【正文】 復(fù)位成功。s，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16～ 60181。 圖 DS18B20的寫時序 由 DS18B20 的通訊協(xié)議 得知 ，主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換 的過程 必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令， 從而 對 DS18B20 進行預(yù)定的操作。s 之內(nèi)就得釋放單總線。s 到 45181。 DS18B20 寫 0 時序和寫 1時序的要求不 同 ，當(dāng)要寫 0時序時，單總線要被拉低至少 60181。如圖 。 DS18B20 完成一個讀時序 的 過程，至少需要60181。 （ 2） DS18B20 的讀時序 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1時序兩個過程。 （ 1） DS18B20 的復(fù)位時序 。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始 的 ，如果要單總線器件送回數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀 時序完成數(shù)據(jù) 的 接收。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。 開始 單片機系統(tǒng)初始化 初始化 X5045 N Y 判斷初始化標(biāo)志位 =55H？ 讀 EEPROM 參數(shù)到數(shù)據(jù)存儲器 寫初始化參數(shù)到 EEPROM 看門狗 檢測水溫 檢測水位 掃描顯示 DS18B20 對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求 ，它 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)的。 溫度檢測程序設(shè)計 DS18B20 的使用方法 DS18B20 使 用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，意思是在一根數(shù)據(jù)線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。因系統(tǒng)邏輯關(guān)系較為復(fù)雜，編程時要進行邏輯判斷 。 圖 主程序流程圖 3 軟件 設(shè)計 軟件 設(shè)計分為：溫度檢測設(shè)計、水位檢測程序設(shè)計、顯示程序設(shè)計、按鍵程序設(shè)計、 X5054 程序設(shè)計。在本 文 第 3 章中 將對這些電路的軟件設(shè)計 作 詳細分析 。 PCB 圖見附錄 B。 2． 2 系統(tǒng)原理 根據(jù) 設(shè)計要求 ，可以 設(shè)計 出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 。 （ 7）手動加熱：若日曬水溫達不到設(shè)定值，則電加熱自動補溫，加熱到預(yù)置溫度后自動停止加熱。 （ 6）自動上水：在自動狀態(tài)，當(dāng)檢測到水位沒達到設(shè)置水 位時，自動上水；若水位已達到預(yù)置水位，且水溫超過設(shè)置水溫 3℃ 以上，自動加水直到水溫等于設(shè)定水溫；若水位已加滿，則停止加水。 （ 5）手動上水：在手動控制狀態(tài)，可以通過設(shè)在面板上的按 “ 上水 ” 鍵隨時進行手動加水，若水位低于預(yù)置水位，可上水至預(yù)置水位；若水位已達到預(yù)置水位，則在原水位基礎(chǔ)上再加一檔；若水位已加滿，則停止手動加水。按“ 水位 開關(guān) ” 鍵，數(shù)碼 管 顯示當(dāng)前水位，如顯示 50，表示 50％，這時 “ 水位 開關(guān) ”鍵旁的發(fā)光二極管亮，通過按 “∧” 或 “∨” 鍵可以調(diào)整水位設(shè)置。 （ 2）水位顯示：本系統(tǒng)利用水位檢測電路可以檢測 4個水位，包括 4 個正常水位50％ 、 80％ 、 100％ 和一個底水位；用 數(shù)碼管 來顯示當(dāng)前水位，當(dāng)水位超過該水位點， 數(shù)碼管顯示 。 2 總體設(shè)計 2． 1 設(shè)計要求 本 課題設(shè)計的 太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)具有以下功能： （ 1）水溫顯示：水溫用數(shù)碼管顯示，測溫范圍 0~99℃ ；精度 177。文章 中 所介紹的太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)，將低價位的 AT89C51 單片機引入太陽能熱水器中，以單片機作為核心部件，實時自動采集溫度和水位數(shù)據(jù)， 并根據(jù)用戶選擇進行自動或手動控制， 充分利用好太陽能熱水器 。 課題 研究方向 本畢業(yè)設(shè)計的研究的太陽能熱水 器控制器，有著很大的發(fā)展 ，但現(xiàn)有的技術(shù)和資金投入比較少， 因此，在太陽能熱水器、太陽熱水系統(tǒng)的測量控制方面，應(yīng)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 自動控制 產(chǎn)品。