【文章內(nèi)容簡介】 太陽能熱水器控制電路的設計 9 DS18B20內(nèi)部結構框圖，如圖 4所示。 DS18B20的測溫原理： DS18B20測量溫度采用了特有的溫度測量技術，它是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的，內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時，振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當?shù)竭_某一設置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路，計數(shù)設置為 55度。同時，計數(shù)器復位在當前的溫度值時，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進行補償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。 DS18B20的操作協(xié)議 DS18B20單純通信功能是分時完成的。單線信號包括復位脈沖，響應脈沖，寫“ 0”，寫“ 1”，讀“ 1”，它們有嚴格的時隙概念 。系統(tǒng)對 DS18B20的操作以 ROM命令（ 5個）和存儲器命令（ 6個）形式出現(xiàn)。對它的操作協(xié)議是：初始化 DS18B20發(fā)復位脈沖→發(fā) ROM功能命令→處理數(shù)據(jù)→發(fā)存儲器命令處理數(shù)據(jù)。各種操作都有相應的時序圖。 DS18B20在使用時，一般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將 DS18B20信號線與單片機的一位 I/O線相連，且單片機的一位 I/O線可接多個 DS18B20，就可實現(xiàn)單點或多點溫度測量。 DS18B20傳感器精度高、互換性好；它直接把溫度數(shù)據(jù)進行編碼，可以只使用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便，傳輸 距離遠且抗干擾性好；與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點測溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量的電纜，而且系統(tǒng)得以簡化，系統(tǒng)擴充維護十分方便。 64 位 ROM 和 單 線 接 口存 儲 器 和 控 制 器高 速緩 沖存 儲 器8 位 C R C 生 成 器溫 度 靈 敏 元 件低 溫 觸 發(fā) 器 T L高 溫 觸 發(fā) 器 T H配 置 寄 存 器電源檢測 圖 4 DS18B20內(nèi)部結構框圖 DS18B20的硬件接線電路 DS18B20 硬件電路的連接非常簡單，僅一根電源線，一根地線和一根數(shù)據(jù)線即可，根據(jù)設計要求，數(shù)據(jù)線與單片機的 ，溫度測量電路如圖 5所示。 南通紡織職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 10 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2021 11 29 S he e t of F i l e : D : \新建文件夾 \ S he e t C H D O C D r a w n B y :GD1DQ2VD3D S 18B 20R6V C CP 圖 5 DS18B20管腳排列及接線圖 水位測量電路 本系統(tǒng)采用電極 片的方式來檢測水位（簡稱電極式），原理是利用水的導電性能。電極片按照一定的尺寸要求分布在一根絕緣棒上，構成測量棒，從水箱頂部插入。如圖 6所示，其中 A、 B、 C、 D是電極片。 A、 B、 C、 D當電極片被水浸沒時，就會與公共端產(chǎn)生電流。實際檢測是根據(jù)電極片是否有電流，判斷其是否浸沒在水中。由于電極式的控制及檢測電路比較簡單、成本較低，因而得到廣泛的應用，是目前最受歡迎使用的。然而，當電極片結垢（鈉鎂離子的附著）之后，導致測量會出現(xiàn)錯誤。因為電極片結垢后，或者厚度達到一定的程度，就不能正常測出水的值。在水質較差的地方更 為嚴重，為了保證測量的準確性，必須定期更換測量桿。 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2021/ 11/ 30 S he e t of F i l e : E : \畢業(yè)論文 \新建文件夾 \ S he e t c hD oc D r a w n B y :水箱電極式測量桿公共端DCBA 南通紡織職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 11 圖 6 電極片檢測示意圖 我把儲水箱大致分為四個等份，水位由潛入太陽能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極（導線）進行檢測；由單片機依次使各電位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉換，水位到達的電極，轉換電位為低（ 0）；水位沒有到達的電極，轉換的電位為高（ 1）；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)，并把它送到發(fā)光二極管； 在這里我用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有 水或只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有四分之一的水，以此類推，若有四個發(fā)光二極管來亮，則表示水箱水是滿的。） 當水位未達到 a時，即 ha,這時傳感器的總阻值為 4R，對應的系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。 當 ahb時，傳感器的阻值為 3R，對應系統(tǒng)處于 20%水位。 當 bhc時，傳感器的阻值為 2R，對應系統(tǒng)處于 50%水位。 當 chd時，傳感器的阻值為 R，對應系統(tǒng)處于 80%水位。 當 h=d時，傳感器的阻值為 0，對應系統(tǒng)處于 100%水位。 同時用到一個芯片 74hc244,74hc244是一款高速 CMOS器 件，具有八路正相緩沖器、線路驅動器，三態(tài)輸出。該三態(tài)輸出由輸出使能端 1OE和 2OE控制。任意 nOE上的高電平將使輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)。