【正文】 本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)靈活，充分發(fā)揮了單片機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，是一種電路設(shè)計(jì)新穎，操作方便的太陽(yáng)能熱水器控制器。 本系統(tǒng)的主要功能是對(duì)太陽(yáng)能熱水器的水位檢測(cè)，溫 度檢測(cè)并顯示，定時(shí)上水，報(bào)警電路以及顯示電路等。完成的工作主要包括 :根據(jù)系統(tǒng)的功能和相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，完成了系統(tǒng)的整體硬件電路的設(shè)計(jì)；詳細(xì)闡述了系統(tǒng)中各主要部分之間的接口設(shè)計(jì)的具體思路以及相應(yīng)的電路原理圖，包括 AT89C51 控制單元各個(gè)接口之間的設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)要闡述了如何提高系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題。由于數(shù)字濾波具有以上優(yōu)點(diǎn)，所有數(shù)字濾波在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了 廣泛的應(yīng)用。所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾信號(hào)中的比重，實(shí)際上它是一個(gè)程序?yàn)V波。需要時(shí)， 電源線、地線上可加銅線繞制鐵氧用體而成的高頻扼流器件阻斷高頻噪傳導(dǎo)。每個(gè)集成電路要加一個(gè)去耦電容，要選高頻信號(hào)好的獨(dú)石電容式瓷片電容作去耦電容。 ，時(shí)鐘線要盡量短，使用 45 度的折線布線，不要使用 90 度的折線，以減小高頻信號(hào)的發(fā)射。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。 、單點(diǎn)接地原則送電。要本著盡量控制噪聲源、盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收這三大原則設(shè)計(jì)印制電路板和布線。高通、帶通濾波器則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的處理要求選擇使用。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓 50HZ的交流電順利通過(guò)，將其它高頻噪聲 導(dǎo)入大地。 濾波指各類信號(hào)按頻率特性分類并控制它們的方向。對(duì)特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號(hào)放大電路可屏蔽起來(lái)。使用光 電隔離器件將單片機(jī)的輸入輸出隔離開(kāi)，一方面使干擾信號(hào)不得進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，另一方面單片機(jī)系統(tǒng)本身的噪聲也不會(huì)以傳導(dǎo)的方式傳播出去。絕對(duì)不能把接地線與動(dòng)力線的火線、零線中的零線混淆。為單片機(jī)供電的電源的地俗稱邏輯地，它們和大地的關(guān)系可以相通、浮空、或接一電阻，要視應(yīng)用場(chǎng)合而定。特別是對(duì)有防雷擊要求的系統(tǒng)，良好太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 35 的接地至關(guān)重要。 接地指接大 地，也稱作保護(hù)地。在是否使用低電壓復(fù)位功能時(shí)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況權(quán)衡一下。由于單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)本身對(duì)電源電壓范圍的要求越來(lái)越寬。 看門(mén)狗技術(shù)是監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序中的一段定時(shí)中斷服務(wù)程序的運(yùn)行狀況，當(dāng)這段程序不工作時(shí)判斷為系統(tǒng)故障，從而產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。而時(shí)鐘監(jiān)控有效與省電指令 STOP 是一對(duì)矛 盾。在對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機(jī)是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。 主要 抗干擾 技術(shù) [20] 提高單片機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)措施有降低單片機(jī)的頻率，時(shí)鐘監(jiān)測(cè)電路、看門(mén)狗技術(shù)與低電壓復(fù)位技術(shù)等技術(shù)。 2．供電系統(tǒng)干擾。 一般把影響單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)正常工作的信號(hào)稱為噪音，又稱干擾。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性是由多種的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。此外采集到的數(shù)據(jù)還需存入單片機(jī)片內(nèi)的 EPROM 內(nèi)，防止單片機(jī)突然掉電造成采集到的數(shù)據(jù)丟失。中斷結(jié)束后，返回主程序。 太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 32 其鍵盤(pán)產(chǎn)生外部中斷時(shí)的中斷服務(wù)程序流程圖如圖 44 所示。其顯示流程如圖 43 所示。 