【正文】 感謝你，上海電機(jī)學(xué)院。 同時(shí) ，在我四年的大學(xué)生活中，也得到了很多老師、同學(xué)、朋友的支持和幫助，在此一并表示感謝，正是由于你們，才使我的大學(xué)生活更加豐富多彩，感謝你們。在此，特向她表示真誠的感謝。她以一個(gè)教育工作者熱忱的心胸不厭其煩地指導(dǎo)著我們，教育者我們，使我們不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，更學(xué)到了做人的道理。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中王老師都以她最大的可能來幫助我，教導(dǎo)我，跟著王老師做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了好多東西，這些都對(duì)我未來的工作和生活產(chǎn)生重大的影響。 基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 23 參考文獻(xiàn) [1]劉福才，劉豐，劉立偉 .AVR 單片機(jī)在太陽能熱水器智能控制器中的應(yīng)用 [J].微計(jì)算機(jī)信息， 1999 年 04 期 [2]王俊杰 .基于 89C51 單片機(jī)的太陽能熱水器只能控制器的設(shè)計(jì) [J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科 學(xué)版， 2020（ 8）： 6768 [3]劉小俊 ,黃鴻谞 .基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. PLCamp。在設(shè)計(jì)中，因?yàn)榭紤]到定時(shí)啟動(dòng)加熱功能，我們希望我們?cè)O(shè)置的定時(shí)時(shí)刻不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的掉電而丟失，考慮到 DS1302 是有鋰電池作為電源的，不會(huì)因?yàn)橹飨到y(tǒng)掉電丟失內(nèi)部數(shù)據(jù)，所以我們將鬧鐘的定時(shí)時(shí)刻放到了 DS1302 內(nèi)的空余寄存器里面，像這些靈活的 技巧就需要我們認(rèn)真的閱讀元件的數(shù)據(jù)手冊(cè)，從中索取對(duì)自己有用的信息。通過反復(fù)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，可以證明該系統(tǒng)能夠較好地完成設(shè)計(jì)所需的基本要求。通過下載將在電腦上已完成的程序下載到單片機(jī)芯片中。當(dāng)然，我們的系統(tǒng)再開機(jī)時(shí)會(huì)提醒用戶是否開啟按鍵時(shí)，蜂鳴器是否聲音提醒，實(shí)現(xiàn)的方法是：我們?cè)诜澍Q器中設(shè)置了 flag 標(biāo)志位，當(dāng)開機(jī)時(shí) ，用戶的選擇會(huì)賦給 flag 標(biāo)志位，從而由單片機(jī)判斷是否讓蜂鳴器工作，為了記錄用戶的選擇，我們將 flag 標(biāo)志位放在了 DS1302 的空閑寄存器中，以保證用戶的選擇不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的掉電而消失，當(dāng)系統(tǒng)重新上電時(shí)，系統(tǒng)還可以恢復(fù)用戶的選擇。 軟件方法去抖，即檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行 一個(gè)延時(shí)程序， 6ms～ 11ms 的一段延時(shí)，讓這段時(shí)間里， MCU 不檢測(cè)按鍵，等前沿抖動(dòng)消失后，再去檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果任然還是保持閉合狀態(tài)的低電平，那么就確定認(rèn)為是真的有鍵按下了。按鍵的消抖，可用硬件或軟件兩種方法。我們現(xiàn)在日常所使用的按鍵多為為機(jī)械開關(guān)，當(dāng)觸點(diǎn)在斷開、閉合的狀態(tài)，由于觸點(diǎn)具有彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合的時(shí)候不會(huì)馬上就穩(wěn)定下來，在斷開的狀態(tài)也不會(huì)一下子就完全斷開。 鍵盤模塊 鍵盤模塊的軟件程序相對(duì)于溫度模塊和時(shí)鐘模塊比較簡(jiǎn)單。 首先對(duì)液晶進(jìn)行初始化，液晶顯示器 12864 的初始化過程如下： 先將復(fù)位引腳置高位即 RST=數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)為并口方式即 PSB=1（在設(shè)計(jì)中，我們將 LCD 的該引腳接 VCC），然后將指令集調(diào)到基本指令集上來即寫指令 30H，再將顯示打開、關(guān)光標(biāo)、清除液晶里先前的顯示內(nèi)容即分別寫指令 0CH、01H，寫指令時(shí)需分別延時(shí) 5ms。 