【正文】 的不同和季節(jié)的不同又給太陽(yáng)能的利用帶來(lái)的重重困難，有些技術(shù)的難點(diǎn)尚未得到突破，產(chǎn)品的造價(jià)偏高，所以還沒(méi)有被人們普遍的使用。世界各國(guó)太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)發(fā)展速度也很快。日本現(xiàn)在每年安裝的太陽(yáng)能熱水器將近50萬(wàn)臺(tái)，計(jì)劃今后額普及率將更高。太陽(yáng)能熱水器的推廣應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，迄今全國(guó)太陽(yáng)能熱水器的累計(jì)安裝使用總量已經(jīng)達(dá)到300萬(wàn)平方米以上。 本課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要是利用AT89S52單片機(jī)為核心，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅髯鳛樾盘?hào)的采集來(lái)源[15]：溫度傳感器選擇數(shù)字式的DS18B20。要經(jīng)過(guò)幾部分的設(shè)計(jì)來(lái)完成：LED數(shù)碼管顯示部分的設(shè)計(jì) 水位采集部分的設(shè)計(jì)溫度采集部分的設(shè)計(jì)控制加熱和上水電路的設(shè)計(jì)從系統(tǒng)需要和研究?jī)?nèi)容可以看出，本設(shè)計(jì)需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。利用電腦仿真，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行模擬檢測(cè)。熱敏電阻，它的組成是半導(dǎo)體陶瓷。它的阻值～溫度的特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性的比例較大，因而在使用時(shí)候要進(jìn)行線性化地處理。所以，在要求不是很高的一般的應(yīng)用中，常做出在一定溫度范圍內(nèi)的溫度和阻值成線性關(guān)系的假設(shè)，從而簡(jiǎn)化了計(jì)算。根據(jù)公式，測(cè)得的電阻的兩端的電壓，了解到了參數(shù)T0和K，通過(guò)這樣來(lái)計(jì)算出電阻所處的環(huán)境溫度，這樣就能把熱敏電阻隨著溫度的變化，變化為電壓隨著溫度的變化。水位采集系統(tǒng)的選擇。I為恒流源，該電流流過(guò)一個(gè)電阻產(chǎn)生的壓降為IR。當(dāng)水位上升到Kn處時(shí)，浮子推動(dòng)磁體M移動(dòng)到干簧管Kn，Kn接通。輸出端經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后直接輸入到單片機(jī)。 方案一 溫度傳感器的選擇。全部的傳感元件和轉(zhuǎn)化電路都集成在一只形如三極管的集成電路內(nèi)。該設(shè)計(jì)外圍的電路比較簡(jiǎn)單，只需通過(guò)DS18B20進(jìn)行采集的溫度，一個(gè)LED顯示的電路，軟件設(shè)計(jì)的部分只需要采集溫度，再對(duì)溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最后用顯示電路將它顯示出來(lái)。 水位采集系統(tǒng)的選擇。它們的輸出信號(hào)接五個(gè)反向器CD4069。顯示總分為5檔，每檔為滿水位的20%。傳統(tǒng)測(cè)溫的元件有熱電偶和熱電阻，它們測(cè)出的一般是電壓，然后轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，這就需要較多的外部硬件的支持，電路及軟件的調(diào)試比較復(fù)雜，制作難度比較高，成本相對(duì)也比較高。DS18B20可以直接讀出被測(cè)的溫度值。方案2比方案1的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，硬件要求較少，成本較低，而且方案2省去了方案1中的A/D轉(zhuǎn)換器，操作起來(lái)比較方便，方案2在軟件的設(shè)計(jì)中也比方案1來(lái)得更加的簡(jiǎn)潔明了。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3　硬件設(shè)計(jì)3 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理經(jīng)對(duì)所要設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行分析，可得到系統(tǒng)的總體的硬件設(shè)計(jì)框圖。另外一路是在水箱中的五根不銹鋼針，它們輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)反向并通過(guò)驅(qū)動(dòng)再送入單片機(jī)89S52進(jìn)行處理，在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的水位值。溫度與水位的值在時(shí)時(shí)檢測(cè)，達(dá)到控制目的。DS18B20通過(guò)單總線結(jié)構(gòu)，僅需一個(gè)引腳即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。DS18B20以其簡(jiǎn)單方便的接口，廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫度控制、數(shù)字溫度計(jì)和熱感測(cè)系統(tǒng)中。