【正文】 SD2200 的工作原理 時鐘調整寄存器實 時 時 鐘 電 路（ 年 / 月 / 日 / 星期 / 時 / 分 / 秒 ）低 壓 檢 測 電 路電 源 切 換 電 路振蕩電路定 時 中 斷 2定 時 中 斷 1串 行E E P R O M（ 2 K b i t 2 5 6 K b i t ）S D 2 2 0 0 L 系 列單 片 機S C L ES D A ES D AS C LI N T 2I N T 1V。 I2C 總線 CPU 接口。 年、月、日、星期、時、分、秒的 BCD 碼輸入 ／ 輸出。 SD2200 的引腳圖 如 313 所示。內置一次性電池，電池使用壽命可在五年左右 (工業(yè)級和民用級時間不同 )。 5ppm(在 25177。 SD2200 系列實時時鐘芯片 簡介 SD2200L 系列是一種具有內置晶振、支持 I2C 總線的高精度實時時鐘芯片。 5ppm(在 25177。 圖 312 DS18B20 并聯與單片機接口電路圖 時鐘電路部分 本設計選用時鐘芯片 SD2200。圖中為兩個 DS18B20并聯情況。 23 22 21 20 21 22 23 24 S S S S S 26 25 24 22 DS18B20 溫度傳感器的多點測量 本設計需要兩個 DS1820溫度傳感器，分別測量水箱溫度和太陽能集熱器中的溫度。為了提高測量精度， DS18B20 采用 12 位 A/D 轉換方式，百分位的數據采用“四舍五 入 ”的原則處理。7) 256+A] ℃ 。 (2)精度處理 DS18B20 完成對溫度的測量，以 16 位符號擴展的 二 進制補碼讀數形式提供，默認以 ℃ ／ LSB 形式表達，其中 S 為符號位 。首先將 DS18B20 與水銀溫度計一同放入溫水中，改變水溫并分別測定和校正，再執(zhí)行標定程序將溫度計讀數由鍵盤輸入，啟動 DS18B20并自動將溫度對應的轉換值讀 入 Atmega16 的 EEPROM 內存，溫度轉換值的對應值自動存儲，再執(zhí)行處理程序，計算出回歸方程的各個系數， 并存儲在另一文本中，開啟使用時控制器自動調用查詢。 21 G N D 控 制 器 寫 0 時 間 隙 6 0 T X ‘ 0 ’ 2 4 0 u s控 制 器 寫 1 時 間 隙1 u s T r e c ∞ 1 u s1 5 u s1 5 u s3 0 u s1 5 u sD S 1 8 2 0M I N T Y P M A XD S 1 8 2 0 采 樣M I N T Y P M A X1 5 u s3 0 u s 圖 311 DS18B20 寫時序圖 溫度標定與精度處理 (1)溫度標定 水 溫信號由 DS18B20 測量，將測量數據傳給 Atmega16 進行相應處理，存人 Atmega16 的 EEPROM，顯示 于液晶顯示屏 。 再 將數據線拉到高電平。 G N D控 制 器 采 樣 1 u s1 5 u s1 5 u s 3 0 u s 1 5 u s 控 制 器 讀 0 時 間 隙 控 制 器 采 樣控 制 器 讀 1 時 間 隙1 u s T r e c ∞ 圖 310 DS18B20 讀時序圖 DS18B20 的寫操作如圖 311 所示， 數據線先置電平 “ 0” ， 延時確定的時間為 15 微秒 然后 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位） 。 延時 15 微秒。延時 15 微秒。 V C C單 線 總 線控 制 器 T X 復 位 脈 沖 4 8 0 u s m i n 9 6 0 u s m a x D S 1 8 2 0等 待 1 5 6 0 u s D S 1 8 2 0 存 在 脈 沖 6 0 2 4 0 u s 控 制 器 R X 4 8 0 u s m i n G N D 圖 39 DS18B20 初始化時 序圖 DS18B20 讀程序如圖 310 所示，首先 將數據線拉高 “ 1” ， 延時 2 微秒 。DS18B20 檢測到上升沿后等待 15 到 60us，發(fā)出存在脈沖：拉低總線 60240us。主機將總線拉低最短 480us，之后釋放總線。