【正文】 交流電經(jīng)過二極管整流。此時相對應(yīng)的單片機(jī)的輸入的管腳就是低電平，單片機(jī)采集到相應(yīng)的低電平就可以執(zhí)行相對應(yīng)的操作了。每個按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。防止用戶誤操作 ， 可以長時間按下一些重要的功能鍵和復(fù)位按鈕等 ； (3) 組合 ， 實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作效果 ， 如連續(xù)加 1 或減 1； (4) 復(fù)合按鈕 ， 按下按鈕在兩個或兩個以上的同時 ， 實(shí)現(xiàn)一些特殊功能 ； (5) 沒有按鍵 ， 在一定的時間內(nèi)操作人員不按 任何鍵 ， 用于執(zhí)行一些特殊的操作。 關(guān)鍵過程通常包括以下階段 ： (1) 等待階段 :按鍵還沒有操作人員按下，為空閑的階段； (2) 按下抖動階段 ： 在這一點(diǎn)上按鍵 ,但信號 處于 抖動 的狀態(tài)， 系統(tǒng)應(yīng)該消失時震動測試時間延遲 ； (3) 有效關(guān)閉階段 ： 這個時候抖動已經(jīng)結(jié)束 ， 一個有效的關(guān)鍵行動已產(chǎn)生 ， 同時 ，系統(tǒng)應(yīng)該執(zhí)行的功能按鈕 ， 或 將 記錄 按 鍵編碼、關(guān)鍵 是等按鍵 反彈來執(zhí)行其功能 ； (4) 段釋放抖動 ： 很多時候同時 ,程序員不 消除抖動延遲 ， 但最好也做一個握手延遲 ，為了防止誤操作 ； 太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì) 24 (5) 有效的發(fā)布階段 ： 如果提出的設(shè)計(jì)要求按鈕時執(zhí)行函數(shù) ，則 應(yīng)該是處理按鈕的功能。震動將生成的關(guān)鍵處理問題很多次 ， 一般用于消除硬件電路和軟件程序。 按鈕開關(guān)一般采用觸點(diǎn) 式， 當(dāng)按下 按 鍵或彈出時 ， 相對應(yīng)的理論分析可以生產(chǎn)低 ,高 電 平 ， 但應(yīng)用程序并非如此。使用定時器 T0 來定時。 由于本設(shè)計(jì)所需要的按鍵不多，只需要四個，所以選擇方案一比較適合。能大大減少了 I/O口線 的占用，但是矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)上相對復(fù)雜，識別也要復(fù)雜一些。缺點(diǎn)是每個按鍵需要占用一個 I/O 口，當(dāng)按鍵過多時，就不宜采用。 鍵盤模塊的選擇 方案一：獨(dú)立式按鍵 23 獨(dú)立式按鍵是各按鍵相互獨(dú)立的與 I/O 口線直接相連，其特點(diǎn)是一個按鍵對應(yīng)一個I/O 口，各個按鍵各施其職不影響其他 I/O 口的狀態(tài)。 表 74HC573功能 輸入 輸出 輸出使能 鎖存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不變 H X X(不用關(guān)心 ) Z（高阻抗） 報(bào)警電路 電路采用一個蜂鳴器 ， 蜂鳴器報(bào)警電路是一個重要組成部分的顯示電路 ， 當(dāng)我們 經(jīng)過欠水 時的動作， 反饋到蜂鳴器 ， 讓鬧鐘報(bào)警狀態(tài)判斷 是否 上水。由于液晶也 具 有這些優(yōu)勢 ， 為方便用戶使用 ， 減少使用 I / O 端口 ， 選取 液晶屏幕顯示 ,并確定 128 * 128 的規(guī)模 。它的功能如表 所示。 74HC573 芯片 74 HC573 為 八進(jìn)制 的 3 狀態(tài) 門， 輸入和輸出與標(biāo)準(zhǔn) CMOS 芯片兼容。相比靜態(tài)驅(qū)動動態(tài)驅(qū)動程序編程簡單 ,高亮度 ， 但占用更多的 I / O 端口。靜態(tài)每個數(shù)碼管的驅(qū)動代碼的每個部分需要單片機(jī) I / O 端口驅(qū)動。動態(tài)類型通常驅(qū)動應(yīng)用更廣泛 ， 數(shù)碼管會結(jié)束時相同的名稱和其他數(shù)碼管為每個公眾極其 COM 添加門控制電路 ， 一個門是由一個單獨(dú)的 I / O 端口線。相反太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì) 22 的不是光明的 ， 而共陰極和陽極恰恰相反。 LED 數(shù)碼 管 LED 數(shù)碼管是由七段發(fā)光二極管 (LED)， 它根據(jù)內(nèi)部連接方法分為共陰極和陽極在兩個方面。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。液晶的型號通常是按顯示的字符的行數(shù)和列數(shù)來命名的， 12864 液晶是一種統(tǒng)稱，只說明類屏的一個特征，就是 128*64 個點(diǎn)構(gòu)成 ， 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個16*8 點(diǎn) ASCII 字符 集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。如下圖 是數(shù)碼管顯示電路。不僅可以顯示氣體濃度值，顯示的內(nèi)容簡單，而且 LED 顯示器價格更便宜。 引腳如圖 所示： 圖 8255芯片引腳圖 顯示電路設(shè)計(jì) 方案一： LED 數(shù)碼管 顯示 LED 顯示屏是利用發(fā)光二級管排列組成的顯示器件，它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，可顯 示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動畫信息，顯示的內(nèi)容豐富多彩。 (2) 具有 24 個可編程 I / O 端口設(shè)置三組 8 I / O 端口 ， PA、 PB 和 PC 口， 他們分別是 可以分為兩組 12 I / O 端口 ： 包括端口 A 組和 C(高四 ， PC4 ~ PC7)， 包括端口 B， B組和 C 組 (低 4 位 PC0 ~ PC3)。同時必須連接到外圍接口 A,B, C 口 因?yàn)樗?8255 可編程 ， 所以必須有邏輯控制部分功能 ， 所以 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為三部分 ： 一部分連接到 CPU、連接到外圍部分和控制部分。這是一個單片機(jī) 8255 和各種外部設(shè)備連接的接口電路。具 三個通道的 3 種可編程并行接口芯片 (40 引腳 )的作品。 圖 控制電路設(shè)計(jì)圖 使用單片機(jī)時 會發(fā) 現(xiàn) ， I / O 接口提供的單片機(jī) ,它不能滿足設(shè)計(jì)的要求 ， 所以我們須 要擴(kuò)展 I / O 接口 ， 使用 8255 芯片擴(kuò)展 I / O 接口。電路的結(jié)構(gòu)簡單，價格也便宜，在家庭中的運(yùn)用非常普遍。它的工作原理是當(dāng)給它通了直流電時，內(nèi)部的線圈得電產(chǎn)生磁力，銜鐵的狀態(tài)改變，常閉變?yōu)槌ｉ_，常開變?yōu)槌ｉ]。 方案二：采用繼電器控制 常用的繼電器被用來控制的中量，它是一種通電后就能自動閉合的開關(guān)，在 自動化控制系統(tǒng)中常常有很好的利用，在遠(yuǎn)程控制中也發(fā)揮著重要的作用。 方案一：采用直流電機(jī)控制 給直流電動機(jī)通電驅(qū)動風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，可以降低室內(nèi)的燃?xì)鉂舛龋绷麟姍C(jī)的控制簡單，帶負(fù)載的能力強(qiáng)，利用 PWM 可以直接調(diào)節(jié)直流電動機(jī)的速度。用于感性負(fù)載時，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。 10~16 驅(qū)動芯片的輸出，與輸出對應(yīng) 19 8 接地。 ULN2021 芯片引腳介紹 ，如圖 所示 圖 ULN2021 引腳圖 ULN2021 一共有十六個引腳每一個引腳的功能有表 所示。 ULN2021 驅(qū)動芯片可以在高電壓強(qiáng)電流的情況下工作，可以承受 500mA 的電流和 50V 的電壓。它的內(nèi)部是有 7 個 NPN 三極管組成的晶體管陣列。所以自動 加水 控制電路包括兩個方面 ： 繼電器、繼電器驅(qū)動程序 ， 控制電路如圖 所示。實(shí)現(xiàn)自動上水的功能。當(dāng)水位高于 90%時，自動停止加水，如圖 所示太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng) 水位檢測電路。微控制器根據(jù)水位檢測電路檢測的結(jié)果，自動加水至水位設(shè)定的檔位。 水位檢測電路 考慮系統(tǒng)成本，設(shè)計(jì)中采用分段式液位檢測方法。利用電阻式水位傳感器測水位節(jié)約了成本，降低了復(fù)雜度，也便于及時更換。 電阻式水位傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)很簡單，電阻串聯(lián)后，并將串聯(lián)點(diǎn)處的線引出 ，置于不同水的位置處，在最低點(diǎn)水位放一探針，當(dāng)水沒過一個位置時，由于水的導(dǎo)電性，就會使底部的探針和水位處的探針連通，引起電路導(dǎo)通。 水位檢測裝置選擇 水位檢測技術(shù)有很多種，如：雷達(dá)液位傳感器、超聲波液位傳感器、電子類液位傳感器、液壓類液位傳感器。此時應(yīng)注意 這三端 VDD， DQ、接地三線焊接牢固。通過溫度傳感器 DS18B20 采集的實(shí)時溫度控制對象 ， 提供給 51 單片機(jī) 口作為數(shù)據(jù)輸入。 DS18B20 和單片機(jī)接口非常簡單 ， 主要有三線制模式和寄生電源模式。信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從主機(jī) CPU 到 DS18B20 僅需一條線連接，而且 DS18B20 的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供 (相對于外部電源，轉(zhuǎn)換時間要延長 )。單 片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后 DQ 2 7 . 0DQ2V C C3G ND1U3DS 1 8 B 2 0V C CR74 .7 kV C C 圖 DS18B20與單片機(jī)連接 溫度檢測電路 溫度傳感器有很多種，如熱敏電阻，熱電偶， PN 結(jié)，半導(dǎo)體溫度傳感器等?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。 ③ 存儲器操作命令 太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì) 16 這個命令向 DS18B20 的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址 2。 ② ROM 操作命令 一旦總線主機(jī)檢測到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件 ROM 操作命令之一。