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基于at89c52單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-設(shè)計(jì)范文模板參考資料(編輯修改稿)

2025-01-12 09:54 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 需高精度,故選用 8位 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0804 進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換即可。 ADC0804 型 8 位全 MOS A/D 轉(zhuǎn)換器是中速廉價(jià)型 產(chǎn)品之一。片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器,與微處理器兼容,輸入方式為 單通道,轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 100μ s。它 的非線性誤差為177。 1LSB。電源電壓為 +5V。其引腳圖如圖 所示: 被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從 Vin(+)和 Vin()輸入。允許此 信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào),模擬地和數(shù)字地分別設(shè)置引入端,使數(shù)字電路 的 地電流不影響模擬信號(hào)回路 ,以防止寄生耦合造成的干擾。 Vref/2 端不必外接電源,懸空即可。 /CS是片 選端, /WR 是控制芯片啟動(dòng)的輸入端; /INTR 是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸入端,輸出電平由高跳低則表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成,可作為中斷或查詢信號(hào)。 ADC0804 片內(nèi)有時(shí)鐘電 路,只要在外部“ CLKR”和“ CLK”兩端外接一對(duì)電阻和電容即可產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)鐘,其振蕩頻率為 fclk≈ 1/。本次設(shè)計(jì)選用 R=10kΩ, C=150pF,此時(shí) fclk≈ 640kHz。其與單片機(jī)的接口電路如圖 所示 : 圖 ADC0804 引腳圖 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 8 溫度 檢測(cè) 對(duì) 水箱水溫的測(cè)定,采用了較為先進(jìn)的 DS18B20 集成模塊溫度傳感器,該傳感器將溫度信號(hào)以數(shù)字 量傳給單片機(jī),無需其他的外圍電路,一條口線,電路簡(jiǎn)單,使用穩(wěn)定,可以方便的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)溫度參量的讀取。 DS18B20 采用 3腳 PR_35 封裝或 8 腳 SOSI 封裝,管腳排列如圖 所示。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示,主要由 4 部分組成: 64 位 ROM;溫度傳感器;溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL;配置寄存器。考慮到系統(tǒng)功能的限制,傳感器的報(bào)警功能沒有使用。 圖 DS18B20 封裝圖 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 9 圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 單總線即只有一根數(shù)據(jù)線,系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都 由這根線完成。其基本的通信過程如下: ? 主機(jī)通過拉低單總線至少 480us 產(chǎn)生復(fù)位脈沖。 ? 然后由主機(jī)釋放總線,并進(jìn)入接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí),會(huì)產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙亍? ? 單總線器件檢測(cè)到該上升沿后,延時(shí) 15~60us。 ? 單總線器件通過拉低總線 60~240us 來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。 ? 主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后,說明有單總線器件在線,然后主機(jī)就可以開始對(duì)從機(jī)進(jìn)行 ROM 命令和功能命令操作。 所有的讀、寫時(shí)序至少需要 60us,且每兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要 1us的恢復(fù)時(shí)間。在寫時(shí)序中,主機(jī)將在拉低總線 15us 之內(nèi) 釋放總線,并向單總線器件寫 1;若主機(jī)拉低總線后能保持至少 60us 的低電平,則向單總線器件寫 0。單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù),所以,當(dāng)主機(jī)向單總線發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序,以便于單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。 DS18B20 可以使用外部電源 VDD,也可以使用內(nèi)部的寄生電源, 無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電, I/O 口線要接 5KΩ 左右的上拉電阻。 本系統(tǒng)選用外部電源,即在 VDD 端口接 5V 的電壓。故單片機(jī)與 DS18B20 的連接圖如圖 所示: 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 10 顯示電路 溫度顯示電路 常用的 LED 顯示器有 7 段或 8 段,有共陰極和共陽極種。本次設(shè)計(jì)選用的是 7 段共陰極。 由于單片機(jī) I/O 的電氣特性決定了單片機(jī)的端口的驅(qū)動(dòng)能力有限,一般的,單片機(jī)的端口只是驅(qū)動(dòng) TTL 電平,不提供或者提供很小的驅(qū)動(dòng)電流,所以在帶負(fù)載時(shí),單片機(jī)應(yīng)當(dāng)在 I/O 口加上驅(qū)動(dòng)芯片。本次設(shè)計(jì)選用 ICM7218 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 。 ICM7218 是 INTERSIL 公司生產(chǎn)的一種性能價(jià)格比較高的通用 8 位 L ED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 , 28 腳雙列封裝 , 可與多種單片機(jī)接口使用。 ICM7218 的輸出可直接驅(qū)動(dòng) L ED 顯示器 , 不需外接驅(qū)動(dòng)電路 , 其構(gòu)成的顯示電路結(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 是寫控制位圖 AT89C52 與 DS18B20 的連接圖 圖 溫度顯示電路 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 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 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 12 2. 按鍵 當(dāng)有按鍵被按下時(shí)說明用戶要手動(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的話,那么低電平則表示閉合,所以通過對(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 , 停止向水箱加水后 ,開啟通往小水箱的電磁閥門 ,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 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 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?,然后通過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,必須通過濾波電路加以濾除,以得到平滑的直流電壓最后通過穩(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 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 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)過發(fā)光二極管來實(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
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