1、 基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)Intelligent control system of solar water heater based on single chip microcomputery基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要本次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為主體，與遙控接收模塊、溫度采集模塊、水位采集模塊、電加熱模塊、鍵盤輸入模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水位檢測與顯示、溫度顯示、自動(dòng)上水、電輔助加熱以及溫度設(shè)定的功能。水位檢測與顯示功能可以提示用戶剩余的水量，方便調(diào)節(jié)水量；溫度顯示可以讓使用者直觀的確定水溫，

2、從而進(jìn)行合理的調(diào)試；自動(dòng)上水功能包括預(yù)設(shè)時(shí)間自動(dòng)上水功能、缺水時(shí)自動(dòng)上水兩種形式；電輔助加熱以及溫度設(shè)定功能，是對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)的溫度來控制電輔助加熱裝置的運(yùn)行，解決光照不足時(shí)水溫達(dá)不到要求的問題。本文分五個(gè)部分來講述本次設(shè)計(jì)，第一部分講述本次設(shè)計(jì)太陽能智能控制系統(tǒng)研究的背景和社會(huì)現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)任務(wù)；第二部分是對此次單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；第三部分是對器件的選擇；第四部分是對本次設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第五部分是對軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 本次太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路相對簡便、成本底、操作簡單、可以遙控控制，很適合商業(yè)和家用太陽能熱水器的使用。關(guān)鍵詞：水位；溫度；時(shí)間；熱水器- I -基于單片機(jī)的太陽

3、能熱水器智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Intelligent control system of solar water heater based on single chip microcomputerAbstract This design is based on single chip microcomputer intelligent control system of solar water heater. The design is based on the AT89C52 as the main body, and remote control module, temperature a

4、cquisition module, water level acquisition module, electric heating module, keyboard input module, the clock module, alarm module combination. This intelligent control system has a display function, the water level detection display function can be prompted to use the remaining water to facilitate t

5、he adjustment of water quantity; temperature display allows users to intuitively determine the water temperature and reasonable adjustment. The design also has the function of automatic water supply, automatic water supply can include the preset time automatic water supply function, automatic water

6、supply when the water is short of water. The function of the system is to control the operation of the auxiliary heating device to control the operation of the electric auxiliary heating device, and the problem that the water temperature can not reach the requirement when the light is insufficient i

7、s solved. Finally, the remote control receiver module through the control of the remote control to complete the function of the button.This paper can be divided into several parts to describe the design, the first part tells the design of solar intelligent control system research background and soci

8、al status and the design of task; the second part is the SCM system design; the third part is on the device of choice; the fourth is on the design of the system hardware design; the fifth part is the design of the software system.This paper can be divided into several parts to describe the design, t

9、he first part tells the design of solar intelligent control system research background and social status and the design of task; the second part is the SCM system design; the third part is on the device of choice; the fourth is on the design of the system hardware design; the fifth part is the desig

10、n of the software system.The solar water heater intelligent control system design circuit is relatively simple, low cost, simple operation, can be controlled by remote control, it is suitable for the use of commercial and household solar water heater.Key Words：Water level; temperature; time; water h

11、eaterII目 錄摘 要IAbstractII引 言11 研究背景和社會(huì)現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)任務(wù)21.1 研究背景和社會(huì)現(xiàn)狀21.2 設(shè)計(jì)任務(wù)22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32.1 設(shè)計(jì)思想32.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖33 器件選擇43.1 單片機(jī)的選擇43.1.1 引腳介紹43.1.2 單片機(jī)的功能53.2 時(shí)鐘芯片53.2.1 器件選擇53.2.2 引腳說明63.2.3 完成功能63.3 溫度檢測器63.3.1 溫度傳感器的選擇63.3.2 引腳說明73.3.3 器件功能73.4 水位檢測器83.4.1 水位傳感器的選擇83.5 按鍵93.5.1 按鍵的選擇94 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)104.1 單片機(jī)最小控制系統(tǒng)104.

12、2 時(shí)鐘模塊104.3 溫度采集模塊114.4 水位采集模塊114.5 液晶顯示模塊114.6 遙控接收模塊125 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)135.1 主程序流程框圖135.2 溫度檢測流程圖 145.3 顯示器流程圖155.4 時(shí)鐘電路流程圖165.5 水位監(jiān)測流程圖176 系統(tǒng)測試186.1 開機(jī)狀態(tài)測試186.2 溫度上下限調(diào)節(jié)186.3 預(yù)設(shè)時(shí)間196.4 加熱模式測試206.5 上水模式測試20結(jié) 論22參 考 文 獻(xiàn)23附錄A 程序源代碼24附錄B PCB總圖52致 謝54引 言幾千年的人類歷史中，人們漸漸的學(xué)會(huì)了更多的技術(shù)，人們對生活的享受與設(shè)備便利化也有了一定的提高。從最早的時(shí)候第一代熱水

