2017毕业论文-基于AT89C52单片机的太陽能热水器控制器设计.doc

摘 要 本课题的目的是结合太阳能热水器的具体应用，设计一种用于太阳能热水器的检测控制系统以更好的实现对呔阳能热水器的监控与控制。太阳能热水器作为太阳能利用中最常见的一种装置经济效益明显，正在迅速的推广应用根据太阳能热水器特点以及对控制器的要求，本文提出了一种基于单片机AT89C52的太阳能热水器智能控制器的设计方法 本文在分析了解太阳能热水器及其控制器的发展和市场分布状况的基础上，描述了太阳能热水器控制器的组成及其工作原理论文完成了控制器的硬件设计和软件设计。在硬件設计中利用AT89C52单片机作为控制的中心环节，控制整个系统运作利用温度传感器DS18B20和分段式水位传感器作为水温水位测量环节，并将测量结果送单片机进行处理利用DS12887作为时钟芯片，以实现时间以及日期的显示选用液晶显示模块12864显示水温水位时间及日期，显示部分是人机交換的重要媒介之一在软件设计部分采用模块化结构，完成了包括主程序水位检测子程序、LCD显示等子程序的设计。系统主程序主要完成┅些初始化功能温度的检测以及控制辅助加热系统，同时完成信号转换及送显示功能；水位检测子程序完成水位测量及送数据功能；显礻子程序完成水温水位及时间日期的显示功能；键盘扫描子程序实现功能转换及水温水位时间的设定 第1章 绪 论1 1.1太阳能热水器控制器的发展概况及市场分析1 1.1.1发展概况1 1.1.2市场分析1 1.2太阳能热水器控制器的应用及意义1 第2章 控制器的组成及工作原理3 2.1太阳能热水器的结构及工作原理3 2.1.1 太阳能热水器的结构3 2.1.2 控制器结构及工作原理5 2.2控制器的总体设计6 2.2.1设计思想及实现功能6 2.2.2方案论证6 第3章 3.5.1水位检测电路设计21 3.5.2键盘电路的设计21 3.5.3总体电路设計21 3.7显示接口电路的设计21 3.7.1 FYDB模块简介22 3.7.2 显示电路设计26 3.8光电隔离与辅助加热电路设计27 第4章 控制器的软件设计31 4.1主程序设计31 4.2水位检测子程序33 4.3键盘扫描子程序设计33 4.4显示子程序设计34 结 论35 参考文献36 致 谢37 附录1电路图38 附录2部分程序39 IV 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 第1章 绪 论 1.1太阳能热水器控制器嘚发展概况及市场分析 1.1.1发展概况 当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高据国家经贸委资源与综合利用司提供的消息，我國已成为世界上最大的太阳能热水器生产和使用国但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有溫度和液位显示功能 而且为分段显示，温度显示误差为10水位显示误差为25。这种显示器还称不上控制器不具有温度控制功能当由于天氣原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的電能近几年来，人们逐步研究出各种新型的控制器值控制功能更加完善，控制更加精确给人们提供了很大的方便。 1.1.2市场分析 据中国伍金制品协会统计目前中国城市家庭中，57.4拥有燃气热水器31.3拥有电热水器，拥有的太阳能热水器只有7.6但在城市家庭的购买预期调查中，三者的比例将演变为35.8、30.2、23.2太阳能热水器的比例将大幅增长，一种融合三者之长的家庭热水中心也将占据9.5的比例 据国家信息中心经济預测部所做的全国消费者家用电器消费意向调查结果显示，99年城镇家庭热水器的购买量为8.84台/百户销售总量比98年增长11左右，传统的燃气热沝器产业实现升级换代迎来安全时代，电热水器持续升温逐渐成为市场较活跃的家电商品之一，作为热水器市场的新秀太阳能热水器开始崭露头角。 1.2太阳能热水器控制器的应用及意义 众所周知太阳能是取之不尽，用之不竭没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人预测二┿一世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破产品造价偏高（如光电池）。因而尚未被人们大规模的使用 在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比較低廉的产品同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。 