【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 按一次取消加熱。 d) 按下手動(dòng)加水鈕時(shí) ,加水至設(shè)定水量值 ,長(zhǎng)按可設(shè)定水量。手動(dòng)加水過程中 ,再次按下取消加水。 正常情況下 ,兩個(gè)七段碼顯示當(dāng)前水溫 ,另一個(gè)顯示當(dāng)前水位。 方案二： 51 系列單片機(jī) 以 AT89C51單片機(jī)為核心配合傳感器、顯示器件、電磁閥、電加熱器、報(bào)警器等外圍器件，采集熱水器儲(chǔ)水箱中的水位、水溫信號(hào)，通過控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行水位和水溫的調(diào)節(jié)。 圖 22 太陽(yáng)能熱水器基本框圖 位選控制線 +12v 控制線 P1 P0 AT89C51 T0 T1 RXT 溫度與水量數(shù)據(jù)采集 LED 顯示接口 電平 轉(zhuǎn)換 繼電器 電磁閥 蜂鳴器 鍵盤 輸入 +5v 控制加熱 控制上水 7 該系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C51 為核心 ,分別來自溫度傳感器和水量傳感器的兩路信號(hào) ,經(jīng)過 ADC 器件變換后輸入單片機(jī) P0 口 ,經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后 ,在 P2 口輸出顯示 ,P1口為鍵盤輸入端 ,單片機(jī)掃描后判斷鍵的功能并在 T0、 T RXD 端執(zhí)行對(duì)外部控制器的控制 ,實(shí)現(xiàn)加熱、上水和水量不足報(bào)警功能。 圖 23系統(tǒng)示意圖 通過 “ 水位設(shè)置 ” 鍵可進(jìn)行水位設(shè)置，可設(shè)置加水水位 低 、 中 、 高 、 滿 。通過 “ 上水 ” 鍵，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng) 控制電磁閥 上水。通過 “ 上水 ” 鍵，若水位低于 滿 水位，可上水至 滿 水位；若水位已加滿，則停止加水 ，手動(dòng)上水失效 。 通過上面兩種方案的比較： 單片機(jī)通過 光電耦合對(duì)繼電器進(jìn)行控制 ,用來切斷或接通加熱管電源 ,關(guān)閉或打開水閥 ,從而達(dá)到對(duì)水溫和水量的控制。由于 PIC16C57 沒有中斷功能 而 AT89C51具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低 且易控制 等特點(diǎn) ， 所以本設(shè)計(jì) 選擇方案二 采用 AT89C51實(shí)現(xiàn) 電路系統(tǒng)的控制 。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 顯示系統(tǒng) 聲光報(bào)警 電磁閥 鍵盤 電機(jī)控制系統(tǒng) 傳感器 8 第三章 硬件設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 以 AT89C51 單片機(jī)為核心配合傳感器、顯示器件、電磁閥、電加熱器、報(bào)警 等外圍器件，采集熱水器儲(chǔ)水箱中的水位、水溫信號(hào)，通過控制電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)、 電加熱器加熱來控制儲(chǔ)水器的水位、溫度，并完成水位、水溫顯示，時(shí) 示， 水溢報(bào)警等功能。另外 配有鍵盤，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上水、手動(dòng)電加熱、水位、設(shè)置溫度等能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能熱水器的完整功能 。 太陽(yáng)能熱水器 體硬件 電路 基本框 圖 見附錄 2所示 。 直流電源的設(shè)計(jì) 直流電源的圖解 本 設(shè)計(jì) 可采用集成三端穩(wěn)壓器，只要加上一些外圍元件即可實(shí)現(xiàn)。其框圖和電路分別如下圖： 圖 31直流電源框圖 圖 32 5V DC電源 方案論證 通過框圖分析，該電路由四個(gè)部分組成，它們的功能分述如下： （ 1） 電源變壓器 它的任 務(wù)是把電源電壓 220V 變壓到合適的大小。如果 u2 的值太大，會(huì)造成集成三端穩(wěn)壓器 7805 的功耗太大，溫度升高，且浪費(fèi)電能。反之，如果 u2 的值小到一定+ U0 ~220V 電源變壓器 穩(wěn)壓電路 整流電路 濾波電路 9 的程度，三端穩(wěn)壓器不能正常工作，失去穩(wěn)壓作用 。因此 u2 的值應(yīng)大小合適，這個(gè)值應(yīng)該使三端穩(wěn)壓器在交流電網(wǎng)電壓最低和輸出電流最大時(shí)能正常工作。而且在正常穩(wěn)壓的前提下，它的壓降盡可能小，以減少功耗。 （ 2） 整流電路 它的任務(wù)是將正弦波變換成直流電壓。這里一般采用橋式整流電路來實(shí)現(xiàn)，即可用四個(gè)二極管來組成，也可用整流橋堆來完成，只是參數(shù)一定要選擇合理。 （ 3） 濾波電路 它的任務(wù)是將全濾波形通過 RC 濾波網(wǎng)絡(luò)以后變成更平坦的直流電壓，減小脈動(dòng)，提高整流的效果。這時(shí)整流管中通過的電流的瞬時(shí)值要比平均值大得多，特別在接通電源瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流（即充電電流）通過整流管，這一點(diǎn)要引起注意。 （ 4） 穩(wěn)壓電路 要求輸出恒定的直流電壓，且要達(dá)到提出的要求， 方案實(shí)現(xiàn) （ 1）計(jì)算 u2 和 C2 查閱集成三端穩(wěn)壓器的知了可知，對(duì)輸出電壓在 5v～ 12v之間的穩(wěn)壓器，其輸入端的電壓一般要比輸出端電壓高 5v。