【導(dǎo)讀】眾所周知，世界上的能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，迫切需要找到新的能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。當(dāng)中，太陽能熱水器無疑是技術(shù)最成熟的。智能控制器，詳細(xì)描述了它的工作原理和設(shè)計(jì)方案。給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件的實(shí)現(xiàn)方法，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)與手動(dòng)上水，自動(dòng)與手動(dòng)加熱，溫度水位顯示等實(shí)用功能。第三部分為設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分，描述了設(shè)計(jì)的軟件程

　　

【正文】 性能強(qiáng)。獨(dú)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(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 24 單片機(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)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(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，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(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)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(hào)。在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第 3 個(gè)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(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、 “0”時(shí)，只對(duì) CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、“1”時(shí)，只對(duì) CH1 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “0”、 “0”時(shí)，將 CH0 作為正輸入端 IN+， CH1 作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “0”、 “1”時(shí)，將 CH0作為負(fù)輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進(jìn)行 輸入。到第 3 個(gè)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(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個(gè)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(gè)脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個(gè)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(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個(gè)字節(jié)的下沉輸出 DATA0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)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(jìn)行處理就可以了。 作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí) ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時(shí)的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)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(jìn)行 IN+與 IN的輸入時(shí)，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(xué)設(shè)計(jì)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(jì)計(jì) 口作為按鍵的信號(hào)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(dú)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(dòng)加熱鍵，手動(dòng)上水鍵等。 菜單鍵 ： 按第一下進(jìn)入設(shè)置頁面。設(shè)置頁面顯示設(shè)置溫度，上水時(shí)間，當(dāng)前的日期和時(shí)間。開始設(shè)置溫度，在該值上按動(dòng)加減鍵每次可增減一度。 加一鍵：可實(shí)現(xiàn)加一功能 減一鍵：可實(shí)現(xiàn)減一功能 返回鍵：設(shè)定過程中 按下此鍵自動(dòng)返回主界面，已經(jīng)設(shè)定的選項(xiàng)保存。此鍵還可以對(duì)手動(dòng)加熱和手動(dòng)上水的執(zhí)行進(jìn)行取消。按下正在手動(dòng)進(jìn)行的功能均被取消，返回自動(dòng)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(gè)鍵才起作用，不按下菜單鍵此二鍵無效。 .同時(shí)若設(shè)定好最后沒有按菜單鍵或者返回鍵進(jìn)行確定，此次設(shè)定無效，設(shè)定值默認(rèn)為上一次的設(shè)定值。 圖 29 鍵盤電路圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 28 手動(dòng)加熱鍵：起到手動(dòng)加熱功能。按下對(duì)應(yīng) LED 亮，開始加熱。中途不按返回鍵會(huì)一直加熱，設(shè)定的自動(dòng)加熱溫度無效。溫度上限為九十 九 度，到達(dá)此溫 度后，自動(dòng)停止加熱 LED 燈滅。 手動(dòng)上水鍵：起到手動(dòng)上水功能。按下對(duì)應(yīng)的 LED 燈亮，開始上水。上到四檔水滿為止，自動(dòng)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(dāng)前水溫，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度后，就會(huì)自動(dòng)加熱至設(shè)定水溫。陽光充足時(shí)，溫度足夠高，就會(huì)不啟動(dòng)加熱棒。自動(dòng)上水每次會(huì)自動(dòng)上至水滿為止。 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 電電 路路 的的 硬硬 件件 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，需要用開關(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 210 所示 圖 210 驅(qū)動(dòng)電路圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)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(hào)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(gè)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(dāng)在輸入端加電信號(hào)時(shí)，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(shí)現(xiàn)了以 “光 ” 為媒介的電信號(hào)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(hào)的新型半導(dǎo)體電子器件。 工作原理 ： 在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)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(shí)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小（ 2pF 以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合 電容對(duì)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(dāng) IF=0 時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng) IF0 時(shí)，在一定的 IF 作用下，所對(duì)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(dǎo)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(gè)偏置電流，再把信號(hào)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(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)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(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 30 出延遲時(shí)間相差很大。 這里還想說一下繼電器的基本常識(shí)，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(gè)三極管去控制線圈的導(dǎo)通（當(dāng)然其它的也可以）。當(dāng)線圈得電，這時(shí)繼電器開關(guān)閉合，電路就處于工作狀態(tài)。當(dāng)線圈失電，開關(guān)斷開電路不工作。但這時(shí)出現(xiàn) 個(gè)問題，線圈可以儲(chǔ)存能量的（線圈會(huì)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(shí)一下使線圈斷電，它兩端就會(huì)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(jì)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用共陽型數(shù)碼管， 8 個(gè) LED 燈如圖 211 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 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)：在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r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(shí)際上各位數(shù)碼管 并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感，動(dòng)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(jì)計(jì) 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(xué)設(shè)計(jì)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(biāo)水位值 打開上水閥 水位是否為目標(biāo)值？ 關(guān)閉上水閥 返回 賦實(shí)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(shí) 1ms 使十位 LED無效 取個(gè)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(shí)去抖動(dòng) 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(jī)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(diǎn)，通過對(duì)這次基于單片機(jī)的太陽能溫控進(jìn)水及水溫水位顯示控制裝置的設(shè)計(jì)，我將在大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)知識(shí)在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的到了廣泛的運(yùn)用，加深了理論與實(shí)際的聯(lián)系。提高了思維與動(dòng)手能力，增長了才干；同時(shí)增強(qiáng)了與同學(xué)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(shí)，使自己在單片機(jī)應(yīng)用方面得到了全面提高 ，腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài) 度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 同時(shí)為今后的工程實(shí)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(xiàn)獻(xiàn) 【 1】潘永雄 新編單片機(jī)原理與應(yīng)用第 2 版 西安科技大學(xué)出版 【【 2】】 向奇汝 多功能溫度控制器 [J ] 自動(dòng)化與儀器儀表， 【 3】 何立 民 單片機(jī)中、高級(jí)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(xué)普及出版社 【 5】 王福瑞 單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全 北京航空航天大學(xué)出版社 【 6】 王建萍 串行 LED 顯示驅(qū)動(dòng)器及應(yīng)用 電子技術(shù)應(yīng)用 【 7】萬福君、潘松峰 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 【 8】 胡漢才，單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，第 2 版，北京：清華大學(xué)出版社 【【 9】】 睢丙東、魏澤鼎， 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例，北京：電子工業(yè)出版社 【 10】李軍， 51 系 列單片機(jī)高級(jí)實(shí)例開發(fā)指南，北京：北京航空航天大學(xué)出版社 【 11】 張友德 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn) 第四版 .上海：復(fù)旦大學(xué)出版社 【 12】 杜洋 . A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 的應(yīng)用 [J]. 電子技術(shù)