【正文】 eTemporTime ADD A, 0EH CLR C SUB A, ODH JC Waterpoistion ADD A, ODH CLR C SUB A, 0CH JC Vtemp 18 ADD A, 0CH CLR C SUB A, OBH JC StoreTime RETI ORG 0003H JMP Heat RET （九）驅(qū)動(dòng)電路的硬件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，需要用開(kāi)關(guān)量去控制和驅(qū)動(dòng)一些執(zhí)行元件，如發(fā)光二極管、繼電器、電磁閥、晶閘管等 。但 AT89S51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力有限，且高電平比低電平驅(qū)動(dòng)低那六小。一般情況下，需要加驅(qū)動(dòng)接口電路，且用低電平驅(qū)動(dòng)。如圖 9 所示 圖 9 驅(qū)動(dòng)電路 （十）顯示電路的硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)型數(shù)碼管， 8 個(gè) LED 燈如圖 10 中接法，燈的負(fù)極依次接到數(shù)碼管的af 段，采用動(dòng)態(tài)掃描電路，并把顯示程序作為主程序。數(shù)碼管的段用 P0 口控制， 口、 口作為數(shù)碼管的位控制， 作為指示燈的控制。 系統(tǒng)輸入信號(hào)有： 6 個(gè)液位信號(hào)、 1 個(gè)溫度信號(hào)、 4 個(gè)觸摸鍵 。輸出信號(hào)有： 4 位 LED數(shù)碼管分時(shí)顯示當(dāng)前溫度和液位， 3 個(gè) 位輸出控制繼電器分別控制上水電磁閥、加熱泵、增壓泵， 1 個(gè)位輸出控制蜂鳴器作為低水位報(bào)警信號(hào)和其他異常情況報(bào)警， 2 個(gè)位輸出指示上水、加熱狀態(tài)。用戶設(shè)定項(xiàng)目有水位上限、熱水溫度、上水定時(shí)、加熱定時(shí)。設(shè)定參數(shù)用 EEPROM 保存，停電后參數(shù)無(wú)需重新設(shè)定。系統(tǒng)具有故障自檢功能，電磁閥、加壓泵在停水時(shí)會(huì)自動(dòng)切斷，水位傳感器有故障時(shí)禁止上水，以免上水時(shí)溢出。 19 液位傳感器采用 ATS173 型霍爾元件，若干霍爾元件固定在一個(gè)垂直導(dǎo)槽上，浮子帶動(dòng)磁鋼沿導(dǎo)槽移動(dòng)，霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成不同的電壓，經(jīng) ADC 通道送入 MCU。這樣，僅用一個(gè) ADC 通道可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字信號(hào)的輸入。溫度傳感器采用負(fù)溫度(NTC)型通用熱敏電阻，信號(hào)經(jīng)另一路 ADC輸入 MCU。保存設(shè)定參數(shù)的 EEPROM采用 HT93LC46，采用串行方式與 MCU 接口，整個(gè)控制器的硬件及對(duì) MCU 的資源要求降到最低。 MCU 根據(jù)檢測(cè)到的水位信號(hào)、水箱溫度信號(hào)，以及用戶的設(shè)定或操作，通過(guò)軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和邏輯運(yùn)算，以確定當(dāng)前應(yīng)該進(jìn)行的操作，并通過(guò)輸出口控制進(jìn)水閥、加壓泵、加熱泵的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)要求的控制功能。由于 SN8P1706 的 I/O 口驅(qū)動(dòng)能力可高達(dá) 15mA，采用高亮度的 LED顯示無(wú)須再使用驅(qū)動(dòng)器件，可以由 SN8P1706 的 I/O 口直接驅(qū)動(dòng)。 圖 10 時(shí)鐘顯示 LED 顯示子程序： DISI: SETB 。滅顯示 MOV R0, SBCD MOV A, @R0 。取出要顯示的數(shù) ADD A, 2DH 。加上偏移量 MOVC A , @A+PC 。查表取出段選碼 MOV SBUF, A 。送出顯示 DL1: JNB TI, DL1 。輸出完否 ? CLR TI 。完 ,清中斷標(biāo)志 INC R0 20 MOV A, @R0 ADD A, 21H MOVC A, @A + PC ANL A, OEFH 。個(gè)位加小數(shù)點(diǎn) MOV SBUF, A DL2: JNB TI, DL2 CLR TI INC R0 MOV A, @R0 ADD A, 13H MOVC A, @A+PC MOV SBUF, A DL3: JNB TI, DL3 CLR TI MOV A, 0FFH MOV SBUF, A DL4: JNB TI, DL4 CLR TI CLR ；亮顯示 RET SEGTAB: DB 11H,0D7H,32H DB 92H,0D4H,98H DB 18H,0D3H,10H,0D0H 四、軟件設(shè)計(jì) （一）軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具 本次設(shè)計(jì)主要利用 C語(yǔ)言編寫程序，根據(jù)功能的需要進(jìn)行編程，其中軟件設(shè)計(jì)所用的軟件主要是 Keil uVision3 軟件 ， PROTEUS ISIS 軟件。 