【正文】 圖 36 例如第二行第一個(gè)字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H 就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位 D7 恒定為高電平 1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B（ 40H） +10000000B(80H)=11000000B(C0H)． 在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液 晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)．每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)． 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器 （ CGROM） 已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H） ，顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”． 顯示模塊電路連接 如圖 37 所示， 1602 的使能端與單片機(jī) 相連，當(dāng) 從高電平變成低電平時(shí)液晶模塊開始執(zhí)行指令． RS 和 RW 分別與單片機(jī) 和 引腳相連，用于控制數(shù)據(jù)的讀寫．?dāng)?shù)據(jù)引腳 D0~D7 與單片機(jī)的 ~ 相連，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換． 圖 37 1602 電路原理圖 太陽(yáng)能熱水器控制器的軟硬件設(shè)計(jì) 15 溫度控制模塊設(shè)計(jì) 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器 [10]的定義是：當(dāng)輸入量的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電流中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器．通俗一點(diǎn)說，繼電器實(shí)際上是 用小電流來控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用． 圖 38 繼電器驅(qū)動(dòng)電路原理 常見的繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖 38 所示．我們知道，單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，通常的工作環(huán)境電壓在 5V 作用，電流也是毫安級(jí)別的．而要把它用到一些像電動(dòng)機(jī)那樣大功率場(chǎng)合，顯然是不行的．所以就需要有一個(gè)環(huán)境來銜接，這就是所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”．繼電器驅(qū)動(dòng)就是一種典型的、簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)．這里的驅(qū)動(dòng)主要是指用繼電器驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載，繼電器驅(qū)動(dòng)相當(dāng)于是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載的接口． 單片機(jī)對(duì)繼電器的控制利用了三極管的開關(guān)作用．當(dāng)單片機(jī)在三極管基極給出高電平時(shí)，繼電器兩端無電勢(shì)差，繼電器也就不工作．當(dāng)想讓繼電 器驅(qū)動(dòng)其他大功率負(fù)載的時(shí)候，單片機(jī)在三極管基極給出低電平，繼電器兩端電壓不等，則繼電器有輸入電壓，繼而輸出更大的電壓來驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載．圖中二極管為繼電器線圈在由吸合變?yōu)閿嚅_時(shí)提供續(xù)流，以免瞬間產(chǎn)生高壓將三極管擊穿． 繼電器驅(qū)動(dòng)溫控模塊 本設(shè)計(jì)規(guī)定，當(dāng)水箱內(nèi)水溫低于二十?dāng)z氏度并且水位高于百分之七十五時(shí)，加熱模塊開始自動(dòng)加熱．當(dāng)加熱至溫度已經(jīng)達(dá)到八十度或者水箱內(nèi)水位低于百分之二十五時(shí)，單片機(jī)控制停止加熱，以防水溫過高或者形成干燒的情況．此外，本設(shè)計(jì)也可以通過外部按鍵控制來進(jìn)行加熱和停止加熱．溫控模塊電 路連接如圖 39 所示： 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 39 溫度控制模塊電路原理圖 水位控制模塊設(shè)計(jì) 電磁閥簡(jiǎn)介 電磁閥 [11]是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件．其內(nèi)部有密閉的腔，腔中間是活塞，兩邊是兩塊電磁鐵．哪邊的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊．通過控制閥體的移動(dòng)來開啟或關(guān)閉兩邊的管道．電磁閥從原理上可以分為直動(dòng)式電磁閥、分布直動(dòng)式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥． 水位控制模塊 本設(shè)計(jì)選用最簡(jiǎn)單的水用直動(dòng)式電磁閥 [12]．其原理為在通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把活塞從閥座上提起，閥 門打開；斷電時(shí)電磁力消失，彈簧把活塞壓在閥座上，閥門關(guān)閉．當(dāng)水位低于百分之一時(shí)，最下端的干簧管斷開，單片機(jī)接收信號(hào)并發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)電磁閥打開，進(jìn)行上水，當(dāng)水位高于百分之九十九時(shí)，最上端的干簧管吸合，單片機(jī)控制電磁閥關(guān)閉，停止上水．