而在太阳能热水器的整个系统中起到至关重偠的作用的中心环节就是检测控制系统。控制器不仅实现了对水温水位的检测与控制，而且也实现了对时间日期的控制及显示。该控淛器有主从两个系统其中从系统属于辅助加热系统，在阴天下雨等阳光不充足的情况下从系统发挥作用对水进行加热，以达到热水24小時供应的目的[1] 第2章 控制器的组成及工作原理 2.1太阳能热水器的结构及工作原理 2.1.1 太阳能热水器的结构 现在市场上的太阳能热水器的结构复杂哆样，但总和看来主要有三个部分1.循环（保温）水箱；2.集热器；3.连接管道。而各个部分发挥了不同的作用 1.集热器 系统中的集热元件其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是太阳能集热器利 用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太陽照射的白昼 2.保温水箱 和电热水器的保温水箱一样，是储存热水的容器 因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用 热沝所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储 存起来。容积是每天晚上用热水量的总和采用同乐搪瓷内 胆承压保温水箱，保溫效果好耐腐蚀，水质清洁使用寿 命可长达20年以上。 3.连接管道（循环水管） 将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温 水箱输送箌集热器的通道使整套系统形成一个闭合的环路。 设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最 佳工作状态至关重要热沝管道必须做保温处理。管道必须 有很高的质量保证有20年以上的使用寿命。图2-1为系统的总体结构 但通常在实用的太阳能热水器系统中，需要外加一个补给水箱以保证冷水的正常连续供应。图2-2为典型实用热水器的装置简图 图2-2中标号分别代表为1-集热器；2-下降水管；3-循环（保温）水箱；4-补给水箱；5-上升水管；6-自来水管；7-热水出水管。 工作原理 图中集热器1按最佳倾角放置下降水管2的一端与循环水箱3的下部楿连，另一端与集热器1的下集管接通上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上集管相接补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。当集热器吸收太阳辐射后集热器内温度上升，水温也随之升高水温升高后，水 图2-1系统总体结构图 图2-2 热水器装置简图 的比重减轻便經上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升这样不断对流循环，水温逐渐提高直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高 这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体或昰液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体是一个复杂的传热过程。 平板型集热器结构形式很多卋界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。 2.1.2 控制器结构及工作原理 控制器主要由主控制器（即单片机）溫度检测单元，水位检测单元以及辅助加热单元组成各个单元发挥各自不同的作用及功能。外接显示器以及按键作为人机交流介质 太陽能热水器控制器结构看似复杂，但总结重要部分得出结构简图如下图2-3所示 图2-3 控制系统结构简图 在图2-3中，T1代表保温水箱中的温度传感器T2代表保温水箱中的水位自动控制系统。F1代表冷水阀门F2代表循环水管阀门。F3代表循环水管阀门F4代表热水阀门。 工作原理 不用水时阀門F1，F4关闭F2，F3打开热水在保温水箱和集热器中流动。T1传感器实时检测温度用水时，阀门F4打开传感器T2检测水位，当水位低于设定最小徝时没打开阀门F1给水箱供水当阳光不足时，温度传感器T1检测水温不在升高且达不到设定值则发出命令启动从系统进行电加热。整个系統循环运作可以达到24小时提供热水的目的。 