熱水器不論在什么樣的天氣里，都能夠在設(shè)定的時(shí)間向用戶提供設(shè)定溫度的熱水，從而給用戶帶來(lái)便利。當(dāng)控制器在設(shè)定的時(shí)間使水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，將通過(guò)聲光報(bào)警提醒用戶。 21 根據(jù)這一要求，控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、鍵盤中斷子程序、DS12887 更新周期結(jié)束中斷子程序、 LED 顯示子程序和提前加熱時(shí)間計(jì)算子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度和水位的檢測(cè)以及進(jìn)行輔助加熱時(shí)間預(yù)算和一些初始化功能。在主程序中采用了查表方法進(jìn)行輔助加熱提前量預(yù)算。 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 11 所示。 圖 11 系統(tǒng)程序流程圖 對(duì)于溫度和時(shí)間設(shè)定， 每次設(shè)定結(jié)束后， 就將設(shè)定值存入 DS12887 的非易失性 RAM中，下次開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行讀取。這樣作至少有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是系統(tǒng)在不進(jìn)行設(shè)定時(shí)，就認(rèn)定該設(shè)定值和先前一次一樣，解決了每次開(kāi)機(jī)總要從頭設(shè)定的問(wèn)題，另一個(gè)是若系統(tǒng)在運(yùn)行中間停電而再次來(lái)電時(shí)，可以不用重新設(shè)定， 就能按原設(shè)定值對(duì)溫度進(jìn)行控制，增強(qiáng)了控制器適應(yīng)外界變化的能力。對(duì)提前加熱時(shí)間的計(jì)算，則是系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的重要一環(huán)。因?yàn)橄到y(tǒng)采用分段式水位檢測(cè)，若采用能量守恒的方法對(duì)提前加熱時(shí)間進(jìn)行預(yù)算，也同樣得不到精 確的結(jié)果。為了避開(kāi)繁瑣的計(jì)算過(guò)程，本系統(tǒng)中采用了模糊控制思想，使用了如下一些控制語(yǔ)句： IF 水位高 AND 溫度差大 THEN 加熱時(shí)間長(zhǎng) 22 IF 水位適中 AND 溫度差適中 THEN 加熱時(shí)間適中 IF 水位低 AND 溫度差低 THEN 加熱時(shí)間少 采用這種思想后，可以用實(shí)驗(yàn)方法獲得各種情況下需要加熱的時(shí)間， 編制成表格。使用時(shí)，只要查表獲得提前加熱時(shí)間就行了。顯然，表格分得越細(xì)，控制就越準(zhǔn)確。本控制器采用溫差每等于 5℃為一格， 就能滿 足控制要求了。為了減小誤差，試驗(yàn)表明，可以采用如圖 12 的方法。 圖 12 水位監(jiān)測(cè)處理示意圖 實(shí)驗(yàn)中，用水位達(dá)到 B1 時(shí)的結(jié)果代替水位達(dá)到 A1 時(shí)的結(jié)果， B2 代替 A2， B3 代替 A3，B4 代替 A4。這樣， CPU 讀入的 A1 水位查表后得到的預(yù)加熱時(shí)間是實(shí)驗(yàn)中水位在 B1 處的時(shí)間。經(jīng)過(guò)這種處理，會(huì)把由于分段檢測(cè)而產(chǎn)生的計(jì)算誤差減小一半，由原來(lái)的 h 變成了h/2(h 為分段水位檢測(cè)間隙 )。如果水箱水深為 40cm，分 8 段檢測(cè)，此種處理方法的計(jì)算將使水位誤差由原來(lái)的 5cm 變成了 。這種誤差對(duì)于民用的熱水器來(lái)說(shuō)，已完全能夠滿足要求了。 （二）顯示子程序 分析表明， 移位寄存 器 74LS164 僅有串入并出作用沒(méi)有譯碼功能。因此， 在編寫顯示驅(qū)動(dòng)程序之前， 首先需要計(jì)算列寫出與本電路對(duì)應(yīng)的 LED 段選碼 ， 然后由 89C52 的 口送入 74LS164 的串行輸入端， 再并行輸出到 LED 的段選端。需要指出的是，上面顯示電路采用 TOS28106BHK 型號(hào)的共陽(yáng)極 LED 顯示器， 根據(jù) PCB 印制線路板的連線方便， 其 LED的 8個(gè)段選端與 74LS164 的并行輸出口即 8根段選線的連接沒(méi)有遵照通常的規(guī)律， 而是如圖 35 所示的段排列為 5， 相應(yīng)的段選碼也要重新計(jì)算， 如顯示字符 0 的 段選碼為 11H。電路中設(shè)計(jì)了 4 位 LED 顯示器， 其功能為：左首位為百位數(shù)或標(biāo)志位， 左二位為十位數(shù)， 左三位為個(gè)位數(shù)， 左四位為小數(shù)點(diǎn)后的十分位數(shù)。據(jù)此， 給出如圖 43所示的顯示子程序框圖。 23 圖 13 顯示子程序框圖 五五 、 系系 統(tǒng)統(tǒng) 調(diào)調(diào) 試試 （一）軟件調(diào)試 軟件的調(diào)試主要通過(guò) Keil uVision3 軟件進(jìn)行操作，對(duì)程序編寫過(guò)程中的錯(cuò)誤進(jìn)行查找，找出錯(cuò)誤，進(jìn)行修改，然后再進(jìn)行編 譯直至編譯成功，生成 HEX 文件，才能下載到單片機(jī)里，繼而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。 