【導讀】眾所周知，世界上的能源危機越來越嚴重，迫切需要找到新的能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。當中，太陽能熱水器無疑是技術(shù)最成熟的。智能控制器，詳細描述了它的工作原理和設(shè)計方案。給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件的實現(xiàn)方法，從而實現(xiàn)了自動與手動上水，自動與手動加熱，溫度水位顯示等實用功能。第三部分為設(shè)計的軟件設(shè)計部分，描述了設(shè)計的軟件程

　　

【正文】 性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 單片機對 ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當 ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。在第 3 個脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能， 當此 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、 “0”時，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、“1”時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “0”、 “0”時，將 CH0 作為正輸入端 IN+， CH1 作為負輸入端 IN進行輸入。當 2 位數(shù)據(jù)為 “0”、 “1”時，將 CH0作為負輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行 輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI端的輸入 電平就失去輸入作用，此后 DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATA0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 25 ADC0832 脈脈 沖沖 圖圖 像像 26 ADC0832 讀取數(shù)據(jù)程序流程 27 鍵鍵 盤盤 電電 路路 的的 硬硬 件件 設(shè)設(shè) 計計 口作為按鍵的信號輸入端，鍵按下，就執(zhí)行該鍵的功能。其電路如圖 29所示。（為了編程簡單、方便，采用獨立式鍵盤電路） 鍵盤電路的按鍵功能可以設(shè)置為：菜單鍵，加一鍵，減一鍵，返回鍵，手動加熱鍵，手動上水鍵等。 菜單鍵 ： 按第一下進入設(shè)置頁面。設(shè)置頁面顯示設(shè)置溫度，上水時間，當前的日期和時間。開始設(shè)置溫度，在該值上按動加減鍵每次可增減一度。 加一鍵：可實現(xiàn)加一功能 減一鍵：可實現(xiàn)減一功能 返回鍵：設(shè)定過程中 按下此鍵自動返回主界面，已經(jīng)設(shè)定的選項保存。此鍵還可以對手動加熱和手動上水的執(zhí)行進行取消。按下正在手動進行的功能均被取消，返回自動控制。此鍵主要用于設(shè)定過程中設(shè)置好前面而后面不需要重新設(shè)定的快速確定并返回。 菜單鍵按下以后，加一減一取這二個鍵才起作用，不按下菜單鍵此二鍵無效。 .同時若設(shè)定好最后沒有按菜單鍵或者返回鍵進行確定，此次設(shè)定無效，設(shè)定值默認為上一次的設(shè)定值。 圖 29 鍵盤電路圖 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 28 手動加熱鍵：起到手動加熱功能。按下對應(yīng) LED 亮，開始加熱。中途不按返回鍵會一直加熱，設(shè)定的自動加熱溫度無效。溫度上限為九十 九 度，到達此溫 度后，自動停止加熱 LED 燈滅。 手動上水鍵：起到手動上水功能。按下對應(yīng)的 LED 燈亮，開始上水。上到四檔水滿為止，自動停止上水， LED 燈滅。 設(shè)定好溫度后，在不缺水的情況下，溫度傳感器檢測當前水溫，當溫度低于設(shè)定溫度后，就會自動加熱至設(shè)定水溫。陽光充足時，溫度足夠高，就會不啟動加熱棒。自動上水每次會自動上至水滿為止。 驅(qū)驅(qū) 動動 電電 路路 的的 硬硬 件件 設(shè)設(shè)計計 在單片機控制系統(tǒng)中，需要用開關(guān)量去控制和驅(qū)動一些執(zhí)行元件，如發(fā)光二極管、繼電器、電磁閥、晶閘管等。但 AT89S51 單片機驅(qū)動能力有限，且高電平比低電平驅(qū)動低那六 小。一般情況下，需要加驅(qū)動接口電路，且用低電平驅(qū)動。如圖 210 所示 圖 210 驅(qū)動電路圖 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 29 光電耦合器：光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。 光電耦合器的主要結(jié)構(gòu)是把發(fā)光器件和光接收器件組裝在一個密閉的管殼內(nèi)，然后利用發(fā)光器件的管腳作輸入端，而把光接收器的管腳作為輸出端。當在輸入端加電信號時，發(fā)光器件發(fā)光。這樣，光接收器件由于光敏效應(yīng)而在光照后產(chǎn)生 光電流并由輸出端輸出。從而實現(xiàn)了以 “光 ” 為媒介的電信號傳輸，而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的。這樣就構(gòu)成了一種中間通過光傳輸信號的新型半導體電子器件。 工作原理 ： 在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。 基本工作特性（以光敏三極管為例） 共模抑制比很高 在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?2pF 以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合 電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。 