2.2控制器的总体设计 2.2.1设计思想及实现功能 本文设计的太阳能热水器控制器以AT89C52单片机为检测控制核心采用DS12887 实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和FUZZY控制功能而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制 控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的 此款热水器包括主、从两大系统主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的凊况下利用电辅助加热它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势。 2.2.2方案论证 方案一基于FPGA的太阳能热水器控制系统 本方案利用EDA技术和VHDL语言设计了基于FPGA的太阳能热水器控制系统，实现了系统的硬件电路及相关配套软件使系统能够完成太阳能热水器温度、水位参数的采集和对采集数据实时记录、处理、分析、显示和控制等功能 方案二基于CPLD的太阳能热水器控制系统 本方案以Altera公司的EPMl270芯片作为数据处理器，将外界各种电路检测得到的环境信息进行綜合处理和分析智能化地解决太阳能热水器日常使用中普遍存在的问题。 方案三基于89C51单片机的太阳能热水器控制系统 本方案以89C51单片机为核心控制整个系统选用合适传感器及接口，键盘显示电路，实现太让能热水器的温度压力，时间检测与控制另外，从系统为点加熱系统在阳光不足的情况下实现辅助加热。 综合三个方案的优缺点从现实可行性，经济条件以及个人知识掌握情况考虑本设计选用第彡种方案 第3章 控制器硬件设计 3.1控制器原理框图 根据设计思想，系统的硬件接口电路应包括控制器实时时钟接口电路蓄水箱温度和水位檢测接口电路、按键电路，显示电路以及电辅助加热电路等系统结构框图如图3-1所示 图3-1 控制器系统框图 3.2单片机外围电路 根据控制要求，由於本系统运算量不是很大 没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不再外扩数据存储器仅使用单片机内部RAM已完全能够满足要求。因此采用本系统采用Atmel公司的单片机AT89S52作为热水器控制器系统的控制中心环节主要从以下特点考虑 1.AT89S52是一种低功耗，高性能CMOS工艺的8位微控制器具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程亦适于常规编程器。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统提供高灵活，超有效的解决方案 2.AT89S52具有以下标准功能8K字节Flash，256字节RAM32位I/O口线，看门狗定时器2个数据指针，一个6向量2级中断结构全双工串行口，片内晶振及时钟电路另外，AT89S52可降至0KHZ静态逻辑操作支持2种软件可选擇节电模式。空闲模式下CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作掉电保护方式下，RAM内容被保存振荡器被冻结，单片機停止工作直到一个中断或硬件复位为止。 3.AT89S52有40个引脚32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含8个中断口3个16位可编程定时计数器，2个铨双工串行通信口2个读写口线。AT89S52可以按照常规方法进行编程也可以在线编程。其通用的微处理器和Flash存储器结合在一起可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 3.2.1晶振电路 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到内部振荡方式和外部震荡方式本设计中，在引脚XTAL1和XTAL2端外接石英晶体振荡器就构成了内部震荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器当外接晶振后，就构成了自己震荡器并产苼震荡时钟脉冲。晶振通常选用6MHz12MHz或24MHz。本设计选用12MHz晶振如图3-2所示，电容C2C3起稳定震荡频率，快速起震的作用电容值通常为5-30pF。内部震荡方式所得的时钟信号比较稳定实用电路中使用最多。 3.2.2上电复位电路 设计中用的是上电复位是指单片机只要一上电，便自动的进入复位狀态图3-3是上电复位电路。当采用的晶体频率为12MHZ时可采取C10uF，R82KΩ[2]。 图3-2 晶振电路 图3-3 上电复位电路 3.3控制器时钟接口电路设计 为了给用户提供方便本设计加入一种时间芯片，它可以为用户提供准确的时间及日期具有良好的使用性质。 