本設(shè)計(jì)也可以通過外部按鍵控制來實(shí)現(xiàn)上水和停止上水功能．水位控制模塊電路連接如圖 310 所示： 圖 310 水位控制模塊電路原理圖 太陽(yáng)能熱水器控制器的軟硬件設(shè)計(jì) 17 電源模塊設(shè)計(jì) 由于整個(gè)系統(tǒng)是在 5V 電壓環(huán)境下工作的，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè) 5V 輸出的電源模塊 [4]． 如圖 311 所示，市電 220V電壓首先 通過一個(gè)變壓器使電壓降到 12V左右的交流電壓，然后經(jīng)由二極管組成的整流電路處理后，變成直流電壓．最后在通過三端穩(wěn)壓器就可以輸出一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓了．圖中穩(wěn)壓器輸入和輸出端的電容起到濾波的作用，使輸入和輸出的電壓更加穩(wěn)定．由于我們要得到一個(gè) 5V 的直流電壓，所以穩(wěn)壓器的型號(hào)選擇 7805． 圖 311 電源模塊原理圖 按鍵模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)共有六個(gè)按鍵，包括總電源開關(guān)、系統(tǒng)復(fù)位開關(guān)、和四個(gè)功能按鍵，分別是加熱、上水、停止加熱和停止上水．在系統(tǒng)上電的情況下，按下按鍵即可執(zhí)行相應(yīng)的操作．功能按鍵電路部分如圖 312 所示． 圖 312 按鍵模塊原理圖 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)還設(shè)置了報(bào)警模塊．當(dāng)水位低于百分之一且此時(shí)還在加熱或者當(dāng)水溫超過 80攝氏度而且還在進(jìn)行加熱的時(shí)候，單片機(jī)的 口給出低電平，觸發(fā)報(bào)警模塊．報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)可以防止熱水器的干燒和過燒情況．報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)如圖 314 所示． 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 313 報(bào)警模塊電路原理圖 單片機(jī)輔助電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào) ． 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ． 電路中的電容 C C3 典型值為 30177。 ？即停止加熱按鍵是否按下N執(zhí)行停止加熱操作YNYN返回等待按鍵 圖 43 溫度控制部分流程圖 水位測(cè)控部分流程圖 執(zhí)行水位控制部分程序時(shí)，照例首先讀取當(dāng)前水位，然后掃描按鍵，當(dāng) 和 端口檢測(cè)到按鍵按下時(shí)，程序中斷去執(zhí)行相應(yīng)的上水和停止上水的操作．當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，程序判斷當(dāng)前水位，如果水位信號(hào) “上”的 端口為高電平，說明當(dāng)前水位低于該檢測(cè)點(diǎn)，則 給出低電平“ 0”，此時(shí)系統(tǒng)通過繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥給水箱上水．當(dāng)水箱中太陽(yáng)能熱水器控制器的軟硬件設(shè)計(jì) 23 水高于“上”檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)的干簧管被磁化， 口被拉低，此時(shí)系統(tǒng)控制電磁閥關(guān)閉，停止上水． 水位檢測(cè)的部分是通過讀取與水箱內(nèi) 4 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)連接的引腳電平來實(shí)現(xiàn)的．水位傳感器的設(shè)計(jì)原理是當(dāng)水位高于檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，使對(duì)應(yīng)的引腳由高電平變成低電平，程序通過電平的變化即可判斷此時(shí)水箱中位的高低． 水位控制和水位檢測(cè)部分流程圖如圖 4 45 所示． 開 始掃 描 按 鍵P 2 . 2 為 低 電 平 ？即 上 水 按 鍵 是 否 按 下P 1 . 1 給 低 電 平執(zhí) 行 上 水 操 作P 1 . 7 為 低 電 平 ？判 斷 水 位 是 否 高 于 “ 上 ”P 1 . 1 給 低 電 平執(zhí) 行 停 止 上 水操 作返 回YYP 1 . 1 給 低 電 平執(zhí) 行 上 水 操 作NP 2 . 1 為 低 電 平 ？即 停 止 上 水 按 鍵是 否 按 下P 1 . 1 給 低 電 平執(zhí) 行 停 止 上 水操 作YNN 圖 44 水位控制部分流程圖 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 開 始檢 測(cè) P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7引 腳 電 平P 1 . 4 為 “ 0 ” ?水 位 低 于“ 下 ”NP 1 . 5 為 “ 0 ” ?P 1 . 6 為 “ 0 ” ?YY水 位 在 “ 下 ”與 “ 中 下 ” 之間水 位 在 “ 中下 ” 與 “ 中上 ” 之 間NNP 1 . 7 為 “ 0 ” ?水 位 在 “ 中上 ” 與 “ 上 ”之 間NY水 位 高 于“ 上 ”調(diào) 用 顯 示 子 程 序顯 示 水 位 信 息返 回 圖 45 水位檢測(cè)部分流程圖 液晶顯示部分流程圖 本設(shè)計(jì)選用的 1602 液晶顯示器 采用并行方式與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)通信的 ． 