13、器只是大功率燃?xì)獾臒崴鳎菤鈮簩λ疁睾统鏊俣鹊挠绊懱蟛⑶胰紵細(xì)馑a(chǎn)生的氣體影響大氣環(huán)境甚至可能使人中毒。第二代大功率電熱水器，此熱水器耗電量太大，功率太高可能導(dǎo)致事故，并且水垢容易堆積使熱水器損壞。第三代為太陽能熱水器，但是開始的太陽能熱水器功能太單一，對天氣的要求質(zhì)量太高，如果沒有足夠的陽光就無法使用。尤其在冬季，是太陽能熱水器幾乎處于休眠狀態(tài)的季節(jié)，很影響使用。第四代是空氣源熱泵熱水器，這種熱水器正在小規(guī)模使用當(dāng)中，雖然能吸收空氣中的熱量致使還能達(dá)到除濕效果，但是造價(jià)太昂貴，無法普及。本次設(shè)計(jì)的課題就是第三代太陽能熱水器，由于可以普及多數(shù)的家庭，因此選擇這個(gè)課題。針對以往太陽能熱

14、水器存在的一些缺陷，本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更加智能的太陽能控制系統(tǒng)，針對由于陽光不足的情況下進(jìn)行電輔助加熱，并且運(yùn)用光電隔離保護(hù)措施來保證人們安全的運(yùn)用。除此之外使用排阻式水位檢測傳感器設(shè)置4個(gè)水位監(jiān)測，分別為在水箱中四分之一處，半箱水量處，四分之三處和滿箱處，當(dāng)少于水箱的四分之一處時(shí)，為了防止加熱燒干系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)上水到達(dá)預(yù)定的水位之后自動(dòng)停止上水。對以往因正常上班或外出一些原因忘記提前上水從而導(dǎo)致回到家里沒有足夠的水量淋浴這種情況，本系統(tǒng)可以提前預(yù)約，提前設(shè)定時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)上水，這樣可以完全解決忘記上水而水量不足夠的問題。另外本系統(tǒng)配置一個(gè)遙控器，可以通過遙控器來控制太陽能熱水器，方便人們進(jìn)行遠(yuǎn)距離操

15、作。11 研究背景和社會(huì)現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 研究背景和社會(huì)現(xiàn)狀隨著現(xiàn)在社會(huì)環(huán)境日益惡劣的情況下，環(huán)保成了現(xiàn)在的社會(huì)的主題，然而熱水器也成了各家的必備設(shè)施，太陽能熱水器也正占了熱水器的一個(gè)重要部分。現(xiàn)在有多種自然資源，如核能、風(fēng)能，但是最為干凈并且普遍人類生活的還是太陽能。從長遠(yuǎn)看來，現(xiàn)在全球已探明的石油產(chǎn)量只能用到21世紀(jì)中期，天然氣也只能用到21世紀(jì)中期，300年后也會(huì)把煤炭資源用光，這些資源不僅會(huì)慢慢消失最重要的一點(diǎn)對環(huán)境的影響也非常嚴(yán)重，溫室效應(yīng)也是現(xiàn)在社會(huì)的一大難題。然而太陽能卻是無限的資源，太陽每年放出的熱量到達(dá)地面的能量相當(dāng)于1.892×10的三次方千億的煤資源。如今

16、的熱水器技術(shù)已經(jīng)成熟，并且在不斷的取代燃?xì)鉄崴骱碗姛崴鳎?000年日本的熱水器比往年翻了一倍。在以色列更是有規(guī)定，所有現(xiàn)期建的房屋必須裝配太陽能熱水器。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國更是使用量，銷售量和生產(chǎn)量排在首位的國家。但是現(xiàn)在一般市場上的熱水器大部分功能單一，操控不方便，雖然有溫度顯示和水位顯示功能，但是卻沒有溫度控制功能和預(yù)約功能，使人們不能方便的使用熱水器并且導(dǎo)致浪費(fèi)。安全問題和能源問題是如今社會(huì)非常關(guān)注的問題。在家庭應(yīng)用上大可分為三類熱水器：燃?xì)鉄崴鳎柲軣崴鳎姛崴鳌Ｈ細(xì)鉄崴髟谧罱囊谎趸贾卸臼鹿手姓既种弧ｋ姛崴鞲抢速M(fèi)了大量的電力。然而太陽能熱水器，它節(jié)能環(huán)保，安全性能良好

17、等優(yōu)勢讓人們更加的青睞。本次我選擇太陽能熱水器只能控制系統(tǒng)這個(gè)課題，是為了讓大家了解一下如今社會(huì)的能源現(xiàn)狀，讓大家知道可持續(xù)發(fā)展這系統(tǒng)個(gè)觀念，最主要的是太陽能在新技術(shù)上的應(yīng)用。如今太陽能已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶，控制更是最重要的一部分，盡可能節(jié)能環(huán)保并且操作簡單也是這次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要意義。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是實(shí)現(xiàn)太陽能控制系統(tǒng)的智能化，讓人們對于復(fù)雜的系統(tǒng)有一個(gè)清晰的了解。本系統(tǒng)大體上包括可以預(yù)設(shè)時(shí)間和預(yù)設(shè)上水量進(jìn)行自動(dòng)的到時(shí)上水并加熱的功能，溫度和水量的數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示。并且時(shí)鐘功能使人們可以洗澡的時(shí)候看時(shí)間，防止熱門無意中帶入手機(jī)等電子產(chǎn)品被水澆濕使這些電子產(chǎn)品損壞。本系統(tǒng)還可

