【導讀】著科學技術(shù)的發(fā)展正在朝著智能化的方向發(fā)展。本課題是以MCS-51系列單片AT89S52. 太陽能是一種古老能源,也是一種安全、潔凈、價廉、無污染的綠色能源。要地位,正越來越受到人們的重視[1]。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源。破，產(chǎn)品造價偏高。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。當今社會發(fā)展日新月?，F(xiàn)有電熱型熱水器費用昂貴及燃氣型的不安全性，熱水器良好的外部生存環(huán)境。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會的最佳選擇。新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開發(fā)公司計。劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢更好。陽能熱水器能夠?qū)⑻栞椛淠苻D(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用。目前，中國已成世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國總和。使蓄水箱內(nèi)的水溫達到預先設(shè)定的溫度,從而達到24小時供應(yīng)熱水的目的。而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89S52可構(gòu)成真正的單片機最小

　　

【正文】 方向也盡量一致。要求焊接一種規(guī)格后再焊接另 一種規(guī)格。 ○2電容的焊接：按圖將電容準確裝入規(guī)定位置，并注意有極性電容的極性方向不能錯。電容上的型號標記要易見見且方向也盡量一致。電解電容要緊靠 PCB板，不可懸浮。 ○3二極管的焊接：正確辨認正負極性后按要求裝入規(guī)定位置，型號標記要易見，焊接時間盡量可能短。 ○4三極管的焊接：正確辨認各引腳后按要求裝入規(guī)定位置，型號標記要易見，焊接時間盡可能短。 ○5場效應(yīng)管的焊接：正確辨認各引腳后按要 求裝入規(guī)定位置，焊接時間盡可能短。需要加散熱片的，將接觸面打磨光滑并加硅脂后再緊固。 ○6集成電路（芯片）的焊接： 集成電路（芯片）焊接時，要注意按圖紙要求檢查型號、焊接位置是否符合要求，焊接時先焊芯片邊沿的兩只引腳，以便使其定位，然后再從左到右或從上基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 17 17 到下進行逐點焊接。焊接時間盡可能短，禁止拉焊。 （ 2） 焊接質(zhì)量檢查 ○1元器件不得有錯裝、漏裝、錯聯(lián)和歪斜松動等。 ○2焊點應(yīng)吃錫飽滿，無毛刺、無針孔、無氣泡、裂紋、掛 錫、拉點、漏焊、碰焊、虛焊等缺陷。 ○3焊接后電路板上的金屬件表面應(yīng)無銹蝕和其它雜質(zhì)。 ○4焊接完成的電路板不得有斑點、裂紋、氣泡、發(fā)白等現(xiàn)象，銅箔及敷形涂覆層不得脫落、不起翹、不分層。 ○5元器件的引腳或引線表面應(yīng)滲錫均勻。 在完成電路的焊接后，測試之前，一定要先對電路檢測，看是否有短路情況出現(xiàn)，以免芯片損壞。電源輸入電壓也是關(guān)鍵因素，在供電之前務(wù)必用萬用表先測量。 實物完成圖 在經(jīng)過幾次修改焊接定型后， 我完成了我的實物設(shè)計，如圖 314 圖 314 實物圖 基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 18 18 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 Keilμ Vision32 IDE 是德國 Keil 公司開發(fā)的基于 Windows 平臺的單片機集成開發(fā)環(huán)境，它包含一個高效的編譯器、一個項目管理器和一個 MAKE 工具。其中 Keil C51 是一種專門為單片機設(shè)計的高效率 C語言編譯器，符合 ANSI 標準，生成的程序代碼運行速度極高，所需要的存儲器空間極小，完全可以與匯編語言媲美。 系統(tǒng)軟件設(shè)計中，我們使用了 Keil μVision 3。 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的 匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢，所以我們選擇該軟件來開發(fā)我們的系統(tǒng)程序。 軟件系統(tǒng)的流程圖 圖 41 系統(tǒng)軟件流程圖 當接通電源開始工作后，單片機中的程序開始運行，將對 DS18B20 進行初始基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 19 19 化，以便和單片機芯片達成通信協(xié)議。