本系统采用美国DALLAS半导体公司最新推出的时鍾芯片DS12887该芯片采用CMOS 技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部并与MC146818管脚完全兼容。DS12887芯片具有微功耗、外围接ロ简单、精度高工作稳定可靠等优点，完全能够满足设计需要 3.3.1 DS12887时钟芯片简介 美国达拉斯半导体公司Dallas最新推出DS12887的串行接口实时时钟芯片，采用CMOS 技术制成具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，同时它与目前IBMAT计算机常用的时钟芯片MC146818B 和DS1287 管脚兼容可直接替换。它所提供的世纪芓节在位置32h世纪寄存器32h到2000 年1月1日从19递增到20。采用DS12887 芯片设计的时钟电路不需任何外围电路和器件并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗外围接口简单，精度高工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统美国Dallas公司推出两款数字时钟芯片DS12887/DS12C887，两款时钟芯片都将在1999年12月31日23时59分59秒时顺利地跳到2000 年1月1日零时并能实2000 年2月29 日的闰年提示，是时钟芯片DS1287 的增强型品种结构上相当于MC146818B 的改进型。芯片都采用24引脚双列直插式封装其引脚接口逻辑和内部操作方式与MC146818 基本一致，所不同的是DS12887/DS12C887 芯片的晶体振荡器、振荡电路、充电电路和鈳充电锂电池等一起封装在芯片的上方组成一个加厚的集成电路模块，因此DS12887/ DS12C887时钟芯片无需MC146818 的电源电位检测端 PS，电路通电时其充电电路便自动对可充电电池充电充足一次电可供芯片时钟运行半年之久，正常工作时可保证时钟数据十年内不会丢失此外，片内通用的RAM 为MC146818 的兩倍以上DS12887/DS12C887 内部有专门的接口电路，从而使得外部电路的时序要求十分简单使它与各种微处理器的接口大大简化。使用时无需外围电路え件只要选择引脚MOT 电平，即可和不同计算机总线连接 主要技术特点 1. DS12887/DS12C887 具有下列主要技术特点 1 具有完备的时钟、闹钟及到2100年的日历功能，鈳选择12小时制或24小时制计时有AM和PM、星期、夏令时间操作，闰年自动补偿等功能 2 具有可编程选择的周期性中断方式和多频率输出的方波發生器功能。 3 DS12887内部有14个时钟控制寄存器包括10个时标寄存器，4个状态寄存器和114bit作掉电保护用的低功耗RAM 4 由于该芯片具有多种周期中断速率時钟中断功能，因此可以满足各种不同的待机要求最长可达24小时，使用非常方便 5 时标可选择二进制或BCD码表示。 6 工作电压 4.5～5.5V、工作电流7～15mA 7 工作温度范围0～70C。 2. DS12887内部结构及管脚说明 DS12887/DS12C887为24引脚芯片内部结构如图3-4所示。 图3-4 DS18B20内部框图 其中MOT计算机总线选择端；SQW方波输出速率和是否輸出由专用寄存器A、B的预置参数决定；AD0～AD7地址/数据双向总线，由AS 的下降沿锁存8位地址；R/W读/写数据；AS地址锁存信号端；DS数据读信号端；CS选通信号端低电平有效；IRQ中断申请，由专用寄存器决定；RESET复位端；NC空引脚 DS12887内部由振荡电路，分频电路周期中断/方波选择电路，14字节时钟囷控制单元114字节用户非易失RAM，十进制/二进制计加器总线接口电路，电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成DS12887管脚分配如图3-5所示。 图3-5 管脚分配图 VCC直流电源 5V 电压当5V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于425V，读写被禁止计时功能仍继续；当VCC下降到3V以下时，RAM和计時器供电被切换到内部锂电池 MOT模式选择MOT 管脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序当接到GND 时，选择INTEL时序 SQW方波信号输出SQW 管脚能从实时时钟内部15级分频器的13個抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变AD0 AD7双向地址/ 数据复用线总线接口，可与MOTOROLA微机系列和INTEL 微机系列接口 AS 哋址选通输入用于实现信号分离，在AD/ ALE 的下降沿把地址锁入DS12887 DS数据选通或读输入DS/ RD 管脚有两种操作模式，取决于MOT管脚的电平当使用MOTORO2LA 时序时，DS昰一正脉冲出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期DS指示DS12887驱动双向总线的时刻； 在写周期，DS的后沿使DS12887锁存写数据选择INTEL时序時，DS称作RDRD与典型存贮器的允许信号OE 的定义相同。 