18、以切換手動(dòng)和自動(dòng)模式，讓喜歡手動(dòng)或者自動(dòng)的人都有選擇。并且系統(tǒng)還有電輔助功能，當(dāng)太陽光不足而致使溫度提升不到預(yù)定溫度時(shí)通過電輔助的功能使水溫加熱。總之就是讓人們方便并且合理的使用熱水器，減少不必要的浪費(fèi)和意外。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思想本次設(shè)計(jì)是通過89C51對各個(gè)模塊進(jìn)行控制，最后實(shí)現(xiàn)？功能。首先可以手動(dòng)預(yù)定好水位和溫度。接著水位傳感器檢測是否少于最低水位和預(yù)定水位，如果低于要求的話打開電磁閥進(jìn)行上水，反之不上水。最后通過溫度傳感器檢測溫度是否到達(dá)預(yù)設(shè)的溫度，如果沒有到達(dá)目標(biāo)，通過89C52發(fā)出信號(hào)給電輔助加熱裝置進(jìn)行加熱。2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)備是由89C51單片機(jī)、鍵盤輸入模塊、

19、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、水位采集模塊、溫度采集模塊、電加熱模塊共同構(gòu)成的。本系統(tǒng)遙控接收模塊、水位采集模塊、溫度采集模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤輸入模塊是輸入端。顯示模塊、電磁閥控制模塊、電加熱模塊作為輸出端。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2鍵盤輸入模塊時(shí)鐘模塊數(shù)據(jù)處理模塊AT89C52系列單片機(jī)遙控接收顯示模塊電磁閥控制水位水溫控制電路水位采集模塊電加熱溫度采集模塊圖2.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖3 器件選擇3.1 單片機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，單片機(jī)是設(shè)計(jì)的最為重要的一部分，是本控制系統(tǒng)的核心，一切工作都是單片機(jī)在發(fā)出命令。然而現(xiàn)在市場上有各種型號(hào)的單片機(jī)，因此需要選擇合適并且性價(jià)比

20、高的單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過比較最終選擇了單片機(jī)AT89C52，本單片機(jī)是一種性價(jià)比很高的一種，不僅耗電量低而且功能強(qiáng)大。采用8位微控制器，具體解釋是一類通過控制電壓的放大器。經(jīng)過查資料發(fā)現(xiàn)AT89C51是4位的，而且沒有T2定時(shí)器，沒有8位的單片機(jī)RAM容量大，功能明顯不如本次選擇的，所以不使用AT89C51。因此選用AT89C52單片機(jī)。C52有40個(gè)引腳，其中有4大組，每組有8個(gè)引腳。這四大組引腳是可以雙向輸出的，可以與其他模塊相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。剩余的8個(gè)引腳包含通信口，讀寫口，計(jì)時(shí)器和外中斷口。實(shí)物圖如圖3.1圖3.1 AT89C52實(shí)物圖3.1.1 引腳介紹P0.0-P0.7引腳：顯

21、示屏與單片機(jī)的橋梁P1.0-P1.3引腳：與水位檢測器相連接，使信號(hào)傳輸?shù)紺52中，對水位進(jìn)行讀取。P2.0-P2.3引腳：與四個(gè)按鍵分別相連，實(shí)現(xiàn)設(shè)定參數(shù)的功能。P2.7引腳：DS1820溫度傳感器與之相連，通過P2.7輸出到單片機(jī)。P3.4引腳：單片機(jī)通過P3.4引腳與電輔助加熱裝置連接，通過單片機(jī)處理發(fā)出信號(hào)控制加熱裝置。P3.5-P3.7引腳：時(shí)鐘芯片DS1302發(fā)出時(shí)鐘脈沖給主控模塊。89C52引腳圖如圖3.1.1圖3.3.3 89C52引腳圖3.1.2 單片機(jī)的功能本次選用的89C52單片機(jī)功能是處理水位采集模塊、溫度采集模塊傳進(jìn)來的信號(hào)，處理完畢把數(shù)據(jù)顯示到顯示屏中，同時(shí)把信號(hào)傳

22、輸給加熱裝置與電磁閥，使它們實(shí)現(xiàn)功能，當(dāng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間和溫度時(shí)恢復(fù)到閉合狀態(tài)。3.2 時(shí)鐘芯片3.2.1 器件選擇本次采用DS1302時(shí)鐘芯片，此芯片比其他的性能高，本身帶有閏年補(bǔ)償功能，可以自己判斷是不是閏年，如果是閏年自動(dòng)加一天，防止時(shí)間偏差。它的工作電壓極低，在2.0-5.5V之間，因此實(shí)現(xiàn)了它耗電低的性能。時(shí)間單位廣也是它的一大功能，能實(shí)現(xiàn)從年到秒的記時(shí)，可以滿足大多的設(shè)計(jì)。實(shí)物圖如圖3.2.1.圖3.2.1 DS1302實(shí)物圖3.2.2 引腳說明本芯片一共有8各引腳，其中X1和X2與電容和晶振組成晶振電路，兩個(gè)電源端分別接2.0-5.5V之間的電壓，GND引腳接地。DS1302時(shí)鐘芯片