初始化序列包括總線主機(jī)發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬器件送出存在脈沖。一般情況下的溫度值應(yīng)該為 9 位，但因符號位擴(kuò)展成高 8 位，所以最后以 16 位補(bǔ)碼形式讀出。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補(bǔ)償。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號；同 樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加 1℃ 計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)個數(shù)。以后計(jì)數(shù)器 1 每一個循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。初始時，溫度寄存器被預(yù)置成55℃ ，每當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到 0 時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加 1℃這個過程重復(fù)進(jìn)行，直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時便停止。 15 DS18B20 工作過程及時序 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器 1 提供頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。減法計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系 數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫原理如圖 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改 變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。 ④ 際應(yīng)用時，要注意單線的驅(qū)動能力，不能掛接過多的 DS18B20，同時還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。 DS18B20 在三線制應(yīng)用時，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時，應(yīng)將 VCC 與 GND 接在一起，焊接牢固。 ② 單個測溫點(diǎn)時，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯自動指示，進(jìn)行自動 DS18B20 序列號和自動排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。編制程序時必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。 (8）負(fù)壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 (6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。固有測溫分辨率為 ℃ 。 (3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +— + V。 DS18B20 簡介 (1）獨(dú)特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 為了實(shí)現(xiàn)對水箱內(nèi)水溫的實(shí)時檢測，我們選用數(shù)字集成溫度傳感器，進(jìn)行溫度檢測，電路采用數(shù)字集成溫度傳感器為 DS18B20 傳感器，它的精度高、互換性好，只使用一根電纜遠(yuǎn)距離傳輸溫度數(shù)據(jù)，抗干擾性好通過測量輸出脈沖頻率的大小來換算成水溫 信號，再將溫度信號轉(zhuǎn)換成脈沖電信號，將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼送到 AT89C51 的 I/O 口，單片機(jī)通過讀取該線數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后送顯示。它的優(yōu)點(diǎn)是外圍元件極少，功耗低、監(jiān)控參數(shù)精度高、可靠性高。溫度值經(jīng)過轉(zhuǎn)化直接以數(shù)字形式輸出給微處理器。鉑電阻的精確性會增加方案的 復(fù)雜度，方案難于實(shí)現(xiàn)。但在本方案中，測溫時，如果電流過大會增大器件自身的發(fā)熱，引入誤差 。 鉑傳感器的電阻值與溫度之間的關(guān)系接近于線性，只是在接近其范圍極限時呈非線性。熱溫差電勢是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在 溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關(guān)。目前的溫度傳感器種類比較多，常見的溫度傳感器主要有熱電偶、熱敏電阻、以及模擬集成溫度傳感器，邏輯輸出型溫度傳感器，每種傳感器有各自的特點(diǎn)與適用的場合?；謴?fù)的阻力位 RST 與電源 VCC 結(jié)束。本設(shè)計(jì)采用手動復(fù)位按鈕。 單片 機(jī)復(fù)位