【正文】 控制模型中也是一種浪費；因此我自制了 3根線將容器中的液位分成了 3 個水位擋，通過和電源正極的結(jié)合，利用水導電的特性，通過 9012 三極管等元件構(gòu)成的驅(qū)動電路的電平轉(zhuǎn)換，將液位數(shù)據(jù)輸入 P2口，通過單片機換算轉(zhuǎn)換成液位數(shù)據(jù)存入一個存儲器單元，隨時讀取。（ 2）水溫檢測顯示范圍為 00～99℃，精度為177。如 220V 總電源關(guān)閉后再開機，預設(shè)溫度自動定為 27℃。電源指示燈（紅）：接通 220V 電源，該指示燈點亮。高溫報警：當檢測溫度高于 65℃時，自動報警。（ 7）設(shè)置一個蜂鳴器，當熱水器出現(xiàn)異常情況而報警時，由蜂鳴器發(fā)出報警聲，并自動切斷加熱元件的供電。 （ 4） 具有低水位上水，手動上水等功能。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 10 圖 單片機最小系統(tǒng) 圖 單片機最小系統(tǒng) （ 1） 單片機 9腳接復位電路，可按復位按鈕 S1 給單片機復位。 80C51 單片機是一種低功耗高性能的 CMOS 8位微控制器，內(nèi)置 8KB 可在線編程閃存。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復雜的控制問題，且成本較低。同時該芯片還具有 pdip、 tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 32個雙向 i/o 口 全雙工 uart 串行中斷口線 中斷喚醒省電模式 北京交通大學海濱學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 靈活的 isp 字節(jié)和分頁編程 ① P0 端口，該口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。在對 Flash 存儲器進行編程時， P0 用于接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。在對 Flash 編程和程序校驗時， P1 口接收低 8位地址。 P2 口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。對端口寫 “1” 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。 表 P3端口引腳與復用功能表 端口引腳 復用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） 北京交通大學海濱學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 T0（定時器 0的外部輸入） T1（定時器 1的外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選 通） 表 （續(xù)） 復位輸入端。 DISRTO 位的默認狀態(tài)，是復位高電平輸出功能使能。一般情況下，ALE 是振蕩器頻率的 6 分頻信號，可用于外部定時或時鐘。 程序存儲器允許信號。 。在對 Flash 存儲器編程時，這條引腳接收 12V編程電壓 Vpp。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 16 接口電路。 按鍵電路 本畢業(yè)設(shè)計的按鍵采用獨立式按鍵，是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示閉合，所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的 檢測，便可以確認按鍵按下與否。 一、蜂鳴器主要分為（ 1）壓電式蜂鳴器主要由多諧振 蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。壓電蜂鳴器片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下 ，周期性地振動發(fā)聲。 PWM 輸出口直接驅(qū)動是利用 PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。 有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的差別主要差別為：有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的根本區(qū)別是產(chǎn)品對輸入信號的要求不一樣；有源蜂鳴器工作的理想信號是直流電，通常標示為 VDC、VDD 等。無源蜂鳴器工作的理想信號方波。 有源蜂鳴器直接接上額定電源就可以連續(xù)發(fā)聲，而無源蜂鳴器則和電磁揚聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。 這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有 LED 的陽極連接到共同接點 ，而每個 LED 的陰極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點）；共陰極則是把所有 LED的陰極連接到共同接點 ，而 每個 LED 的陽極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g及 dp（小數(shù)點），如下圖所示。 共陽 共陰 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 22 還有一種比較常用的是四位數(shù)碼管 ，內(nèi)部的 4 個數(shù)碼管共用 a~dp 這 8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有 4個數(shù)碼管，所以它有 4個公共端，加上 a~dp，共有 12個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反）。單片機輸出低電平時三極管導通，使數(shù)碼管的 4 各公共端 5 和 12腳為高電平，此時數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端輸入低電平后數(shù)碼管被點亮， 120 歐電阻 R12 到 R19 為三極管的限流電阻。開漏單總線接口引腳。 DS18B20 的性能特點如下： ●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ●無須外部器件； ●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機功耗； ●溫度以 9或 12 位數(shù)字； ●用戶可定義報警設(shè)置； ●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3腳 PR－ 35封裝或 8腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3所示。該字節(jié)各位的定義如圖 所示。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB 形式表示。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。 表 一部分溫度對應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20 的 1腳接地， 2腳作為信號線， 3腳接電源。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線 器件作為從設(shè)備。 二、 水位檢測 我們把儲水箱大致分為 3份，水位由潛入熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉(zhuǎn)換，水位到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（ 0）；水位沒有到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1）；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)， 3個電極檢測一遍以后便得到了 3個串行數(shù)據(jù)，然后把這 3個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 30 圖 繼電器控制電路 圖 繼電器控制電路 北京交通大學海濱學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序設(shè)計 為了保證系統(tǒng)的正常運行，當系統(tǒng)開機后，即單片機上電復位開始運行后，需要對硬件各部分進行自動檢查，如果正常，系統(tǒng)就可以繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常就必須出錯報警，以便人工修正，為系統(tǒng)的正常運行作好準備。因此，通過判斷電平的高低，就可以確定是否有鍵按下。再次掃描，如果按鍵為高電平說明按鍵松開。元件安裝時我們要保證導通與絕緣的電器性能、保證機械強度、抱著那個傳熱的要求和安裝時接地與屏蔽要充分利用。 檢查印刷電路是否設(shè)計正確，元器件位置是否安裝正確。 保證機械強度，電子產(chǎn)品在使用過程中，不可避免的需要運輸和搬動，會發(fā)聲各種有意或無意達到振動，沖擊，如果機械安裝不夠牢固，電氣連接不 夠可靠，都有可能因為加速度的瞬間受力使裝置受到損害。 焊接后的檢查：焊接結(jié)束后必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者 只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。 圖 軟件調(diào)試 Proteus 仿真 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件，它組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,P。導線分三級，當水位沒有達到最低級時，蜂鳴器響，繼電器開始模擬進水的過程；當水位高于最低級時，蜂鳴器停止，顯示中等水位，繼電器繼續(xù)模擬上水；當水位達到最高點時，顯示最高水位的發(fā)光二極管亮，繼電器停止工作。 液位檢測 將自制 的測水位導線放入水中，通電之后，顯示當前的水位。 安裝時接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。觀察有沒有焊接點短路，虛焊，多余的管腳有沒有剪去。 調(diào)試步驟 對于整個系統(tǒng)制作完成后，調(diào)試工作是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。 讀溫度 N Y N 圖 圖 Y 發(fā) DS18B20 復位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作， CRC 校驗 9 字節(jié)完？ CRC校驗正？確？ 移入溫度暫存器 結(jié)束 N N Y 開始 掃描鍵值 是否有鍵按下 延時 10ms 去抖動 是否有鍵按下 提取鍵值 調(diào)用鍵盤處理子程序 結(jié)束 Y 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 34 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是兩個重要因素，而零件的安裝對于保證產(chǎn)品的安全可靠是至關(guān)重要的。消除按鍵的抖動， 通常用軟件消除的方法。其程序流圖如圖所示： 圖 溫度采集程序 控制按鍵設(shè)計 按鍵的確認就是判斷按鍵是否閉合，反映在電壓上就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。 繼電器可以模擬的完成實物上的自動控制。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。 圖 水位監(jiān)測電路 水位用三根導線，一個是電源負極，當導線接觸到水 后，由于水的導電性，使得兩外兩根導線也是低電平，從而使三極管 9012 導通， 和 是低電平，當兩根導線不接觸水的時候，輸出是高電平。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。 減法計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振