六六 、 系系 統(tǒng)統(tǒng) 功功 能能 （一）系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能 本系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)控制各個(gè)電路模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度，水位的檢測(cè)，以及對(duì)整個(gè)熱水器的智能化控制。 （二）系統(tǒng)功能測(cè)試 設(shè)計(jì)前期通過(guò) KEIL 軟件和 PROTEUS 仿真軟件的聯(lián)調(diào)，對(duì)設(shè)計(jì)功能進(jìn)行仿真，均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)后期，硬件制作完畢后，將仿真成功后的程序通過(guò)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(gè)端口連接方式，正確地將單片機(jī)跟顯示模塊連接， 24 最后都實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的功能。 （三）系統(tǒng)功能分析 該控 制器和以往顯示儀相比具有性能價(jià)格比高、溫度控制與顯示精度高、使用方便和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)控制系統(tǒng)具有低價(jià)、智能的優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)需求的不同而作相應(yīng)的調(diào)整，更加個(gè)性化。同時(shí)，使用單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠節(jié)約能源，保護(hù)設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。 該熱水器具備以下特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、操作維護(hù)簡(jiǎn)便。 熱源取之不盡用之不竭，不需要運(yùn)輸，節(jié)省燃料。 無(wú)污染，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成任何影響。 熱水產(chǎn)量受季節(jié)、地區(qū)緯度、采熱面積、采熱器類型、環(huán)境溫度、供水溫度、風(fēng)速、日照實(shí)際等因素影響較大。 該系統(tǒng)加裝 減壓閥后可與鍋爐配套使用，解決冬季用水。 不用考慮玻璃蓋的防凍裝置。 該系統(tǒng)加裝減壓閥后可與鍋爐配套使用，解決冬季用水。 不用考慮玻璃蓋的防凍裝置。 該熱水器裝置置于浴室屋訂占地面積較大，同時(shí)增加了建筑物的載荷。 在試制和安裝過(guò)程中我們體會(huì)到只有注意以下幾個(gè)方面才能保證熱水器的正常運(yùn)行，第一是循環(huán)管道水流方向不允許有反坡現(xiàn)象，拐彎要和緩，管道內(nèi)要清潔無(wú)阻塞。第二是冷水箱、熱水箱、集熱器及熱水保溫的相對(duì)位置及標(biāo)高合理，符合水流規(guī)律，第三是補(bǔ)充給熱水箱的水流不允許沖擊，第四是電磁閥的選擇及安裝位置要 合理，保證動(dòng)作靈敏可靠。 總之，無(wú)論從市場(chǎng)或技術(shù)抑或價(jià)格的角度來(lái)說(shuō)，此款熱水器具有很大的優(yōu)勢(shì)。它市場(chǎng)前景廣闊、技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格合理、高度智能化，方便省事，是當(dāng)前市面上熱水器的升級(jí)產(chǎn)品。它不但適合于城鄉(xiāng)民宅需求，還適用于寫字樓、餐飲、娛樂(lè)、商業(yè)服務(wù)浴室、理發(fā)店、旅館、招待所、托兒所、敬老院及外貿(mào)出口等各種需求。 25 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) [1] 王長(zhǎng)胤 ， 單片單板機(jī)原理及應(yīng)用 ， 武漢大學(xué)出版社， 1993 [2] 何立民 ， 單片機(jī)中、高級(jí)教程 ， 北京航空航天出版社 ， 1999 [3] 郭廷瑋 ， 太陽(yáng)能利用和前景 ， 科學(xué)普及出版社 ， 1986 [4] 萬(wàn)福君 ， 單片機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 ， 科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 ， 2021 [5] 潘永雄 ， 電子線路 CAD 實(shí)用教程 ， 西安電子科技出版社 ， 2021 [6] 何克忠 ， 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) ， 清華大學(xué)出版社 ， 1998 [7] 周政新 ， 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)踐與訓(xùn)練 ， 中國(guó)民航出版社 ， 1998 [8] 丁志剛 ， 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 ， 華中科技大學(xué)出版社 ， 1990