【正文】 的需求在快速增長(zhǎng)，使不可再生能源的貯量不斷減少，同時(shí)燃用不可再生能源而帶來(lái)的全球性污染和生態(tài)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)利用新型清潔能源的問(wèn)題越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。真空集熱管中的玻璃金屬真空管的耐高溫、承壓、耐熱沖擊等性能均好于全玻璃真空管,但玻璃與金屬封接技術(shù)成功率低,價(jià)位相對(duì)較高。同時(shí),管內(nèi)封存的少量防凍工作液長(zhǎng)期循環(huán)工作，管內(nèi)不結(jié)垢、不凍結(jié)、不炸管、啟動(dòng)快、集熱效率高，在置換破損的真空管時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，是目前值得積極研究推廣使用的產(chǎn)品。隨著計(jì)算機(jī)在各種智能控制系統(tǒng)應(yīng)用中的不斷深入與蓬勃發(fā)展，單片機(jī)更以其小巧的外形、較高的性?xún)r(jià)比、靈活的控制方式廣泛地應(yīng)用在這一領(lǐng)域。 太陽(yáng)能熱水器的背景國(guó)外對(duì)太陽(yáng)能熱水器的研究始于 20 世紀(jì) 50 年代初，美國(guó)、瑞典、澳大利亞、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入了大量人力、物力對(duì)太陽(yáng)能熱泵進(jìn)行深入研究與開(kāi)發(fā)，在各地實(shí)施了多項(xiàng)太陽(yáng)能熱泵示范工程，如賓館、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、圖書(shū)館以及游泳館等，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。 隨著技術(shù)的不斷更新，將會(huì)有越來(lái)越多、越來(lái)越完善的太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品出現(xiàn)，太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越完善。目前中國(guó)太陽(yáng)能熱水器品牌基本上分為三類(lèi)：一是擁有全國(guó)銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)，如皇明等一兩家；二是正處在由地方網(wǎng)絡(luò)向全國(guó)過(guò)渡的企業(yè)，有華陽(yáng)與清華陽(yáng)光等幾家；第三類(lèi)是數(shù)量龐大的地方小太陽(yáng)能熱水器企業(yè)。據(jù)權(quán)威部門(mén)統(tǒng)計(jì)，100 億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，年出口量?jī)H 1000 萬(wàn)美元左右，不及總量的 1%。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：（a） 溫度、水位檢測(cè)傳感器的選擇 （b） A/D 轉(zhuǎn)換器與傳感器及 AT89C52 的接口設(shè)計(jì)（c） 時(shí)鐘控制、鍵盤(pán)及顯示部分的設(shè)計(jì)（d） 軟件設(shè)計(jì)（e）總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主要功能太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)具有以下功能：(1) 使用電源為 220VAC,功耗小于 5W。(4) 水位設(shè)置：可設(shè)置加水水位 20％、50％ 、80％、100％。在加熱狀態(tài),為保證使用安全,此時(shí)應(yīng)禁止用水,加熱狀態(tài)時(shí)紅色發(fā)光二級(jí)管顯示加熱正在進(jìn)行,待加熱停止后方可用水。系統(tǒng)框圖如圖 21 所示： A T 8 9 C 5 2A / D 轉(zhuǎn)換溫度水位檢測(cè)繼電器控制加熱電磁閥控制上水8 2 5 5顯示電路鍵盤(pán)控制溫度設(shè)定水量設(shè)定 圖 21 太陽(yáng)能熱水器控制器系統(tǒng)框圖 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)部分是實(shí)現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié),只有準(zhǔn)確地檢測(cè)出溫度,才能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)輔助加熱。圖 23 AD590 基本應(yīng)用電路AD590 基本應(yīng)用電路如 23 所示：注意事項(xiàng)：（a）Vo 的值為 Io 乘上 10K，以室溫 25℃而言，輸出值為 10K298μA=。由于一般電源供應(yīng)較多的器件之后，電源是不穩(wěn)定的，所以利用可變電阻分壓，其輸出電壓 V1 需調(diào)整至 。AD590 電源電壓可在4V～6V 范圍變化，可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。具體硬件連接圖圖 25 所示。ADC0809 簡(jiǎn)介 [7]：8 路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs 左右。本設(shè)計(jì)中，C，B，A 同時(shí)接地，根據(jù)通道選擇表所示，溫度采集量選擇 INT0 通道。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 A、B、C：地址線。ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢(xún)的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。 OE：輸出允許信號(hào)。 Vref：參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了 SCM 與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。第三階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化是 MCU 階段發(fā)展AT89C52基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制器的設(shè)計(jì) 11的重要因素。 