【正文】 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 前言 熱水器是一種可供浴室，洗手間及廚房使用的家用電器。 目前市場上的電熱水器又連續(xù)水流式和貯水式，前者雖具有加熱速度快和體積小的優(yōu)點(diǎn)，但需要的功率大，大多數(shù)家庭供電線路難以承受。 ? AT89S51 的 主要性能參數(shù) ? 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ? 4KB 在線系統(tǒng)編程（ ISP） FLASH 閃速存儲(chǔ)器 ? 1000 次擦寫周期 ? — 的工作電壓范圍 ? 全靜態(tài)工作模式： 0Hz~33Hz ? 3 級(jí)程序加密鎖 ? 128 8 字節(jié) 內(nèi)部 RAM ? 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ? 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ? 6 個(gè)中斷源 ? 全雙工串行 UART 通道 ? 低功耗空閑和掉電模式 ? 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) ? 看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 ? 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 ? 靈活的在線系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁寫模式） AT89S51 引腳 圖： 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 、 引腳功能說明 Vcc： 電源電壓 GND： 地 P0 口 ： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/0 口 ， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口 。 P1 口 ： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門 電路 ， 對端口寫 “ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平 ， 此時(shí)可作輸入 口 。 對端口寫“ 1”， 通過內(nèi)部的上拉電阻 把端口拉到高電平 ， 此時(shí)可作輸入口 ， 作輸入口使用時(shí) ， 因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻 ， 某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 。 P3 口 ： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 口 。 P3 口除了作為一般的 I / 0 口線外 ， 更重要的用途是它的第二功能 ， 如下表所示 ： 在 P3 口還接收一些用于 Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)控制信號(hào) 。 DISRT0 圖 、 P3 口第二功能圖 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài) 。 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ,沒有兩次有效的 PSEN 信號(hào) 。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端 。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容 ， 但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位 。 掉電模式 ： 在掉電模式下 ， 振蕩器停止工作 ， 進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令 ， 片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié) 。 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DS1820 或從 DS1820 送出 ， 因此從中央處理器到 DS1820 僅需連接一條線 和地。 ? DS1820 在使用中 可用數(shù)據(jù)線供電， 不需要任何外圍元件。 ? 在 1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字。 配置寄存器中 R1， R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)： R1R0＝ ‘ 00?,9位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ms； R1R0 = ?01?,10 位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ms； R1R0 = ?10?,11 位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 375 ms；R1R0 =?11?,12 位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750 ms；未編程時(shí)默認(rèn)為 12位精度。在單線接口情況下，在ROM 操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操作。每一溫度告警觸發(fā)器 TH 和 TL 構(gòu)成一個(gè)字節(jié)的 EEPROM。所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫。計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1 ，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)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(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。實(shí)測溫度與數(shù)字輸出的對應(yīng) 關(guān)系如下圖 ： 圖 、數(shù)字溫度傳感器輸出溫度 /數(shù)據(jù)關(guān)系 圖 、溫度測量原理 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 在 DS18B20 完成溫度變換之后，溫度值與存在 TH 和 TL內(nèi)的告警觸發(fā)值相比較。只要告警標(biāo)志置位， DS18B20 就將響應(yīng)告警搜索命令，這也就允許單線上多個(gè) DS18B20 同時(shí)進(jìn)行溫度測量，即使某處溫度越限，也可以識(shí)別正在告警的器件。這里用 軟件查表， 把機(jī)器運(yùn)行的二 十進(jìn)制 BCD 碼 轉(zhuǎn)化成 十進(jìn)制的代碼，并通過顯示器顯示出來。在電路里，驅(qū)動(dòng)器是必不可少的，因?yàn)閮H靠接口是提供不了較大的電流供 LED 顯示器使用。 8155 可以直接跟 51 系列單片機(jī)連接，不需要鄭家硬件電路，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的最常用的一種接口芯片。 8155 的引腳介紹： RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。單片 機(jī)與 8155 之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個(gè)總線口傳送的。 IO/ M ： 8155 的 RAM 存儲(chǔ)器或 I/O 口選擇線。因此， P0 口輸出的低 8 位地址信號(hào)不需外接鎖存器。 TIMER IN：定時(shí) /計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。