23、引腳圖如圖3.2.2。圖3.2.2 DS1302引腳圖（此圖畫得不規(guī)范）3.2.3 完成功能該電路采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，該芯片與單片機(jī)P3.5、6、7相連接，單片機(jī)將時(shí)鐘數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送到LCD液晶顯示屏，使液晶顯示屏接收到相關(guān)數(shù)據(jù)并且進(jìn)行顯示。為防止系統(tǒng)斷電，同時(shí)單片機(jī)把時(shí)鐘數(shù)據(jù)發(fā)送到DS1302時(shí)鐘寄存器。DS1302時(shí)鐘寄存器接收到單片機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)記錄時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)再次上電，單片機(jī)可通過讀取時(shí)鐘寄存器的時(shí)鐘數(shù)據(jù)，并且發(fā)送到LCD液晶顯示。3.3 溫度檢測器3.3.1 溫度傳感器的選擇溫度傳感器是本次設(shè)計(jì)的重要結(jié)構(gòu)之一，溫度傳感器適用于檢測溫度幅度大的，目標(biāo)小的。其中溫度傳

24、感器也分為很多種，因此我們需要選定最為適合的。溫度傳感器大體分為兩種，首先是需要接觸的溫度傳感器，其次是非接觸式溫度傳感器。接觸式傳感器能感知物體的熱容量，當(dāng)物體熱容量小會(huì)降低溫度的測量精度，因?yàn)閭鞲衅髋c物體接觸，會(huì)產(chǎn)生熱傳遞。非接觸式溫度傳感器特點(diǎn)是反應(yīng)快，沒有對物體熱容量的要求，不會(huì)干擾溫度場，但是成本較高，不適合家庭通用的設(shè)計(jì)。通過上述的分析最終選擇了DS18B20芯片DS18B20器件為圖3.3.1圖3.3.1 DS18B20器件圖3.3.2 引腳說明本傳感器只有3個(gè)引腳，電源端接5V的電壓，地端接地，DQ引腳與單片機(jī)P2.7連接。引腳圖如圖3.3.2。圖3.3.2 DS18B20引腳

25、圖3.3.3 器件功能DS18B20組成集成溫度傳感器對水箱內(nèi)水溫進(jìn)行時(shí)時(shí)刻刻的檢測。先把測量出的脈沖頻率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成水溫信號(hào)，之后再把水溫信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電信號(hào)，最后編碼檢測出來的溫度數(shù)據(jù)傳送到AT98C52的I/O端并且經(jīng)過次單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)處理后送到顯示端口。3.4 水位檢測器3.4.1 水位傳感器的選擇方案一：采用渦流計(jì)量式傳感器。本傳感器的工作方式是通過水流的流動(dòng)使里面葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生脈沖信號(hào)。單片機(jī)通過此脈沖信號(hào)可以計(jì)算出水量的多少。但是這種傳感器性能非常不穩(wěn)定，當(dāng)水流過小或者葉輪不靈時(shí)會(huì)是傳感器不準(zhǔn)或失靈。所以既會(huì)造成器件的損壞也不實(shí)用，所以渦流計(jì)量式傳感器不適合本次設(shè)計(jì)。方案二：

26、使用內(nèi)置浮子式傳感器。原理是利用一個(gè)帶有磁性浮子浮在水平面上，隨著水平面的升高或降低這個(gè)浮子也隨著上下浮動(dòng)，通過浮子使管中的干簧管連通斷開從而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，進(jìn)而通過單片機(jī)分析在顯示屏中顯示出水量的多少。但是這種大多適用于開放式物體的水位測量，原因是內(nèi)置浮子式傳感器需要垂直安裝，但是太陽能熱水器水箱基本都是封閉式的，而且垂直安裝不滿足對于大多數(shù)的水箱空間的要求，另一點(diǎn)不符合熱水器的方面在于自來水中含不溶于水的礦物質(zhì)，這些礦物質(zhì)經(jīng)過加熱后會(huì)產(chǎn)生水垢，水垢堆積會(huì)卡住磁性浮子的上下浮動(dòng)，使傳感器失靈，傳入單片機(jī)的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上也可能會(huì)有很大的差別。所以內(nèi)置浮子式傳感器也不適用于本次設(shè)計(jì)的要求。方案三

27、：外置浮子式傳感器。外浮子傳感器是在內(nèi)浮子的基礎(chǔ)上把浮子放入外面的一個(gè)類似量筒的容器中，這樣雖然可以解決水垢堆積導(dǎo)致浮子失靈的問題，但是量筒中可能會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)使量筒中的浮子準(zhǔn)確度降低，久而久之儀器會(huì)更加的失準(zhǔn)。因此淘汰外置浮子式傳感器這一方案。方案四：RC充放電式水位傳感器。此傳感器用的就是RC充放電電路進(jìn)行水位檢測。這個(gè)傳感器最為突出的特點(diǎn)是其外貌形態(tài)很簡單，RC充放電式傳感器可分為兩個(gè)端口，其中公共水位端口是第一個(gè)端口，實(shí)際水位端口是第二個(gè)端口。其中可以包含五個(gè)傳感器測水位，每個(gè)傳感器分別在水箱不同高度的位置上，再通過不同的實(shí)際水位端口和公共水位端口的電阻值不同，通過系統(tǒng)的計(jì)算得