當總線釋放后， 5kΩ的上拉電阻把單總線上的電平拉回高電平。在初始化步驟中，總線上的主機通過拉低單總線至少 480μs來產生復位脈沖。圖 38 闡述 20 了這一點。 DS18B20 工作時序 DS18B20 的所有通信 都由 復位脈沖組成的初始化序列開始。但使用外部電源可以提高測量速度。信息經過單線接口入 DS18B20或從 DS18B20送出因此從主機 CPU到 DS18B20僅需一條線 (和地線 )。 DS18B20的測量范圍從 55℃ ~ + 125℃ ， 增量值為 0. 5， 可在 1s (典型值 ) 內把溫度變換成數字。 DS18B20 可以廣泛用于工廠工業(yè)過程、大型糧倉、釀酒廠 、 食品加工廠的溫度檢測以及賓館、儀器儀表室等處的溫 度檢測和控制。只需將 DS18B20 信號線與單片機 1 位 I/O 線相連 ， 且單片機的 1 位 I/O 線可掛接多個 DS18B20，就可實現單點或多點溫度檢測。各種操作都有相應的時序圖。 系統(tǒng)對 DS18B20 的操作以ROM 命令 (5 個 )和存儲器命令 (6 個 )形式出現。單線信號包括復位脈沖 ， 響應脈沖 ，寫“ 0” ， 寫“ 1” ， 讀“ 1” 。如果門電路仍未 關閉 ， 則系統(tǒng)重復上述過程。計數器設置為 55℃ 。 低溫時 ， 振蕩器的脈沖可以通過門電路。 DS18B20 測溫原理 DS18B20 內部結構框圖 ， 如圖 35 所示。 (4) DS18B20 的測溫結果的數字量位數從 9~12 位 ， 可編程進行選擇。 (2) DS18B20 支持組網功能 ， 多個 DS18B20 可以并聯在唯一的單線上 ， 實現多點測溫。 溫度實時測控集裝箱的設計 ， 在實現測控系統(tǒng)的溫度檢測方面就較好地利用 DS18B20 的獨到特點 ，使系統(tǒng)得到了極大的簡化。 它具有體積小 ， 分辨率高 ， 轉換快等優(yōu)點。而且新一代產品更便宜，體積更小 ，大大提高了 DS18B20產品的性價比，是本設計理想的選 擇。 ℃，亦滿足條件。 圖 34 太陽能熱水器智能控制器硬件總結構圖 溫度檢測部分 本設計中，筆者選用 DS18B20溫度傳感器。 特殊的處理器特點 ： 上電復位以及可編程的掉電檢測，片內經過標定的RC振蕩器，片內 /片外中斷源， 6種睡眠模式。 ATmega16 的主要特征： 非易失性程序和數據存儲器 ： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內可編程 Flash，有 512 字節(jié)的 EEPROM；1K 字節(jié)的片內 SRAM，通過 JTAG 接口實現對Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。 其 數據吞吐率高 達 1MIPS/MHz [2] 。 自動增壓：在上水過程中，系統(tǒng)會自動監(jiān)測上水過程，監(jiān)測目前水壓是否過低，或是停水，一旦出現這種情況，自動打開增壓泵，并顯示低水壓同時蜂鳴報警，提示用戶。 當水溫上升至所設置的溫度時停止加熱。在此上水過程中再按 設定 鍵可立即停止上水。 智能模式：如果系統(tǒng)處于智能保溫區(qū)間時，系統(tǒng)自動加溫，處于智能區(qū)間以外時，如達到設定溫度，則自動上水到低于設定溫度 5℃。 干曬保護：為防止干曬，當水位低于 15％時， 無條件上水到 30％。 15 圖 33 ATmega16 的引腳圖 設置水溫：設置電加熱的溫度上限，可選擇 0℃ ~80℃。 圖 32 太陽能熱水器結構圖 太陽能智能控制器具體操作如下： 設置上限水位：設置水位上限，可選擇 30％ ~99％之間。例如：現在是上午 6： 00，準備在上午 9： 00啟動上水，則按 (定時 )鍵，調時至 03， 即在 3小時后啟動上水，同時定時指示燈閃亮，時間度定時時刻越近，定時指示燈閃爍越快。 在上水過程中，按一下 (上水 )鍵可關水。 手動上水、關水 ： 可利用手動上水鍵實現手動上水關水，調兌水箱水溫。當水未加滿水溫又偏高時，會自動啟動溫控上水功能，至水溫 50℃左右，若水位加滿至 100%，則停止補水。