DS1302 讀寫部分 (程序 )部分 DS1302 讀寫模塊與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，先有 AT89S52 單片機(jī)向電路發(fā)出命令字節(jié)，命令字節(jié)的最高位 MSB(D7)必須為 1，如果 D7=0，則就會(huì)禁止寫DS1302，就是寫保護(hù)；如果 D6=0,指定時(shí)數(shù)據(jù)， D6=1，指定 RAM 的數(shù)據(jù)； D5~D1指定輸入的寄存器；最低位 MLB（ D0）為邏輯 0，指定寫操作（輸入）， =1，指定讀操作（輸出）。 DS1302 數(shù)據(jù)的輸入和輸出 控制命令的字輸入后的下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。位５至位 1表示操作各個(gè)單元的地址 。 （ 3）控制器發(fā)送 ROM指令 （ 4）控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令。 溫度信息的采集 通過 DS18B20 單線總線的所有執(zhí)行處理都從一個(gè)初始化序列開始。 軟件系統(tǒng)的流程圖 圖 41 系統(tǒng)軟件流程圖 當(dāng)接通電源開始工作后，單片機(jī)中的程序開始運(yùn)行，將對(duì) DS18B20 進(jìn)行初始基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 19 化，以便和單片機(jī)芯片達(dá)成通信協(xié)議。 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的 匯編代碼很緊湊，容易理解。其中 Keil C51 是一種專門為單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率 C語言編譯器，符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運(yùn)行速度極高，所需要的存儲(chǔ)器空間極小，完全可以與匯編語言媲美。電源輸入電壓也是關(guān)鍵因素，在供電之前務(wù)必用萬用表先測(cè)量。 ○5元器件的引腳或引線表面應(yīng)滲錫均勻。 ○3焊接后電路板上的金屬件表面應(yīng)無銹蝕和其它雜質(zhì)。 （ 2） 焊接質(zhì)量檢查 ○1元器件不得有錯(cuò)裝、漏裝、錯(cuò)聯(lián)和歪斜松動(dòng)等。 ○6集成電路（芯片）的焊接： 集成電路（芯片）焊接時(shí)，要注意按圖紙要求檢查型號(hào)、焊接位置是否符合要求，焊接時(shí)先焊芯片邊沿的兩只引腳，以便使其定位，然后再從左到右或從上基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 17 到下進(jìn)行逐點(diǎn)焊接。 ○5場(chǎng)效應(yīng)管的焊接：正確辨認(rèn)各引腳后按要 求裝入規(guī)定位置，焊接時(shí)間盡可能短。 ○3二極管的焊接：正確辨認(rèn)正負(fù)極性后按要求裝入規(guī)定位置，型號(hào)標(biāo)記要易見，焊接時(shí)間盡量可能短。電容上的型號(hào)標(biāo)記要易見見且方向也盡量一致。要求焊接一種規(guī)格后再焊接另 一種規(guī)格。一般情況下，應(yīng)按電阻、電容、二極管、三極管、集成電路、大功率管順序焊接。 由于采用實(shí)驗(yàn)板成本更低，最后實(shí)物制作時(shí)采用了實(shí)驗(yàn)板焊接。水干后 ，用松香水涂在有線路的一面，為加快松香凝固，我們用熱風(fēng)機(jī)加熱線路板，只需 23 分鐘松香就能凝固。 （ 7）線路板預(yù)處理。線路板上是要插入電子元件的，所以就要對(duì)線路板鉆孔了。腐蝕液的成分為濃鹽酸、濃雙氧水、水，比例為 1： 2： 3，在配制腐蝕液時(shí)，先放水，再加濃鹽酸、濃雙氧水，若操作時(shí)濃鹽酸、濃雙氧水或腐蝕液不小心濺到皮膚或衣物上要及時(shí)用清水清洗，由于要使用強(qiáng)腐蝕性溶液，操作時(shí)一定注意安全。先檢查一下電路板是否轉(zhuǎn)印完整，若有少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好的地方可以用黑色油性筆修補(bǔ)。熱轉(zhuǎn)基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 16 印機(jī)事先就已經(jīng)預(yù)熱，溫度設(shè)定在 901400 攝氏度，由于溫度很高，操作時(shí)注意安全。將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對(duì)齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機(jī)，放入時(shí)一定要保證轉(zhuǎn)印紙沒有錯(cuò)位。