28、出水面高度。其精準(zhǔn)度交高，價(jià)格偏高。方案五：排阻分檔鍵盤式水位傳感器。本傳感器如字面意思上像鍵盤式電路有些類似。此傳感器的有四個(gè)銅質(zhì)金屬針，銅物質(zhì)本身有防腐性強(qiáng)的特性，所以可以長時(shí)間的與水接觸。其中原理是這4根銅真分別放在水箱的不同位置上，把水箱分成均等的幾部分。當(dāng)銅針不與水面接觸時(shí)的電平與不與水面接觸的電平是不同的。因?yàn)槿萜髋c地相接，所以可以把接觸面的位置看作接地，電平為0。當(dāng)一根銅針不與水接觸時(shí)電平為+5V，原理同上數(shù)量不同的銅針不與水面接觸會(huì)產(chǎn)生不同的電平，把輸出的電平信號(hào)輸入到CD4069開關(guān)中，再通過CD4069開關(guān)進(jìn)行反向輸出給74LS244，最后將硬件74LS244與單片機(jī)AT8

29、9C52的P1.0引腳，P1.1引腳，P1.2引腳相連接，經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)部分析把結(jié)果輸入到顯示屏中顯示。本傳感器可以把水箱分為4部分，每部分為25%。此傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以省去A/D轉(zhuǎn)換器，精確度不如RC充放電式水位傳感器。經(jīng)過上面的五個(gè)方案的比較，因?yàn)樘柲軣崴鲗囟染珳?zhǔn)度不需要很高，所以本次設(shè)計(jì)本著成本低，并且符合實(shí)用的要求選擇第五方案，運(yùn)用排阻分檔鍵盤式水位傳感器來進(jìn)行水位檢測模塊的運(yùn)行。 3.5 按鍵3.5.1 按鍵的選擇方案一：矩陣式按鍵。矩陣式顧名思義就是如數(shù)學(xué)上的矩陣一樣分為行線和列線，開關(guān)的連接端與行線、列線相連接。多個(gè)開關(guān)并列安排，最終形成網(wǎng)格一樣的矩陣式排列。矩陣式鍵盤原理

30、是當(dāng)無人觸碰開關(guān)時(shí)，電路因?yàn)橛须娮璧挠绊懖贿M(jìn)行導(dǎo)電，行線端為高電平狀態(tài)。當(dāng)有人使用按鍵時(shí)，行線與列線會(huì)通電，此時(shí)行線由高電平狀態(tài)開始發(fā)生電平變化，電平的變化是通過行線的變化使對應(yīng)的列線變化而變化。通過不同的電平變化來輸出信號(hào)，矩陣式鍵盤上每個(gè)按鍵原理如上面所講，最終通過多個(gè)按鍵行列電路的相互影響與配合來完成最后需要的功能。這種鍵盤控制電路適用于單片機(jī)的設(shè)計(jì)，按鍵多的技術(shù)優(yōu)先選擇此電路。而此次設(shè)計(jì)只需要四個(gè)按鍵，所以比較大材小用，不適合本次設(shè)計(jì)。方案二：獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵在人們生活中應(yīng)用更加的廣泛，最多的應(yīng)用如家庭電燈的開關(guān)。此按鍵最為突出的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)非常簡單，只是用一個(gè)I/O線與按鍵相

31、連接構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立式按鍵。優(yōu)點(diǎn)就是配置靈活，安裝多個(gè)獨(dú)立式按鍵不會(huì)相會(huì)干擾影響。缺點(diǎn)就是如果按鍵太多會(huì)對材料產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。所以獨(dú)立式按鍵只適合按鍵少的電路設(shè)計(jì)使用。本次設(shè)計(jì)的五鍵設(shè)計(jì)完全符合此條件。通過上述方案一、二的比較，顯而易見方案二的獨(dú)立式按鍵是本次的最佳選擇。4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)最小控制系統(tǒng)本次是以AT89C52單片機(jī)為主體，各個(gè)模塊相結(jié)合完成的一次設(shè)計(jì)。如圖4.1是本次的最小控制系統(tǒng)。其中包括一個(gè)晶振電路，起這巨大的作用，可以說是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，為單片機(jī)提供脈沖信號(hào)。圖 4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)4.2 時(shí)鐘模塊本次時(shí)鐘模塊采用DS1302時(shí)鐘芯片。通過P3.4-P3.5引腳

