【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，使用方便。 ICM7218A 顯示電路如圖 所示： 本系統(tǒng)顯示用的 2 位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動(dòng)芯片 ICM7218A 驅(qū)動(dòng)， 2 2 2 26 腳分別接數(shù)碼管的 a~g， 1 16 腳為位選，分別控制 2 位數(shù)碼管的亮滅， ID0~7 為數(shù)據(jù)線，接單片機(jī) P0 口， /WRITE、 MODE 是寫(xiě)控制位圖 AT89C52 與 DS18B20 的連接圖 圖 溫度顯示電路 11 和模式控制位，分 別接單片機(jī) 、 。 液位顯示電路 考慮到 熱水器的液位顯示只需給人以直覺(jué)上 水量 的多少（即當(dāng)前水量占總?cè)莘e百分比），而不必給出 當(dāng)前液位的 具體數(shù)值。故選用 5 個(gè)發(fā)光二極管，用它們的亮滅來(lái)顯示水位的五種狀態(tài)。 發(fā)光二極管、按鍵與單片機(jī)連線如圖 所示： 1. 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管在兩端的電壓差超出其導(dǎo)通壓降時(shí)開(kāi)始工作，發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降一般約為 ~。此外，工作電流要滿足該二極 管的工作電流，滿足電流和電壓的要求，二極管就可以發(fā)光了。單片機(jī)系統(tǒng)中往往是數(shù)字信號(hào)，其電源不是 5V 就是 0V，所以只要將二極管的正負(fù)極和電源對(duì)應(yīng)上就可以了。 在發(fā)光二極管前面要接一個(gè)電阻，這個(gè)電阻的作用在于限制二級(jí)管的電流，從而達(dá)到減少功耗或者滿足端口對(duì)最大電流的限制。 一般二極管的點(diǎn)亮電流為 5mA~10mA，在 5V 電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，廠家多采用 470 Ω。限流電阻，在該設(shè)計(jì)中選用 510Ω，這樣既不會(huì)超出單片機(jī)的 I/O 口最大限流，二極管也比較明亮。 使用五個(gè)發(fā)光二極管來(lái)表示液位的五種狀態(tài)：全亮?xí)r對(duì)應(yīng)水滿，全滅時(shí)對(duì)應(yīng)缺 水，僅 D1 亮?xí)r對(duì)應(yīng) 20﹪，僅 D1 和 D2 亮?xí)r對(duì)應(yīng) 40﹪， D D D3 亮?xí)r對(duì)應(yīng)60﹪，僅 D5 滅時(shí)對(duì)應(yīng) 80﹪。 圖 發(fā)光二極管、按鍵與單片機(jī)連線圖 12 2. 按鍵 當(dāng)有按鍵被按下時(shí)說(shuō)明用戶要手動(dòng)上水。按鍵使用上拉電阻方式接入單片機(jī)。未按下時(shí)對(duì)單片機(jī)輸入一個(gè)高電平，按下后輸入一個(gè)低電平。 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(kāi)的話，那么低電平則表示閉合，所以通過(guò)對(duì)行線電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可以確認(rèn)按鍵按下與否。為了確保 CPU 對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。 3. 電磁閥 電磁閥在本次設(shè)計(jì)中是輸出設(shè)備，用 來(lái)控制上下水 ， 24V 三極管電磁閥驅(qū)動(dòng)電路圖 如圖 所示 。系統(tǒng)中用到三個(gè)電磁閥控制水箱和水管的連接。 目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器大都裝有管道保溫裝置，以防在冬天管道中的水結(jié)冰，即使不結(jié)冰， 在使用前也要放掉管道中的全部冷水 ,不但給使用者帶來(lái)了很多的不便 ,也對(duì)水資源形成了較大的浪費(fèi) 。 為 此 設(shè)計(jì)了水管排空功能 ,在水箱下安裝一個(gè)電磁閥 ,當(dāng)關(guān)閉上水閥和水箱的閥門(mén) ， 停止向水箱加水后 ,開(kāi)啟通往小水箱的電磁閥門(mén) ,則單向閥進(jìn)氣使水管內(nèi)存水排至室內(nèi)小水箱 ,完全把水管內(nèi)的存 留水排出水管 ,從而達(dá)到在使用時(shí)直接使用熱水和節(jié)水的目的 。 電磁閥的開(kāi)關(guān)全由單片機(jī)控制 ,在上水和洗浴完畢后單片機(jī)發(fā)出電磁閥 1 和電磁閥 2 關(guān)閉 ,電磁閥 3開(kāi)啟的放水指令 ,10s 后關(guān)閉電磁閥 3,系統(tǒng)處在待命狀態(tài) 。 同時(shí)打開(kāi)電磁閥 2 和電磁閥 3 即可給室內(nèi)水箱供水 ,供水完畢后再執(zhí)行管道排空水指令使整個(gè)系統(tǒng)處在圖 電磁閥與單片機(jī)的連接 13 待命狀態(tài) 。 電源電路 為了使單片機(jī)有一個(gè)穩(wěn)定的工作環(huán)境 ,且各組 件 都正常的工作 ,特別制作了5V的直流穩(wěn)壓電源 。電源電壓器將 220V的交流電壓變?yōu)樗桦妷褐担缓笸ㄟ^(guò)橋式整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于其 含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，以得到平滑的直流電壓最后通過(guò)穩(wěn)壓 電路維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 本電路的特點(diǎn)是 ： 電源輸出穩(wěn)定 ,具有較好的抗干擾能力 。 