1、1 緒論在我設(shè)計太陽能熱水器的控制系統(tǒng)之前，首先了解一下太陽能熱水器的組成與工作原理，了解一下太陽能熱水器的基本構(gòu)架和工作過程，以及太陽能熱水器發(fā)展概況和深遠(yuǎn)利用價值。1.1 太陽能熱水器的組成與工作原理圖1.1 熱水器裝置簡圖1-集熱器 2-下降水管3-循環(huán)水管4-補給水箱5-上升水管6-自來水管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。圖中集熱器1按最佳傾角放置，下降水管2的一端與循環(huán)水箱3的下部相連，另一端與集熱器1的下集管接通。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。補給水箱4供給循環(huán)水箱3所需的冷水。集熱器吸收太陽輻射后，

2、集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，熱水的比重減輕，便經(jīng)上升水管進入循環(huán)水箱上部。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。這樣不斷對流循環(huán)，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時，水溫不再升高。這種熱水利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱循環(huán)熱水器。集熱器是一種利用溫室效應(yīng)，將太陽能輻射轉(zhuǎn)換為熱能的裝置，該裝置與一般熱水交換器不一樣，熱交換器通常只是液體到液體，或是液體到氣體的熱交換過程，而平板行集熱器時直接將太陽輻射傳給液體或氣體，是一個復(fù)雜的傳熱過程。平板型集熱器結(jié)構(gòu)形式很多，世界上已實用的集熱器就有直管式、瓦楞式、扁管式、鋁翼式等

3、二十多種。1.2 太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場競爭分析我國自78年引進全玻璃真空集熱管的樣管以來，經(jīng)過20多年的努力，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，已經(jīng)建立了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化全玻璃真空集熱管產(chǎn)業(yè)，用于生產(chǎn)集熱管的磁控濺射鍍膜機已有745臺，產(chǎn)品質(zhì)量達到世界先進水平，產(chǎn)量雄居世界首位。 1978年中國誕生第一臺太陽能熱水器，到1986年臥式磁控濺射鍍膜機的設(shè)計制造，是在政策扶持下的研究開發(fā)階段。1987年，我國制造了第一支全玻璃真空集熱管。在之后的幾年里，全玻璃和熱管式真空管集熱器實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到中試水平，為下一階段產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化奠定了良好的基礎(chǔ)，成為產(chǎn)業(yè)的孕育發(fā)展階段。1993年

4、太陽能產(chǎn)業(yè)進入初級發(fā)展階段：由于成果轉(zhuǎn)化需要很長一段時間的磨合，特別是受技術(shù)人員缺乏的影響，此階段的產(chǎn)品質(zhì)量有待于進一步提高，整體來講，發(fā)展速度較為緩慢。這時候以山東力諾集團為主的真空管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品占了真空管生產(chǎn)絕大部分市場。1997-2001年太陽能產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展，逐漸形成北京、魯東、泰安、揚州、海寧等5個產(chǎn)業(yè)基地，并以此向周圍不斷輻射，產(chǎn)能得以迅速提升。目前，我國是世界上太陽能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國家。太陽能熱水器是太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟效益明顯，正在迅速的推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能夠?qū)⑻栞椛淠苻D(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用。當(dāng)今社會發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提

5、高。現(xiàn)有電熱型熱水器費用昂貴及燃?xì)庑蜔崴鞯牟话踩裕遗欧哦趸嘉廴敬髿猓狈接妹簹馊∨斐沙鞘锌諝猸h(huán)境污染，這些都是太陽能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽能熱水器 克服了上述缺點，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡單、方便。太陽能熱水器順應(yīng)時代發(fā)展的要求，滿足人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。1.3 太陽能熱水器的應(yīng)用及意義資源是社會經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟愈發(fā)展，對資源的依賴性愈強。許多資源（如煤、石油、天然氣等）是不可再生的，而且在利用過程中給人類生存環(huán)境帶來極大污染，人類繁衍生息的物質(zhì)和環(huán)境基礎(chǔ)受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。加強清潔、可再生資源的開發(fā)利用，已引起全世界的普遍重視。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可

6、再生資源，有節(jié)能、環(huán)保、安全和永續(xù)利用等優(yōu)點，理應(yīng)成為開發(fā)利用的首選。其中太陽能熱水器作為家庭生活用品，其開發(fā)利用在我國已走過了二十多年的歷程，生產(chǎn)技術(shù)成熟，具有明顯優(yōu)點：（一）從節(jié)能環(huán)保的角度講，使用太陽能熱水器不會對環(huán)境造成污染，同時為國家節(jié)約了大量能源，社會效益明顯，是國家重點推廣項目，使用前景廣闊。（二）太陽能熱水器的使用壽命較長，使用太陽能熱水器經(jīng)濟實惠。若使用合理，其壽命可達15年甚至更長。據(jù)測算，使用平方米太陽能熱水器，相當(dāng)于每年節(jié)約310度電。太陽能熱水器的費用只有燃?xì)鉄崴鞯钠叻种唬姛崴鞯牧种弧Ｙ徶锰柲軣崴饕淮涡酝顿Y3000元左右，使用5至6年就可實現(xiàn)與其熱水器

