【正文】 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89S52太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 劉 歡 學(xué)生學(xué)號(hào)： 201010501040 院（系）： 電氣信息工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)教師： 伍剛 教授 助理指導(dǎo)教師： 二〇一四年六月攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要摘 要 本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)作為控制核心并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，通過DS18B20傳感器檢測(cè)當(dāng)前水的溫度，通過單片機(jī)的處理在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的溫度值告知用戶，用戶通過顯示的溫度值可以控制電磁開關(guān)進(jìn)行加熱或上水以便達(dá)到舒適的水溫。該系統(tǒng)同時(shí)還能對(duì)水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，水位的當(dāng)前值通過數(shù)碼管顯示，當(dāng)水位為零時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟上水的電磁開關(guān)，當(dāng)水位高于100時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉上水電磁開關(guān)。關(guān)鍵詞 AT89S52單片機(jī)，LED，溫度控制，水位控制，電磁開關(guān)I攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ABSTRACTABSTRACTThis design mostly AT89S52 microcontroller core as a control and coordinate the work for the entire system,The DS18B20 sensor to detect the current water temperature,SCM through the processing in the LED digital tube display the current temperature inform users,The user through the display of the temperature value can control the electromagnetic switch heating or water to achieve a fortable system can realtime monitoring of water level, the value level through the digital tube display, when the water level is zero, the electromagnetic switch system will automatically open water, when the water level is higher than 100, the system will automatically shut down the water electromagnetic switch.Key words AT89S52 MCU, LED, temperature control, water level control, electromagnetic switch54攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　目錄目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 課題背景 1 課題研究意義 1 國(guó)內(nèi)外研究水平 1 本課題發(fā)展趨勢(shì) 22 方案的分析與選擇 4 方案的分析 4 4 5 方案的選擇 63 硬件設(shè)計(jì) 7 系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理 7 溫度傳感器 7 電磁繼電器 13 單片機(jī)控制系統(tǒng) 14 AT89S52的主要性能 15 AT89S52的引腳說明 16 LED顯示 18 按鍵電路設(shè)計(jì) 194 軟件設(shè)計(jì) 21 軟件設(shè)計(jì)架構(gòu) 21 主控程序 23 應(yīng)用程序 23 DS18B20的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 23 按鍵控制的軟件設(shè)計(jì) 26 LED顯示程序的設(shè)計(jì) 285 電路仿真 30 keil的使用 30 proteus的仿真 34 系統(tǒng)的仿真 35 仿真結(jié)果的分析 38 PCB的制作 386 系統(tǒng)的調(diào)試 39 硬件的調(diào)試 39 硬件的調(diào)試 40結(jié) 論 41參考文獻(xiàn) 42附錄A：系統(tǒng)原理圖 43附錄B：系統(tǒng)程序 46致 謝 54攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　緒論1 緒論 課題背景目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)的之和，已經(jīng)有一百多家的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠家。但是與它配套的太陽(yáng)能熱水器的控制器卻一直處于研究與開發(fā)階段，當(dāng)由于天氣的原因而光照強(qiáng)度不足的時(shí)候，就會(huì)給用戶帶來很多不便；即便熱水器具有輔助的加熱功能[12]，由于加熱的時(shí)間不能控制因而產(chǎn)生過燒，導(dǎo)致浪費(fèi)大量的電能。溫度控制采用的是模糊控制，控制器根據(jù)天氣情況利用輔助加熱的裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定的時(shí)間達(dá)到設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時(shí)供用熱水的目的。