用細(xì)砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印電路板時(shí)，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好 的標(biāo)準(zhǔn)是板面光亮，沒有明顯污漬。 （ 2）裁剪覆銅板，也就是表面面都覆有銅膜的線路板，將覆銅板裁成電路板的大小，不要過大，以節(jié)約材料。將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。因此在 PROTEL 上對(duì)原理圖進(jìn)行了繪制，從而得出了最終的完整電路原理圖 [附錄1]。在前面已分析了系統(tǒng)并繪制了框圖，并根據(jù)框圖分別設(shè)計(jì)了各部分電路。 ④ IO 口（ 32根） AT89S52 單片機(jī)有 4組 8位的 I/O 口，共 32根。如圖 311 所示。該器件采用 ATMEL 公司高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和 輸出管腳相兼容。 本設(shè)計(jì)里，我們采用有源蜂鳴器，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以至于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，我們使用三極管來放大電流，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器， 此模塊只要通過 BELL（連接到到單片機(jī) ）輸入的 PWM 波既可以使蜂鳴器分出聲音，我們的設(shè)計(jì)可以在鬧鐘定時(shí)中作為聲音提醒信號(hào)。 （ 2） 蜂鳴器的分類：蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩類。 7個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)了開機(jī)模式選擇，日期調(diào)節(jié)等功能，獨(dú)立按鍵的引入使得體現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的人性化，智能化，功能的強(qiáng)大。按照尺寸區(qū)分，電子電路或微型計(jì)算機(jī)所使用的 Tack Swith 可分為 8mm、10mm、 12mm 等。按鍵采用的是 Tack Switch 按鈕開關(guān) ,它具有自動(dòng)恢復(fù)（彈回）的功能。 基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 11 圖 37 提取字模 大字體數(shù)字顯示的取模，采用了寬 x 高 =16x32 點(diǎn)陣方式，這樣時(shí)間很清晰，如圖 38 圖 38 16x32 點(diǎn)陣方式取模 根據(jù)以上電路原理圖中液晶的各引腳與單片機(jī)的接法，可得本設(shè)計(jì)的液晶模塊電路： S接地；數(shù)字電源 VDD 接＋ 5V；數(shù)據(jù)、指令選擇信號(hào) RS接單片機(jī) 口；讀寫選擇信號(hào) R/W 接單片機(jī) 口；使能信號(hào)接 ， DB0～ DB7 分別接單片機(jī)的 ～ 口；芯片 芯片 2的片選分別接單片機(jī)的 、 口；復(fù)位端 RST 接 、背光正電源 LEDA 接＋ 5V；液晶自帶對(duì)比度調(diào)節(jié)。 圖 36 816 點(diǎn)陣常用字符、數(shù)字、符號(hào)字模庫 建立所用到的 1616 點(diǎn)陣字模庫。 3. 讀數(shù)據(jù)指令 KS0108 的軟件設(shè)計(jì) 點(diǎn)陣字模文件的建立： 由于 MGLS12864 液晶顯示器沒有 字庫，需要使用 點(diǎn)陣字模庫建立 獨(dú)立的字庫 包括以下幾個(gè)方面： 建立 816 點(diǎn)陣常用字符、數(shù)字、符號(hào)字模庫。在對(duì) KS0108 操作之前要查詢 BUSY 狀態(tài)，以確定是否可以對(duì) KS0108 進(jìn)行操作。常用的有 3 種現(xiàn)分別介紹如下： 1. 顯示開 /關(guān)指令 當(dāng) DBO=1 時(shí)， LCD 顯示 RAM 中的內(nèi)容； DBO=0 時(shí)，關(guān)閉顯示。 