這種方式測量水位簡單直觀，成本低廉。同時單片機也采集水位信息，以便對自動上水的控制。具體的電路如圖 7所示。 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2021/ 11/ 29 S he e t of F i l e : E : \畢業(yè)論文 \新建文件夾 \ S he e t C H D O C D r a w n B y :1A 121Y 1181A 241Y 2161A 361Y 3141A 481Y 4122A 1172Y 132A 2152Y 252A 3132Y 372A 4112Y 49V C C201G1GND102G1974H C 2441KR11KR21KR31KR41MR71MR81MR 101MR9P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5V C CV C CV C CD1 D2 D3 D4 圖 7 水位測量電路 南通紡織職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 12 實時時鐘電路 本系統(tǒng)采用 DS12C887 芯片， DS12C887 實時時鐘芯片是美國最新研制成功的產(chǎn)品。它可以廣泛應用于計算機、工控儀表、通信器材等設備中，是目前具有實時時 鐘功能系統(tǒng)的首選芯片。該芯片為 24 管腳雙排直列封裝 ,內(nèi)部包含鋰電池、石英晶振、非易失靜態(tài) RAM 和寫保護電路等部分，可取代典型應用中的十六個元器件。所以說 DS12887 實時時鐘芯片本身就構成了一個完整的子系統(tǒng)，它的出現(xiàn)不僅縮小了設計系統(tǒng)的體積，而且也大大提高了系統(tǒng)的可靠性。該芯片主要功能包括非易失時鐘、警報器、百年歷、可編程中斷、方波發(fā)生器和 114個字節(jié)非易失靜態(tài) RAM 等。 DS12C887 管腳 圖 8 為 DS12C887 的引腳排列，其引腳功能說明如下： AD0– AD7– 地址 /數(shù)據(jù)復用總線 NC– 空腳 MOT– 總線類型選擇 (MOTOROLA/INTEL) CS– 片選 AS– ALE R/W– 在 INTEL 總線下作為 /WR DS– 在 INTEL 總線下作為 /RD RESET– 復位信號 IRQ– 中斷請求輸出 SQW– 方波輸出 VCC– +5 電源 GND– 電源地 DS12C887 特點 ① 在沒有外部電源的情況下可工作 10年 ② 自帶晶體振蕩器及電池 ③ 可計算到 2100 年前的秒、分、小時、星期、日期、月、年七種日歷信息并帶閏年補償 ④ 用二進制碼或 BCD碼代表日歷和鬧鐘信息 ⑤ 有 12 和 24 小時兩種制式， 12 小時制時有 AM和 PM提示 ⑥ 可選用夏令時模式 ⑦ 可以應用于 MOTOROLA 和 INTEL 兩種總線 ⑧ 數(shù)據(jù) /地址總線復用 ⑨ 內(nèi)建 128字節(jié) RAM 南通紡織職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 13 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2021 11 29 S he e t of F i l e : D : \新建文件夾 \ S he e t C H D O C D r a w n B y :1KR 2010U FC 20M O T1NC2NC3ADD04ADD15ADD26ADD37ADD48ADD59ADD610ADD711GND12DS17NC16R / W15AS14CS13R E S E T18V C C24S Q W23NC22NC21NC20I R Q19D S 12C 887I N T 11P P P P V C CP P P P P P P P 2,7 圖 8 DS12C887與單片機的連接 DS12C887 工作原理 DS12C887 于單片機的連接如圖 8，數(shù)據(jù)由 AD0~AD7 相互傳輸。芯片 DS12C8 87有 A、 B、 C、 D等 4個控制寄存器。時問、日歷和警報是以二避制或 BCD 碼形式存貯在相應的寄存器中，其內(nèi)容可通過讀命令來獲取，也可以由寫命令來設置，在寫入數(shù)據(jù)之前，寄存器 B 的 SET 位應置邏輯“ 1”，以防止在讀寫過程中發(fā)生數(shù)據(jù)更新。完成數(shù)據(jù)輸入后， SET位應清除，允許實時時鐘對時間和日歷字節(jié)進行更新，一旦初始化后，實時時鐘以選定的模式進行更新。 RTC 實時時時鐘提供了警報中斷、周期中斷和更新結束中斷等三個獨立的中斷源。警報中斷的發(fā)生率可編程，從一秒一次到每一天一次。 顯示電路 本設計采用靜態(tài)的顯示方式，用 4個數(shù)碼管來顯示。顯示電路由 4個移位寄存器 74hc164和 4個數(shù)碼管組成，每個數(shù)碼管接有 8個 1K的電阻，保護數(shù)碼管，防止電流過大燒壞數(shù)碼管。采用 LED數(shù)碼管顯示，該方案具有實現(xiàn)容易、發(fā)光亮度大、驅動電路簡單等優(yōu)點，其可靠性也優(yōu)于 LCD的顯示。具體的電路圖如圖 7所示。 74hc164輸出高電流比輸出低電平電流要小，亦稱灌電流，扇出電流弱，所以適合驅動共陽 極數(shù)碼管。本系統(tǒng)的設計思想就是采用共陽極數(shù)碼管來顯示，數(shù)碼管的公共端接高電位。 將數(shù)碼管的 8個輸入端與 74hc164的輸出端 Q0Q7相連。利用 4個 74hc164輸出并口分別作為 4個 LED的數(shù)據(jù)輸入口， 74hc164的數(shù)據(jù)線從低到高依次與數(shù)碼管的af相連，顯示的每一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，南通紡織職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 14 該位就能保持相應的顯示字符，由于由一個每一位 8位輸出口控制段選碼，故在同一時刻各位可以顯示不同的字符。 本設計中，從左到右 4個數(shù)碼管，左邊兩個顯示水位，第 3個不顯示，最后一個顯示水溫，通過鍵盤的 輸入進行水溫和水位的切換，檢測和自設定的水溫和水位都會通過數(shù)碼管顯示出來，此顯示非常的直觀，根據(jù)自己的需要進行設定并顯示。 AT89S52單片機串行口工作在方式 0，只要把數(shù)據(jù)往 SBUF里放，系統(tǒng)就自動將串行數(shù)據(jù)由 RXD()送出，其中移位時鐘由 TXD()送出、將 74hc164的 A,B端與 TXD相接， CLK與 RXD,RESET接高電平，在滿足條件時數(shù)據(jù)就傳送到