輸出標(biāo)準(zhǔn)的 5V直流電壓 。 給整個(gè)控制系統(tǒng)供電 ,電源電路如圖 所示 ： 圖 電源電路圖 14 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件功能概述 在系統(tǒng)的硬件確定以后，功能完善的軟件能夠很好的指導(dǎo)和協(xié)調(diào)硬件的工作，可使系統(tǒng)發(fā)揮其最大的作用，并且便利以后的更新?lián)Q代升級(jí)。 一個(gè)完整的系統(tǒng)都離不開(kāi)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，為了更好 的協(xié)調(diào)軟件、硬件各個(gè)部分正常工作，就必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。在本系統(tǒng)中定時(shí)器 T0中斷服務(wù)程序擔(dān)任液位數(shù)據(jù)讀取、處理和輸出顯示任務(wù)，每隔一定的時(shí)間對(duì) A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行一次采樣，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，再經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)液位的顯示。而定時(shí)器 T1中斷服務(wù)程序擔(dān)任溫度數(shù)據(jù)讀取、處理和輸出顯示任務(wù)，并經(jīng) LED顯示。而主程序完成的任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，它只是完成系統(tǒng)初始化及檢測(cè)是否有鍵按下等工作。若有鍵按下，則進(jìn)入手動(dòng)上水模式。 主程序設(shè)計(jì) 圖 主程序流程圖 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化S O V 1 amp。 amp。 S O V 2 = O F F？E P f l a g = 1啟 動(dòng) T 1S O V 3 = O N手 動(dòng) 上 水s f l a g = 1T W = 1A D V A D V 0 + w l ?停 止 手 動(dòng) 上 水s f l a g = 0返 回S 1 鍵 按 下 ？YNNYYNs f l a g = 1 ?Y液 位 控 制N 15 在本系統(tǒng)中主程序完成 的任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單， 它只是完成初始化等工作而進(jìn)入 按鍵查詢 等待方式。 主程序的初始化主要包括： DS18B20 初始化、 T0 和 T1 的初始化并啟動(dòng) T0。按鍵查詢主要是 S1 鍵，當(dāng)功能鍵 S1 按下就轉(zhuǎn)入手動(dòng)上水子程序，每按一次上水一個(gè)檔位。主程序流程圖如圖 所示。 定時(shí)器 T0 中斷程序 T0 定時(shí)時(shí)間為 1S，即每隔 1S 執(zhí)行一次 T0 中斷服務(wù)程序 。該程序 完成的任務(wù)比較多，主要包括： （ 1）溫度信息的采集和顯示；（ 2）讀取、 顯示 和處理液位信息 。 至于完成哪項(xiàng)任務(wù)由標(biāo)志位 TW 決定。 T0 中斷服務(wù)程序流程圖如圖 所示：由于液位 和 溫度均是 變化比較緩慢的量，故只需每隔一定時(shí)間檢測(cè) 一次。 在此選定 1s 檢測(cè)一次，即 1s 進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換。由于本系統(tǒng)所用晶振為12MHZ，默認(rèn)為 12 分頻，故定時(shí)器每計(jì)時(shí)一次用時(shí)為 12/ s,約為 1μ s。因?yàn)槎〞r(shí)器為 16 位定時(shí)器，故最多計(jì)時(shí) 65536 次，即計(jì)時(shí) 65536μ s=,圖 T0 中斷程序流程圖 開(kāi) 始重 裝 T 0 初 值T 0 c + +計(jì) 時(shí) 2 0 次 ？T W = 0 ？T W = 0A D 轉(zhuǎn) 換液 位 顯 示T W = 1溫 度 采 集 程 序溫 度 顯 示 程 序返 回NYNYT 0 c = 0 16 此處用定時(shí)器 T0 定時(shí) 50ms，則當(dāng)定時(shí)器定時(shí) 20 次，共定時(shí) 20 50ms=1s，滿足系統(tǒng)需求。 T0 定時(shí) 50ms 即計(jì)時(shí) 50000 次，則定時(shí)器初值為 TH0=（ 6553650000）/256=0x3c,TL0=(6553650000)%256=0xB0。 定時(shí)器 T1 中斷程序 當(dāng)停止上水和洗浴完畢時(shí)，關(guān)閉電磁閥 2，開(kāi)啟電磁閥 3，從而排空管道水， 10s 后關(guān)閉電磁閥。用 T1 來(lái)定時(shí) 10S，其定時(shí)方式同 T0， 定時(shí) 200 次。 T1中斷程序的流程圖如 圖 所示： 開(kāi) 始重 裝 T 1 初 值T 1 c + +T 1 計(jì) 時(shí) 2 0 0 次 ？T 1 c = 0E P f la g = 0排 空 管 道 存 水返 回NY 圖 T1 中斷程序流程圖 A/D 轉(zhuǎn)換及液位顯示程序 A/D 轉(zhuǎn)換子程序主要完成 A/D 值的讀取、處理及液位信息的顯示。