【正文】 DR 為數(shù)據(jù)寄存器 ： 簡稱 DR，它們負責存儲微機要寫到 CGRAM 或 DDRAM的數(shù)據(jù)，或者存儲 MCU 要從 CGRAM 或 DDRAM 讀出的數(shù)據(jù)。初始化主要的就是按照芯片手冊來，因為那些命令語句的內(nèi)存單元都是 固定 的， 需要按照手冊上的命令語句來完成， 不能因為我們自己的 喜好來自己 修改 。這樣 的 TS12864－ 3 液晶如果顯示字符的話，每行能顯示 16 個字符 ， 可以顯示 4 行漢字，每 行 最多 能顯示 8 個漢字 這，對于我的設計來說已經(jīng)足夠多了，本設計中只需要 2 行漢字即可。 TS12864－ 3 液晶顯示是 基于 ST7920 來控制顯示的 ， 該顯示器能夠使用串口和并口兩種接線方式 ， 可以選擇 4 線和 8 線兩種 方式， 有 64 行，每行有 128 個點。隨著科技的發(fā)展，液晶顯示的應用前景將更加廣闊 ，顯示效果也是越來越好 。 64位 ROM 單總線接口 存儲器和控制邏輯 緩 存 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 低溫觸發(fā)器 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 電源檢測 內(nèi)部 Vpp 寄生電源電路 Vpu G G ND DQ V DD 13 圖 DS18B20 的工作原理 LCD 液晶顯示模塊 12864 液晶 [8] 液晶顯示的原理是 在電壓的作用下 使 液晶內(nèi)的有機 化合物的排列發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使光的折射角發(fā)生偏轉(zhuǎn)，造成透射的程度不同，從而使液晶模塊從表面看起來有不同的亮度，所以，液晶必須要在光的照射下才能夠顯示 ， 這一點與發(fā)光二極管從原理上來說是完全不同的。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(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。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的 脈沖輸入。 測溫原理如圖 所示。內(nèi)部的存儲器，包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH， TL 和結構寄存器。光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前就被光刻好的，是 DS18B20 的地址序列號，使每個 DS18B20 都有各不相同，這樣就可以在一根總線上掛多個 DS18B20 了。 圖 DS18B20 的內(nèi)部結構框圖 DS18B20 僅僅 使用一根單線端口進行通訊。 DS18B20 內(nèi)部結構主要由四部分組成 分別為 ： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL兩種寄存器 、配置寄存器。 ? 用戶可定義的非易失性溫度 告 警設置 ，告 警搜索命令識別并標志超 過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件 。5 ℃。 ? 不需任何其他外部原器件就可以單獨實現(xiàn)多點測溫。 DS18B20 的主要特性 ： ? 一個端口引腳 便可實現(xiàn)通訊。 GND： 為 接 地 。開漏單總線接口引腳。 11 表 DS18B20 溫度與數(shù)字對應表 DS18B20 的引腳圖和封裝如圖 所示 。 DS18B20 可編程溫度傳感器采用 3 腳 PR35 封裝，其中 GND 為接地線，DQ 為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過一個較小阻值的上拉電阻與單片機相連。目前 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器廣泛應用于糧庫、恒溫室、計算機機房溫度監(jiān)控及其他各種溫度測控系統(tǒng)中 。 DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，因此特別適合和單片機配合使用，直接讀取溫度數(shù)據(jù)。 DS18B20 相對于傳統(tǒng)的溫度傳感器 具有性能 好 、微型化、 微 功耗、 穩(wěn)定性 強等 優(yōu)勢 ， 尤其適用于多點溫度的測量。 