單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。開(kāi)始探索工控領(lǐng)域，Motorola 、Zilog 等公司也參與了探索，都取得了滿意的效果。第三階段（19821990）：8 位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的 8 位/16 位/32 位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專(zhuān)用型單片機(jī)。其內(nèi)部帶有 8KB 可多次擦寫(xiě)的FLASH 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，可用電擦除，十分方便。GND：地。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。在flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P3 口也接收一些控制信號(hào)。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。否則，ALE 將被微弱拉高?！　A/VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)?！　TAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。a）程序存儲(chǔ)器如果 EA 引腳接地，程序讀取只從外部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始。也就是說(shuō)高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開(kāi)的。MOV 0A0H , data使用間接尋址方式訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM。基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制器的設(shè)計(jì) 154）中斷AT89S52 有 6 個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（ 和 ），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器0INT2）和一個(gè)串行中斷。對(duì)于 AT89S52， 位也是不能用的。程序進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清 0。表 25 中斷允許控制器功能表符號(hào) 位地址 功能EA 中斷總允許控制位。 最小系統(tǒng)應(yīng)用電路單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)電路指的是它可以正常工作的最簡(jiǎn)單電路組成。為提高電路的抗干擾能力，一個(gè) （器件標(biāo)注為 104）的瓷片電容和一個(gè) 10μF 的電解電容通常被接在引腳 VCC 和接地線之間。在這個(gè)放大電路的對(duì)外引腳 XTAL2（引腳 18）和 XTAL1（引腳 19）接上晶體和電容就可以構(gòu)成單片機(jī)的時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路采用晶體的目的是提高時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定性。當(dāng)引腳 RST 從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)，從程序空間的 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序。合理地選擇 C1 和 R1 的取值，系統(tǒng)就能可靠地復(fù)位。程控掃描的任務(wù)如下：（1）首先判斷是否有鍵按下。求值的方法是對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行逐行掃描，先使=1 然后讀入列值，若等于 FFH，則說(shuō)明該行無(wú)鍵按下，對(duì)下一行進(jìn)行掃描（令=0） ，如果不等于 FFH，則說(shuō)明該行有鍵有鍵按下，求出其鍵值。 按鍵的確認(rèn)鍵盤(pán)實(shí)際上就是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合，其中每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入裝置。如果視按下時(shí)間長(zhǎng)為有效，或認(rèn)為最先按下畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 18的鍵為當(dāng)前鍵，也可以將最后釋放的鍵視為當(dāng)前鍵。一個(gè)電信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的的閉合和斷開(kāi)的過(guò)程，完成高低電平的切換。鍵被按下前沿抖動(dòng) 后沿抖動(dòng)圖 2 1 1 按鍵抖動(dòng)信號(hào)波形（1）硬件防抖技術(shù)通過(guò)硬件電路消除按鍵的抖動(dòng)是一種廣為采用的措施，一般有以下兩種去抖電路。同理當(dāng)觸點(diǎn) K 斷開(kāi)時(shí)，由于電容 C 經(jīng)過(guò)電阻 R2 放電，C 兩端的放電電壓波動(dòng)不會(huì)超過(guò)門(mén)的關(guān)閉電壓，因此，門(mén)的輸出也不會(huì)改變。當(dāng) K 未按下時(shí)，鍵 K 與 A 端接通。而與非門(mén) 2的輸出端在 K 到達(dá) B 時(shí)一直保持為 0。同理，在釋放鍵的過(guò)程中，只要一接通 A，Q 端就會(huì)升為 1。 2V c c ( + 5 v )A / O NB / O F FR （2） 軟件防抖電路如前所述，若 N 個(gè)鍵則就需要 N 個(gè)防抖電路。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵已被按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。按鍵 SB7～SB0 各具一種功能。為了把機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，圖中使用了上拉電阻。編碼鍵盤(pán)內(nèi)部設(shè)有鍵盤(pán)編碼器，被按下鍵的鍵號(hào)直接由編碼器給出，同時(shí)具有防抖和重鍵等功能。(1) 程控掃描法程控掃描法是由程序控制鍵掃描的方法，其任務(wù)如下：① 首先判斷是否有鍵按下。