圖一系統(tǒng)主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì) 中斷服務(wù)子程序 太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 28 開(kāi)始 關(guān)中斷 保 護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，關(guān)閉電磁閥 將 P3 口的內(nèi)容讀入水位寄存器 SW1中，其地址位 0A0H 將 SW1 中的內(nèi)容進(jìn)行處理，得出水位檢測(cè)結(jié)果入 SW2 調(diào)用水位處理子程序 置 口為第二功能 啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 T0并延時(shí) 從計(jì)數(shù)器 T0 中讀取 V/F 的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存入 WD 中 調(diào)用溫度算法子程序 調(diào)顯示子程序 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)中斷 中斷返回 太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 29 水位檢測(cè)子程序 開(kāi)始 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 取水位結(jié)果 是高水位 是次高水位 是低水位 是中水位 顯示指針偏移量置為＃ 00H 顯示 指針偏移量置為＃ 01H 顯示指針偏移量置為＃ 02H 顯示指針偏移量為＃ 03H 無(wú)水位顯示指針偏移量置為 04H 啟動(dòng)電磁閥 顯示緩沖區(qū)地址＋偏移＝顯示段碼地址 將顯示內(nèi)容放入寄存器 wx 中 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回 太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 30 顯示和鍵盤(pán)軟件設(shè)計(jì) 當(dāng)要進(jìn)行顯示和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，單片機(jī)首先要通過(guò) 端向 8155H的 CE 端輸出一個(gè)高電平，選中 8155H。達(dá)到最高水位時(shí)同樣提醒停止加水。 太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 27 系統(tǒng)正常控制時(shí)，首先顯示水溫和水位，若檢測(cè)到水流開(kāi)關(guān)打開(kāi)用水時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)上水閥和電加熱體電源，即實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)動(dòng)，用水 停電。一旦檢測(cè)到系統(tǒng)漏電，立即進(jìn)行聲音和顯示報(bào)警，并切斷所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源；若系統(tǒng)不漏電，則根據(jù)存儲(chǔ)的鍵盤(pán)狀態(tài)和檢測(cè)的水溫，水位等狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理并等待中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要是完成由 89C51 為核心控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 太陽(yáng)能熱水器水位和水溫的檢測(cè)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候報(bào)警，并把溫度數(shù)據(jù)體現(xiàn)在 8 位數(shù)碼管上。將數(shù)據(jù)存入 EPROM 中實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)； 178。對(duì)數(shù)碼管顯示子程序的實(shí)現(xiàn)； 178。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下功能： 178。 4 太陽(yáng)能熱水器中央控制器的軟件設(shè)計(jì) 在完成太陽(yáng)能熱水器中央控制器的硬件設(shè)計(jì)后，要達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，就需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。 178。 178。 178。 178。 178。 178。 178。 178。 178。 單片機(jī)其余 I/O 口線安排： 8 9 C 5 1C 1C 2晶振X T A L 1X T A L 2至 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 電 路太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 26 178。作為 8255A 的 PC口接有 6 個(gè)二極管，分別用來(lái)顯示水位 4 狀態(tài)，還有加水狀態(tài)和加熱狀態(tài)的提示信號(hào)。當(dāng) s3 按下時(shí)，就出發(fā)了外部中斷 1 進(jìn)入中斷子程序，執(zhí)行手動(dòng)加水功能。通過(guò)原理圖，我們可以分析出系統(tǒng)的原理，于是系統(tǒng)主要原理如下： 溫度的測(cè)量通過(guò)溫度傳感器輸出正比于不同溫 度的電壓值來(lái)實(shí)現(xiàn)，在和 8255A 接口相連的 pc 中，通過(guò)二極管分別顯示四個(gè)不同的水位情況。本系統(tǒng)選擇振蕩頻率為 24MHz 的石英晶體。晶體的振蕩頻率范圍通常在 到 24MHz 之間。在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。 89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。 因此時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 89C51 單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)正常工作時(shí)， 口定期 (小于 s)改變 WDI 輸入端的電平，使看門(mén)狗電路不發(fā)出復(fù)位電路。 復(fù)位門(mén)限電平 。 復(fù)位脈沖寬度 TRS 為 200ms； 178。 靜態(tài)電流 200μ A ； 178。 MAX690A 的主要電氣參數(shù)為： 178。 (3)具有看門(mén)狗電路，該電路的觸發(fā)脈沖時(shí)間間隔超過(guò) 時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出。 MAX690A 是美國(guó) MAXIM 公司的產(chǎn)品，具有以下功能： (1)在微處理器上電、掉電及低壓供電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出信號(hào)?！