DS18B20 的簡介 及特性 [7]： DS18B20 數(shù)字化溫度傳感器 是美國 Dallas 半導體公司 生產(chǎn)的 世界上第一 種單 總線接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONBOARD）專利技術。 太陽能熱水器溫度傳感器有很多，本設計 本來 可選用 熱敏電阻來使用，他 具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻來測水溫，熱敏電阻與普通電阻不同，它具有負的溫度特性，當溫度升高時，電阻值減小 等優(yōu)點， 它的應用是為了 測量 溫度。當水位過高時，傳感器將信號傳個單片機，由 輸出一個高電平信號， U7A 電壓跟隨器輸出一個 12V 電壓，輸入給 U7B 電壓比較器反相端，與同相端進行電壓比較輸出一個低電平信號即（ 端口置成低電平），通過 AT89S52 將指令傳給 端口，將其置成低電平，此時繼電器斷開，電磁閥門停止工作。 水位傳感器采用電壓跟隨器與電壓比較電路相結合實現(xiàn)。 需要電壓跟隨器進行隔離的原因和必要性：因為 AT89S52 單片機的 INTO、INT1 本身就具備上拉電阻， INTO、 INT1 的內(nèi)部結構類似于上圖 ，并且 LM393的反相輸入端輸入和同相輸入端輸入間有著相互 鉗 位作用，而 +5V 電源分壓電阻給予 +3V 參考帶電平對反相輸入端輸入有 鉗 位作用，因此接了 LM358 電源跟隨器并且不與電容直接相連，就不會影響 電 容電壓的變化，這便是必須接電壓跟隨器的必要性。 電壓跟隨器的特點： 輸入阻抗高，輸出阻抗低 ，使得輸入幾乎不受輸出影響，所以能啟到很好的隔離作用。本設計與 I/O 隔離并用中斷監(jiān)測電容電壓的電路，這樣就需要把電容電壓和單片機端口如圖 這樣隔離開來。因為我們通過已學的知識可知電容電壓的上升或下降時間可表示為 t=RC，所以可以通過記錄下的這個時間來知道電阻的變化，進而進一步可知水位 的變化并對其進行顯示。 圖 RC 充放水位傳感器原理圖 它的是利用 4 個并聯(lián)的電阻 [5]，電阻隨水位變化而變化，每當水面接觸一個鋼針就會多并聯(lián)一個電阻，電阻隨水位變化而規(guī)律的變化。下面分別對各個 模塊作具體介紹。實際在使用中， 一般都是 是先按需 求 優(yōu)先 選擇 它的第二功能，剩下不用的才作為第一功能口線使用。 由于 AT89S52 的引腳有限，因此在 P3 電路多了種 特殊功能 即 第二功能。對 P3 寫 1 時，內(nèi)部上拉電阻 會 把端口拉高，此時可以作為輸入口用。在這種應用中， P2 口使用 較 強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。P2 口作為地址輸出線時可以輸出高 8 位 到外部存儲器，與 P0 輸出的低8 位的地址一齊夠成 16 位地址，可以尋址的地址空間為 64KB。 P1 口是專為用戶使用的準雙向 I/O 口，作為通用的 I/O口輸入時應先向端口鎖存器寫 1。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 對 P0 寫 1 這個時候 引腳用作高阻抗輸入。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài) 。當 EA 輸入低電平 （接 GND） 時， CPU僅訪問片外程序存儲器。 7 ? EA/Vpp： 31 腳， 外部訪問允許 /編程電源輸入端。 當 AT89S52由外部程序存儲器 執(zhí)行外部代碼 時，每個機器周期中， PSEN 信號兩次有效 ，也就是輸出兩個脈沖 。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位。單片機正常工作時，此引腳應為不大與 的低電平。在通電瞬間，電容 C 通過電阻 R 進行充電， RST 端出現(xiàn)正脈沖，用以復位。 控制信號引腳 RST、 ALE/PROG、 PSEN 和 EA/Vpp ? RST： 9 腳也就是 RESET， 復位輸入 ，單片機上電后如果要使單片機復位，只要在該引腳輸入 24 個振蕩周期寬度以上的高電平就可達到。 ? XTAL2：接在外部 晶振的另一端。 ? XTAL1：接在外部晶振的一端。 6 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1AT89S52 圖 AT89S52 單片機引腳圖 AT89S52 引腳的名稱和功能： ? Vcc：接 +5V 的電源。 