因?yàn)锳DC0804 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的過(guò)程中 /INTR=1,轉(zhuǎn)換完成后 /INTR=0，故啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換后要先檢測(cè) /INTR，當(dāng) /INTR 為低電平時(shí)才進(jìn)行 A/D 值讀取操作。將讀取得到的 8 位液位值，并經(jīng)發(fā)光二極管顯示。其流程圖如圖 所示， 事先測(cè)得水滿時(shí)的液位，用 wlmax 表示，且用十六進(jìn)制表示 ， 令 wl=wlmax/5。 17 溫度采集程序 溫度采集子 程序 的功能是對(duì) DS18B20 進(jìn)行初始化、查詢溫度采集和轉(zhuǎn)換是否完成，并且完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)的處理以便送 LED 顯示。 其程序流圖如圖 所示： 圖 A/D 轉(zhuǎn)換及液位顯示程序流程圖 開(kāi) 始啟 動(dòng) A D轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ？A D I N w l ?A D I N w l * 2 ?A D I N w l * 3 ?A D I N w l * 4 ?返 回YD 1 、 D 2 、 D 3 、 D 4 、 D 5 = Ｏ ＮＹＹＹＹＮD 1 、 D 2 、 D 3 、 D 4 = O NND 1 、 D 2 、 D 3 = O NND 1 、 D 2 = O ND 1 = O NNN 18 溫度 顯示程序 LED 顯示子程序主要完成溫度 值的顯示，本系統(tǒng)采用數(shù)碼管專用驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218 驅(qū)動(dòng) 2 位七段數(shù) 碼管用于溫度 值的顯示，只需要把要顯示的數(shù)據(jù)寫(xiě)入ICM7218 的 RAM 中即可，由于該芯片默認(rèn)驅(qū)動(dòng) 8 位數(shù)碼管，必須寫(xiě)入 8 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)，而此系統(tǒng)只用低 2 位，只需把高 6 位置為隨機(jī)數(shù)即可，故先通過(guò) ICM7218的控制位 WR=0 和 MODE=1 使芯片工作于方式 1，寫(xiě)入控制字 B*H，即選擇 BCS碼譯碼選擇模式 ，然后使 MODE=0 使芯片工作于方式 0，寫(xiě)入 8 字節(jié)數(shù)據(jù)即可完成溫度 值的 LED 顯示。 溫度 顯示子程序流程圖如圖 所示 圖 溫度采集程序 開(kāi) 始初 始 化 D S 1 8 B 2 0讀 D S 1 8 B 2 0 的 序 列 號(hào)檢 測(cè) D S 1 8 B 2 0 存 在 ？發(fā) 送 跳 過(guò) R O M 指 令溫 度 轉(zhuǎn) 換等 待讀 取 溫 度 數(shù) 據(jù)處 理 數(shù) 據(jù)返 回NY 19 圖 溫度 顯示子程序 開(kāi) 始M O D E = 1寫(xiě) 控 制 模 式M O D E = 0送 溫 度 值8 位 完 ？L E D 顯 示返 回YN 20 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 主要是為了改善太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)液位和溫度的檢測(cè)與顯示，上水控制及輸水管道排空水控制。該控制系統(tǒng)基本上考慮了太陽(yáng)能熱水器的功能擴(kuò)展和檔次提升的空間。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)的程序執(zhí)行狀況、模擬效果演示均是令人滿意的。 整個(gè)系統(tǒng)存在如下特點(diǎn)：具有一定程度的智能性，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水及液位和溫度信息的顯示，自動(dòng)排空管道中的存水以 節(jié)約用水且方便下次使用。但也存在一些不足。受 AT89C52 資源的限制，沒(méi)有設(shè)計(jì)看門(mén)狗電路。另外沒(méi)有加入加熱裝置，所以水溫受天氣影響較大。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我進(jìn)一步鞏固了四年來(lái)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，還要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。如機(jī)型和元器件的選擇，要以性價(jià)比高為原則，以組成最小最優(yōu)化的系統(tǒng)，硬件和軟件在一定程度上具有互換性，多用軟件可節(jié)省成本，這些都是在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的。學(xué)到了許多課本上學(xué)不到 的知識(shí)軟件，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使動(dòng)手能力和理論知識(shí)有了很大的提高。 21 參考文獻(xiàn) [1] 鄭郁正 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 .四川大學(xué) 出版社 .2021. 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