32、與單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)預(yù)設(shè)時(shí)間上水提供前提。時(shí)鐘模塊如圖4.2。圖4.2 時(shí)鐘模塊 4.3 溫度采集模塊溫度傳感器DS18B20的第一端口接5V電源，第二端口端口接地，DQ端接AT89C52單片機(jī)P2.7口。使應(yīng)用的DS18B20傳感器最終結(jié)果輸入給單片機(jī)，單片機(jī)可通過讀取時(shí)鐘寄存器的時(shí)鐘數(shù)據(jù)，并且發(fā)送到LCD液晶顯示。溫度采集模塊電路圖如圖4.3。圖4.3 溫度采集模塊4.4 水位采集模塊排阻式水位傳感器的4個(gè)銅針通過CD4069和74LS244與單片機(jī)P1.0-P1.3，每個(gè)銅針產(chǎn)生的電平值傳給單片機(jī)，使其判斷出水位的變化。模塊如圖4.4。圖4.4 水位采集模塊4.5 液晶顯示模塊本液晶

33、顯示模塊使用LCD1602。如圖4.5，1602與單片機(jī)AT89C52的P0.0-P0.7引腳連接，單片機(jī)接收完各個(gè)模塊采集的信息后傳送給液晶顯示器，顯示出水溫、水位、時(shí)間信息。液晶顯示模塊如圖4.5。圖4.5 液晶顯示模塊 4.6 遙控接收模塊 遙控接收模塊是通過紅外一體裝置使遙控對系統(tǒng)進(jìn)行控制。此模塊如圖4.6。圖4.6 遙控接收模塊5 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 主程序流程框圖本系統(tǒng)流程是通過系統(tǒng)對是否到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間、水位是否小于最低水位與是否到達(dá)預(yù)設(shè)水位、溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)溫度一系列的判斷，從而進(jìn)行運(yùn)行。流程圖如圖5.1。開始定時(shí)器等初始化化進(jìn)入while循環(huán)讀取溫度值是否是設(shè)置狀態(tài)顯示溫度和定時(shí)

34、時(shí)間判斷水位狀態(tài)加水繼電器吸和關(guān)閉加水和報(bào)警關(guān)閉繼電器并報(bào)警預(yù)約時(shí)間是否到達(dá)溫度值與上下限關(guān)系結(jié)束停止加熱并報(bào)警啟動(dòng)加熱并報(bào)警數(shù)據(jù)處理模塊AT89C52系列單片機(jī)溫度采集模塊顯示模塊 低于下限 高于上限 狀態(tài)錯(cuò)誤下限 Y N 圖5.1（不對）5.2 溫度檢測流程圖 使用DS18B20芯片來完成本次溫度檢測，它的量程在-55-125之間。經(jīng)過太陽能熱水溫在0-100之間，所以量程符合。溫度檢測電路通過d18b20傳感器將信號(hào)通過顯示屏顯示出，首先設(shè)定延時(shí)之后進(jìn)行數(shù)值的初始化，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)功能，最后進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，輸出到顯示屏。功能流程圖為圖5.2。此芯片內(nèi)部流程圖如圖5.

35、2.1。計(jì)算溫度啟動(dòng)芯片初始化開始顯示讀溫度圖5.2 功能流程圖斜率累加器比較溫度寄存器計(jì)數(shù)器1=0計(jì)數(shù)器2=0高溫度系數(shù)晶振低溫度系數(shù)晶振預(yù)置0預(yù)置 置位 加一停止圖5.2 芯片內(nèi)部流程圖5.3 顯示器流程圖LCD1620液晶屏顯示的原理是通過電壓對液晶的影響，有電壓的液晶部分顯示內(nèi)容，反之沒有內(nèi)容。此顯示屏在運(yùn)作之前需要把標(biāo)志位調(diào)到低電平，之后對系統(tǒng)進(jìn)行延時(shí)設(shè)定，使系統(tǒng)正常工作。最后判斷系統(tǒng)是否處于忙碌，如果忙碌繼續(xù)運(yùn)行，知道不忙碌停止。液晶顯示模塊流程圖如圖5.3。圖5.35.4 時(shí)鐘電路流程圖時(shí)鐘電路是很常見的一個(gè)電路，在生活中人們也離不開對于時(shí)鐘電路的應(yīng)用。時(shí)鐘電路開始需要對變量進(jìn)行

36、初始化，之后進(jìn)入復(fù)位端產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)，接下來寫1302地址，經(jīng)過一段延時(shí)向該地址寫數(shù)據(jù)，寫入地址后在自動(dòng)再生成一個(gè)新的地址，判斷是否寫完數(shù)據(jù)，如果寫完再復(fù)位一個(gè)高電平，寫1302地址，經(jīng)過一段延時(shí)讀出數(shù)據(jù)最后輸出顯示數(shù)據(jù)。若果沒有寫完數(shù)據(jù)再進(jìn)行上面的步驟。流程圖如圖5.4。開始變量初始化復(fù)位端產(chǎn)生一個(gè)高電平延時(shí)一段時(shí)間向該地址寫數(shù)據(jù)增加新地址數(shù)據(jù)是否寫完復(fù)位端產(chǎn)生一個(gè)高電平寫1302地址延時(shí)一段時(shí)間讀出將該地址數(shù)據(jù)增加新地址數(shù)據(jù)是否寫完顯示數(shù)據(jù)寫1302地址 圖5.4 時(shí)鐘電路流程圖5.5 水位監(jiān)測流程圖水位檢測是通過水位檢測傳感器測出是否滿足最低水量要求，如果不滿足自動(dòng)上水，之后再判斷是