DS18B20的外形 DS18B20的封裝引腳圖GN地信號(hào)DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。DS18B20的結(jié)構(gòu)DS18B20有三個(gè)主要的數(shù)字部件：1）64位激光ROM，2）溫度傳感器，3）非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH與TL。DS1820也可以用外部5V電源供電。其中單線信號(hào)包括復(fù)位脈沖和響應(yīng)脈沖，寫“0”，寫“1”和讀“1”。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的操作以ROM命令和存儲(chǔ)器命令的形式出現(xiàn)。DS18B20在使用的時(shí)候，一般都是采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。DS18B20傳感器精度高、互換性好，而且它直接將溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，可只使用一根電纜來(lái)傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便簡(jiǎn)單，傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)且抗干擾性強(qiáng)，與傳統(tǒng)的溫度傳感器系統(tǒng)相比起來(lái)系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化。DS18B20的電源供電方式1）DS18B20寄生電源的供電方式電路DS18B20寄生電源的供電電路，想讓DS18B20精確的進(jìn)行溫度的轉(zhuǎn)換，I/O口必須保證在溫度轉(zhuǎn)換的期間能夠提供足夠的能量，因?yàn)槊總€(gè)DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換的期間工作的電流達(dá)到1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器同時(shí)掛在一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫的時(shí)候，僅靠上拉電阻是沒(méi)有辦法提供足夠的能量，因而會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或者溫度誤差極大。當(dāng)電源的電壓下降的時(shí)候，使測(cè)量的誤差變大。此時(shí)I/O口不需要上拉電壓，而且在總線上可以掛多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)的測(cè)溫系統(tǒng)。 DS18B20外部供電多點(diǎn)測(cè)溫電路 通過(guò)比較上述的兩種供電方式后，認(rèn)為外部電源供電的方式對(duì)電源的要求比電源供電的方式優(yōu)越些而且穩(wěn)定性好。1wire總線通信的第一步是選擇1wire設(shè)備，然后1wire主機(jī)發(fā)送各種命令來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)際的通信過(guò)程中，1wire主機(jī)通過(guò)如下5個(gè)ROM操作命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。b 匹配ROM序列號(hào)命令（代碼為55H），用于識(shí)別（或選中）某一特定的DS18B20并進(jìn)行后續(xù)操作。d 跳過(guò)ROM序列號(hào)命令（代碼為CCH），用于等命令發(fā)出后，系統(tǒng)將對(duì)所有DS18B20進(jìn)行操作，通常用于啟動(dòng)所有DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換之前，或1wire總線中僅有一個(gè)DS18B20時(shí)。2)存儲(chǔ)操作命令a 溫度轉(zhuǎn)換命令（代碼為44H），用于啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量。b 復(fù)制暫存器命令（代碼為48H），用于將高速暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到DS18B20的E2PROM中，即把溫度報(bào)警器觸發(fā)字節(jié)復(fù)制到非易性存儲(chǔ)器中。當(dāng)DS18B20執(zhí)行寫暫存器命令時(shí)，可以通過(guò)復(fù)位命令來(lái)中止寫入。讀電源命令執(zhí)行后，通過(guò)讀命令，將返回其供電模式，“0”表示使用寄生電源，“1”表示使用外部電源。從高速暫存器字節(jié)0開(kāi)始，最多讀取9B。DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換操作DS18B20為9位數(shù)字溫度分辨率，其溫度數(shù)據(jù)格式如表325所示。 