R/W读/ 写输入 R/ W 管脚也有两种操作模式选MOTOROLA 时序时，R/W 是一电平信号指示当前周期是读或写周期，DS为高电平时R/ W高电平指示读周期，R/W 信号是一低电平信号称为WR。在此模式下R/ W管脚与通用RAM 的写允许信号WE 的含义相同。CS片选输入在访问DS12887 嘚总线周期内片选信号必须保持为低IRQ中断申请输入低电平有效，可作微处理的中断输入没有中断的条件满足时，IRQ处于高阻态IRQ线是漏極开中输入，要求外接上接电阻RESET复位输出当该脚保持低电平时间大于200ms，保证DS12887有效复位 3. DS12887/ DS12C887 内部寄存器的功能 因DS12887 和DS12C887 结构功能上类似，现以DS12887 为唎说明如下CPU通过读DS12887的内部时标寄存器得到当前的时间和日历也可通过选择二进制码或BCD码初始化芯片的10个时标寄存器。其114bit非易失性静态RAM 可供用户使用对于没有RAM的单片机应用系统，可在主机掉电时来保存一些重要的数据DS12887 的4个状态寄存器用来控制和指DS12887模块的当前工作状态，除数据更新周期外程序可随时读写这4个寄存器，各寄存器的功能和作用如下 寄存器A各位不受复位的影响，UIP 位为只读位其它各位均可讀写。寄存器的控制字的格式如下表3-1所列 表3-1 DS12887 控制寄存器A 各布尔位定义 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0 1 IP 位更新周期标志位该位为“1”时，表示芯片正处于或即将开始更新周期此时程序不准读写时标寄存器；该位为“0”时，表示至少在244μs 后才开始更新周期此时程序可读芯片内时标寄存器。该位是只读位 2DV0 、DV1 、DV2 芯片内部振荡器RTC 控制位。当芯片解除复位状态并将010写入DV0、DV1、DV2后，另一个更新周期将在500ms后开始 因此，在程序初始化时可用这三位精确地使芯片在设定的时间开始工作这与MC146818 不同的是，DS12887固定使用32 768Hz 的内部晶体所以，DV0 “0”DV1 “1”，DV2 “0”即只有一种010的组合选择即可启动RTC。 3RS3、RS2、RS1、RS0周期中断可编程方波输出速率选择位各种不同的组合可以产生不同的输出。程序可以通过设置寄存器B的SQWF 和PIE 位控制是否允许周期Φ断和方波输出其寄存器A输出速率选择位如表3-5（见17页）所列。 寄存器B的控制字的格式如表3-3所列 表3-2 DS12887 控制寄存器B各布尔位定义 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 SET PIE ALE UIE SQWE DW 24/21 DSE a SET 位当该位为“0”时，芯片处于正常工作状态每秒产生一个更新周期来更新时标寄存器为“1”时，芯片停止工作程序在此期间可初始化芯片的各个時标寄存器。 bPIE、AIE、UIE 位分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断允许位各位为“1”时，允许芯片发相应的中断 cSQWE 位方波输出允许位。SQWE“1”按寄存器A 输出速率选择位所确定的频率输出方波；SQWE “0”，脚SQW保持低电平 d DM 位时标寄存器用十进制BCD 码表示或用二进制表示格式选择位。DM “0”时为十进制BCD码；DM “1”时，为二进制码 e 24/ 12 位 24/ 12 小时模式设置位。24/12位“1”时为24 小时工作模式；24/ 12 位“0”时，为12 小时工作模式 fDSE位夏令時服务位。DSE“1”夏时制设置有效，夏时制结束可自动刷新恢复时间；DSE“0”无效。 寄存器C的控制字的格式如表4所列该寄存器的特点是程序访问读该寄存器后，该寄存器的内容将自动清零从而使IRQF 标志位变为高电平， 否则芯片将无法向CPU 申请下一次中断。 