在對(duì)液晶模塊讀寫操作時(shí)，其操作 順序首先對(duì)顯示器進(jìn)行判忙，然后依次對(duì) 讀寫使能端（ RS）、數(shù)據(jù) /太陽(yáng)能熱水器控制器的軟硬件設(shè)計(jì) 25 命令操作選擇端（ R/W）、讀寫操作端（ EN）共三個(gè)引腳進(jìn)行 配置，最后將要顯示的內(nèi)容經(jīng)由 P0 口的 8 個(gè)引腳傳送到顯示器中，繼而顯示在液晶面板上．本設(shè)計(jì)中液晶上行顯示當(dāng)前溫度，下行顯示當(dāng)前的水位信息“ HIGH” ,“ MID HIGH”，“ MID LOW”“ LOW”． 液晶顯示初始化流程圖 ，如圖 46 所示 ． 開 始判 斷 顯 示 屏 是 否 在 忙P 2 . 7 給 高 電 平R S = 1P 2 . 6 給 低 電 平R W = 0P 2 . 0 給 高 電 平E N = 1待 顯 示 的 內(nèi) 容 從 P 0 口 輸 出顯 示 數(shù) 據(jù) 地 址 加 1是 否 顯 示 結(jié) 束 ？返 回YN 圖 46 顯示部分流程圖 按鍵部分流程圖 給控制器設(shè)計(jì)了四 個(gè)功能按鍵分別是“加熱”、“停止加熱”、“上水”、“停止上水” .系統(tǒng)上電后依次檢測(cè)與它們相連的引腳端口，當(dāng)檢測(cè)到低電平輸入時(shí)，說明按鍵按下，則江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的功能，執(zhí)行功能后再返回掃描按鍵，等待下個(gè)按鍵按下． 開 始掃 描 按 鍵P 2 . 4 為 0 ？P 1 . 2 給 低 電 平 ，執(zhí) 行 加 熱 操 作P 2 . 3 為 0 ?P 2 . 2 為 0 ？P 2 . 1 為 0 ？YP 1 . 2 給 高 電 平 ，停 止 加 熱YP 1 . 1 給 低 電 平 ，執(zhí) 行 上 水 操 作YP 1 . 1 給 高 電 平 ，停 止 上 水Y 圖 47 按鍵部分流程圖 太陽(yáng)能熱水器控制器的軟硬件設(shè)計(jì) 27 第 5 章 結(jié)論與展望 設(shè)計(jì)小結(jié) 本文分析了太陽(yáng)能熱水器控制器的現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)日趨成熟，但是熱水器控制器方面還存在很多問題．有些控制器 無法自動(dòng)控制水溫和水位，經(jīng)常出現(xiàn)干燒、過 燒或水溫不適等情況．針對(duì)這個(gè)現(xiàn)狀，提出一種單片機(jī)控制的太陽(yáng)能熱水器控制器，使熱水器功能更加的完善，使用也更加安全．是一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的課題． 本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)控制 DS18B20 溫度傳感器和干簧管水位傳感器等設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能熱水器控制器．該控制器 由 STC89C52 單片機(jī)主控模塊、 DS18B20 溫度傳感器測(cè)溫模塊、干簧管水位傳感器測(cè)水位模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)的溫控和水位控制模塊、鍵盤輸入和液晶顯示模塊等部分組成．可以使 太陽(yáng)能熱水器在原有功能基礎(chǔ)上，增加溫度控制和水位控制功能．當(dāng)溫度和水位不符合預(yù)設(shè)值時(shí)，熱水器會(huì)自動(dòng)控 制溫度和水位，使得人們隨時(shí)使用時(shí)水溫和水位都是合適的．此外，報(bào)警模塊的加入也有效的減小了干燒、過燒的可能性． 控制器的加入，使傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器進(jìn)入智能家電的行列．讓我們?cè)谌粘Ｉ钪锌梢哉媲械母惺艿娇萍及l(fā)展帶來的便利，迎合了在生活水平高速提升下的人們的需要，具有廣闊的市場(chǎng)前景． 不足之處及未來展望 從先進(jìn)性和人性化設(shè)計(jì)的角度考慮，本設(shè)計(jì)還有些許不足之處．由于時(shí)間和其他條件的限制，沒能添加語音功能．如能結(jié)合 ISD4004 語言芯片應(yīng)用到該控制器中，就可大大的迎合人性化設(shè)計(jì)的要求．如水溫和水位變化的同時(shí) ，不僅能夠顯示而且可以通過語音芯片處理讀出當(dāng)前的溫度和水位值．在警報(bào)模塊中，也可以應(yīng)用語言模塊，在警報(bào)干燒和過燒時(shí)就可以明確的指出是干燒還是過燒，而本設(shè)計(jì)中只能觸發(fā)蜂鳴器發(fā)生而已，具體的情況還需要用戶自己判斷．此外，由于時(shí)間和其他條件的限制，本設(shè)計(jì)未能作出實(shí)際成品，只是理論上實(shí)現(xiàn)了其功能．所以軟件設(shè)計(jì)部分只能是各個(gè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中可能還會(huì)遇到一些兼容性問題． 當(dāng)今的時(shí)代是名符其實(shí)的“能源時(shí)代”，人們也從來沒有像現(xiàn)在這樣重視能源的使用．所以類似太陽(yáng)能熱水器這種利用可再生能源的產(chǎn)品會(huì)越來越得到廣泛的 關(guān)注．設(shè)計(jì)一款太陽(yáng)能熱水器控制器，不僅完善了太陽(yáng)能熱水器的功能，為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝吮憷桶踩?，更加迎合了“?jié)約能源”的時(shí)代主題．通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅讓我學(xué)習(xí)了單片機(jī)相關(guān)的知識(shí)，也使我意識(shí)到人們?yōu)楣?jié)約保護(hù)能源所做的諸多努力．相信隨著科技的發(fā)展，人們終將解決能源問題，將太陽(yáng)能、風(fēng)能這些取之不盡的可再生能源應(yīng)用到極致，那時(shí)，我們也有理由和底氣來說：科技改變生活！ 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 參考文獻(xiàn) [1]太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析報(bào)告 [EB/OL]. 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