【導(dǎo)讀】基于A(yíng)T89C51的太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)。專(zhuān)業(yè)班級(jí)：05級(jí)電子信息工程1班

　　

【正文】 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷 、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有 2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 時(shí)鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 23 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 單片機(jī)主要功能特性 AT89C51 單片機(jī)兼容 MCS— 51指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次） Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 可編程 UARL 通道 兩個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)操作 024MHz 1個(gè)串行中斷 128x8bit 內(nèi)部 RAM 兩個(gè)外部中斷源 ， 共 6個(gè)中斷源 可直接驅(qū)動(dòng) LED 3級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 單片機(jī)的外部結(jié)構(gòu) 電源：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是 5V 電源，其中正極 接 40 引腳，負(fù)極（地）接 20 引腳。 振蒎電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接 1 19 腳。只要買(mǎi)來(lái)晶振，電容，連上就可以了，按圖 51 接上即可。 復(fù)位引腳：至于復(fù)位是何含義及為何需要復(fù)要復(fù)位，在單片機(jī)功能中介紹。 EA引腳： EA 引腳接到正電源端。 24 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 51單片機(jī)最小系統(tǒng) 25 第六章 中斷控制 按鍵中斷（ KBI） 鍵盤(pán)中斷功能主要是使得連至 AT89C51 特殊腳的鍵盤(pán)上任一鍵被 按下時(shí)能產(chǎn)生一個(gè)中斷。該中斷可用于將 MCU 從空閑模式或掉電模式中喚醒。此特性尤其適合便攜式且使用電池供電的系統(tǒng)。 AT89C51 允許端口 0 的部分或全部引腳被使能觸發(fā)中斷，這是通過(guò)對(duì) KBI 寄存器對(duì)應(yīng)位置位完成的當(dāng)打開(kāi) KBI中斷功能后，任一被使能引腳被拉低都會(huì)將 AUXR1 寄存器內(nèi)鍵盤(pán)中斷標(biāo)志（ KBF）置位。如若中斷允許則將產(chǎn)生一中斷。注意 KBF 位必須由軟件清除。 系統(tǒng)中一共設(shè)計(jì)了 4 個(gè)按鍵 ,采用查詢(xún)方式的獨(dú)立式按鍵接口 ,通過(guò)檢測(cè)輸入線(xiàn)的電平狀態(tài)來(lái)判斷哪個(gè)按鍵被按下了。由于機(jī)械性鍵盤(pán)在按鍵的時(shí)候都有抖動(dòng)的現(xiàn)象 ,因此必 須消除這些抖動(dòng) ,保證鍵盤(pán)輸入正確。方法為 :在單片機(jī)第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí) ,執(zhí)行一段延時(shí) 10～ 20ms 的子程序后再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平 ,如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下 ,如果未保持閉合狀態(tài) ,則認(rèn)為沒(méi)有鍵按下 ,從而消除了抖動(dòng)的影響。 本設(shè)計(jì)中采用了中斷方式，其中與 口的鍵盤(pán)是用于手動(dòng)上水功能，與 口 連接的 按 鍵用于水位設(shè)置的功能。 鍵盤(pán)中斷要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能 水位設(shè)置 功能： 其中 S3 為手動(dòng)上水鍵， S4 為設(shè)置水位參數(shù)鍵， S5 為電加熱鍵， S6 為設(shè)置溫度鍵。 S S5 單獨(dú) 功能鍵。而 S S6 為復(fù)用鍵。當(dāng)?shù)谝淮伟?S4 鍵時(shí)，進(jìn)入水位設(shè)置狀態(tài)，然后每按一次 S3 為設(shè)置水位加一，循環(huán)工作。當(dāng)?shù)谝淮伟?S6 鍵時(shí)，進(jìn)入水溫設(shè)置狀態(tài)，然后每按一次 S6 為設(shè)置水溫加一，循環(huán)工作 手動(dòng)上水 功能 ： 手動(dòng)上水鍵與 口連接， 運(yùn)用中斷方式 0，下降沿觸發(fā)。查看手動(dòng)上水鍵有沒(méi)被按下。