如果此時(shí)仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤(pán)上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定閉合狀態(tài)；③ 若有鍵閉合，則求出該鍵的鍵值。每掃描一行后，如無(wú)鍵按下，則行值寄存器加 08H；若有鍵按下，行值寄存器保持原值，并轉(zhuǎn)至求相應(yīng)的列值。(2) 定時(shí)掃描法定時(shí)掃描法方式是 CPU 每隔一定的時(shí)間對(duì)鍵盤(pán)掃描一遍。具體做法是，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到期時(shí)，定時(shí)器自動(dòng)輸出一脈沖信號(hào)，使 CPU 轉(zhuǎn)去執(zhí)行掃描程序。一旦鍵盤(pán)輸入，即可向 CPU 申請(qǐng)中斷。帶有RAM和定時(shí)器的并行口8255的引腳功能8255采用40腳雙列直插式封裝，單一＋5v電源。PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 WR:寫(xiě)入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)8255。 RD：讀信號(hào)線，低電平有效，當(dāng)片選信號(hào)與 RD 有效時(shí)，開(kāi)啟 AD0～AD7 緩沖器，如果 IO/M 為低電平，則 RAM 的內(nèi)容讀至 AD0～AD7，如果 IO/M 為高電平，則選中的輸入/輸出口的內(nèi)容讀到 AD0～AD7。 PC0～PC5：輸入/輸出口 C 的信號(hào)線，6 位可編程輸入/輸出口，也可用作 A 和 B 口的控制信號(hào)線，通過(guò)對(duì)命令/狀態(tài)寄存器編程來(lái)選擇。 VSS：接地線，接到公用地線上。 三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度極高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動(dòng)顯示器，必須有外光源。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。a）LED 靜態(tài)顯示方式LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或+5V）每位的段選端分別與一 8 位的鎖存輸出相連。這種顯示方式接口，編程容易，管理簡(jiǎn)單。而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通 [7]。通過(guò)二極管的暗亮不同組合，就可以完成 0 到 9 的數(shù)字顯示。共陰極接法。表 26 數(shù)碼管各數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)關(guān)系基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制器的設(shè)計(jì) 25數(shù)據(jù)位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0顯示段 h g f e d c b a表 27 LED 數(shù)碼管的字型碼顯示字型 共陽(yáng)極字型碼 共陰極字型碼0 C0H 3FH1 F9H 06H2 A4H 5BH3 B0H 4FH4 99H 66H5 92H 6DH6 82H 7DH7 F8H 07H8 80H 7FH9 90H 6FHA 88H 77HB 83H 7CHC C6H 39HD A1H 5EHE 86H 79HF 8EH 71H圖中的 8 個(gè) LED 分別與上面那個(gè)圖中的 A~DP 各段相對(duì)應(yīng)，通過(guò)控制各個(gè) LED 的亮滅來(lái)顯示數(shù)字。一位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃 a～g，另外一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管。當(dāng)溫度為“”時(shí)顯示“”號(hào)，溫度不為負(fù)時(shí)顯示黑碼，即無(wú)任何內(nèi)容顯示，右邊的數(shù)碼管用于顯示溫度，三個(gè)七段數(shù)碼管以左到右輪流顯示，即掃描顯示，掃描頻率高于 25 次/S。7 段數(shù)碼管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共計(jì) 8 位代碼，由一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)代碼提供，各數(shù)據(jù)位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 26所示。共陽(yáng)極接法。hgf e d bcaC O M215 共陽(yáng)極發(fā)光二極管連接圖hgaf e dbcC O M216 共陰極發(fā)光二極管連接圖LED 數(shù)碼管實(shí)際上是由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的，如圖 215 所示。如果顯示位數(shù)增多，靜態(tài)顯示無(wú)法時(shí)應(yīng)，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài) LED 顯示電路各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有 7 段和字段之分。近年來(lái)，也開(kāi)始使用簡(jiǎn)易的 CRT 接口，顯示一些漢字及圖形。 TOUT：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)線,輸出信號(hào)為方波還是脈沖則由定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式而定。 PA0～PA7：輸入/輸出口 A 的信號(hào)線，通用 8 位輸入/輸出口，輸入/輸出的方向通過(guò)對(duì)命令/狀態(tài) 寄存器的編程來(lái)選擇。 ALE：地址鎖存器啟用信號(hào)線，高電平有效，其下降沿把 AD0～AD7 上的地址，片選信號(hào)、IO/M 信號(hào)鎖存起來(lái)。CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊。 PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 本設(shè)計(jì)鍵盤(pán)的硬件連接