7、的支出對比平衡。按照裝置壽命15年計算，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。（三）太陽能熱水器集熱效果好，集熱時間更長。只要陽光能照射到的地方，就可以使用太陽能熱水器，即使在高寒地區(qū)一年四季也可以正常使用。在我國浙江、江蘇、山東等地，太陽能熱水器的研發(fā)和生產(chǎn)已形成規(guī)模，應(yīng)用太陽能熱水器的場所也由家居使用擴展到醫(yī)院、學(xué)校、賓館、飯店、游泳池、洗浴場所等。2 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 2.1 主控芯片模塊 主控芯片模塊電路單片機系統(tǒng)由AT89C52和一定功能的外圍電路組成，包括為單片機提供復(fù)位電壓的復(fù)位電路，提供系統(tǒng)頻率的晶振。這部分電路主要負(fù)責(zé)程序的存儲和運行。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容

8、的大小會影響振蕩器頻率的高低、諧振器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體可在1.2MHz12MHz之間任選，電容C1和C2的典型值在20pF100pF之間選擇，但在60pF70pF時振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為30pF左右，但本電路采用30pF。AT89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本設(shè)計中所用到的是上電按鈕復(fù)位，如圖2.1所示。圖2.1 單片機系統(tǒng) 主控芯片簡介AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工

9、業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)

10、容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止1。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash AT89S52。圖2.2為AT89S52的引腳圖圖2.2 AT89S52的引腳圖AT89S52引腳功能說明如下：VCC：電源電壓GND：地2P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0內(nèi)部上拉電阻被激活。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程

11、序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（TTL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表2.1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 表2.1 P1口第二功能端口引腳第二功能P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1

12、.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）

13、訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（TTL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如表2.2。表2.2 P3口的第二功能端口引腳第二功能端口引腳第二功能P3.0 RXD(串行輸入口)P3.4TO(定時/計數(shù)器0)P3.1TXD(串行輸出口

14、)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.2 INTO(外中斷0)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.3 INT1(外中斷1)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘

15、振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效3。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將有兩次有效的PSEN信號。EA/VPP外部訪問允

16、許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。2.2 實時時鐘模塊 實時時鐘模塊電路從古代的滴漏更鼓到近代的機械鐘，從電子表到目前的數(shù)字時鐘，為了準(zhǔn)確的測量和記錄時間，人們一直在努力改進計時工具。鐘表的數(shù)字化，大力推

17、動了計時的精確性和可靠性。在單片機構(gòu)成的裝置中，實時時鐘是必不可少的部件。目前常用的實時時鐘，很多采用單片機的中斷服務(wù)來實現(xiàn)，這種方式一方面需要采用計數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且某些測控系統(tǒng)可能不允許；有的則使用并行接口的時鐘芯片，如MC146818、DS12887等，它們雖然能滿足單片機系統(tǒng)對實時時鐘的要求，但是這些芯片與單片機接口復(fù)雜，占用地址、數(shù)據(jù)總線多，芯片體積大，占用空間多，給其它設(shè)計帶來諸多不便。本設(shè)計選取串行接口時鐘芯片DS1302與單片機同步通信構(gòu)成數(shù)字時鐘電路，如圖2.3。其簡單的三線接口能為單片機節(jié)省大量資源，DS1302的后

18、背電源及對后背電源進行涓細(xì)電流充電的能力保證電路斷電后仍能保存時間和數(shù)據(jù)信息等。這些優(yōu)點解決了目前常用的實時時鐘所無法解決的問題。該時鐘電路強大的功能和優(yōu)越的性能，在很多領(lǐng)域的應(yīng)用中，尤其是某些自動化控制、長時間無人看守的測控系統(tǒng)等對時鐘精確性和可靠性有較高要求的場合，具有很高的使用價值。圖2.3 DS1302與單片機接口電路 實時時鐘簡介DS13024是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達2.55.5V。時鐘可工作在24小時格式或12小時（AM/PM）格式。DS1302與單片機的接

19、口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接。可采用一次傳送一個字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行細(xì)電流充電的能力。DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc10.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供

20、電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。SCLK為時鐘輸入端。控制字

21、節(jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位（位0）如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。DS1302的復(fù)位引腳：通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送.RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中置RST為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，

22、并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位至高位7。 DS1302共有12個寄存器5，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時間寄存器及其控制字見表2.3。表2.3 DS1302的日歷、時鐘寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器 80