DS18B20溫度寄存器的數(shù)據(jù)格式Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LSBBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8MSBSSSSSSSS DS18B20的溫度與數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系 溫度 數(shù)據(jù)（二進(jìn)制數(shù)）數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制數(shù)）+1250C0000 0000 1111 10100x00FAH+250C0000 0000 0011 00100x0033H+0000 0000 0000 00010x0001H00C0000 0000 0000 00000x0000H1111 1111 1111 11110xFFFFH250C1111 1111 1100 11100xFFCEH1250C1111 1111 1001 00100xFF92HDS18B20通過(guò)溫度轉(zhuǎn)換命令啟動(dòng)一次溫度測(cè)量。由于DS18B20可以測(cè)量正負(fù)溫度，因此，測(cè)量數(shù)據(jù)是以16位帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存放的。DS18B20的時(shí)序1)復(fù)位 復(fù)位 單片機(jī)在t0時(shí)刻發(fā)出一復(fù)位的脈沖(最短為480us的低電平的信號(hào))，接著在t1時(shí)刻，釋放總線然后進(jìn)入接收的狀態(tài)，當(dāng)DS18B20檢測(cè)到了，總線地上升沿后，會(huì)等待1560us，接著DS18B20在t2的時(shí)刻會(huì)發(fā)出存在的脈沖(低電平將持續(xù)60240us)。見(jiàn)上圖，從t0時(shí)刻開(kāi)始 15us之內(nèi)應(yīng)把所要寫的位及時(shí)送到總線上。連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1us。 電磁繼電器電磁繼電器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、易于掌握、維修方便、品種繁多和適用范圍廣等特點(diǎn)。由于繼電器用于控制電路，所以流過(guò)其觸點(diǎn)的電流比較小，故不需要滅弧裝置。感應(yīng)機(jī)構(gòu)是線圈；變換機(jī)構(gòu)是電磁系統(tǒng)，包括鐵芯、銜鐵、軛鐵和線圈；比較機(jī)構(gòu)是反力系統(tǒng)，主要包括反力彈簧和簧片；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是到點(diǎn)接觸系統(tǒng)（主要指觸點(diǎn)），多為簧片結(jié)構(gòu)。必須著重指出，線圈是電感性元件，電流不能突變。繼電器的觸點(diǎn)可以分為四類。由兩片簧片組成，平時(shí)不接觸，繼電器吸動(dòng)后它們閉合。兩片簧片平時(shí)接觸著，繼電器吸動(dòng)后分開(kāi)。當(dāng)繼電器吸動(dòng)后，中間簧片和上簧片分開(kāi)了，而和下簧片接觸。電磁繼電器的有點(diǎn)有：熱穩(wěn)定性好，開(kāi)關(guān)組比大，負(fù)載特性好，功率放大系數(shù)大，互換性強(qiáng)，對(duì)維修技術(shù)要求不高。 電磁繼電器 要選用繼電器，必須先要了解必要的條件：控制整個(gè)電路的電源電壓以及能提供的最大電流；被控制的電路中的電壓和電流；被控電路需要幾組和什么形式的觸點(diǎn)?？刂频碾娐窇?yīng)以能給繼電器提供足夠地工作電流，否則繼電器的吸合是不穩(wěn)定的。如果手頭已經(jīng)有繼電器，可以查閱相關(guān)的資料。 單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)包括基本的時(shí)鐘電路與復(fù)位電路，復(fù)位電路有手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位電路，RST復(fù)位端，當(dāng)此引腳能夠保持兩個(gè)機(jī)器周期是高電平時(shí)，就可完成復(fù)位的操作。使用Atmel 公司高精度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)，與工業(yè)的80C51 系列產(chǎn)品的指令和引腳完全的兼容。在單芯片上，擁有8 位CPU 和系統(tǒng)可編程的Flash，使得AT89S52在眾多的嵌入式控制應(yīng)用的系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)AT89S52具有以下的標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k的字節(jié)Flash，256字節(jié)的RAM， 32 位的I/O 口線，還有看門狗定時(shí)器，和2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，和全雙工串行口， 片內(nèi)晶振和時(shí)鐘電路[1]?？臻e的模式下，CPU 停止工作，允許RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和串口、中斷繼續(xù)等工作。VCC(PIN40),電源端，正常工作電壓為正五伏。外接晶振或外部振蕩器引腳 外接晶振或外部振蕩器引腳主要負(fù)責(zé)為單片機(jī)的運(yùn)行提供時(shí)鐘振蕩器，主要有兩根引腳。XTAL2(PIN18），時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)震蕩電路的輸出端。一種是片內(nèi)時(shí)鐘震蕩方式，在18和19腳外接石英晶體（0到33兆赫茲）和震蕩電容，震蕩電容的值一般取10到30皮法。輸入輸出（I/O）端口引腳AT89S52提供了4個(gè)8位并行I/O端口，基本的功能和其他51系列單片機(jī)完全一致，部分引腳有擴(kuò)展功能，分別介紹如下。