太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)能的利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟(jì)的效益明顯，正在迅速地推廣應(yīng)用，太陽(yáng)能熱水器能將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能[10]，供應(yīng)生產(chǎn)和生活使用。它主要是由平板集熱器、蓄水器與連接管道等部件組成，可以分循環(huán)式、直流式和悶曬式。 課題研究意義太陽(yáng)能熱水器是環(huán)保的、無污染的，人們用著安全放心的。利用的太陽(yáng)能源，可以大量節(jié)約現(xiàn)有的能源，更是以后能源發(fā)展的趨勢(shì)。原有的燃?xì)鉄崴?、電熱水器，雖然加熱的速度比較快，但是所用的煤和氣都會(huì)對(duì)空氣造成污染，而且使室內(nèi)的空氣變得不清新，電熱水器的功率比較大，對(duì)長(zhǎng)期使用的一般的家庭來說必定會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)上的困難，是一筆不小的開銷。而太陽(yáng)能熱水器安全、環(huán)保、又經(jīng)濟(jì)，而且?guī)в休o助加熱功能的熱水器，可在全年任何時(shí)候使用，設(shè)計(jì)一個(gè)控制器幫助人們了解水的溫度、熱水器中的水位的高低，使人們清楚的使用。 國(guó)內(nèi)外研究水平 先前國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)家庭，使用的只是純粹的太陽(yáng)能加熱的熱水器，還沒有其他的智能控制部位，沒有太陽(yáng)的天氣中就沒有足夠的能源能夠使水箱中的水加熱。其次是對(duì)熱水器中的水位沒有記錄，因而人們不能夠及時(shí)知道水箱中的當(dāng)前水量，以便補(bǔ)充，缺乏了自動(dòng)性。如今的大多數(shù)家庭的太陽(yáng)能都裝有水位監(jiān)測(cè)、水溫測(cè)量、顯示功能，使用時(shí)更加方便。近年來，利用太陽(yáng)能和其它清潔能源的結(jié)合，使太陽(yáng)能熱水器更加的完善，在任何的天氣情況下都能夠使用到熱水。此款熱水器由主、從兩大系統(tǒng)構(gòu)成：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴朗的天氣利用太陽(yáng)能為熱水器加熱；而從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無光照情況下利用電而輔助加熱。它的設(shè)計(jì)充分利用太陽(yáng)能豐富免費(fèi)的資源優(yōu)勢(shì)，也同時(shí)考慮到在陰天和夜間都無法利用太陽(yáng)能的缺點(diǎn)，充分的發(fā)揮了太陽(yáng)能熱水器與電熱水器的各自優(yōu)勢(shì)[13]。當(dāng)今的社會(huì)發(fā)展日新月異，人們的衣食住行也在不斷提高?，F(xiàn)有電熱型的熱水器費(fèi)用昂貴而且燃?xì)庑偷牟话踩?，加上排放二氧化碳污染大氣，北方用的煤氣取暖造成了城市的空氣環(huán)境污染，這些是太陽(yáng)能熱水器良好外部的生存環(huán)境。太陽(yáng)能熱水器能夠克服了上述的缺點(diǎn)，它是綠色且環(huán)保的產(chǎn)品。它使用簡(jiǎn)單而且方便。太陽(yáng)能熱水器順著時(shí)代的發(fā)展要求，滿足了人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類的文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代的文明社會(huì)最佳的選擇。應(yīng)該注意到，特別是集體單位對(duì)太陽(yáng)能熱水器的用量很大。大家都知道，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭的，沒有污染的巨大的能源。隨著世界上的煤、石油、天然氣存儲(chǔ)量日益的減少，能源的危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染危機(jī)已威脅著生態(tài)的平衡，太陽(yáng)能的開發(fā)利用課題已提到人類面前。有人預(yù)測(cè)：二十一世紀(jì)的太陽(yáng)能將由輔助的能源上升為主要的能源。但是由于地區(qū)的不同和季節(jié)的不同又給太陽(yáng)能的利用帶來的重重困難，有些技術(shù)的難點(diǎn)尚未得到突破，產(chǎn)品的造價(jià)偏高，所以還沒有被人們普遍的使用。 本課題發(fā)展趨勢(shì)在太陽(yáng)能產(chǎn)品的利用中，太陽(yáng)能熱水器的制造在技術(shù)的層面是成熟的，同時(shí)由于它的能源的消耗比較低、對(duì)環(huán)境的保護(hù)有著重要的作用，而且用水比較安全，所以受到了世界人們的熱捧。世界各國(guó)太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)發(fā)展速度也很快。例如：澳大利亞的政府規(guī)定，在北部的地區(qū)新建的房屋必須要設(shè)置太陽(yáng)能熱水器，已經(jīng)有26％的新住宅都安裝了太陽(yáng)能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝的太陽(yáng)能熱水器將近50萬臺(tái)，計(jì)劃今后額普及率將更高。有些國(guó)家的法令規(guī)定所有的新建筑物必須要配備太陽(yáng)能熱水器。太陽(yáng)能熱水器的推廣應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，迄今全國(guó)太陽(yáng)能熱水器的累計(jì)安裝使用總量已經(jīng)達(dá)到300萬平方米以上。所以該控制器的設(shè)計(jì)具有使用時(shí)方便、性價(jià)比高、工作度可靠、精度高等等特點(diǎn)，為太陽(yáng)能熱水器的進(jìn)一步的推廣具有積極推動(dòng)的作用。 本課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要是利用AT89S52單片機(jī)為核心，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅髯鳛樾盘?hào)的采集來源[15]：溫度傳感器選擇數(shù)字式的DS18B20。并通過LED數(shù)碼管來顯示溫度與水位。