完成初始化后，由于本系統(tǒng)只有一個測溫元件，單片機會向其發(fā)出跳過 RAM 指令，接下來便可向其發(fā)送操作指令，啟動測溫程序，測溫過程完成后，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令，從而便可將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字模式進行顯示讀取；同時 DS1302 將讀取時分秒星期以及年月日寄存器然 后通過液晶顯示實時時間、星期及日期；鍵盤電路中按鍵可對實時日歷時鐘進行調(diào)整。 溫度信息的采集 通過 DS18B20 單線總線的所有執(zhí)行處理都從一個初始化序列開始。初始化序列包括一個由總線控制器發(fā)出的復位脈沖和隨后由從機發(fā)出的存在脈沖： （ 1）復位 （ 2）存在脈沖。 （ 3）控制器發(fā)送 ROM指令 （ 4）控制器發(fā)送存儲器操作指令。 （ 5）執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫： 時鐘的讀取 DS1302 控制字節(jié)的說明 控制字節(jié)的最高有效位（位 7）必須為 1，如果它為 0 的情況，單片機就不能把數(shù)據(jù)正常寫入到 DS1302 中了，第 6 位如果為 0，意思就是存或者取日歷時鐘的數(shù)據(jù)，如果為 1的話就表示 mcu 存取 RAM 中的數(shù)據(jù) 。位５至位 1表示操作各個單元的地址 。最低有效位（位 0）如果為 0就表示 MCU 要進行寫操作，如果為 1的話就表示 MCU 要進行讀操作， MCU 控制字節(jié)的方式總是從最低位開始輸出。 DS1302 數(shù)據(jù)的輸入和輸出 控制命令的字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù) 時從低位 0 位至高位 7。 DS1302 讀寫部分 (程序 )部分 DS1302 讀寫模塊與單片機進行數(shù)據(jù)交換時，先有 AT89S52 單片機向電路發(fā)出命令字節(jié)，命令字節(jié)的最高位 MSB(D7)必須為 1，如果 D7=0，則就會禁止寫DS1302，就是寫保護；如果 D6=0,指定時數(shù)據(jù)， D6=1，指定 RAM 的數(shù)據(jù)； D5~D1指定輸入的寄存器；最低位 MLB（ D0）為邏輯 0，指定寫操作（輸入）， =1，指定讀操作（輸出）。 基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 20 20 變 量 初 始 化關(guān) 閉 D S 1 3 0 2 寫 保 護復 位 關(guān) 閉D S 1 3 0 2 地 址 寫 入延 時向 該 地 址 寫 入 數(shù) 據(jù)復 位 關(guān) 閉寫 入 D S 1 3 0 2 地 址延 時開 始讀 地 址 的 數(shù) 據(jù) 讀 出地 址 增 加地 址 增 加顯 示 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 寫 完 否 ？數(shù) 據(jù) 讀 完 否 ？YN YN 圖 47 DS1302 讀 寫程序模塊流程圖 溫度的顯示控制 當所測溫度從 DS18B20 輸送到單片機上之后，下一步就是要將其在液晶顯示器上顯示出來。 首先對液晶進行初始化，液晶顯示器 12864 的初始化過程如下： 先將復位引腳置高位即 RST=數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)為并口方式即 PSB=1（在設(shè)計中，我們將 LCD 的該引腳接 VCC），然后將指令集調(diào)到基本指令集上來即寫指令 30H，再將顯示打開、關(guān)光標、清除液晶里先前的顯示內(nèi)容即分別寫指令 0CH、01H，寫指令時需分別延時 5ms。 然后就是數(shù)據(jù)的傳送過程，要使數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示必須要按照 其讀寫操作時序來進行。 鍵盤模塊 鍵盤模塊的軟件程序相對于溫度模塊和時鐘模塊比較簡單。鍵盤模塊的設(shè)基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 21 21 計，關(guān)鍵是消陡。我們現(xiàn)在日常所使用的按鍵多為為機械開關(guān)，當觸點在斷開、閉合的狀態(tài)，由于觸點具有彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合的時候不會馬上就穩(wěn)定下來，在斷開的狀態(tài)也不會一下子就完全斷開。因此在閉合以及斷開的瞬間均會伴隨著一連串的抖動現(xiàn)象，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象而作的措施就是按鍵消抖。按鍵的消抖，可用硬件或軟件兩種方法。因為硬件消抖需要添加額外的硬件，故這里我們采用軟件消抖。 軟件方法去抖，即檢測出鍵閉合后執(zhí)行 一個延時程序， 6ms～ 11ms 的一段延時，讓這段時間里， MCU 不檢測按鍵，等前沿抖動消失后，再去檢測鍵的狀態(tài)，如果任然還是保持閉合狀態(tài)的低電平，那么就確定認為是真的有鍵按下了。 