它的具體功能如下：按 “上水 ”鍵，若水位低于預(yù)置水位，可上水至預(yù)置水位；若水位已達(dá)到預(yù)置水位，若水位已加滿(mǎn)，則停止手動(dòng)加水 。 26 第七章 軟件設(shè)計(jì) I/O 口的說(shuō)明 ～ ADC0804 的數(shù)據(jù)輸入 端口。負(fù)責(zé)采集溫度模擬量轉(zhuǎn)化的的數(shù)字。 ～ 采集 的輸入口 和輸出口 ，在軟件中可查看該口的電平高低，以確認(rèn)水位。 ～ 作為顯示端口，通過(guò) 74LS47 譯碼到達(dá) LED 顯示溫度。 同時(shí) 口用于控制低水位上水指示燈，當(dāng)系統(tǒng)正處于低水位上水時(shí)，低水位上水指示燈亮 。 口用于控制蜂鳴器，當(dāng)系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴器都會(huì)鳴叫，即讓 處于高電平以實(shí)現(xiàn)蜂鳴。 ，當(dāng)系統(tǒng)需要上水或不上水時(shí)，即需通過(guò)軟件使 處于高低電平，將 置 0 時(shí)， 打開(kāi)電磁閥上水，將 清 1時(shí)，關(guān)電磁閥。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器功能 本設(shè)計(jì)中將溫度傳感器所測(cè)出的溫度值的個(gè)位放入內(nèi)部 RAM 20H 中，將十位放入內(nèi)部 RAM 21H 中，將計(jì)數(shù)器 T0 讀取的計(jì)數(shù)值放入 50H 中，在測(cè)水位時(shí)，將 T1 計(jì)數(shù)器讀取的計(jì)數(shù)值存入 51H中，所得的水 溫 值放入 23H中。 軟件流程圖 水位控制顯示 ： 手動(dòng)上水：設(shè)計(jì)采用 口中斷 0 下降沿觸發(fā)方式， 可用于水位的預(yù)置低，中，高，滿(mǎn)四種檔位，當(dāng)水位到達(dá)預(yù)置水位時(shí)將關(guān)閉電磁閥，停止上水功能，若水位到達(dá)滿(mǎn)水位也停止上水，且手動(dòng)上水失效。 自動(dòng)上水控制：通過(guò)對(duì)水箱水位的信息采集，在加以 ADC 轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信息，采用的是從高到低的控制系統(tǒng) 。 置 1， 控制低位上水指示 。 ① P2 低四位置 0, 置 1 可以關(guān)閉電磁閥停止上水，滿(mǎn)水位的顯示。 ② ~ 置 0， 置 1，高水位的顯示。 ③ ~ 置 0， ~ 置 1，中水位的現(xiàn)實(shí)。 ④ 置 0， ~ 置 1，低水位顯示蜂鳴器報(bào)警，并打開(kāi)電磁閥上水。 27 水位顯示 子 程序 見(jiàn)附錄 1 太陽(yáng)能控制系統(tǒng)顯示程序 ， 水位顯示 子 程序 流程圖 如 圖71所示 圖 71水位顯示 子 程序 流程圖 水溫控制顯示 ： 通過(guò)溫度傳感器 AD590 測(cè)得水箱中的水溫，當(dāng)水溫不夠時(shí)啟動(dòng)電加熱控制，將最后加熱的信息經(jīng)過(guò) ADC0804 轉(zhuǎn)換器傳入 P0 口，數(shù)據(jù)處理后通過(guò)74LS47 譯碼器 傳輸給 LED 顯示。 水溫控制顯示程序 見(jiàn)附錄 1太陽(yáng)能控制系統(tǒng)顯示程序 ，其流程 如 圖 72 水溫顯示子程序 流程圖 所示： N N N N N Y Y Y Y Y 缺水指示 開(kāi)始 IT0=1？ =1？ =1？ =1？ =1？ 繼電器工作 低水位指示 中水位指示 蜂鳴 滿(mǎn)水位指示 高水位指示 28 72水溫顯示子程序 流程圖 Y N N Y 開(kāi)始 送 串行口顯示 顯 示 緩 沖 為0FFH？ 設(shè)置串行口 20H 為 00H 21H 為 00H 結(jié)束 兩位十六進(jìn)變十進(jìn)制 個(gè)位送 20H 十位送 21H 顯示完畢？ 29 結(jié) 論 系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C51 為核心部件，單片機(jī)系 統(tǒng)完成對(duì) 水位， 水溫信號(hào)的采集、處理、顯示等功能 ； 完成了對(duì)太陽(yáng)能熱水器容器內(nèi)的水位、水溫測(cè)量、顯示；時(shí)間顯示；缺水時(shí)自動(dòng)上水，水溢報(bào)警；手動(dòng)上水、參數(shù)設(shè)定；定時(shí)水溫過(guò)低智能電加熱等功能模塊的設(shè)計(jì)。學(xué)會(huì) 了 用 Protel 軟件繪制電路圖。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我進(jìn)一步鞏固了 四 年來(lái)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，還要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。如機(jī)型和元器件的選擇，要以性?xún)r(jià)比高為原則，以組成最小最優(yōu)化的系統(tǒng)，硬件和軟件在一定程度上具有互換性，多用軟件，可節(jié)省成本，這些都是在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的 ，就傳感器來(lái)說(shuō)： 由于此系統(tǒng)依賴(lài)溫度傳感器，因而對(duì)溫度傳感 器的穩(wěn)定性，線(xiàn)性等諸多方面有著嚴(yán)格的要求，但是傳感器的性能越好，相對(duì)而言其價(jià)格也就越高 。