要經(jīng)過幾部分的設(shè)計(jì)來完成：LED數(shù)碼管顯示部分的設(shè)計(jì) 水位采集部分的設(shè)計(jì)溫度采集部分的設(shè)計(jì)控制加熱和上水電路的設(shè)計(jì)從系統(tǒng)需要和研究?jī)?nèi)容可以看出，本設(shè)計(jì)需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。查閱元器件資料，掌握器件工作原理和硬件實(shí)現(xiàn)方法。利用電腦仿真，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行模擬檢測(cè)。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　2　方案的論證與選擇攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　2　方案的論證與選擇2 方案的分析與選擇 方案的分析溫度傳感器的選擇。熱敏電阻，它的組成是半導(dǎo)體陶瓷。它與普通的電阻不同，它是具有與一般的電阻相反的溫度的特性，也就是說當(dāng)溫度升高的時(shí)候，它的電阻值減小。它的阻值～溫度的特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性的比例較大，因而在使用時(shí)候要進(jìn)行線性化地處理。但是改善熱敏電阻的特性曲線可以用線性化的處理，但是方式比較復(fù)雜。所以，在要求不是很高的一般的應(yīng)用中，常做出在一定溫度范圍內(nèi)的溫度和阻值成線性關(guān)系的假設(shè)，從而簡(jiǎn)化了計(jì)算。使用為了感知溫度，給熱敏電阻通過恒定電流，電阻的兩端就可以測(cè)到一個(gè)電壓，然后通過下面的公式可以求得溫度： T=T0KVTT和T0分別表示被測(cè)量的溫度和電阻的特性有關(guān)溫度參數(shù)；K是與熱敏的特性有關(guān)的系數(shù)；VT為電阻的兩端電壓。根據(jù)公式，測(cè)得的電阻的兩端的電壓，了解到了參數(shù)T0和K，通過這樣來計(jì)算出電阻所處的環(huán)境溫度，這樣就能把熱敏電阻隨著溫度的變化，變化為電壓隨著溫度的變化。這種設(shè)計(jì)還需用到A/D轉(zhuǎn)換的電路，而且在測(cè)量過程中，由于環(huán)境影響更會(huì)帶來較大的誤差。水位采集系統(tǒng)的選擇。該水位的采集系統(tǒng)是把采集到的信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器，傳送到單片機(jī)中[14]。I為恒流源，該電流流過一個(gè)電阻產(chǎn)生的壓降為IR。當(dāng)K1,K2……K8均打開時(shí)，V0=8IR,現(xiàn)取IR=1V，則V0=8V。當(dāng)水位上升到Kn處時(shí)，浮子推動(dòng)磁體M移動(dòng)到干簧管Kn，Kn接通。經(jīng)過OP緩沖，輸出電壓V0=(n1)V。輸出端經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后直接輸入到單片機(jī)。當(dāng)水位達(dá)到最高的位置時(shí)候，單片機(jī)會(huì)控制電磁閥停止向水箱加水，并且在LED顯示“水已滿”字樣。 方案一 溫度傳感器的選擇。傳感器DS18B20，它和微處理器連接時(shí)僅需要一采用一條總線，它是由美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度條口線，即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。全部的傳感元件和轉(zhuǎn)化電路都集成在一只形如三極管的集成電路內(nèi)。我們可采用DS18B20采集溫度，然后在LED顯示電路上顯示。該設(shè)計(jì)外圍的電路比較簡(jiǎn)單，只需通過DS18B20進(jìn)行采集的溫度，一個(gè)LED顯示的電路，軟件設(shè)計(jì)的部分只需要采集溫度，再對(duì)溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最后用顯示電路將它顯示出來。我們知道，環(huán)境對(duì)DS18B20的影響不大，同時(shí)DS18B20測(cè)量的精度穩(wěn)定并且可用軟件設(shè)置、接線非常簡(jiǎn)單，從而節(jié)省了單片機(jī)數(shù)據(jù)的串口。 水位采集系統(tǒng)的選擇。使用5根不銹鋼針置于水箱中5種不同高度的位置上，當(dāng)某根鋼針不接觸水面的時(shí)候，輸出為高電平；當(dāng)它與水面接觸的時(shí)候則輸出為低電平[11]。它們的輸出信號(hào)接五個(gè)反向器CD4069。單片機(jī)將對(duì)這些引腳進(jìn)行判斷之后，在LED上顯示相對(duì)應(yīng)的值。顯示總分為5檔，每檔為滿水位的20%。 方案的選擇本設(shè)計(jì)主要從溫度傳感器的選擇考慮。傳統(tǒng)測(cè)溫的元件有熱電偶和熱電阻，它們測(cè)出的一般是電壓，然后轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，這就需要較多的外部硬件的支持，電路及軟件的調(diào)試比較復(fù)雜，制作難度比較高，成本相對(duì)也比較高。從以上兩種的方案中，可以看出采用方案二，所設(shè)計(jì)的電路較簡(jiǎn)單，采用的溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)溫度的元器件，測(cè)溫范圍為55℃~125℃，℃。DS18B20可以直接讀出被測(cè)的溫度值。采用單線制與單片機(jī)相連，極大的減少了外部硬件電路，具有低成本與易使用的特點(diǎn)。方案2比方案1的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，硬件要求較少，成本較低，而且方案2省去了方案1中的A/D轉(zhuǎn)換器，操作起來比較方便，方案2在軟件的設(shè)計(jì)中也比方案1來得更加的簡(jiǎn)潔明了。因此水位的采集系統(tǒng)選擇采用方案2。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3　硬件設(shè)計(jì)3 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理經(jīng)對(duì)所要設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行分析，可得到系統(tǒng)的總體的硬件設(shè)計(jì)框圖。從系統(tǒng)的總的框圖，可看出該系統(tǒng)的工作原理為：以單片機(jī)89S52