸收太陽輻射后，集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水的比重減輕，便經(jīng)上升水管進入循環(huán)水箱上部。而循環(huán)水箱下部的冷水比重較大，就由水箱下 流到集熱器下方，在集熱器內(nèi)受熱后又上 升。這樣不斷對流循環(huán)，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時，水溫不再升高。這種熱水利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱循環(huán)熱水器。 集熱器是一種利用溫室效應，將太陽能輻射轉(zhuǎn)換為熱能的裝置，該裝置與一般熱水交換器不一樣，熱交換器通常只是液體到液體，或是液體到氣體的熱交換過程，而平板行集熱器時直接將太陽輻射傳給液體或氣體，是一個復雜的傳熱過程。平板型集熱器結(jié)構形式很多，世界上已實用的集熱器就有直管式、瓦楞式、扁管式、鋁翼式等二十多種。 系統(tǒng)的組成框圖 本 次 太陽能熱水器 系統(tǒng)是一種新型的 智能溫控系統(tǒng) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設計以AT89C51 為核 心，將傳感器檢測技術、智能控制 相結(jié)合， 整個系統(tǒng)可分為單片機最小系統(tǒng)模塊、 DS18B20 檢測溫度模塊，報警模塊、檢測水位模塊、 控制水位模塊和 7279鍵盤顯示模塊。 8 AT89C51 單 片 機 的 控 制 DS18B20W 溫度采集電路 門磁傳感器探測 水位檢測 無線電控制 （鍵盤輸入及顯示） 報警電路 水位控制電路 LED 指示燈 加熱控制 圖 硬件原理框圖 9 3 硬件設計 根據(jù)控制要求，采用 80C51 單片機的智能控制器結(jié)構框圖如圖所示。由于本系統(tǒng)運算量不是很大， 沒有太多的中間 數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不再外擴數(shù)據(jù)存儲器。僅使用 STC80C51 內(nèi)部 RAM 已完全能夠滿足要求。系統(tǒng)的硬件接口電路包括：控制器實時時鐘接口電路，蓄水箱溫度和水位檢測接口電路、設定鍵和串行顯示接口電路、看門狗和復位接口電路以及繼電器輸出接口電路等。 最小系統(tǒng)板設計 根據(jù)本次畢業(yè)設計的技術要求和總體設計方案 ,設計中用了最小系統(tǒng)板。最小系統(tǒng)板的主要芯片為 STC89C52 單片機和 HD7279A， STC89C52 單片機是主要程序控制芯片， HD7279A 是顯示電路的主要芯片。 STC89C52 單片機 是 E2PROM 型單片機， 可尋址64KB 字節(jié)的程序存儲器和 64KB字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器。 以單片機為核心，配以一定的外圍電路和軟件，實現(xiàn)某些功能，就組成了單片機應用系統(tǒng)。 STC89C5 單片機是一個低功耗、高性能、帶 FLASH 存儲器的 8 位微處理器。由于 STC89C52 帶有 FLASH 閃爍存儲器，可以進行多次的程序?qū)懭牒托薷模奖?、實用。本系統(tǒng)用一片 STC89C52單片機代替了 8031 單片機和 2764 程序存儲器兩塊芯片，達到了簡化電路的效果。 圖 單片機最小系統(tǒng) 10 復位電路 圖 時鐘 振蕩電路 時鐘電路是為系統(tǒng)產(chǎn)生所需要的時鐘信號，是計算機的心臟，控制著計算機的工作節(jié)奏。其電路圖如下圖 所示，片內(nèi)電路與片外器件構成一個時鐘發(fā)生電路， CPU 的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行，片內(nèi)振蕩器的震蕩頻率 f 0 非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz 之間選取，這次畢設用的時鐘頻率是 12MHz 。 STC89C52 內(nèi)部都有一個反相放大器， XTAL1 、 XTAL2 分別是反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件就組成震蕩器產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。圖 中 C C2 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選擇，典型值是 30Pf 。作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f 起微調(diào)（ C C2 大， f 變?。? 圖 時鐘 振蕩 電路 11 按鍵及顯示電路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 25 J un 20 10 S h e e t of F il e : F : \畢設 2\ 06 04 11 19 羅文彬 \圖 \畢設 .D D B D r a w n B y:V D D1V D D2NC3V S S4NC5CS6C L K7D A T A8K E Y9SG10SF11SE12SD13SC14SB15SA16DP17D I G 018D I G 119D I G 220D I G 321D I G 422D I G 523D I G 624D I G 725C L K O26RC27R E A E T2872 79U172 79V C CR 1520 0R 1420 0R 17 10 KR 18 1 0KR920 0R 1020 0R 1120 0R 1620 0R1 R2 R3 R4C115 pf R 19 1 .5KV C CR 1320 0R 1220 0R5 R6 R7 R81 0 0 K x 8S0S1S2S3S4S5S6S7S8S W P BS9S 1 0S 1 1S 1 2S 1 3S 1 4S 1 5abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS8abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS7abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS6abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS5abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS4abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS3abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS2abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS1CSC L KD A T AK E YR 1910 KR 2010 K 圖 7279按鍵顯示電路 最小系統(tǒng)板采用 HD7279A 芯片來控制數(shù)據(jù)的數(shù)碼管的顯示。數(shù)碼管的作用是顯示檢測 的溫度和 水位 ，共用 8個數(shù)碼管來顯示溫度和 水位 ，前三位顯示溫度值，后三位顯示 水位 值，超過所設定的最大溫度值或 水位 值時將觸發(fā)報警電路。 本模塊由按鍵和顯示器兩部分組成， 是人機對話的窗口，主要作用是輸入操作命令和觀察系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于系統(tǒng)自動化程度高，所以本系統(tǒng)的人機對話并不是很多，大部分功能都是系統(tǒng)按照軟件設置進行。共有 16 個按鍵，一個是確定按鍵、一個 溫度閾值的上翻鍵和下翻鍵，一個是時間的校時鍵，一個是頁面的切換鍵， 其余十個是 09數(shù)字按鍵。具體電路圖如圖 。 溫度采集模塊電路設計 溫度采集方案設計比較 在設計溫度采集電路時，主要是通過一個溫度傳感器，將采集到的溫度信號經(jīng)過 12 一系列的處理之后，最終送入單片機內(nèi)進行處理，從而達到顯示的目的。 方案 一：利用 PT100 溫度傳感器通過電橋電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由放大電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，最終將數(shù)字量送入單片機內(nèi)進行處理。 方案二：采用集成數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20， 將數(shù)字溫度信號直接送入單片機內(nèi)進行處理。 分析：考慮到 PT100 價格比較昂貴，硬件設計較為復雜，并且很容易受到外界的干擾，適合反應較慢的測溫場合，而集成數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 具有很多優(yōu)點：它能直接將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，測量精度較高，集成度高，外圍電路少，所以最終選擇 DS18B20。 DS18B20 的 介紹及其 主要特性 數(shù)字 化 溫度傳感器 DS18B20，是 美國 DALLAS 半導體 公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片 ，在其內(nèi)部使用了在板（ ONBOARD）專利技術。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一支三極管的集成電路內(nèi)，支持“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，具有較強的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。 1） 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 2） 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn) 多點測溫 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一支 三極管的集成電路內(nèi) 5） 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 ℃ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 7） 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 13 8） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行 傳送給 CPU，同時可傳送CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 9） 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 。 DS18B20 的引腳定義及內(nèi)部結(jié)構 圖 DS18B20的引腳圖 DS18B20 引腳定義： ? DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出 端 ? GND 為電源地 端 ? VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） DS18B20 內(nèi)部結(jié)構 ： 主要由 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器四部分組成。 DS18B20 的 工作原理 DS18B20 測溫原理如圖所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩 頻 率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃ 所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1的預置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