E 輸入 讀寫使能信號(hào) 在 E 下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存（寫）入 KS0108；在 E 高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出 R/W 輸入 讀寫選擇信號(hào) R/W=1 為讀選通， R/W=0 為寫選通 RS 輸入 數(shù)據(jù)、指令 RS=1 為數(shù)據(jù)操作 RS=0 為寫指令或讀狀態(tài) DB0DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 RST 輸入 復(fù)位信號(hào) 復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始行為0， RST 可跟 MCU 相連，由MCU 控制；也可直接接VDD，使之不起作用。 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器 KS0108 的引腳功能 引腳 CS1,CS2, 為芯片的片選端；引腳 E 為讀寫使能信號(hào)，它是在下降沿時(shí)數(shù)據(jù)被鎖存入 KS0108 的；在 E 高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出； R/W 為讀寫選擇信號(hào)，當(dāng)它為一時(shí)為讀選通，為零時(shí)為寫選通； DB0DB7 為數(shù)據(jù)總線 RST 為復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始行為 0， RST 可跟 MCU 相連，由MCU 控制；也可直接接 VDD，使之不起作用。KS0108 是一種帶有列驅(qū)動(dòng)輸出的液晶顯示控制器，它可與行驅(qū)動(dòng)器 KS0107 配合使用，組成液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。 LCD12864 的特征 顯示器部分是由 KS0108 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器和 12864 液晶顯示器組成的，下面我們對(duì)其分別進(jìn)行介紹。 顯示模塊 本設(shè)計(jì)顯示模塊主要采用 LCD12864 液晶顯示器，其電路原理圖如下： 圖 35 LCD12864模塊 LCD12864 液晶顯示器通過數(shù)據(jù)端口也即端口 7～ 14 與主控芯片 AT89S52 的I/O 端口 P3相連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的傳輸，再通過控制端口 RS、 RW、 EN也即端口 4～ 6 與主控芯片 ， ， 端口相接實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和指令傳輸?shù)目刂? 。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。 第 8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。 DS18B20 共 64 位 ROM， RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。 DS18B20 的工作原理 DS18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源 ,分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存 放DS18B20ID 編碼，它的前 8 位數(shù)據(jù)是單線系列的編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面的 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 位的 CRC碼（冗余校驗(yàn)）。 DS18B20 的主要特征 的主要特征：從轉(zhuǎn)換開始到結(jié)束全部都是數(shù)字溫度的轉(zhuǎn)換和輸出；是單總線數(shù)據(jù)的通信方式；最高可以支持 12 位的分辨率，精度可以達(dá)到土℃；最大分辯率的最大工作周期僅僅為 750 毫秒；檢測(cè)溫度范圍 為 – 55℃—— +125℃；內(nèi)置 EEPROM，可以做上下限溫報(bào)警功能；內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)單總線掛接。信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20或從 DS18B20送出，因此從單片機(jī)到 DS18B20僅需一條線連接即可。這是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。設(shè)計(jì)中的測(cè)溫基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 7 元件采用的是 DS18B20 測(cè)溫元件 ,DS18B20 是由 DALLAS(達(dá)拉斯 )公司生產(chǎn)的一種溫度傳感器。在本設(shè)計(jì)中，它的實(shí)際電路圖如圖 32 所示： 數(shù)據(jù)處理模塊 MSC51 系列單片機(jī)