基于單片機的太陽能熱水器上水控制系統開發設計—大學學位論文范文模板參考資料(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 頁 9）應用范圍包括恒溫控制、工業系統、消費類產品、溫度計或任何熱敏系 統。 如圖 (a)和 (b)為 DS18B20 的 寫 與 讀 操作： DS18B20 寫周期最少為 60 微秒，最長不超過 120 微秒。寫周期一開始作為主機先把總線拉低 1 微秒表示寫周期開始。隨后若主機想寫 0，則繼續拉低電平最少 60微秒直至寫周期結束，然后釋放總線為高電平。若主機想寫 1，在一開始拉低總線電平， 1 微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結束。而做為從機的 DS18B20 則在檢測到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開始對總線采樣，在采樣期內總線為高電平則為 1，若采樣期內總線為低電平則為 0。 對于讀數據操作時序也分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 1 微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓 DS18B20 把數據傳輸到單總線上。 DS18B20 在檢測到總線被拉低 1 微秒后，便開始送出數據，若是要送出0 就把總線拉為低電平直到讀周期結束。若要送出 1 則釋放總線為高電平。主機在一開始拉低總線 1 微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平 1 微秒在內的 15微秒時間內完成對總線進行采樣檢測，采樣期內總線 為低電平則確認為 0。采樣期內總線為高電平則確認為 1。完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成 圖 (a) DS18B20 寫數據 第 7 頁 共 32 頁 圖 (b) DS18B20 讀數據 DS18B20 與單片機的連接如圖 所示 ： 圖 DS18B20 與單片機連接 時鐘 —— DS1302 由于系統在失電或者重啟系統之后，時鐘將會初始化，丟失時間，因此在系統中加入時鐘芯片 DS1302。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗實時時鐘芯片，附加31 字節靜態 RAM，采用 SPI 三線接口和單片機進行通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號和 RAM 數據。 DS1302 所帶的實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與 31 天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達 ～ 。采用雙電源供電（主電源和備用電源），并且可以設置備用電源充電方式，提供對后備電源進行充電的能力。 DS1302 多用于記錄數據，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄上，能實現數據 與出現該數據的時間同時記錄，因此廣泛使用于單片機構成的測控系統中。 如圖 所示為 DS1302 的引腳封裝和內部結構： 第 8 頁 共 32 頁 圖 DS1302 封裝和內部結構 DS1302 的各引腳 功能 介紹 ： Vcc2： 接 5V電源。當 Vcc2Vcc1+ 時，由 Vcc2 向 DS1302 供電，當 Vcc2 Vcc1 時，由 Vcc1 向 DS1302 供電； X X2： 外接晶振腳 一般接頻率為 的晶振 ； GND： 地 ； CE/RST： 復位腳 ； I/O： 數據輸入輸出口； SCLK： 串行時鐘輸入； Vcc1： 備用電池 接 入 端 。 DS1302 與單片機的接口如下圖 所示 ： 圖 DS1302 與單片機的連接圖 第 9 頁 共 32 頁 單片機選擇 ATC89C52 單片機 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術生產 ，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元， AT89C52 單片機在電子行業中有著廣泛應用。 現在市場上的單片機 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同的產品需要。 如圖 所示為 AT89C52 單片機的引腳分部情況。單片機 AT89C52 有 40 個引腳，32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2 個外中斷口， 3 個 16 位可 編程 定時計數器 ,2 個全雙工串行 通信 口， 2 個讀寫口線， AT89C52 可以按照常規方法進行編程 ,但不可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發成本。 主要性能與特性： 1）兼容 MCS51 指令系統 2） 8k 可反復擦寫 （ 大于 1000 次 ） Flash ROM； 3） 32 個雙向 I/O 口； 4） 256 8bit 內部 RAM； 5） 3 個 16 位可編程定時 /計數器中斷； 6）時鐘頻率 0～ 24MHz； 7） 2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8） 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； 9） 2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位； 10）低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能； 11）有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應不同產品的需求。 第 10 頁 共 32 頁 圖 AT89C52 引腳分布 單片機 AT89C52 采用工業標準的 C51 內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8XC52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主 IC 內部寄存器、數據 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號 IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。 