【正文】 ................ 19 報警電路模塊 ................................................... 20 第 4章 太陽能熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................... 22 KEIL uVISION 3 軟件環(huán)境 ......................................... 22 太陽能熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 ............................. 22 太陽能熱水器控制系統(tǒng)軟件功能的實施 ............................. 23 第 5章 太陽能熱水器控制系統(tǒng)整體調(diào)試 ................................... 28 第 6章 結(jié)論 .......................................................... 29 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 30 致 謝 ............................................................ 31 附 錄：系統(tǒng)原理圖 .................................................... 32 1 第一章 前言 隨著太陽能熱水器的迅速推廣，廣大消費(fèi)者對太陽能熱水器的要求越來越高，太陽能熱水器商家為使自己的產(chǎn)品能在市 場上生存和發(fā)展，在不斷提高太陽能熱水器性能的同時，也不斷加大力度滿足消費(fèi)者對于太陽能熱水器使用方便的要求，于是太陽能熱水器的智能化程度越來越高。太陽能熱水器順應(yīng)時代發(fā)展的要求，滿足人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的最佳選擇。 在我設(shè)計太陽能熱水器的控制系統(tǒng)之前，首先了解一下太陽能熱水器的基本構(gòu)架和工作過程，以及太陽能熱水器發(fā)展概況和深遠(yuǎn)利用價值。目前，我國是世界上太陽能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國家。許多資源（如煤、石油、天然氣等）是不可再生的，而且在利用過程中給人類生存環(huán)境帶來極大污染，人類繁衍生息的物 質(zhì)和環(huán)境基礎(chǔ)受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。購置太陽能熱水器一次性投資 3000 元左右，使用 5 至 6 年就可實現(xiàn)與其熱水器的支出對比平衡。補(bǔ)給水箱 4供給循 環(huán)水箱 3所需的冷水。 4 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(shè)計以AT89C51 為核心，將傳感器檢測技術(shù)、智能控制相結(jié)合，整個系統(tǒng)可分為單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、實時時鐘模塊、 DS18B20 檢測溫度模塊，報警模塊、檢測水位模塊、控制水位模塊和鍵盤輸入及液晶顯示模塊。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止 [1]。程序校驗時，需要外部上拉 電阻。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3 口的第二功能如表 。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 AT89C51 的復(fù)位是由外 8 部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。 DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源／后 備 電源雙電源引腳，同時提供了對后 備 電源進(jìn)行細(xì)電流充電的能力。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。位 6如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1表示存取 RAM 數(shù)據(jù) 。 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0開始。鐘表的數(shù)字化，大力推動了計時的精確性和可靠性。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 表 DS18B20 詳細(xì) 引腳功能描述 序 號 名 稱 引腳功能描述 1 GND 地信 號 2 DQ 數(shù)字輸入輸出引腳 ,開漏單總線接口引腳 ,當(dāng)使用寄生電源時 ,可向電源提供電源 3 VDD 可選擇的 VDD引腳 ,當(dāng)工作于寄生電源時 ,該引腳必須接地 64 位 ROM 存儲器件獨(dú)一無二的序列號。 符號位說明溫度是正值還是負(fù)值，正值時 S=0，負(fù)值時 S=1。主機(jī)按照通信協(xié)議用一個 IO 口模擬 DS18B20 的時序，發(fā)送命令（初始化命令、 ROM 命令、功能命令）給 DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點(diǎn)的溫度。電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM）：模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù) RAM 提供 642 個位元組的空間，最多可控制 4行 16 字（ 64 個字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù) RAM 時，可分別顯示 CGROM與 CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型 (16*8)、 CGRAM字型及 CGROM 的中文字型，三種字型的選擇，由在 DDRAM 中寫入的編碼選擇，在0000H— 0006H 的編碼中（其代碼分別是 0000、 000 000 0006 共 4 個）將選擇 CGRAM的自定義字型， 02H— 7FH 的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于 A1 以上的編碼將 16 自動的結(jié)合下一個位元組，組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼 BIG5（ A140— D75F）， GB（ A1A0F7FFH）。本設(shè)計采用 四 個按鍵，最佳的接口方案是獨(dú)立式接法，即每一個 I/O 口上只接一個按鍵， 按鍵 的另一端接地。這種抖動一般在 10~200 毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒級的單片機(jī)而言則是漫長的。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出開鎖信號時， 口為低電平，此時光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管導(dǎo)通，接收三極管吸收光而導(dǎo)通，因此使繼電器處于常開端即加熱。這里要注意的是上拉電阻不能選擇太小，因為水的電阻在 100k8 左右，所以上拉電阻選擇太小的話，將在水位升高時，無法把“非”門輸入端拉成低 電平。當(dāng)輸入端為高電平，電磁繼電器的中心抽頭由“常開”接到“常閉”，此時不上水。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 MCS51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開發(fā)51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 //啟動時鐘 set_time(0x84,0x00)。