37、否滿足使用者設(shè)定的水位，滿足的話停止上水，反之再開上水閥直到滿足設(shè)定水量才停止。流程圖如圖5.5。初始化系統(tǒng)水位顯示開中斷水位最低水位設(shè)定開電磁閥加水水位設(shè)定關(guān)電磁閥 返回 N Y N Y Y N圖5.5 水位檢測流程圖6 系統(tǒng)測試6.1 開機(jī)狀態(tài)測試連接電源，按電源鍵打開設(shè)備。LCD液晶顯示板上開始會(huì)顯示系統(tǒng)初始化，所有的數(shù)值為0。經(jīng)過大約1秒鐘，屏幕上會(huì)顯示當(dāng)前的溫度和需要設(shè)定的溫度上限與下限，還有預(yù)約時(shí)間的顯示。開機(jī)初始化測試與正常運(yùn)行如圖6.1。圖6.1 開機(jī)測試圖6.2 溫度上下限調(diào)節(jié)本設(shè)計(jì)一種有6個(gè)按鍵，如圖6.3所示，藍(lán)色按鍵為開機(jī)鍵，屏幕下方的為復(fù)位鍵，剩余最下面的4個(gè)為調(diào)節(jié)設(shè)

38、置參數(shù)的按鍵。下面4個(gè)按鍵中，從左到右的順序，第一個(gè)為設(shè)置鍵，用來選擇預(yù)設(shè)時(shí)間的功能和預(yù)設(shè)水溫上下限；第二個(gè)是加溫度或者時(shí)間的鍵；第三個(gè)是減溫度或者時(shí)間的鍵；最后一個(gè)鍵是確定。圖6.2為改變溫度上下限的比較圖。圖6.2 溫度上下限的比較圖6.3 預(yù)設(shè)時(shí)間如圖6.3可以看到液晶顯示器的右上角上的變化，本次預(yù)設(shè)的是1分鐘，所以顯示為001,當(dāng)?shù)竭_(dá)000時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)上水。在圖中可以看到工作正常運(yùn)行。圖6.3 預(yù)設(shè)時(shí)間比較6.4 加熱模式測試如圖6.4，其中黃色等代表是否在加熱，黃燈亮?xí)r可以看到實(shí)際溫度小于預(yù)設(shè)最低溫度，所以為加熱狀態(tài)；當(dāng)燈不亮?xí)r，在液晶屏中看到當(dāng)前溫度為39.6，高于預(yù)設(shè)最高溫度35，

39、所以停止加熱。 圖6.4 加熱功能測試6.5 上水模式測試 如圖6.5所示，在正常情況下可以看到綠色的燈是亮的，這時(shí)表示系統(tǒng)處于上水狀態(tài)。當(dāng)把傳感器都放入水杯里，這種情況相當(dāng)于水滿了，可以看到燈已經(jīng)熄滅，說明此時(shí)水滿狀態(tài)并且停止上水。圖6.5 上水功能測試結(jié) 論本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了大學(xué)四年學(xué)到的理論知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。制作太陽能智能控制系統(tǒng)的過程中翻閱了各種書籍，也查詢了各種資料。在大學(xué)數(shù)電和模電課中，電路的設(shè)計(jì)、耦合電路、時(shí)鐘電路這些內(nèi)容有很大的涉足。并且因?yàn)樾枰鱾€(gè)程序的測試，更加熟練了PROTEL和DXP這些軟件的使用，對以后的工作也有很大的幫助。本智能控制系統(tǒng)比以前的控制器更完善，而且本設(shè)計(jì)

40、最突出的是性價(jià)比很高，可以溫度自定義設(shè)置和時(shí)間自定義設(shè)置，使得比以往的熱水器更加的智能，讓人們更加容易的使用。本控制器用電量也比以往的耗電量低，可以節(jié)約資源。系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行有效的電輔助加熱，讓熱水器對太陽能的依賴性大大的降低，也造福了人們。同時(shí)外設(shè)遙控器控制，讓使用者可以通過遙控對熱水器進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)都有不足，此次設(shè)計(jì)也有讓人不滿意的方面。在對于水管里遺留下的水沒有實(shí)現(xiàn)有效的處理和利用，在這個(gè)方面跟以往的熱水器一樣都浪費(fèi)了水資源。所以在以后的生活中仍然需要不停的學(xué)習(xí)，即使即將步入社會(huì)也不能停歇。總而言之，本次設(shè)計(jì)依舊是成功的，能實(shí)現(xiàn)完整的功能，并且因?yàn)槠湫詢r(jià)比高的特點(diǎn)上非常適合商業(yè)使用，

41、目前的社會(huì)服務(wù)業(yè)占有很大的一部分百分比，旅游住房更是不可缺少的，用此太陽能智能控制系統(tǒng)能夠獲得更大的利潤，而且完全能實(shí)現(xiàn)顧客的使用要求。在私家住宅中也同樣的適用。 參 考 文 獻(xiàn)1 周天逸.單片機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì).山西科技大學(xué)出版社.2001.2 王曾冬.嵌入式系統(tǒng)的研究M.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.3 孫鋒.單片機(jī)技術(shù)大全.清華大學(xué)出版社,2007.11.4 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).北京航空航天大學(xué)出版社有限公司，2005.7.5 劉迎春，葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用.國防工業(yè)出版社，1998.6 張俊謨.單片機(jī)中高級(jí)教程原理與應(yīng)用（第2版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.7 宋

