【正文】 有量的 1/5，許多城市己嚴(yán)重缺水．華北地區(qū)由于過度引用地下水，己造成嚴(yán)重的地面下沉現(xiàn)象．水資源短缺己成為當(dāng)今世界要而臨的重人問題。 可擴(kuò)展功能 液位可以擴(kuò)展為更多點(diǎn)的測(cè)量，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確。 溫度檢測(cè) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前溫度，與水位切換顯示。當(dāng)水位低于點(diǎn) 2 時(shí)，顯示 H02 的同時(shí)峰嗚器響，電機(jī)正轉(zhuǎn)，模擬進(jìn)水過程；直到水位高于點(diǎn) 2 后，蜂嗚器停止發(fā)聲，電機(jī)不轉(zhuǎn)。 I/O 口分配 表 41 I/O 口 分配 74LS164 數(shù)據(jù)端 74LS164 時(shí)鐘 電機(jī)轉(zhuǎn)向控制端 蜂鳴器控制端 4051A I/O 口 分配 4051B 4051C 4051INH K1 K2 軟件流程圖 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 開始 初始化 顯示當(dāng)前水位 顯示當(dāng)前水位 延時(shí)一段時(shí)間 顯示當(dāng)前檢測(cè)的溫度 水位處于高于 15 低于 2 水位 15 點(diǎn) 水位 2 點(diǎn) 蜂鳴器報(bào)警 電機(jī)反轉(zhuǎn) 蜂鳴器報(bào)警 電機(jī)正轉(zhuǎn) Y N Y Y N ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 5章 實(shí)現(xiàn)功能 液位檢測(cè) 將水尺放進(jìn)水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。不論是什么語言，始終是要被電腦轉(zhuǎn)換成 C 語言進(jìn)行執(zhí)行的。 圖 39 電源電路 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 軟件分析 太陽能熱水器控制電路設(shè)計(jì)的軟件部分由主程序、檢測(cè)溫度子裎序、壓縮 16進(jìn)制數(shù)變成壓縮 10 進(jìn)制數(shù)子程序、壓縮 10 進(jìn)制數(shù)變成非壓縮十進(jìn)制數(shù)子程序、代碼變段碼碼子程序、顯示子程序、液位檢 測(cè)子程序以及延時(shí)子程序組成。在電源與地之間加濾波電容，穩(wěn)定輸入到芯片上的電源電壓。溫度檢測(cè)電路如圖 38 所示。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇第二種方案。它具有 3 引腳 T092 小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍為 55℃～ +125℃，可編程為 9 位 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與多個(gè) DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 第二種是采用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。 (℃ + )。按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍 200— 650℃，百度電阻比 W (100) = 時(shí)， RO 為 100? 和 10? ，其允許的測(cè)量誤差 A 級(jí)為177。 鈾的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻 。第一種是采用熱電阻溫度傳感器。此時(shí)就可以確定在 ABC 點(diǎn)讀到的數(shù)為“ 100”此時(shí)就可以通過單片機(jī)計(jì)算得出液位的高度。該芯片由DTL/TTLCOMS 電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的 8 選 l 譯碼器輸入，分別加上控制的8 個(gè) COMS 模擬開關(guān) TG 組成。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 36 電機(jī)電路 液位檢測(cè)電路 液位檢測(cè)控制電路，由兩片 CD4051 與 CD4066 構(gòu)成，但是由于考慮到成本并且所設(shè)計(jì)的電路 I/O 口使用并不是太多，所以，可以將 CD4066 省略，僅僅用兩片 CD4051 即可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng) CE 為高電平時(shí)， IN1 為 1時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)； IN1 為 0 時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。觸發(fā)使能端口 (CE)的作用是分別對(duì)兩個(gè)通道的輸出進(jìn)行控制，當(dāng) CE 端為低電平時(shí)，無論有無輸入控制信號(hào) ，輸出端 OUT 始終呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)輸入端為高電平時(shí)， Q51導(dǎo)通， Q52 截止，蜂鳴器回路開路，蜂嗚器不響；當(dāng)輸入端為低電平時(shí)， Q51 截止， Q52 導(dǎo)通，蜂鳴器回路閉合，蜂嗚器發(fā)出響聲。按鍵電路如圖 34 所示。軟件上，在傳 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 數(shù)據(jù)時(shí)，先傳一個(gè)高電平，直到數(shù)據(jù)傳完再傳送一個(gè)低電平即可。為了消除消隱，那么就必須在硬件上與軟件上結(jié)合米消除消隱的問題。 CLR (/MR)端：為清除端，當(dāng)此引腳為低電平時(shí)，使得 74LS164 輸出全部為 0； CLK 端：時(shí)鐘脈沖輸入端，在 CP 脈沖的上升 沿的作用下實(shí)現(xiàn)移位，在 CLK 為 0，芯片不工作； CLR 為 1 時(shí)，74LS164 保持原始狀態(tài)不發(fā)生變化。它是一個(gè)串行輸入，并行輸出的移位寄存器，并帶有清除端的 IC 芯片，它為 8 位串入并出移位寄存器， 2 為串行輸入端， Qo～ Q7 為并行輸出端， CLK為移位時(shí)鐘脈沖，上升沿移入一位； MR 為清零端，低電平足并行輸出為零。顯示電路如圖 32所示。將數(shù)碼管的 8 個(gè)輸入端與 74LS164 的輸出端 QOQ7 相連。第二種方案采用 LED 數(shù)碼管顯示，該方案具有實(shí)現(xiàn)容易、發(fā)光亮度大、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，其可靠性也優(yōu)于 LCD 的顯示，所以，我們通過比較，選用第二種方案數(shù)碼管顯示。 ②復(fù)位電路：在 RST 輸入端出現(xiàn)高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)位和初始化。XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入輸出端。一般來說，它包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù) 位電路。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 ⑦ PSEN 程序儲(chǔ)存允許 (PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器刷期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期問，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 (PROG)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 表 31 端口引腳 第二功能 （串行輸入口） （串行輸出口） （外中斷 0） （外中斷 1） （定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） (定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 ( IIL)。