在檢測到有鍵按下后，根據(jù)按下的次數(shù)（按一下設(shè)置 “ 分 ” ，按兩下設(shè)置 “ 時 ” ，三下設(shè)置 “ 星期 ” ，以此類推），在運(yùn)用 “ 加 ”“ 減 ” 分別設(shè)置。 //按鍵清零 表示已經(jīng)執(zhí)行完 } if(time_jian==1) { minute0。 //溫度復(fù)位 wendu_write(0xcc)。0x80。硬件電路調(diào)試的主要任務(wù)是檢查硬件電路是否有問題，也就是檢查硬件電路是否能工作；系統(tǒng)調(diào)試的主要任務(wù)是在這種硬件條件下是否可以完成設(shè)計的要求。如果 EA接 VSS（地），則內(nèi)部的程序存儲器被忽略， CPU 總是從外部的程序存儲器中取指令。 （二）溫度采集模塊的調(diào)試 對于溫度采集模塊，因為采用的是數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20，硬件電路較為簡單，只需要對電路的導(dǎo)通性進(jìn) 行測量即可。ARM7 系統(tǒng)中的應(yīng)用百例 [M]. 電子工業(yè)出版社 , 20xx： 6478 [13]宮亞梅 . 基于 Proteus 和 Keil 的單片機(jī)課程設(shè)計 [J]. 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院學(xué)報 . 20xx(5)： 13 [14] 周航慈 . 單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù) . 北京航空航天大學(xué)出版社， 1998. 20xx [15]Predictive Energy Balance for Solar Hot Water Systems, Centre for Sustainable Energy Systems[J]. 20xx:115130 [16]Dreamtech Software Team, Programming for Embedded SystemsCracking the Code, Hungry Minds[J]. :3342 [17]He S Z． Fuzzy Selftuning of PID Controller. Fuzzy and System， 1993(1) 31 致 謝 本次 畢業(yè) 設(shè)計是對所學(xué)知識的一次綜合性運(yùn)用。 由于時間關(guān)系，本次設(shè)計中還有不盡完善之處。 在本次設(shè)計過程中遇到不少問題，在 劉麗偉 老師和同學(xué)的幫助和配合下才順利的完成了本次課程設(shè)計。從而完成了本次設(shè)計。 （ 2）系統(tǒng)功能測試：設(shè)計前期通過 KEIL 軟件和 PROTEUS 仿真軟件的聯(lián)調(diào)，對設(shè)計功能進(jìn)行仿真，均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果，設(shè)計后期，硬件制作完畢后，將仿真成功后的程序通過單片機(jī)下載程序，寫入單片機(jī)，再根據(jù)顯示模塊的各個端口連接方式，正確地將單片機(jī)跟顯示模塊連接，最后都實現(xiàn)了設(shè)計的功能。當(dāng)把 EA 腳接 VCC 后，系統(tǒng)工作正常。為了減少硬件調(diào)試的難度，在系統(tǒng)的硬件調(diào)試中采用分塊調(diào)試方法，這樣可以減少問題的積累，更加容易發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。 //直接轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù) } if(pn==0x80) //如果溫度為負(fù) { a=~a。 //啟動一次轉(zhuǎn)換 wendu_reset()。 minute0=9。 //啟動時鐘 set_time(0x8e,0x00)。 //時鐘時鐘充電模式 set_time(0x8e,0x80)。系統(tǒng)總體流程圖如圖 所示。掌握這一軟件的使用對于使用 51 系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的，如果使用C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是不二之選。否則輸出低電平，不報警。為了使 80C51 隨時能夠讀出當(dāng)前的水位情況，這里選用 74L S244 作為狀態(tài)輸入緩沖器。加熱電路如圖 所示 R1 R2 R3 R4 AN1 AN2 AN3 AN4 VCC p25 p26 p27 p28 18 圖 加熱程序電路圖 水位檢測接口電路 蓄水箱水位和溫度檢測部分是實現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié)，只有準(zhǔn) 確地檢測出水位和溫度，才能通過軟件計算提前開始輔助加熱的預(yù)加熱時間。此處我采用軟件去抖動，實現(xiàn)方法是先查詢按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時立即延時 10~200毫秒以避開抖動，延時結(jié)束再讀一次 I/O 口的值。我們將按鍵的一端接地，另一端接一個 I/O 口，程序開始時將此 I/O 口置于高 17 電平，平時無按鍵按下時 I/O 口保護(hù)高電平。 地址計數(shù)器 AC[11]：地址計數(shù)器是用來貯存 DDRAM/CGRAM 之一的地址 ,它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入 DDRAM/CGRAM 的值時，地址計數(shù)器的值就會自動加一，當(dāng) RS 為 “0” 時而 R/W 為 “1” 時，地址計數(shù)器的值會被讀取到DB6—— DB0 中。 圖 LCD 結(jié)構(gòu)尺寸 基本特性 : 低電源電壓（ VDD:++） 顯示分辨率 :12864 點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個 1616 點(diǎn)陣漢字 (簡繁體可選 ) 內(nèi)置 128 個 168 點(diǎn)陣字符 2MHZ 時鐘頻率 顯示方式： STN、半透、正顯 驅(qū)動方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS 15 視角方向： 6 點(diǎn) 背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5— 1/10 通訊方式 ：串行、并口可選 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 無需片選信號，簡化軟件設(shè)計 工作溫度 : 0℃ +55℃ , 存儲溫度 : 20℃ +60℃ 控制器接口信號說明：如表 , 表 RS 和 R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式 RS R/W 功能說明 L L MPU 寫指令到指令暫存器（ IR） L H 讀出忙標(biāo)志（ BF）及地址記數(shù)器（ AC）的狀態(tài) H L MPU 寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（ DR） H H MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（ DR）中讀出數(shù)據(jù) 表 E 信號 E 狀態(tài) 執(zhí)行動作 結(jié)果 高 —— 低 I/O 緩沖 —— DR 配合 /W 進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令 高 DR—— I/O 緩沖 配合 R 進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令 低 /低 —— 高 無