23、H81H00-59CH10SECSEC分寄存器82H83H00-59010MINMIN時寄存器84H85H01-12或00-2312/24010HRHR日寄存器86H87H01-28,29,30,310010DATEDATE月寄存器88H89H01-1200010MMONTH周寄存器8AH8BH01-0700000DAY年寄存器8CH8DH00-9910YEARYEAR此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器的內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個RAM單元，共

24、31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H-FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。2.3 溫度傳感器模塊 溫度傳感器模塊電路基于DS18B20多點溫度測量系統(tǒng)以AT89C51為中心器件，以KEIL為系統(tǒng)開發(fā)平臺，用C語言進行程序設(shè)計，以PROTEUS作為仿真軟件設(shè)計而成的。DS18B20是智能溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接收主機發(fā)送的命令，根據(jù)DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機。主機按照通信協(xié)議用一個

25、IO口模擬DS18B20的時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點的溫度。在系統(tǒng)啟動之時，可以通過4×4鍵盤設(shè)置各點溫度的上限值，當(dāng)某點溫度超過設(shè)置值時，報警器開始報警，從而實現(xiàn)了對各點溫度的實時監(jiān)控。每個DS18B20有自己的序列號，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了4個DS18B20，通過CRC校驗，對各個DS18B20的ROM進行尋址，地址符合的DS18B20才作出響應(yīng)，接收主機的命令，向主機發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種DS18B20尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡單，圖2.4所示。圖2.4 18

26、B20與單片機的連接電路2.3.2 溫度傳感器簡介DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20產(chǎn)品的特點6:只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。測量溫度范圍在55.C到125.C之間。數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。其引腳功能描述見表2.4。表2.4 DS18B20詳細(xì)引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1

27、GND地信號2DQ數(shù)字輸入輸出引腳,開漏單總線接口引腳,當(dāng)使用寄生電源時,可向電源提供電源3VDD可選擇的VDD引腳,當(dāng)工作于寄生電源時,該引腳必須接地64位ROM存儲器件獨一無二的序列號。暫存器包含兩字節(jié)（0和1字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲溫度傳感器的數(shù)字輸出。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報觸發(fā)（TH）和下線警報觸發(fā)（TL）寄存器（2和3字節(jié)），和一字節(jié)的配置寄存器（4字節(jié)），使用者可以通過配置寄存器來設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。暫存器的5、6和7字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（CRC ）。DS18B20加電后，處在空閑狀態(tài)。要啟動溫度測量和模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，處理器須向其發(fā)出Conver

28、t T 44h 命令；轉(zhuǎn)換完后，DS18B20回到空閑狀態(tài)。溫度數(shù)據(jù)是以帶符號位的16-bit補碼存儲在溫度寄存器中的7。符號位說明溫度是正值還是負(fù)值，正值時S=0，負(fù)值時S=1。訪問DS18B20必須嚴(yán)格遵守這一命令序列，如果丟失任何一步或序列混亂，DS18B20都不會響應(yīng)主機（除了Search ROM 和Alarm Search這兩個命令，在這兩個命令后，主機都必須返回到第一步）。a初始化：DS18B20所有的數(shù)據(jù)交換都由一個初始化序列開始。由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和跟在其后的由DS18B20發(fā)出的應(yīng)答脈沖構(gòu)成。當(dāng)DS18B20發(fā)出響應(yīng)主機的應(yīng)答脈沖時，即向主機表明它已處在總線上并且準(zhǔn)備工作。

29、b. ROM命令8：ROM命令通過每個器件64-bit的ROM碼，使主機指定某一特定器件（如果有多個器件掛在總線上）與之進行通信。DS18B20的ROM如表2.5所示，每個ROM命令都是8 bit長。表2.5 ROM命令指令協(xié)議功能讀ROM33H讀DS18B20中的編碼(即64位地址)符合ROM55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20,使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B

30、20V 溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于單個DS18B20工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過廟宇值上限或下限的片子才做出響應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為500ms(典型為200ms),結(jié)果豐入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3、4字節(jié)寫上、下溫度數(shù)據(jù)命令，緊該溫度命令之后，傳達兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中重調(diào)E2PROM0B8H將E2PROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”，外部供

31、電時DS18B20發(fā)送“1”2.4 液晶顯示模塊 液晶顯示模塊電路液晶顯示模塊以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、模塊化、接口電路簡單等諸多優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。液晶顯示模塊分字符型和點陣型兩種,前者只能顯示常用的字符,點陣型液晶顯示模塊除顯示字符外還能顯示各種圖形和漢字。如圖2.5所示，為液晶顯示屏與單片機的連接電路圖。圖2.5 液晶顯示屏與單片機的連接電路2.4.2 液晶顯示屏簡介12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點AS

