【正文】 C2 F3 熱 集 水 熱 太陽(yáng)光 F1 箱 器 C1 D 自來(lái)水 F2 圖 系統(tǒng)控制原理圖 注釋： C1：熱水箱的溫度傳感器 C2：循環(huán)水管中的溫度傳感器 C3：集熱器中的溫度傳感器 F1：循環(huán)水閥門(mén) F2：冷水閥門(mén) F3：熱水閥門(mén) 此款 熱水器利用微機(jī)控制主要有以下幾種控制功 能：晨水加熱控制、溫水循環(huán)控制、冷水集熱控制、水箱加熱控制。為了提供溫度不低于30攝氏度的水，熱水器在清晨 47點(diǎn)之間對(duì)水箱進(jìn)行電加熱，具體控制過(guò)程如下： 首先，關(guān)閉冷水閥門(mén) F2 和循環(huán)水閥門(mén) F1，然后微機(jī)開(kāi)始進(jìn)行水箱的溫 度采集，同時(shí)進(jìn)行溫度的比較，當(dāng)水箱的溫度小于 30 攝氏度時(shí)，電熱器 D 接通進(jìn)行加熱，同時(shí)微機(jī)繼續(xù)對(duì)熱水箱的溫度進(jìn)行采集。 2. 循環(huán)水集熱過(guò)程 早晨水溫控制之 后（ 7～ 9 點(diǎn)），設(shè)定當(dāng)日的水箱溫度 N（由兩位 BCD 次齒輪開(kāi)關(guān) 6 設(shè)定），輸入微機(jī)，再利用微機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)太陽(yáng)光能對(duì)熱水箱加熱以達(dá)到理想溫度 N。然后開(kāi)始比較溫度，若（ T3T15 攝氏度， T2T1）為止。 3. 冷水集熱控制 此時(shí)熱水箱溫度已達(dá)到了 N，冷水要進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器，這時(shí)溫度為 T3，和當(dāng)日的設(shè)定溫度值相比較，若 T3N 則將已加熱的水送入熱水箱，每天的控制時(shí)段大概為9點(diǎn)～ 20 點(diǎn)。若 T3N，打開(kāi)熱水閥門(mén) F3 并將保持一段時(shí)間，若 T3N，關(guān)閉 F3 繼續(xù)給太陽(yáng)能集熱器加熱，知道溫度答應(yīng) N，當(dāng)打開(kāi) F3 時(shí)此時(shí)比較水管水溫 T2 與 N 的值，若 T2N 閥門(mén) F3 繼續(xù)保持打開(kāi)狀態(tài)，否則關(guān)閉 F3。 4. 水箱加熱控制 此時(shí)，也許你會(huì)問(wèn)如果沒(méi)有日照或者日照較弱時(shí)，到了晚上我們是否還能洗上熱水澡嗎？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個(gè)從系統(tǒng)，這時(shí)它就要發(fā)揮作用了。 太陽(yáng)能熱水器組成及原理 5 6 4 7 2 1 3 圖 熱水器裝置簡(jiǎn)圖 7 注釋： 1集熱器； 2下降水管； 3循環(huán)水管； 4補(bǔ)給水箱 ； 5上升水管 ； 6自來(lái)水管； 7熱水出水管 熱水器主要由集熱器、循環(huán)管道和水箱等組成，圖中為典型的熱水器裝置圖。上升水管 5與循環(huán)水箱 3上部相連，另一端與集熱器 1 的上集管相接。 當(dāng)集熱器吸收太陽(yáng)輻射后，集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。而循環(huán)水箱下部的冷水比重較大，就由水箱下 流到集熱器下方，在集熱器內(nèi)受熱后又上 升。這種熱水利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱循環(huán)熱水器。平板型集熱器結(jié)構(gòu)形式很多，世界上已實(shí)用的集熱器就有直管式、瓦楞式、扁管式、鋁翼式等二十多種。 8 AT89C51 單 片 機(jī) 的 控 制 DS18B20W 溫度采集電路 門(mén)磁傳感器探測(cè) 水位檢測(cè) 無(wú)線電控制 （鍵盤(pán)輸入及顯示） 報(bào)警電路 水位控制電路 LED 指示燈 加熱控制 圖 硬件原理框圖 9 3 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求，采用 80C51 單片機(jī)的智能控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。僅使用 STC80C51 內(nèi)部 RAM 已完全能夠滿足要求。 最小系統(tǒng)板設(shè)計(jì) 根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和總體設(shè)計(jì)方案 ,設(shè)計(jì)中用了最小系統(tǒng)板。 STC89C52 單片機(jī) 是 E2PROM 型單片機(jī)， 可尋址64KB 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器和 64KB字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 STC89C5 單片機(jī)是一個(gè)低功耗、高性能、帶 FLASH 存儲(chǔ)器的 8 位微處理器。本系統(tǒng)用一片 STC89C52單片機(jī)代替了 8031 單片機(jī)和 2764 程序存儲(chǔ)器兩塊芯片，達(dá)到了簡(jiǎn)化電路的效果。其電路圖如下圖 所示，片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路， CPU 的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行，片內(nèi)振蕩器的震蕩頻率 f 0 非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz 之間選取，這次畢設(shè)用的時(shí)鐘頻率是 12MHz 。圖 中 C C2 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選擇，典型值是 30Pf 。 