主要管腳有 XTAL1（ 19 腳 ） 和 XTAL2（ 18 腳 ） 為振蕩器輸入輸出口，外接 12MHz 晶振。 RST（ 9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。 Vcc（ 40 腳）和 Vss（ 20 腳）為供電端口， Vcc 接 +5V 電源的正 端。 P0～ P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由 軟件 定義 。 鍵盤設計 與 顯示電路 鍵盤是最常見的單片機系統輸入設備，是由若干個按鍵組成的開關矩陣 ，通過鍵盤輸入數據或命令，實現簡單的人機對話。鍵盤上閉合鍵的識別是有專用硬件實現的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實現的稱為非編碼鍵盤。 一般的講，鍵盤的接口必須解決下列問題： 1）決定是否有按鍵按下。 2）如果有鍵按下，決定是哪個被按下。 3）確定被按鍵的讀數。 4）反彈跳 —— 按鍵抖動的消除。按鍵從最初按下到接觸穩定要經過數毫秒的彈跳時間，鍵松開時也有同樣的問題，如圖 所示。彈跳會引起一次按鍵多次讀數。第 11 頁 共 32 頁 消除彈跳的影響即可用硬件方法也可以用軟件方法。通常在鍵的個數較少時采用硬件措施，即用 RS 觸發器或單穩態電路來消 除按鍵抖動。鍵數較多時，常用軟件反彈跳，即采用軟件延時法。當檢測到有鍵按下時，執行一個數毫秒的延時子 程序，然后再判斷與該鍵對應的電平信號是否仍然保持在閉合狀態， 如果是 ，則可確認為有鍵按下。當發現鍵松開后，也要經毫秒延時，待后沿彈跳消失后再檢測下一次的按鍵操作。 圖 按鍵時的彈跳波形 5）不管一次按鍵持續的時間多長，僅采樣一個數據。 6) 處理同時按鍵，即同時有一個以上的按鍵情況。 非編碼鍵盤的控制方式 在單片機應用系統中為了節省硬件，通常采用非編碼式鍵盤。在這種鍵盤結構中，單片機對它的控制有三種方式：程序控制掃描方式、定時掃描方式、中斷掃描方式。 非編碼鍵盤接口設計 非編碼鍵盤的接口方法有很多種，如通過擴展 I/O 接口，可編程 I/O 接口或專用接口芯片。 如果使用的 單片機接口不夠，可以 采用可編程芯片 8155 拓展 控制鍵盤 。接口電路中， 8155 的 PC 口接鍵盤的行， PA 口接鍵盤的列。在 8155 初始化時，把PC 口設為輸入口， PA 口設為輸出口，然后利用前面介紹的非編碼鍵盤的行掃描法進行按鍵的識別，即得到鍵值。 在本設計中用一個 2 2 的鍵盤就可以滿足系統需要。由于 單片機 AT89C52 的 I/O接口比較多，所以對于 鍵盤接入不需要 添加拓展芯片，直接接到單片機的 I/O 端口即可，節省了硬件資源。 顯示設計 單片機系統應用中，常用的顯示器件就是 LED。這種器件具有陳本低廉、配置靈活、與單片機接口方便的特點。隨著電子技術的飛速發展，近年來，也開始出現配置簡易形式的 CRT 接口，以方便圖形顯示。 LED 顯示塊是由 發光二極管顯示字段的顯示器件，也稱數碼管。在單片機應用系統中通常用的是 7 段 LED。這種顯示塊有共陰極和共陽極 兩種，共陰極 LED 顯示塊第 12 頁 共 32 頁 的發光二極管陰極共地，當某個發光二極管的陽極為高電平時，發光二極管點亮；共陽極 LED 發光管的陰極低電平時，發光二極管點亮。 LED 顯示塊與單片機接口非常容易，只要將一個 8 位并行輸出口與顯示塊的發光二極管引腳相連即可。 8 位并行輸出口輸出不同的字節數據可顯示不同的數字或字符。通常將控制發光二極管的 8 為字節數據稱為段選碼或字形選碼，公共極稱為位選線，共陽極和共陰極的段選碼互為補數。 LED 顯示有靜態顯示和動態顯示兩種顯示方式。在顯示電路中使用 MC14543 構成靜態 LED 的驅動接口電路，只要 單片機輸出端口給出相應 BCD 碼地址值，就會在相信的數碼管上顯示對應的數據。 所獲得的水位信息顯示則可以 在測量電路中串聯 4 個發光二極管進行 水位 信息的 顯示。 光電隔離 光電隔離的作用是將電信號進行隔離和傳輸，以 “ 電 光 電 ” 的形式工作。所使用的光電耦合器件發光部分和受光部分不接觸，避免了輸出端和輸入端可能產生的反饋和干擾。具有耐用，可靠性高，響應時間短的優點，廣泛應用于信號傳輸電路中。本設計中使用的是摩托羅拉公司生產的 4N26 光電耦合器。 4N26 光電耦合器內部是由發光二極管和一個光敏三極管構成的，當發 光二極管有電流時，二極管發光照射到光敏三極管的基極，使光敏三極管導通，從而接通電路。當發光二極管無電流時，光敏三極管處于截止狀態，電路斷開。 4N26 的內部結構示意圖如圖 所示： 圖 光電耦合器 4N26 太陽能熱水器上水控制系統 上水電磁閥 的選用 電磁閥按原理可以簡單的分為 3 類： 1）分步直動式電磁閥：這是一種直動和先導式相結合的原理，當出口與入口沒有壓力差時，線圈得電之后產生磁力，將先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門第 13 頁 共 32 頁 打開。當出入口達到啟動壓差時，通電后，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下 降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閥利用彈簧的彈力或介質本身的壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。分步直動式電磁閥可以在零壓差或真空、高壓時動作，但是功率較大，必須要水平安裝。 2）直動式電磁閥：通電時，線圈產生電磁力將關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，線圈失電，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，電磁閥關閉。直動式電磁閥可以在真空、負壓、零壓的時候正常工作，但是通徑一般不超過 25mm。 3）先導式電磁閥：當線圈通電之后，電磁力將先導孔打開，上腔室的壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓 力差，流體流體壓力推動關閉件向上移動，打開閥門；斷電時，彈簧產生的壓力使得先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔迅速使得腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓力差，流體壓力推動關閉件向下移動，關閉閥門。其特點是流體壓力范圍上限較高，可以任意安裝但是必須滿足流體壓力差條件。 在選擇電磁的時候，還得考慮到電磁閥的適用性、可靠性，安全性，經濟性，以及