當(dāng) CE ＝基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 0， IO/ M ＝ 0 時(shí)，選中 8155 片內(nèi) RAM，這時(shí) 8155 只能作片外 RAM使用，其 RAM 的低 8 位編址為 00H～ FFH；當(dāng) CE ＝ 0， IO/ M ＝ 1 時(shí)，選中 8155 的 I/O 口，其端口地址的低 8 位由 AD7～ AD0 確定，如表 1所示。 在 ALT1～ ALT4 的不同方式下， A 口、 B 口及 C 口的各位工作方式如下： ALT1： A 口， B 口為基本輸入 /輸出， C 口為輸入方式。 ALT4： A 口、 B 口為選通輸入 /輸出。為了實(shí)現(xiàn) LED 顯示器的動(dòng)態(tài)掃描顯示 ，除了要給顯示器提供顯示段碼之外，還要對顯示器進(jìn)行位的控制，即通常 所說的“段控”和“位控”。 、 加熱控制 器 MOC3041 該部分采用了 Motorola 公司推出的單片集成可控硅驅(qū)動(dòng)器件MOC3041，作為對加熱器的驅(qū)動(dòng)和控制。用戶通過鍵盤可以向CPU 輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。 首先將行線作為輸出線，列線作為輸入線。那么閉合鍵所在的行線 上的值必定為 0。 消除鍵的抖動(dòng) 可采用軟件方法來消除鍵抖動(dòng) 問題。不需浮球，無需干簧管，外部無機(jī)械動(dòng)作，壽命長，性能穩(wěn)定，一經(jīng)安裝無需調(diào)試、維護(hù)，即使外表積有污垢，它也表現(xiàn)出色。 2 硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)核心器件是采用單片機(jī)和單線數(shù)字溫度傳感器，單線器件和單片機(jī)的接口只需要一根信號(hào)線，所以硬件電路簡化得十分簡單。硬件電路主框圖見圖 。此電路中用到 AT89S51 單片機(jī)、溫度測試器 DS18B20 器件。 8155 使用線選法來與單片機(jī)相連 ,其 RAM 編碼地址為： =0， =0，地址范圍為：0000H00FFH。 、 加熱控制電路 圖 、水溫顯示電路 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 該部分采用了 Motorola 公司推出的單片集成可控硅驅(qū)動(dòng)器件MOC3041，作為對加熱器的驅(qū)動(dòng)和控制。 其中 12 個(gè)鍵有定義，其余 4 個(gè) 按鍵無定義。當(dāng)系統(tǒng)沒有漏電時(shí)，電源輸入線中的火線電流與中線電流完全平衡，次級(jí)漏電信號(hào)為零。漏電互感器輸出的信號(hào)加在 A 和 B 兩點(diǎn)。 在掉電 模式下 ， 振蕩器停止工作 ， 進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令 ， 片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié) 。如果按下的不是功能鍵，則按鍵是 無效的。 主程序流程圖見下圖。程序處理的大致 流程： 初始化 內(nèi)存操作命令 ROM 操作命令 數(shù)據(jù)處理 水溫采集 程序流程： 圖 、系統(tǒng)程序流程 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 、 水位中斷程序 低水位保護(hù)，水位由水位開關(guān)檢測，當(dāng)水位低于規(guī)定水位值時(shí)，水位開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)輸入至單片機(jī)的 （外部中斷 0），單片機(jī)檢測到信號(hào)就產(chǎn)生中斷并進(jìn)入中斷子程序，關(guān)閉加熱器，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 圖 、鍵盤掃描程序 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 、 設(shè)溫子程序流程 設(shè)溫程序從鍵盤輸入，程序可以設(shè)定最大溫度 99 度，輸入 設(shè)定溫度 ，檢測輸入是否合法，合法則判斷用戶確認(rèn)否，確認(rèn)則返回。 系統(tǒng)源程序參見附錄 圖 、 LED 顯示程序 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 4 總結(jié) 通過本次 熱水器控制系統(tǒng)的 畢業(yè)設(shè)計(jì)，我重新學(xué)會(huì)了很多的知識(shí)。通過自己 對基礎(chǔ)知識(shí) 系統(tǒng) 的復(fù)習(xí)，從而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件系統(tǒng)。新型的數(shù)字溫度傳感器能直接把采集的溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后交于單片機(jī)處理 。 當(dāng)然還可以通過其他端口實(shí)現(xiàn)其他的功能 。 在老師精心誠懇的幫助下，順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì) 。 。外部中斷 0地址，用于水位保護(hù) LJMP INT0 ORG 000BH 。 。用于保存讀出溫度的低 8位 TEMPER_H EQU 28H 。數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存放內(nèi)存位置 B_BIT EQU 21H 。小時(shí) TIME EUQ 22H 。因?yàn)?12位轉(zhuǎn)化時(shí)每一位的精度為 ℃，不要求顯示小數(shù)所以 。這個(gè)字節(jié)就是實(shí)際測量獲得的溫度 MAIN: MOV 60H,00H MOV 61H,00H MOV 62H,00H MOV 63H,00H MOV TEMP,63H 。取命令字 MOVX DPTR,A 。將溫度 低８位送進(jìn)Ａ MOV R0,28H 。將實(shí)際溫度保存在 31H中 LCALL CONVERT_TEMPER 。加熱控制 LJMP LOOP 。加熱控制 MOV A,REAL_TEMP CJNE A,TEMP,HEAT 。外部中斷 0初始化 INT0_ALLOW: SETB EA SETB EX0 CLR PX0 SETB IT0 RET 。設(shè)置計(jì)數(shù)初值 ,延時(shí) 50ms MOV TL0,B0H SETB EA 。啟動(dòng) T0中斷 MOV R7,200 。定時(shí)器 T1中斷初始化 T1_ALLOW: MOV TMOD,10H 。允許 T1中斷 SETB PT1 。 溫度檢測程序 。這是關(guān)于 DS18B20 的讀寫程序，數(shù)據(jù)腳 ，晶振 。 。拉低 。然后拉高數(shù)據(jù)線，將 DS18B20 中的數(shù)據(jù)清０ NOP NOP NOP MOV R0,25H TSR2: JNB ,TSR3 。置位標(biāo)志位，表示 DS18B20 存在 LJMP TSR5 。時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間 TSR7: SETB 。 。如果檢測到 DS18B20，則跳轉(zhuǎn)到 TSS2 CLR RET TSS2: MOV A,0CCH 。調(diào)用寫 DS18B20 指令，將累加器中的指令寫入 DS18B20 。發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 。 WRITE_1820: MOV R2,8 。等待 60μ s以上，完成寫初始化，然后寫入數(shù)據(jù) RRC A 。拉高數(shù)據(jù)線，初始化寫 NOP DJNZ R2,WR1 。讀 DS18B20 的子程序（有具體的時(shí)序要求） 。低位存入 29H（ TEMPER_L） ,高位存入 28H(TEMPER_H) RE00: MOV R2,8 。拉低數(shù)據(jù)線后，