根據氣候及日照強度，將水位設置到所需水位，以得到合適的水溫。同時，系統(tǒng)還包括熱 水箱水位溫度檢測接口、 鍵盤 及串行顯示、復位接口電路及繼電器輸出接口電路等。單片機啟動掃描鍵盤命令，將設定值與實際水位和溫度進行對比分析，如果測量水溫水位值與鍵盤設定的水溫水位值有差異，則單片機會向執(zhí)行機構發(fā)出相應控制指令，控制電磁閥和繼電器工作，調節(jié)水溫和水位，直到水溫水位值達到鍵盤設定值。 13 第三章 太陽能熱水器 智能控制器 的硬件設計 太陽能熱水器 的 基本 控制原理 圖 31 是以 ATmega16 單片機為核心的控制系統(tǒng)的原理框圖。 熱泵熱水器原理圖如 21所示。 可控水泵和 熱泵 可控水泵或 熱泵 功率：＜ 500W。 2℃ ； 動作時間： 30s。 太陽能熱水器智能控制器的 主要 技術指標 溫度檢測 本設計要求的測溫精度：177。 1 管道保溫：冬天室外氣溫較低時，可按 （ 管道保溫 ） 鍵，啟動電熱帶，防止水管凍裂，再按 （ 管道保溫 ） 鍵，則關閉電熱帶。 1 管道循環(huán)：可設置水泵循環(huán)時間 1~30 分鐘（原廠設置為 3 分鐘）。 1 強制上水： 水位傳感器出現故障后，可按上水鍵，實現強制上水，每分鐘會出現蜂鳴提示，注意有無溢水， 8 分鐘后自動關閉上水。若水位低于 50%，先立即自動啟動上水，再啟動加熱，以免干燒。當來電時能按以前設定的工作模式及功能繼續(xù)動行。 1 自動防溢流：因真空管破裂或水位傳感器故障等原因造成溢流，自動停止上水。反之操作可分另恢復全天候模式中的定時上水和定時加熱，全天候圖標對應顯示。若需取消全能候模式，持續(xù)按住加熱鍵，則取消定時加熱。原廠設置為第一次早晨 3： 00 啟動上水至 50%水位， 4： 00 啟動加熱至 50 ℃ ，提供用戶早上起床后的洗喇用水，第二次 9： 00 啟動上水至水滿，中午不加熱，以便盡量利用太陽能光能量提供加熱，第三次 15： 00 啟動上水至 100% 水位， 16： 00 啟動上水至 50 ℃ 給用戶晚上提供大量熱水隨心所?。ㄈ衾锰柲芤堰_到 50 ℃ 不啟動加熱節(jié)約 電能）。正在加熱時水位低于 50% 水位自動關閉 加熱，保護電加熱管。 手動控制：可手動啟動上水，加熱，在操作時首先顯示預置的水位或水溫，用戶可利用 “ ＜”和“＞” 鍵調整參數，確認后，測控儀蜂鳴提示啟動上水、加熱，也可手動關閉。當正在用水（水位發(fā)生變化）時，則延時 60 分鐘啟動，以避名用戶正在用水時啟動上水。 缺水上水：當水位從高變低，出現缺水狀態(tài)時，延時 30 分鐘自動上水至預置水位。 水位指示：顯示太陽能熱水器內部所存水量 。 水位預置：可預置加水水位 50 、 80 、 100% 水溫預置：可預置加熱溫度范圍： 30 ℃ ~ 80 ℃ ，若不需要啟動電加熱，可預置為 00 ℃ 。實現一種方便的，人性化的控制方式。是符合現代環(huán)保理念的綠色 低碳智能系統(tǒng)，應該積極的普及。此時，系統(tǒng)將啟動輔助熱源，通過熱源泵 ， 將輔助水箱中的水加熱并輸入熱水箱，此功能可以讓熱水器在陰雨天也可以繼續(xù)使用，不影響 9 日常生活。熱水箱具有保溫功能，其中裝有溫度傳感器 2 和水位傳感器，分別用來檢測箱內的溫度和水位，并在控制器顯示屏上顯示，便于用戶根據情況設定溫度和水位。水量不夠時， 輔助水箱補充太陽能集熱器的水源 。 8 第二章 太陽能熱水器的結構及工作原理 太陽能熱水器 綜述 圖 21 為智能太陽能熱水器的整體系統(tǒng)結構圖。 同時設定各種報警功能，包括水滿報警，缺水報警，加熱完成時報警等功能。同時， 采用 LCM12864ZK 液晶顯示屏 實現 顯示溫度水位信息， 利用 按鍵電路設定水溫水位值，并可設定加熱上水時間。 論文的主要工作 本文介紹的太陽能熱水器以微控制器 ATmega16 單片機 控制中心，選用SD2200 作為時鐘芯片。 太陽能熱水器的優(yōu)點是安全、節(jié)能、環(huán)保、經濟，尤其是帶輔助電加熱功能的太陽能熱水器，它以太陽能為主、電能為輔的能源利用方式，可全年全天候使用。 電熱水器的優(yōu)點是能適應任何天氣變化，普通家庭可直