而輸出電壓在 15v～ 24v 的穩(wěn) 壓器，其兩端電壓差達(dá)到 7v～ 9v左右。在此，如果 1， 2 兩端的電壓為 12V，那么可以求得 u2 為 10v。從電容濾波出發(fā)， C1 的容量應(yīng)足夠大，但 C2 的容量也不能太大，否則整流元件的瞬時(shí)電流太大，而且容量越大，電容器的體積越大，價(jià)格越貴，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)綜合各方面情況，取 C2=3300uF. (2) 整流元件的參數(shù) 1）反向耐壓 根據(jù)橋式整流電路的性能可知，每個(gè)整流二級(jí)管在交流電網(wǎng)最高時(shí)承受的最大反向峰植電壓為： % ) ]101([2m a x2 ????? vuu 公式 (31) 為了安全，整流管的反向耐壓應(yīng)比上述 值 高 50%以上，因此選擇整流管時(shí)，其耐壓應(yīng)按下式考慮： vvu rm 23%)501( ???? 公式 (32) 10 2）正向電流 橋式整流電路中，每個(gè)整流二極管的正 向電流平均值是輸出電流的一半，其最大值為： AIID A V )( m a x0m a x ?? 公式 (33) 由于整流管在接通電源瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流（即充電電流）通過，因此，整流管的參數(shù) IF（正向電流平均值）應(yīng)比上述值大 ～ 2 倍。若按 IF比上述值大 倍考慮，則 AAII DA VF 1)()( m a x ???? 公式 (34) 目前，市場(chǎng)上有各種規(guī)格的整流橋堆出售，它有兩個(gè)交流輸入端和兩個(gè)直流輸出端。由于它體積小，使用方便，價(jià)格較低，已成為常用整流元件。根據(jù)上面的計(jì)算，本電源可選用 1A/25V 的整流橋堆。 （ 3） 變壓器二次繞組的電流 由于電容濾波整流電路中，整流管的電流不是正弦波，變壓器二次繞組電流的有效值 要比輸出電流 大，一般情況下，前者是后者的 ～ 3 倍。這里我們?nèi)? AAII a 2)( m a x ???? 公式 (35) 因此，變壓器二次繞組的額定電流（交流有效值） 應(yīng)按 2A 設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)電磁閥的直流電源的要求不不高，又因?yàn)?1， 2 兩端的電壓為 12V，為節(jié)省資源，故可直接取用 1， 2 兩端的電壓作為電磁閥的直流電壓，無需再另行設(shè)計(jì) 12V 穩(wěn)壓電源。 接口電路 接口電路是一組電路，是中央處理器與存儲(chǔ)器、輸入 /輸出設(shè)備等外設(shè)之間協(xié)調(diào)動(dòng)作的控制電路。從更一般的意義上說，接口電路是在兩個(gè)電路或外設(shè)之間，使 兩者動(dòng)作條件相配合的連接電路。接口電路并不局限在中央處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)之間，如直接存儲(chǔ)器存取 DMA 接口電路就是控制存儲(chǔ)器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的電路。 接口電路的作用就是將來自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給微處理器，微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)加工，再通過接口電路傳回外部設(shè)備。所以，接口電路的基本功能就是對(duì)數(shù)據(jù)傳送實(shí)現(xiàn)控制，具體包括 5種功能：地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖、信息轉(zhuǎn)換、提供命令譯碼和狀態(tài)信息、定時(shí)和控制。 不同的接口電路用于不同的控制場(chǎng)合，因此其功能也各有特點(diǎn)。如并行接口電路不要求數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，來自總線的并 行數(shù)據(jù)就可直接傳送到并行外設(shè)中；而串行 11 通信接口電路就必須具備將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)和將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的功能。 控制模塊 （ 1） 按鍵中斷方式： 本 控制 系統(tǒng) 采用的是 AT89C51 單片機(jī) 存儲(chǔ)容量不大， 4KROM，128RAM 足夠， 本太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng) 只 用一 個(gè)鍵 手動(dòng)控制 ，且不經(jīng)常操作，所以本設(shè)計(jì)中采用了中斷方式 0下降沿觸發(fā)工作 ， 所以按 鍵 用 口 連接 用于手動(dòng)上水功能 。 （ 2）水位檢測(cè)：本控制系統(tǒng)采用 I/O 端口控制，高電平觸發(fā)方式，監(jiān)測(cè)水位的變化。監(jiān)測(cè)模塊我采用了干簧管監(jiān)控。通過連通器與太陽(yáng)能容器 內(nèi)水位相連接控制干簧管。 顯示模塊 本設(shè)計(jì)中采用了共 陽(yáng) 極接法，對(duì)于顯示水溫的程序如下說明： 在 靜態(tài) 掃描過程中， 本系統(tǒng)使用的是共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，譯碼器使用的是 74LS47 使用了 AT89C51 的 P1 口，通過程序進(jìn)行進(jìn)位顯示。 （ 1）水位顯示： 本系統(tǒng)需顯示水位，水位分 低 、 中 、 高 、 滿四 檔，均用發(fā)光二極管來指示。 （ 2）水溫顯示： 本 控制 系統(tǒng) 可以時(shí)時(shí)采集熱水器內(nèi)部水溫通過 LED 顯示水溫， 由于太陽(yáng)能熱水器實(shí)際溫度不會(huì)超過 1000C，所以本系統(tǒng)采用兩位顯示， 測(cè)量范圍為 00～ 99 0C。 （ 3） 顯示模塊： ① LED 結(jié)構(gòu)和顯示原理。 LED（ Light Emitting Diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見的是由 7段型發(fā)光二極管（ a～ g7 段）和 1 個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（常以 dp表示，主要用來顯示小數(shù)點(diǎn)）組成的 LED 顯示器，其排列形狀如下圖所示。這種 LED顯示器也可稱為 7段數(shù)碼顯示器（或 8 段數(shù)碼顯示器）。 LED顯示中的發(fā)光二極管根據(jù)其連接的方法有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。共陰極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極，如圖 a所示。使用時(shí)，公共陰極接地，根據(jù) 要求需點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入高電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入低電平。共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極，如圖33b 所示。使用時(shí)，公共陽(yáng)極接 +5V，根據(jù)要求需要點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陰極輸入低電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陰極輸入高電平。 12 圖 33 LED結(jié)構(gòu) 通過控制 7 個(gè)段的發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。 ② 字段碼。為了顯示各個(gè)數(shù)字或字符，就需要為 LED 提供相應(yīng)的代碼，因?yàn)檫@些代碼是控制各段的亮或滅，供顯示器顯示字形的，所以稱為字段碼（也可以稱為段選碼或字形碼）。 七 段發(fā)光二極管再加上 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì) 8 段，因此提供給 LED 顯示器的字段碼正好 1個(gè)字節(jié)。各代碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 表 1 LED各代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Dp g f e d c b a 下 表 所示為共陰極 LED 所顯示的不同字符的字段碼，測(cè)量范圍為 0~99 0C，當(dāng)溫度超出范圍時(shí)，顯示器均顯示 F。 表 2 共陰極 LED 顯示器七段碼 顯示字符 共陰極七段碼 顯示字符 共陰極七段碼 0 3FH 9 6F 1 06 A 77 2 5B B 7C 3 4F C 39 4 66 D 5E 5 6D E 79 13 6 7D F 71 7 07 P 73 8 7F U 3E ③ N 位 LED 顯示器。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)際使用的 LED 顯示器有多個(gè)， N 位LED 顯示器的顯示要從兩個(gè)方面來控制：其一是控制 N 位的字段顯示（即顯示什么字符）；其二是控制字位（即哪一位到哪一位亮）。由 LED的顯示原理可知，要使某 N位 LED 顯示器的某一位顯示某個(gè)字符，就必須將此字符轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字段碼來控制該位的 8 個(gè)段，同時(shí)，該位的 字位線也要控制有效，這要通過一定接口來實(shí)現(xiàn)。 LED 顯示器有兩種顯示方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。 N 位 LED 顯示器有N根字位選線（簡(jiǎn)稱： “ 位選線 ” ）和 N*8根字段選線（簡(jiǎn)稱： “ 段選線 ” ）。根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接方式也不同。 各種字符的字段碼的獲取方法有兩種：即軟件譯碼和硬件譯碼法。目前通常所用的各種型號(hào)的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)裝置普遍采用軟件譯碼。 本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示的方式。動(dòng)態(tài)顯示方式的接口電路的連接方法是：將所有LED 位的段選線（ a ～ dp）同名并聯(lián)，即所有 a段并聯(lián)，所有 b 段并聯(lián)。依 次類推，然后由一個(gè) 8位 I/O 接口來控制各個(gè)段，而所有位的位選線則由另外一個(gè)相應(yīng)的 I/O接口線來控制。這樣用兩個(gè) 8 位 I/O 接口就能控制 8位 LED 顯示器。 LED 顯示器是由電流型控制器件，其工作電流為 2mA～ 20mA，使用時(shí)須加限流電阻。本設(shè)計(jì)中限流電阻選用 1K。 14 驅(qū)動(dòng)電路 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 Q