對(duì) P3 端口寫“ l39。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 l。作為輸入口使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (IIL)。 引腳號(hào)第二功能： ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 /T2（定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出； /T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉／重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）； /MOSI（在系統(tǒng)編利用）； /MISO（在系統(tǒng)編程用）： /SCK（在系統(tǒng)編程用）： ③ P2 口 : P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。此外， 和 分別作定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入()和時(shí)器／計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā) 輸入 ( )，具體如下表所示。對(duì) Pl 端口寫“ l”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。在這種模式下，PO 具有內(nèi)部上拉電阻。對(duì) PO 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻且抗輸入。 ① PO 口 : PO 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止?？臻e模式下， CPU 停止上作，允許 RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串口、．中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片 內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)叫編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器。當(dāng)水位顯示低于或等于 1 時(shí)，蜂嗚器報(bào)警，并且電機(jī)正轉(zhuǎn)，表示進(jìn)水：當(dāng)水位顯示高于或等于 15 時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，并且電機(jī)反轉(zhuǎn)，表示排水。并且，顯示當(dāng)前溫度。故選擇方案二。因此用他組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在1 根通信線可以掛很多這樣的數(shù)字溫度傳感器，十分方便。省去了分立元件，使整個(gè)電路看起來清晰簡(jiǎn)單。 方案二中電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用的是 FAN8200，驅(qū)動(dòng)的一個(gè)雙相電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。僅 使用了 2 個(gè) I/O 口便控制了 5 位數(shù)碼管的顯示，由于使用 74LS164 芯 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 片中會(huì)遇上消隱的問題，所以在方案二中，通過硬件電路配合軟件的方法很好的解決了消隱的問題，顯示非常的穩(wěn)定。僅使用了 8 個(gè) I/O 口即可控制 16 個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)，如果是方案一 ，則需要使用 16 個(gè) I/O 口。 在液位檢測(cè)方面，通過利用兩片 CD4051 芯片，它相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，當(dāng) INH 禁止端為低電平即“ 0”時(shí)，開關(guān)接通哪一通道由輸入的 3 位地址碼 ABC來決定。而且，既然是太陽能熱水器的自動(dòng)控制裝置，那么必不可少的就是溫度的檢測(cè)，而方案一中卻忽略了這點(diǎn)，造成了最大的殘缺。而且僅顯示單元就占用了 12 個(gè) I/O 口，同樣屬于資源浪費(fèi)。它通過三極管的導(dǎo)通截止特性來判斷液位的位置，并且可以通過按鍵切換檢測(cè)壓力。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，性能優(yōu)良，具有一定的穩(wěn)定性和實(shí)用性。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原理 太陽能熱水器自動(dòng)控制電路采用 AT89S52 單片機(jī)作為控制核心，外圍加蜂鳴器控制電路、數(shù)碼顯示電路、水位檢測(cè)電路、電機(jī)控制電路、按鍵電路、溫度檢測(cè)電路等。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到太陽能熱利用投資少、見敬效快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源替代的一個(gè)好產(chǎn)業(yè)，國(guó)家也正大力扶持和支持，學(xué)校、賓館、飯店、洗浴中心紛紛建設(shè)太陽能洗浴系統(tǒng)，太陽能熱水器的市場(chǎng)存在擴(kuò)大空 間。 日前太陽能熱水器已在我國(guó)城鄉(xiāng)開始推廣使用，主要供應(yīng)生活和洗浴熱水，我國(guó)己成為界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國(guó)和應(yīng)用國(guó)。 太陽能熱水器的應(yīng)用 太陽能熱水器應(yīng)用較好的同家有西班牙、以色列、意大利、希臘、德同、荷蘭、澳大利 亞、日本、美過等國(guó)家。并且當(dāng)水位加到一定的程度的時(shí)候也沒有什么措施，只能通過手動(dòng)的方法來控制水位的高度。 但是與之相配套的太陽能熱水器控制系統(tǒng)卻一直處在研究與開發(fā)階段。 2022 年，我國(guó)太陽能熱水器年產(chǎn)量達(dá) 2340萬平方米，比 2022 年同期增長(zhǎng) 30%；總保有量達(dá) 10800 萬平方米，比 2022 年同期 增長(zhǎng) 20%。自 1998 年起，中國(guó)就成為太陽能熱水器第一大制造和消費(fèi)的市場(chǎng)，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重耍的產(chǎn)業(yè)。在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也較光伏電池、太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。 太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析 在全球能源形勢(shì)緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國(guó)都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求的可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。 選擇太陽能熱水器這個(gè)課題， 可以讓我 更好的認(rèn)知可持續(xù)發(fā)展問題， 看清目前的能源 現(xiàn)狀，以及各國(guó)在節(jié)約能源上的措施，在太陽能革新上運(yùn)用的新技術(shù)。 目前市場(chǎng)上存在三種樣式 的熱水器：電熱水器、燃?xì)鉄崴骱吞柲軣崴鳌?level detection ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................... II 目 錄 ...................................................................................................................... III 第 1 章 緒 論 ......................................