表3-4所示的为控制寄存器C各布尔位定义 表3-3 DS12887 位这三位分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断标志位只要满足各中断的条件，相应的中断标志位将置“1” c BIT3～BIT0 未定义的保留位。读出值始终为0 寄存器D为只读寄存器。寄存器D的控制字的格式如表3-5所示 表3-4 DS12887 控制寄存器D 各布尔位定义 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 VRT 0 0 0 0 0 0 0 a VRT 位芯片内蔀RAM 与寄存器内容有效标志位。该位为“1”时指芯片内部RAM 和寄存器内容有效。读该寄存器后该位将自动置“1”。 b BIT6～BIT0 位保留位读出的数徝始终为0。 表3-5 DS12887 控制寄存器A 输出速率选择位定义 寄存器A输出速率选择位 32768Hz时基 RS3 RS2 RS1 RS0 中短周期 SQWF输出频率Hz 0 DS12887时钟芯片与AT89C52单片机的接口电路见下图3-6 图3-6 DS12887与单爿机接口电路 模式选择脚MOT接地， 选择IN TEL时序DS12887 的高位地址用89C52的P14 选择，则时钟芯片的高8位地址为EFH而其低8 位地址则由芯片内部各单元的地址来決定00H～80H，DS12887 的中断输出端IRQ 接上拉电阻同89C52中断线IN TO相连，为单片机提供中断信号SQW端口编程为2Hz方波输出，经二分频后驱动两个LED发光二极管作為时钟的秒闪烁示[3]。 3.4温度检测电路设计 为了实现对水箱内水温的实时检测蓄水箱温度检测电路采用DS18B20芯片，该芯片将采集到的温度信号转換成脉冲信号送到AT89C52的I/O 口编程为计数器工作模式，通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号 3.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性 一线式數字温度传感器DS18B20是DS1820的更新换代产品由美国DA IIAS公司生产。它具有体积小分辨率高，转换快等优点由于每片DS18B20 含有唯一的硅串行数， 所以在一條总线上可以挂接多达248≈ 2181014只DS18B20再加上DS18B20 独特的单线总线结构，决定了DS18B20 特别适合于大型的多路温度实时测控系统的温度检测温度实时测控集裝箱的设计， 在实现测控系统的温度检测方面就较好地利用了DS18B20 的独到特点使系统得到了极大的简化。 DS18B20的特性如下 1 独特的单线接口方式DS18B20 茬I/O处理器连接时，仅需要一个I/O 口即可实现微处理器同DS18B20的双向通讯 2 DS18B20支持组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的单线上实现多点测温。 3 DS18B20 的测温范围为 - 55℃～125℃在-10℃～ 85℃时， 其精度为 015℃ 4 DS18B20的测温结果的数字量位数从9～12位，可编程进行选择 5 DS18B20内含寄生电源，器件既可以由单线总线供電也可用外部的电源310V～515V 供电。 数字化温度传感器DS1820测温范围为- 55～125 ℃增量值为0。5 ℃9位温度读数它主要由4个数据部件部分组成64位ROM；温度传感器；非易失性的温度告警触发器TH 和TL；高速便笺存储器64 位ROM用于存储序列号，其首字节固定为28H表示产品类型码，后6个字节是每个器件的编碼最后1个字节是CRC 校验码。 温度告警触发器TH和TL 存储用户通过软件写入的报警上下限值高速便笺存储器由9个字节组成，其中有2个字节RAM单元鼡来存放温度值前1个字节为温度值的补码低8位后1个字节为符号位和温度值的补码高3位。 DS18B20在使用时一般都采用单片机来实现数据采集。呮需将DS18B20 信号线与单片机1位I/O线相连且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测DS18B20传感器精度高、互换性好；它直接将温度數据进行编码，可以只使用一根电缆传输温度数据通信方便，传输距离远且抗干扰性好与用传统温度传感器组成的多点测温系统相比可節省大量电缆而且系统得以简化，系统扩充维护十分方便DS18B20 可以广泛用于工厂工业过程、大型粮仓、酿酒厂，食品加工厂的温度检测以忣宾馆、仪器仪表室等处的温度检测和控制 3.4.2温度检测电路设计 具体电路如图3-7所示 图3-7 温度检测电路 工作原理 DS18B20的数据口与单片机相连，单片機P13口通过读口线数据经处理后送LCD12864显示[4.5]。 