目 前，國內(nèi)多個省市已經(jīng)紛紛跟進，推進太陽能與建筑一體化，如江蘇 、 廣東 、 海南 、 山東 、 甘肅 、 深圳 、 浙江等地區(qū)都明確要求 12 層以下建筑要全面推廣和配置太陽能熱水系統(tǒng)，為太陽能應(yīng)用提供了巨大的空間，太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展也將迎來新的契機 [4] 。 即使熱水器具有輔助加熱功能 ,也可能由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒 ,從而浪費電能 ； 與之配套的控制器卻存在著諸如使用一段時間后 ,傳感器因結(jié)垢而檢測不準(zhǔn) 。 發(fā)展近 況 近年來 ,太陽能熱水器因利用太陽能、無污染、使用方便、長期投入費用低等特點 ,深受人們的青睞 ,太陽能熱水器已經(jīng)成為與電熱水器、燃氣熱水器并列的三大熱水器產(chǎn)品之一 [2] 。隨著人們的收入水平不斷提高，越來越多的人要求安裝性能優(yōu)異的自動控制器。相配套的控制儀器也 隨之 相繼問世。在全球范圍內(nèi)，即使是在可再生能源界，也普遍存在著低估和忽視太陽能熱利用的現(xiàn)象。1 引言 太陽能熱水器是目前一種 具有 較成熟技術(shù)、應(yīng)用廣泛的可再生能源產(chǎn)品，在全球的很多國家 都 得到了廣泛應(yīng)用，在提供熱水、減少常規(guī)能源消耗 、 提高人民的生活水平等方面發(fā)揮了巨大的作用。在歐洲、澳洲等國家，太陽 能 熱水 器 主要是作為輔助熱源與常規(guī)能源聯(lián)合運行 使用 ，既能供應(yīng) 日常 生活和洗浴熱水，還能為 房屋 供暖；在美國，太陽能熱水器主要是用于 家庭 游泳池的加熱。為此，國際能源機構(gòu)太陽能供熱和制冷委員會（ ）等諸多國際機構(gòu) 時刻 呼吁各方加大對 太陽能熱水器的關(guān)注和支持，避免低估太陽能熱 效應(yīng) 的作用，推動太陽能熱水器的 普及 和應(yīng)用 [1] 在我國，隨著人們生活水平的 不斷 提高， 市場上 各種熱水器的使用已相當(dāng)普及。 課題背景 根據(jù) 市場 調(diào)查顯示，市 場上出 售的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計雖然各有特點，但與之配套的自動化控制器卻一直沒有多大的變化，技術(shù)的改進基本上處于原地踏步狀態(tài)。所以說，控制器的技術(shù)落后在某種程度上影響了太陽能熱水器行業(yè)的發(fā)展。目 前 中國 市場上太陽能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問題 ,很多控制器只具有溫度和水位顯示功能 ,不具有溫度控制功能 。顯示器顯示亂碼 ， 因干擾而造成電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)誤操作等 一些問題 ,影響了太陽能熱水器的推廣使用 [3]。 隨著人們生活水平的提高 ,各種熱水器的使用已相當(dāng)普及 ， 消費者需要真正的“全自動”控制 ,以實現(xiàn)使用的最簡單化 ,就像家用電視機、電冰箱一樣 ,接通電源、設(shè)定完畢就不用再操心了 [5] 。隨著計算機在各種智能控制系統(tǒng)應(yīng)用中的不斷深入與蓬勃發(fā)展，單片機以其小巧的外形、較高的性價比、靈活的控制方式 、 廣泛的應(yīng)用在這一領(lǐng)域 [6]。 本文詳細介紹了基于 AT89C51的太陽能熱水器自動控制系統(tǒng) 的 組成、軟件設(shè)計 。2℃ 。 （ 3）水位設(shè)置：可設(shè)置加水水位 50％ 、 80％ 、 100％ (本儀預(yù)置水位 50％ )。 （ 4）缺水上水 /報警：當(dāng)水位從高到低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時 ，缺水指示燈閃亮，延時 15分鐘自動上水至預(yù)置水位。在上水過程中，按 “ 上水 ” 鍵，可停止上水。此功能使太陽能熱水器產(chǎn)出最多熱水。在加熱狀態(tài)，為保證使用安全，此時應(yīng)禁止用水，加熱狀態(tài)時紅色發(fā)光二級管顯示加熱正在進行，待加熱停止后方可用水。 圖 由此可以設(shè)計出系統(tǒng) 硬件 電路圖，見附錄 A。 該系統(tǒng) 硬件由 以下 幾 部分 組成 ：溫度水位檢測電路、水位指示電路、繼電器輸出控制電路、顯示電路、按鍵電路、報警電路、工作狀態(tài)指示電路和單片機控制電路。 AT89C51 溫度傳感器 水位檢測電路 水箱 加水電磁閥 水 位 指 示 電 路 繼電器 繼電器 加熱器 看門狗、 EEPROM 溫度顯示 鍵盤 報警電路 工作狀態(tài)指示電路 主程序設(shè)計 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 所示。 本設(shè)計軟件部分主要包括初始化模塊、模擬輸入和計時模塊、故障判斷和控制邏輯處理模塊、鍵盤處理和 LED 顯示模塊等 [7]。 為簡化程序，便于系統(tǒng)升級，本程序設(shè)計采用了模塊化設(shè)計，采用匯編語言進行編程。但是對 AT89C51單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，必須采用軟件 編程 的方法來模擬單總線的協(xié)議時序，從而來完成對 DS18B20 芯片的訪問。