P0口作為輸出口時(shí)，每個(gè)引腳負(fù)載8個(gè)TTL；在外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，可定義為低8位地址|數(shù)據(jù)線；定義為I/O口時(shí)，需外接上拉電阻，為準(zhǔn)雙向 I/O口，在程序中向該端口寫入“1”后，成為高阻抗輸入口；在對(duì)片內(nèi)FLASH編程的時(shí)候，P0口可以接收字節(jié)代碼，在程序校驗(yàn)時(shí)輸出字節(jié)代碼，程序校驗(yàn)期間應(yīng)外接上拉電阻。和基本的8051不同的是，其部分引腳具有第二功能。3）P2口：（pin21到pin28），輸入/輸出腳，8位準(zhǔn)雙向并行I/O口。如果只需8位地址線，它將輸出特殊功能寄存器（鎖存器）中的內(nèi)容。P3口內(nèi)部已經(jīng)具有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，能負(fù)載4個(gè)TTL；和普通的8051一樣，每個(gè)引腳都具有第二功能。復(fù)位，控制和選通引腳 復(fù)位，控制和選通引腳主要負(fù)責(zé)單片機(jī)程序復(fù)位，編程控制及外部程序存儲(chǔ)器的選通。在定時(shí)監(jiān)視器定時(shí)輸出后，該引腳置高電平，并持續(xù)96個(gè)震蕩周期，也可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在默認(rèn)的DISRT0位狀態(tài)下，RST引腳上的高電平有效。當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存）的負(fù)跳變將低8位地址打入鎖存；而非訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6震蕩周期的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以被用在外部計(jì)數(shù)或者時(shí)鐘信號(hào)。單獨(dú)的發(fā)光二極管便是一個(gè)最簡(jiǎn)單的LED，通過(guò)控制其的亮滅來(lái)作為信號(hào)指示，一般用于電源指示燈，工作狀態(tài)指示等。LED數(shù)碼管室友若干個(gè)發(fā)光二極管組成的顯示字段的顯示器件，一般簡(jiǎn)稱為數(shù)碼管。LED數(shù)碼管可以根據(jù)控制不同組合的二極管導(dǎo)通，來(lái)顯示各種數(shù)據(jù)和字符。7端數(shù)碼管顯示模塊可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種。LED的顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。選用的時(shí)候要注意產(chǎn)品的尺寸顏色、功耗、亮度和波長(zhǎng)等等。因此，這種數(shù)碼管有時(shí)也被稱為8段LED數(shù)碼管顯示器。由于7段LED數(shù)碼管加上小數(shù)點(diǎn)位DP，共有8個(gè)發(fā)光單元，正好組成一個(gè)整8位字節(jié)。7段共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光原理同上。對(duì)于多個(gè)LED數(shù)碼管并用的場(chǎng)合，一般有靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示和LED驅(qū)動(dòng)器三種顯示驅(qū)動(dòng)的方式。在這種情況下，多個(gè)LED是同時(shí)顯示的。其缺點(diǎn)是：當(dāng)LED數(shù)量比較多的時(shí)候，需要很多I/O線，對(duì)硬件資源的要求比較苛刻。根據(jù)人的視覺(jué)暫留效應(yīng)，當(dāng)循環(huán)點(diǎn)亮的速度很快的時(shí)候，可以認(rèn)為各個(gè)LED是穩(wěn)定顯示的。通過(guò)為共陰極LED（或共陽(yáng)極LED）的公共引腳賦低電平（或高電平），從而選擇某個(gè)LED顯示。動(dòng)態(tài)顯示的情況下，LED數(shù)碼管顯示的穩(wěn)定性與點(diǎn)亮?xí)r間和循環(huán)的間隔時(shí)間有關(guān)，而LED的顯示亮度與導(dǎo)通電流、點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間有關(guān)。多數(shù)的按鍵多采用機(jī)械彈性的開(kāi)關(guān)，一次的高低電平的變化就是一次的命令。硬件防抖電路：是利用RC積分電路對(duì)于干擾脈沖吸收作用，選擇好的電路的時(shí)間常數(shù)，就能在按鍵抖動(dòng)的信號(hào)通過(guò)此濾波電路時(shí)，消除抖動(dòng)的影響。當(dāng)K位按下的時(shí)候，電容C的兩端電壓均為0，當(dāng)K按下的時(shí)候，由于C的兩端電壓不可能突然產(chǎn)生變化。同理，當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)的時(shí)候，由于電容C經(jīng)過(guò)的電阻R放電，C的兩端放電電壓的波動(dòng)不會(huì)超過(guò)非門的關(guān)閉電壓，所以，非門的輸出也不可能改變。 硬件去抖電路攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4　軟件設(shè)計(jì)4 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)