AT89S52 的 40 條引腳中，有 2 條只用于主電源的引腳，還有 2 條外接晶振的引腳，另外 4 條控制和其它電源復用的引腳， 32 條 I/O 引腳。在空閑的模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。 單片機 AT89S52 標準功能： 8K Flash ROM（數(shù)據(jù)存儲器）， 256B RAM（程序存儲器）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口，三個可編程 16 位定時器 /計數(shù)器，一個“看門狗”（ WDT）定時器，一個 6 向量 2 級中斷結構，兩個數(shù)據(jù)指針，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 在單芯片上，擁有 靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 綜上比較可見選用第二種方案較為優(yōu)越。我們分別測量了觸點不同接法時公共和水位 兩端口之間的電阻，輸出電阻值表如下表 。 [3] 圖 RC 充放電式水位傳感器示意圖 從圖 中我們可以看到傳感器外很形很普通，該傳感器一共只有兩個端口，第一個端口是公共水位，第二個端口是實際水位端口。不過 也有個缺點就是精度不高。顯示共分 4 檔 ，每檔為滿水位的 20% 。銅若針不接觸水面，其輸出為高電平；若銅針與其對應水面接觸時則輸出為低電平，輸出接至電子開關，經(jīng)過 CD4069 反向并經(jīng) 74LS244驅(qū)動后分別接到 AT89S52 的 P1． 0~P1． 3 引腳。 水位傳感器的選擇 方案一 排阻分檔鍵盤式水位傳感器 [2]：一種類似鍵盤電路的分檔水位傳感器，其原理圖如圖 所示。此系統(tǒng)解決了熱水器上水時需人工守候和過量溢水的問題，達到了省時、環(huán)保、節(jié)水的目的。當水位下降到低于設定的最低刻度線時，單片機接受此信號并開始執(zhí)行指令，報警電路工作，同時電磁閥打開，水位不斷升高，當達到最高水位時便給單片機發(fā)出中斷請求，此時電磁閥關閉，停止加水。方案三是在方案二的基礎上完善和加強的，采用單片機鍵的雙邊通信，用戶只要在樓下的房間里或者衛(wèi)生間門口就可以看到水位和水溫的情況，比起方案二更加方便，也更加合理。 A/D 轉(zhuǎn)換 輸 出 控 制 單 片 機 控 制 水 位 水 位 傳 感 器 鍵盤控制輸入快 顯示電路 控制電磁閥 水溫檢測 水位檢測 蜂鳴報警 A/D AT89S52 3 圖 方案三流程框圖 綜合以上三種方案，方案一由于缺少溫度檢測模塊，而水溫也是影響太陽能熱水器很重要的一方面：比如說水箱中水溫度過高導致水沸騰這時候雖然水所在刻度不是滿的，實際上已經(jīng)溢出，這樣說來方案一的設計算不上智能。 同時房間可以通過鍵盤控制手動控制電磁閥開關、蜂鳴停止和液晶屏幕的開關。 圖 方案二流程框圖 方案三：在方案二的整體思路基礎上稍做更改，設計分為房頂和房間，利用兩個單片機 AT89S52 分別控制。本設計再用三個按鍵來控制上水的水量，本方案智能化、數(shù)字化的太陽能熱水器控制系統(tǒng)。然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換把信號輸入到單片機， 獲得當前水位顯示。因為單片機電路結構簡單成本低廉、可靠性高，便于實現(xiàn)各個控制功能能很好的完成設計任務。 2 第 2 章 方案論證 和單片機的選擇 方案論證和方案的選擇 方案一：利用單片機進行水位檢測和控制，基于數(shù)字電路的全自動控制，其工作過程是被測水位經(jīng)過模擬信號采集模塊進行 采樣，然后把采樣得到的模擬信號送入 ADC0804 進行 A/D 轉(zhuǎn)換讀如單片機，再由單片機進行處理，得出結果是否啟動 /停止控制電路執(zhí)行信號以達到水位的控制，具體硬件流程框圖入圖 所示。 3．驅(qū)動電路。 2．時間、水位、溫度顯示和鍵盤電路。 太陽能熱水器智能水位控制系統(tǒng)整體結構介紹 、水溫測量電路。以美國歐沃斯利諾依斯公司的發(fā)明的全玻璃真空管太陽集熱器最為普及，使用了高真空技術，使集熱器的熱損失比普通平板式太陽能集熱器的熱損失降低了一大塊（該集熱器選擇性吸收涂層的吸收陽光的效率 83%）。因此，在太陽能熱水器水位監(jiān)測水溫檢測方面的研究發(fā)，應引起足夠重視，加大投入一定力量研究開發(fā)高質(zhì)量、性能好的測控產(chǎn)品。近幾年來，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些太陽能