蜂鳴器模塊 蜂鳴器模塊的設(shè)計，主要是讓單片機產(chǎn)生一定頻率的電流信號，在我們的設(shè)計中，使用單片機通過程序輸出方波信號，來產(chǎn)生蜂鳴器需要的信號，當鬧鐘定時結(jié)束時，就可以調(diào)用蜂鳴器程序，讓蜂鳴器發(fā)出聲音。當然，我們的系統(tǒng)再開機時會提醒用戶是否開啟按鍵時，蜂鳴器是否聲音提醒，實現(xiàn)的方法是：我們在蜂鳴器中設(shè)置了 flag 標志位，當開機時 ，用戶的選擇會賦給 flag 標志位，從而由單片機判斷是否讓蜂鳴器工作，為了記錄用戶的選擇，我們將 flag 標志位放在了 DS1302 的空閑寄存器中，以保證用戶的選擇不會因為系統(tǒng)的掉電而消失，當系統(tǒng)重新上電時，系統(tǒng)還可以恢復用戶的選擇。基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 22 22 5 總結(jié) 在硬件電路焊接和軟件程序設(shè)計分別完成的基礎(chǔ)之上，進行軟硬件的結(jié)合與調(diào)試。通過下載將在電腦上已完成的程序下載到單片機芯片中。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)軟件中存在的問題，及時解決問題，確保系統(tǒng)能正常工作并達到設(shè)計要求。通過反復的調(diào)試與實驗，可以證明該系統(tǒng)能夠較好地完成設(shè)計所需的基本要求。 在完成軟件系統(tǒng)時，剛開始我是用的是 12M的晶振，所有器件正常，后來我換了 的晶振，結(jié)果溫度就不正常了，經(jīng)過認真排查才發(fā)現(xiàn)是由于DS18B20 在數(shù)據(jù)讀取時，對時間要求很精確，由于晶振的不同造成了讀數(shù)據(jù)的錯誤，經(jīng)過這次調(diào)試，讓我更清晰的認識到了時序?qū)υ骷闹匾?。在設(shè)計中，因為考慮到定時啟動加熱功能，我們希望我們設(shè)置的定時時刻不會因為系統(tǒng)的掉電而丟失，考慮到 DS1302 是有鋰電池作為電源的，不會因為主系統(tǒng)掉電丟失內(nèi)部數(shù)據(jù)，所以我們將鬧鐘的定時時刻放到了 DS1302 內(nèi)的空余寄存器里面，像這些靈活的 技巧就需要我們認真的閱讀元件的數(shù)據(jù)手冊，從中索取對自己有用的信息。 經(jīng)過本設(shè)計，讓我學到了很多，讓我認識到了學習基礎(chǔ)知識的重要性，當設(shè)計完整的系統(tǒng)時，要考慮到硬件和軟件兩者的結(jié)合，有時硬件的不足，我們可以用軟件程序來彌補，從而節(jié)約硬件成本，在設(shè)計軟件程序時要模塊化，可以提高程序的可讀性。 基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 23 23 參考文獻 [1]劉福才，劉豐，劉立偉 .AVR 單片機在太陽能熱水器智能控制器中的應(yīng)用 [J].微計算機信息， 1999 年 04 期 [2]王俊杰 .基于 89C51 單片機的太陽能熱水器只能控制器的設(shè)計 [J].鄭州輕工業(yè)學院學報：自然科 學版， 2020（ 8）： 6768 [3]劉小俊 ,黃鴻谞 .基于單片機的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計 [J]. 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Handbook for Design and Application, Berlin, New York: Springer－ Verlag,2020基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 24 24 致 謝 在論文即 將完成之際，我要特別感謝我的指導老師王洋老師對我的熱情關(guān)懷和細心指導。在我做畢業(yè)設(shè)計的整個過程中王老師都以她最大的可能來幫助我，教導我，跟著王老師做畢業(yè)設(shè)計，我學會了好多東西，這些都對我未來的工作和生活產(chǎn)生重大的影響。她僅僅是我們學術(shù)上的良師，更是生活中的益友。她以一個教育工作者熱忱的心胸不厭其煩地指導著我們，教育者我們，使我們不僅學到了扎實的專業(yè)知識，更學到了做人的道理。她孜孜不倦悉心細致的教誨和嚴謹治學一絲不茍的工作作風使我永遠都不能忘記。在此，特向她表示真誠的感謝。祝王老師身體健康，桃李滿天下。 同時 ，在我四年的大學生活中，也得到了很多老師、同學、朋友的支持和幫助，在此一并表示感謝，正是由于你們，才使我的大學生活更加豐富多彩，感謝你們。 最后，感謝我即將離開的母校 —— 上海電機學院，你使我的心靈得到了升華；你使我的思維更加成熟，你是我生命的歸宿，是我成長的階梯，在你的培養(yǎng)下我成功的從學校走進了社會。感謝你，上海電機學院。基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計 25 25 附 錄 電路原理圖：