同時， DS18B20 為了 保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性 ，它 有著嚴(yán)格的通信協(xié)議。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。 另外， 數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先 [8]。 如圖 所示。 DS18B20 的讀時 序 是從主機把單總線拉低之后，在 15秒之內(nèi)就得釋放單總線， 從而 讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。s。 圖 DS18B20 的復(fù)位時序 圖 DS18B20的讀時序 （ 3） DS18B20 的寫時序 DS18B20 的寫時序 同讀時序一樣， 仍然分為寫 0時序和寫 1 時序兩個過程。s，保證 DS18B20 能夠在 15181。s 之間能正確地采樣 I/O 總線上的 “0” 電平，當(dāng)要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15181。如圖 所示。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉500181。s 左右， 然 后發(fā)出 60～ 240181。 DS18B20 有六條控制命令，如表 所示。例如 ： ＋ 125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H，＋ ℃ 的數(shù)字輸出為 0191H，－ ℃ 的數(shù)字輸出為 FF6FH，－ 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。 在溫度程序中還要完成 對 溫度過高和過低的故障保護。當(dāng)溫度過低時（低于 0℃ ），要加熱， 從而 保護裝置。 本設(shè)計 采用數(shù)字濾波算法克服隨干擾引起的誤差 ，該法 具有以下優(yōu)點： （ 1）數(shù)字濾波無需硬件，只用一個計算過程，可靠性高，不存在阻抗匹配的問題。 （ 2）數(shù)字濾波是用軟件算法來實現(xiàn)的，多輸入通道可共用一個濾波程序，降低系統(tǒng)開支。 常用的濾波方法有程序判斷法、中值判斷法、算術(shù)平均值濾波法、加權(quán)濾波法、滑動濾波法、低通濾波法和復(fù)合濾波法。 本設(shè)計 溫度采集系統(tǒng)一個周期采集數(shù)據(jù)十次，去掉最大值和最小值，然后求剩余8個數(shù)的平均值。具體程序見附錄 C。 本設(shè)計 通過 P2 口來檢測。 流程圖如圖 所示 。程序如下： test_water: jb ,test_w1 mov water_num,10h 。80% Y Y Y N 開始 水位檢測 相應(yīng)指示燈亮 送 ULN2021 反向 P1 為高電平嗎？ P4 為高電平嗎？ P3 為高電平嗎？ P2 為高電平嗎？ N N 返回 Y N ljmp act_w test_w2: jb ,test_w3 mov water_num,05h 。20% ljmp act_w test_w4: jb ,w_err mov water_num,01h act_w: mov a,water_num 。循環(huán)檢測水位 w_err: setb LS 。循環(huán)檢測水位 test_water_ret: ret 3． 3 顯示程序設(shè)計 本 設(shè)計 采 用 74LS164 來擴展并行 I/O 口，連接兩位數(shù)碼管。 LED 進行分時選通，這樣在任一時刻，只有一位 LED 是點亮的，但只要掃描的頻率足夠高 (一般大于 25Hz)，由于人眼的視覺暫留特性，直觀上感覺卻是連續(xù)點亮的，這就是常說的動態(tài)掃描電路 [11] 。 如要顯示 “0”，則要 a,b,c,d,e,f 六個字段亮就顯示 “0”了，而 g 和 dp 字段不亮。 表 顯示碼表 dp g f e d c b a 顯示 字符 編碼 1 1 0 0 0 0 0 0 0 C0H 1 1 1 1 0 0 1 1 1 F3H 1 0 1 0 0 1 0 0 2 A4H 1 0 1 1 0 0 0 0 3 B0H 1 0 0 1 1 0 0 1 4 99H 1 0 0 1 0 0 1 0 5 92H 1 0 0 0 0 0 1 0 6 82H 1 1 1 1 1 0 0 0 7 F8H 1 0 0 0 0 0 0 0 8 80H 1 0 0 1 0 0 0 0 9 90H 1 0 0 0 1 0 0 0 A 88H 1 0 0 0 1 1 1 0 F 8EH 顯示內(nèi)容包括當(dāng)前水溫、設(shè)置水位、設(shè)置水溫。 state 可以通過按鍵來改變，具體方法見流程圖部分。讀取按鍵方法如下： test_key: mov a,p1 cpl a anl a,7fh jz key_ret00 lcalldelay 。保存按鍵值 在 keys 保存當(dāng)前按鍵值，為： 01h,02h,04h,08h,10h,20h,40h分別表示用水鍵、水位鍵、水溫鍵、加、減、加水鍵、加溫鍵。 圖 用水開關(guān)流程圖 （ 2）水位鍵： 如圖 所示。 圖 水溫設(shè)置流程圖 （ 4）加水鍵： 如圖 所示。 圖 加熱