學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)軟件，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使動(dòng)手能力和理論知識(shí)有了很大的提高， 完成了太陽(yáng)能熱水器水位、水溫的測(cè)量和顯示電路的設(shè)計(jì)，并作了硬件調(diào)試，調(diào)試結(jié)果較為理想，得到了準(zhǔn)確的分檔水位測(cè)量，和誤差較小的溫度測(cè)量，完成了時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確的時(shí)間顯示，顯示時(shí)、分。并為定時(shí)加熱提供了時(shí)間參考，從而完成自動(dòng)電加熱。 30 致 謝 在論文完成之際，謹(jǐn)向 所有曾給予我指導(dǎo)和幫助的師長(zhǎng)、同學(xué)和朋友致以忠心的感 謝！感謝指導(dǎo)老師 段德功 在這一段的學(xué)習(xí)期間給予我極大的幫助和關(guān)懷，對(duì)論文的最終完成給予了大量的指導(dǎo)和幫助。 指導(dǎo)老師 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力活躍并富有哲理的思維方式、豁達(dá)開(kāi)朗的性格以及平易近人的風(fēng)格深深感染著我、激勵(lì)著我。感謝我班所有同學(xué)在日常學(xué)習(xí)生活中給予我的幫助和支持，難忘我們共度的求學(xué)歲月。 31 參 考 文 獻(xiàn) [1] 蘇平 .李曉荃 .171。單片機(jī)原理與接口技術(shù) 187。 北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [2] 李廣弟 .171。單片機(jī)基礎(chǔ) 187。 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1996 [3] 鮑小南 .《 單片機(jī)基礎(chǔ) 》 杭州：浙江大學(xué)出版社， 2021 [4] 治占友 .171。單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 187。 電子工業(yè)出版社， 2021 [5] 劉力群 .171。單片機(jī)原理及應(yīng)用 187。 機(jī)械工業(yè)出版社， 1996 [6] 唐俊杰 .高秦生 .171。微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 187。 高等教育出版社， 1998 [7] 何立民 .單片機(jī)高級(jí)教程（第一版）北京：北京航天航空大學(xué)出版社， 2021 [8] 胡潤(rùn)青 . 蓬勃發(fā)展的太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè) . 可再生能源 . [9] 范延濱 .王正彥 . 太陽(yáng)能熱水器控制器中測(cè)量模型 . 電子測(cè)量技術(shù)， 2021， 3. [10] 唐德禮 .鮑連升 . 太陽(yáng)能熱水器水溫水位控制器 . 十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021， 15（ 4） . [11] 孫東勝 . 新型電熱水器控制器的研制 ： [碩士學(xué)位論文 ]. 上海： 上海交通大學(xué) ， 20211001. [12] Sandrine CLAQUIN, Alain CARRIERE, Franqois ROCARIES. Modelling and Application of Adaptive Control to a Gas Heater. The 3rd IEEE Conference on Control Applications(CCA39。94), Glasgow () 2426 August 1994. [13] Popovic D, V P Bhatkar. Distributed Computer Control for Industrial Automation. Marcel Dekker Inc, 1992. [14] Lattice Date Book. LATTICE SEMICON DATEBOOK CORPORATION. 1994. 32 附錄 1：太陽(yáng)能控制系統(tǒng) 顯示 程序 水位顯示 子 程序： ORG 00H JMP START0 ORG 03H RETI ORG 0BH RETI ORG 13H RETI ORG 1BH RETI ORG 23H RETI ORG 50H START:SETB IT0 MOV SP,60H MOV IP,01H MOV IE,81H ACALL SHSH K1: JB , L4 JB , L3 JB , L2 JB , L1 MOV A,0FFH MOV P2,A CLR CLR CLR CALL DELAY JMP K1 L4: SETB CLR CLR 33 CLR CLR SETB JMP K1 L3: SETB CLR CLR CLR SETB JMP K1 L2: SETB SETB CLR