翱撮T(mén)狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，可由軟件實(shí)現(xiàn)，也可由兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)。 VccRST80C51C 10RRμ f太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 23 圖 37 單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了擺脫“死循環(huán)”通常采用“看門(mén)狗技術(shù)”也就是程序監(jiān)控技術(shù)。脈沖復(fù)位是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式兩種。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 37 所示。若使頻率為 6MHZ的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò) 4μ s 才能完成復(fù)位操作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。 8279 的 A0端用于控制讀寫(xiě)命令 /狀態(tài)和數(shù)據(jù)， A0 與地址鎖存器 74LS373 輸出的最低位地址線 AB0 相接，所以 8279 的數(shù)據(jù)口地址為 8FFEH，命令 /狀態(tài)口地址為 8FFFH。同時(shí) 8279 的中斷請(qǐng)求信號(hào) IRQ 為高電平，可向 CPU 申請(qǐng)中斷，讀取鍵值代碼。 8279 工作于鍵盤(pán)輸入方式， 4 根列掃描線由 SL0SL7 經(jīng) 74LS138(2)譯碼獲得，只用其中的四根， 4 根行信號(hào)線由 RL0， RL1， RL2， RL3 引入。消隱顯示信號(hào)輸出 BD 線與 74LS138(1)的使能端 E3相連，當(dāng)顯示功換時(shí) ,BD 輸出低電平關(guān)閉 74LS138(1)，從而達(dá)到顯示消隱的目的。 8 鍵盤(pán)和 4 位顯示器，工作于 4 位顯示和鍵盤(pán)輸入工作方式，均為編碼掃描，其組成可分為三個(gè)部分： 太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 21 圖 36 8279 與單片機(jī) AT89C51 的硬件接口 電路圖 1．顯示接口：由 4 個(gè) 7 段 LED 顯示器組成。 8279 與單片機(jī) AT89C51 的硬件接口電路圖如圖 313 所示。當(dāng)有按鍵時(shí)， 8279 申請(qǐng)中斷 CPU響應(yīng)中斷后轉(zhuǎn)入鍵盤(pán)監(jiān)控處理程序。用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)完 成人機(jī)接口的各種操作。鍵盤(pán)由 09 數(shù)字鍵，報(bào)警值設(shè)定鍵，時(shí)鐘設(shè)定鍵，左位移鍵，確認(rèn)鍵，運(yùn)行鍵等組成，采用 4179。 由于動(dòng)態(tài) 顯示所用接口管線較少，因此本系統(tǒng)采用 LED 顯示器的動(dòng)態(tài)顯示方式。 2． LED 動(dòng)態(tài)顯示 在多位 LED 顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有的位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，形成段選線的多路復(fù)用。各個(gè) LED 的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。 1． LED 靜態(tài)顯示 LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或供陽(yáng)極）連接在一起并接地 (或 +5V)；每位的段選線（ adp）分別與一個(gè)八位的鎖存器輸出相連。由于本系統(tǒng)按鍵較多所以采用鍵盤(pán)編碼的方法。因此各按鍵彼此間互相發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并 作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 20 這是識(shí)別矩陣鍵盤(pán)按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。平時(shí)無(wú)按鍵時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)鍵由此行線相連的列電平?jīng)Q定。 0 1 2 34 5 6 78 9 10 1112 13 14 1512341 2 3 4+ 5 V 圖 34 矩陣式 4*4 鍵盤(pán)原理圖 1）矩陣式鍵盤(pán)接口的工作原理 按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上，行、列線分別連接開(kāi)關(guān)的兩端。矩陣式 4*4 鍵盤(pán)如圖 34 所示。本系統(tǒng)采用 矩陣式鍵盤(pán)接口。在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms 子程序后再按確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。 2) 軟件消除 按鍵抖動(dòng)。因而，在閉合和斷開(kāi)的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5～ 10ms。通常按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。 . A T 8 9 C 5 1G 7 4 L S 3 7 3 O E1C L KA D D AA D D BA D D CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7 W RP 2 . 7 R DI N T 12 82 72 62 52 42 32 22 1S T A R TA L EO EE O C? 1? 117 4 L S 0 21 12 5 6A D C 0 8 0 9R E F ( + )R E F ( )A L E3 4 7 8 1 3 1 4 1 7 1 8I N i1 圖 33 ADC0809 與 89C51 的中斷方式原理圖 鍵盤(pán)和顯示器接口設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)工作原理 [3] 太陽(yáng)能熱水器智能控制畢業(yè)論文 19 鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)