輸出特性 光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流 IF 下，光敏管所加偏置電壓 VCE 與輸出電流 IC 之間的關(guān)系，當 IF=0 時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當 IF0 時，在一定的 IF 作用下，所對應(yīng)的 IC 基本上與 VCE 無關(guān)。 IC 與 IF 之間的變化成線性關(guān)系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。 光電耦合器可作為線性耦合器使用。 在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電 阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 30 出延遲時間相差很大。 這里還想說一下繼電器的基本常識，繼電器的線圈和開關(guān)是分開接的（即接在不同的支路）。我們可以簡單的用一個三極管去控制線圈的導通（當然其它的也可以）。當線圈得電，這時繼電器開關(guān)閉合，電路就處于工作狀態(tài)。當線圈失電，開關(guān)斷開電路不工作。但這時出現(xiàn) 個問題，線圈可以儲存能量的（線圈會阻止電流的突變，也就是樓上提的電磁感應(yīng)作用，即電流只能慢慢增大和減少），如果這時一下使線圈斷電，它兩端就會產(chǎn)生很大的電壓，這樣就可能使線圈損壞、相連接的元器件擊穿。 31 顯顯 示示 電電 路路 的的 硬硬 件件 設(shè)設(shè) 計計 本設(shè)計采用共陽型數(shù)碼管， 8 個 LED 燈如圖 211 中接法，燈的負極依次接到數(shù)碼管的 af 段，采用動態(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 動態(tài)驅(qū)動：在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管 并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 圖 211 顯示電路圖 32 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 原原 理理 圖圖 33 第第 3 章章 軟軟 件件 設(shè)設(shè) 計計 主主 程程 序序 流流 程程 圖圖 圖 31 主程序流程圖 調(diào)水位檢測程序 調(diào)顯示程序 調(diào)鍵盤處理程序 初始化 主程序 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 34 水水 溫溫 控控 制制 上上 水水 程程 序序 圖 32 水溫控制流程圖 水溫控制上水 是否正在上水？ 測量值 ? 設(shè)置值？ 是否最高？ 賦目標水位值 打開上水閥 水位是否為目標值？ 關(guān)閉上水閥 返回 賦實際水位值 Y N Y N 35 溫溫 度度 顯顯 示示 子子 程程 序序 水溫顯示 取十位值 DPTR← TAB 查表的字段碼 判斷是否閃爍？ 字段碼→ P0 使十位 LED有效 延時 1ms 使十位 LED無效 取個位值 . . . . . 使溫度字母 C的 LED無效 返回 圖 33 溫度顯示流程圖 36 鍵鍵 盤盤 處處 理理 程程 序序 NY NY 有鍵閉合？ KEY 延時去抖動 有鍵閉合？ 是何鍵？ 轉(zhuǎn)相應(yīng)鍵處理程序 返回KEY Y Y 圖 34 鍵處理流程圖 37 結(jié)結(jié) 束束 語語 本控制裝置充分應(yīng)用 AT89S51 單片機的軟硬件資源，該系統(tǒng)具有智能化、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，通過對這次基于單片機的太陽能溫控進水及水溫水位顯示控制裝置的設(shè)計，我將在大學里所學的專業(yè)知識在這次畢業(yè)設(shè)計中的到了廣泛的運用，加深了理論與實際的聯(lián)系。提高了思維與動手能力，增長了才干；同時增強了與同學之間按配合的默契和合作精神，培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新意識，使自己在單片機應(yīng)用方面得到了全面提高 ，腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài) 度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。 同時為今后的工程實際應(yīng)用，新產(chǎn)品開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 本課題也存在也一些不足之處，如： 1 水位檢測精確度不是很高； 2 水箱各處的水溫都不相同，而電極只能測得水箱底部的溫度。 38 第第 四四 章章 參參 考考 文文 獻獻 【 1】潘永雄 新編單片機原理與應(yīng)用第 2 版 西安科技大學出版 【【 2】】 向奇汝 多功能溫度控制器 [J ] 自動化與儀器儀表， 【 3】 何立 民 單片機中、高級教程 北京航空航天出版社 【 4】 郭廷瑋 太陽能利用和前景 科學普及出版社 【 5】 王福瑞 單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全 北京航空航天大學出版社 【 6】 王建萍 串行 LED 顯示驅(qū)動器及應(yīng)用 電子技術(shù)應(yīng)用 【 7】萬福君、潘松峰 單片機原理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 科學技術(shù)大學出版社 【 8】 胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)，第 2 版，北京：清華大學出版社 【【 9】】 睢丙東、魏澤鼎， 單片機應(yīng)用技術(shù)與實例，北京：電子工業(yè)出版社 【 10】李軍， 51 系 列單片機高級實例開發(fā)指南，北京：北京航空航天大學出版社 【 11】 張友德 單片微型機原理、應(yīng)用與實驗 第四版 .上海：復旦大學出版社 【 12】 杜洋 . A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 的應(yīng)用 [J]. 電子技術(shù)