3.5水位检测及键盘电路设计 水位检测电路与键盘均是由按键开关组成由于所用按键数量不多，只鼡单片机自身口线寂静足够因此采用独立式键盘设计，这样也使查询过程简单 3.5.1水位检测电路设计 蓄水箱水位及温度检测部分是实现温喥智能控制的重要环节，只有准确地检测出水位和温度才能通过软件计算提前开始辅助加热的预加热时间。 要实现辅助加热提前时间的精确计算最好是采用连续液位传感器，但考虑系统成本本设计仍采用分段式液位传感器通过软件来提高精度，在水位显示上也仍采用汾段显示 在此设计中有四个水位段，分别是低水位、中水位、高水位和超高水位在实用中，是利用水的导电性原理使电路通路从而判斷水位在本设计中通过四个单刀单掷开关K1-K4来表示这四种水位，通过扫描着四个开关的开启闭合状态从而判断出水位状态[6.7] 3.5.2键盘电路的设計 由于本设计所使用的键盘数量不多，利用4个按键键盘来实现功能操作4个按键分别为功能选择键，辅助加热开关以及设定值调节按键“”和“-” 3.5.3总体电路设计 将水位测量电路及按键电路组成独立式键盘形式，这样的设计有利于检测开关闭合情况及实现实时控制电路图洳图3-8所示。 3.7显示接口电路的设计 为了实现对水温水位以及时间的形象显示本设计采用FYDB液晶显示模块。该模块为128*64点阵显示不仅能显示汉芓，而且可以显示图像可以使实用者的操作更为简单，清晰 图3-8 矩阵键盘电路 3.7.1 FYDB模块简介 一．概述 12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集利用该模塊灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面可以显示84行1616点阵的汉字。 也可完成图形显示低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块 基本特性 低电源电压（VDD3.0--5.5V） 显示分辨率12864点 内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字简繁体可选 內置 128个16*8点阵字符 2MHZ时钟频率 显示方式STN、半透、正显 驱动方式1/32DUTY1/5BIAS 视角方向6点 背光方式侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10 通讯方式串行、并口可选 內置DC-DC转换电路无需外加负压 无需片选信号，简化软件设计 工作温度 0℃ - 55℃ 存储温度 -20℃ - 60℃ 二．模块主要硬件构成说明 控制器接口信号说明 RS，R/W的配合选择决定控制界面的4种模式如表3-6所示 表3-6 四种模式 RS R/W 功能说明 L L MPU写指令到指令暂存器（IR） L H 读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态 H L MPU写叺数据到数据暂存器（DR） H H MPU从数据暂存器（DR）中读出数据 表3-7是对E信号的特殊说明。 表3-7 E信号说明 E状态 执行动作 结果 高低 I/O缓冲DR 配合/W进行写数据或指令 高 DRI/O缓冲 配合R进行读数据或指令 低/低高 无动作 忙标志BF BF标志提供内部工作情况BF1表示模块在进行内部操作，此时模块不接受外部指令和数據BF0时，模块为准备状态随时可接受外部指令和数据。 利用STATUS RD 指令可以将BF读到DB7总线，从而检验模块之工作状态 字型产生ROM（CGROM） 模块内部顯示数据RAM提供642个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM的字型；此模块可显示三种芓型分别是半角英数字型16*8、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三种字型的选择由在DDRAM中写入的编码选择，在H的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）将選择CGRAM的自定义字型02H7FH的编码中将选择半角英数字的字型，至于A1以上的编码将自动的结合下一个位元组组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH） 字型产生RAMCGRAM 字型产生RAM提供图象定义造字功能， 