圖 時(shí)鐘 振蕩 電路 11 按鍵及顯示電路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 25 J un 20 10 S h e e t of F il e : F : \畢設(shè) 2\ 06 04 11 19 羅文彬 \圖 \畢設(shè) .D D B D r a w n B y:V D D1V D D2NC3V S S4NC5CS6C L K7D A T A8K E Y9SG10SF11SE12SD13SC14SB15SA16DP17D I G 018D I G 119D I G 220D I G 321D I G 422D I G 523D I G 624D I G 725C L K O26RC27R E A E T2872 79U172 79V C CR 1520 0R 1420 0R 17 10 KR 18 1 0KR920 0R 1020 0R 1120 0R 1620 0R1 R2 R3 R4C115 pf R 19 1 .5KV C CR 1320 0R 1220 0R5 R6 R7 R81 0 0 K x 8S0S1S2S3S4S5S6S7S8S W P BS9S 1 0S 1 1S 1 2S 1 3S 1 4S 1 5abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS8abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS7abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS6abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS5abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS4abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS3abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS2abfcgde1 2 3 4 567 8 9 1 0 e d c om c d p g f a b c omS1CSC L KD A T AK E YR 1910 KR 2010 K 圖 7279按鍵顯示電路 最小系統(tǒng)板采用 HD7279A 芯片來(lái)控制數(shù)據(jù)的數(shù)碼管的顯示。 本模塊由按鍵和顯示器兩部分組成， 是人機(jī)對(duì)話的窗口，主要作用是輸入操作命令和觀察系統(tǒng)的工作狀態(tài)。共有 16 個(gè)按鍵，一個(gè)是確定按鍵、一個(gè) 溫度閾值的上翻鍵和下翻鍵，一個(gè)是時(shí)間的校時(shí)鍵，一個(gè)是頁(yè)面的切換鍵， 其余十個(gè)是 09數(shù)字按鍵。 溫度采集模塊電路設(shè)計(jì) 溫度采集方案設(shè)計(jì)比較 在設(shè)計(jì)溫度采集電路時(shí)，主要是通過(guò)一個(gè)溫度傳感器，將采集到的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò) 12 一系列的處理之后，最終送入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，從而達(dá)到顯示的目的。 方案二：采用集成數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20， 將數(shù)字溫度信號(hào)直接送入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。 DS18B20 的 介紹及其 主要特性 數(shù)字 化 溫度傳感器 DS18B20，是 美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體 公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片 ，在其內(nèi)部使用了在板（ ONBOARD）專利技術(shù)。 1） 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 ℃ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 7） 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 DS18B20 的引腳定義及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 DS18B20的引腳圖 DS18B20 引腳定義： ? DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出 端 ? GND 為電源地 端 ? VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ： 主要由 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器四部分組成。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處，分別是在進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源；可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM；電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根 I/O 口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。該電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下，不適宜于電池供電系統(tǒng)中工作，并且工作電源 VCC 必須保證在 5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。 本次 單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為 MHz，根據(jù) DS18B20 的初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，分別編寫(xiě) 3 個(gè)子程序：初始化子程序 、 寫(xiě)（命令或數(shù)據(jù)）子程序 、 讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)均由最低位開(kāi)始 。在使用 PL/M、 C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820 操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單總線上所掛 DS1820超過(guò) 8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系 統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。溫度傳感器 DS18B20 16 匯編程序 ， 采用器件默認(rèn)的 12 位轉(zhuǎn)化 ,最大轉(zhuǎn)化時(shí)間 750 毫 秒 ； 可以將檢測(cè)到的溫度直接顯示到 STC89C52 開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板的兩個(gè)數(shù)