42、曉偉，孟國營，葉洋等.基于nRF24L01的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng).煤炭工程；2010.11.20.8 沈東方，章堅(jiān)武.基于Wireless USB的采集終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).大眾科技；2010.02.10.9 馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998. 10 李華等.單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.11 余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，2003.12.12 索雪松等.傳感器與信號(hào)處理電路.北京：中國水利水電出版社，2008.13 何有才.常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)與實(shí)踐J.科學(xué)出版社,2007.14 果莉.點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)

43、的研究J中國科技信息；2005年17期.15 王青云. 基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng)J 2010，(05).16 張媛媛. 基于C8051F020的溫濕度控制箱設(shè)計(jì)J國外電子元器件, 2004,(10) .17 江孝國,王婉麗,祁雙喜. 高精度PID溫度控制器J電子與自動(dòng)化, 2000,(05) .18 于洋. 高低溫試驗(yàn)箱微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置, 2003,(02) 19 李建東. 基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng)J 科學(xué)出版社2010，(05).20 彭立，張建洲，王少華. 自適應(yīng)溫度控制系統(tǒng)的研制J東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1994,21 李麗宏，謝克明；液位自動(dòng)

44、檢測的現(xiàn)狀與發(fā)展J；太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)；2001年04期.22 樓然苗，李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)J. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.23V.Yu.Teplov,A.V.Anisimov.Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ ,2002 附錄A 程序源代碼void lcd_mode(char mode);void lcd_fun1_menu(char k);void lcd_fun2_menu

45、(char k);void ui_01(char k);void lcd4();void setchange(char k ,char level,bit a);#define CD1NUM 7#define Thigh 80#define Tlow 30/* -*/code unsigned char ucStr1_t1="00/00/00 00:00"code unsigned char ucStr1_t2="00/00/00 00 00"code unsigned char ucStr2_m_have=" 水溫00 "/code

46、 unsigned char ucStr2_m_nhave="無水 水溫00 "code unsigned char ucStr3_modle1_1="自動(dòng)模式 "code unsigned char ucStr3_modle1_2="自動(dòng)模式 上水"code unsigned char ucStr3_modle1_3="自動(dòng)模式加熱00"code unsigned char ucStr3_modle1_4="手動(dòng)模式 "code unsigned char ucStr4_menu="

47、菜單 " code unsigned char ucStr4_menu1="菜單加熱上水 " code unsigned char ucStr4_menu_a="設(shè)定上頁下頁返回"code unsigned char ucStr4_menu_b="下項(xiàng)減少增加返回"code unsigned char ucStr4_menu_c="下項(xiàng) 變更返回"code unsigned char ucStr4_menu_d=" 變更返回"code unsigned char null_l=&quo

48、t; "code unsigned char ucStr3_fun_1=" 時(shí)間設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_fun_2=" 日期設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_fun_3=" 模式設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_fun_4=" 水溫設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_fun_5=" 上水定時(shí) "code unsigned char ucStr3_fun_6=" 加熱

49、定時(shí) "code unsigned char ucStr3_fun_7=" 其他設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_op_1=" 開 "code unsigned char ucStr3_op_2=" 關(guān) "code unsigned char ucStr3_op_3=" 加熱至 "code unsigned char ucStr3_op_4="使用 手動(dòng)模式 "code unsigned char ucStr3_op_5="使用 自動(dòng)模式 "

50、;code unsigned char ucStr3_op_6="智能加熱 開 "code unsigned char ucStr3_op_7="智能加熱 關(guān) "void lcd_mode(char mode)switch (mode)case 0:LCD12864_DisplayOneLine(3,ucStr3_modle1_4);LCD12864_DisplayOneLine(4,ucStr4_menu1);break;case 1:LCD12864_DisplayOneLine(3,ucStr3_modle1_1);LCD12864_Display

51、OneLine(4,ucStr4_menu);break;default:break;void jiantou()LCD12864_WriteInfomation(0x90+(level_m0/2)*2,0);if(level_m0%2=0)LCD12864_WriteInfomation(25,1);LCD12864_WriteInfomation(' ',1);elseLCD12864_WriteInfomation(' ',1);LCD12864_WriteInfomation(25,1);void lcd_fun1_menu(char k)if(k<

52、;0)LCD12864_DisplayOneLine(1,null_l);LCD12864_DisplayOneLine(4,ucStr4_menu_a);LCD12864_DisplayOneLine(3,null_l);LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_1);switch(k)case 0:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_1);break;case 1:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_2);break;case 2:LCD12864_DisplayOneLine(2,

53、ucStr3_fun_3);break;case 3:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_4);break;case 4:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_5);break;case 5:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_6);break;case 6:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_7);break;default:break;void lcd_fun2_menu(char k)idata char bfpot=0;/LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_1);switch(k)case 0:LCD12864_DisplayOneLine(1,