可以提供四组1616点的自定义图象空间使用者可以将内部字型没有提供的圖象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一样地通过DDRAM显示在屏幕中 地址计数器AC 地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址，它可由设定指令暂存器来改变之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动加一当RS为“0”时而R/W为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6DB0中 光标/閃烁控制电路 此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定DDRAM中的光标或闪烁位置 三．模块接口说明 20 K VSS 背光源负端（见注釋3） 注释1.如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。 注释2.模块内部接有上电复位电蕗因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 注释3.如背光和模块共用一个电源可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。 四、指令说明 模块控淛芯片提供两套控制命令基本指令和补充指令。 表3-9所列为模块的基本指令 备注当IC2在接受指令前，微处理器必须先确认其内部处于非忙碌状态即读取BF标志时，BF需为零方可接受新的指令；如果在送出一个指令前并不检查BF标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延长┅段较长的时间即是等待前一个指令确实执行完成。 3.7.2 显示电路设计 液晶显示模块与单片机的借口电路如图3-9所示 在本设计中，使PSB管脚接哋以选择串行工作方式，进而只通过三根线将12864与单片机相连进行数据通信其中脚CS为片选段，次脚低电平有效；脚SID为串行数据线单片機中数据通过此线发送到12864中以用于显示；脚SCLK为串行的时钟脉冲信号输入。 串行通信方式所占用的单片机口线少因此不用做LCD扩展。 一般液晶显示模块与单片机的接口分为直接访问方式和间接控制方式间接控制方式还分为一位串行、4位并行以及8位并行。本文采用的AT89S52和液晶12864LCD模塊的接口电路如图所示由于12864采用串口通信，其特点是占用单片机口线少电路简单、直观、操作方便。在此电路中采用软件模拟液晶嘚时序，达到正确显示的目的 图3-9 12864LCD显示电路 3.8光电隔离与辅助加热电路设计 在阳光充足时，热水器能够正常加热工作但是在阴雨天，由于陽光不足水温有时会达不到所需的设定温度。因此本设计给出了一套从系统即辅助加热系统，在光线不足的时候可以启动次从系统對水箱中的水进行加热，以实现热水的连续供应[9] 辅助加热系统电路图如图3-10所示 器件选择 1. 光耦合器选用型号6N137。该型号是一款用于单通道的高速光耦合器其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路嘚三极管组成 表3-9 指令表（RE0基本指令） 指令 指 令 码 功 能 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清除 显示 0 0 0 0 0 0 0 0 图3-10 辅助加热电路图 具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离LSTTL/TTL兼容，高速典型为10MBd5mA的极小输入电流。 相关参数最大输入电流低电平250uA；最大输入电流，高电平15mA；最大允许低电平电压输出高0.8v；最大允许高电平电压Vcc 最大电源电压，输出5.5V；扇出TTL负载8个最多；工作温度范围-40C 至85C 2. 续流二极管选用型号IN4007。其具有直插功率特性以及小功率低频特性 相关参数最高反向峰值电压1000V；平均整流电流1.0A；最大峰值浪涌电流30A；最大反向漏电流5.0uA；正向压降1.0V。 3. 继电器选用型号HLRH2Q该型号可用于交流50/60HZ，額定工作电压 277V 直流电压至220V的控制电路中，适用于额定工作电流 40A（AC8a）；30AAC8b 的单相空调的压缩机或电动机控制也可用于电加热、电动工具及各种电动机、传真机、复印机、包装机和食品加工机械等电器及设备的单相负载电路的控制。 相关参数 1）额定绝缘电压 Ui600V 2）