32、CII字符集。該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點陣的漢字。可完成圖形顯示。電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊9。圖2.6 LCD結(jié)構(gòu)尺寸基本特性:低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）顯示分辨率:128×64點內(nèi)置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字(簡繁體可選)內(nèi)置 128個16×8點陣字符2MHZ時鐘頻率顯示方式：STN、半透

33、、正顯驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS視角方向：6點背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10通訊方式：串行、并口可選內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓無需片選信號，簡化軟件設(shè)計工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +60 控制器接口信號說明：如表2.6,2.7表2.6 RS和R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式RSR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù) 表2.7 E信號E狀態(tài)執(zhí)行動作結(jié)果高>

34、;低I/O緩沖>DR配合/W進行寫數(shù)據(jù)或指令高DR>I/O緩沖配合R進行讀數(shù)據(jù)或指令低/低>高無動作    忙標(biāo)志:BF。BF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況.BF=1表示模塊在進行內(nèi)部操作,此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù).BF=0時,模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUS RD 指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗?zāi)K之工作狀態(tài)。字型產(chǎn)生ROM（CGROM）：字型產(chǎn)生ROM（CGROM）提供8192個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAY ON),DDRAM 的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示

35、（DISPLAY OFF)。DFF 的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制的10。顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）：模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供64×2個位元組的空間，最多可控制4行16字（64個字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在0000H0006H的編碼中（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個）將選擇CGRAM的自定義字型，02H7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的

36、字型，至于A1以上的編碼將自動的結(jié)合下一個位元組，組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH）。 字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)：字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能, 可以提供四組16×16點的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中。地址計數(shù)器AC11：地址計數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時，地址計數(shù)器的值就會自動加一，當(dāng)RS為“0”時而R/W為

37、“1”時，地址計數(shù)器的值會被讀取到DB6DB0中。光標(biāo)/閃爍控制電路：此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計數(shù)器的值來指定DDRAM中的光標(biāo)或閃爍位置。2.5 鍵盤輸入模塊一般具有人機對話的單片機系統(tǒng)少不了會有鍵盤。本設(shè)計采用三個按鍵，最佳的接口方案是獨立式接法，即每一個I/O口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接地。獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。我們將按鍵的一端接地，另一端接一個I/O口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無按鍵按下時I/O口保護高電平。當(dāng)有鍵按下時，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，與單片機連接的上拉電阻使I

38、/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查詢此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了。值得注意的是，我們在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們在按鍵時通過注意可以避免的。這種抖動一般在10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒級的單片機而言則是漫長的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們必須去除或避開它。此處我采用軟件去抖動，實現(xiàn)方法是先查詢按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時立即延時10200毫秒以避開抖動，延時結(jié)束再讀一次I/O口的值。按鍵分工

39、，從左至右依次為1、2、3號按鍵，一號鍵模式鍵，二號三號鍵為加減鍵。圖2.7 鍵盤接口電路3 太陽能熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 KEIL uVISION 3軟件環(huán)境單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，本系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計是在Keil軟件環(huán)境中完成的。我們寫的C語言、匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件

40、是目前最流行開發(fā)51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果使用C語言編程，那么Keil幾乎就是不二之選。即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令人事半功倍12。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性

41、、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。3.2 太陽能熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖本課題設(shè)計的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計主要由（1）初始化程序，（2）掃描按鍵程序，（3）按鍵處理子程序，（4）讀取水位信息、水箱溫度和時間程序，（6）調(diào)用顯示子程序，六個部分組成。系統(tǒng)總

42、體流程圖如圖3.1所示。開始初始化掃描鍵盤，是否有按鍵N調(diào)用鍵盤處理子程序Y讀取水位信息和水箱溫度調(diào)用顯示子程序顯示水溫時間圖3.1 系統(tǒng)總體流程圖3.3 太陽能熱水器控制系統(tǒng)軟件功能的實施3.3.1 初始化程序 太陽能熱水器控制系統(tǒng)在接通電源后，首先要對系統(tǒng)進行初始化。初始化的過程包括啟動DS1302，啟動12864，對12864進行清屏。初始化流程圖如下：初始化開始啟動DS1302啟動12864清屏圖3.2 初始化程序流程圖初始化程序清單如下：void start(void) /初始化函數(shù) unsigned char i;set_time(0x8e,0x00); /取消寫保護set_tim

43、e(0x80,0x00); /啟動時鐘set_time(0x84,0x00); /設(shè)置24小時模式set_time(0x90,0xa5); /時鐘時鐘充電模式set_time(0x8e,0x80); /啟動寫保護RES1=0; RES1=1; dis_write_cmd(0xaf); /啟動12864 clean(); /清屏3.3.2 按鍵檢測及處理程序在太陽能熱水器初始化完成之后，系統(tǒng)便會進入鍵盤掃描狀態(tài)，此狀態(tài)下，主控芯片AT89S52會不斷掃描是否有鍵按下，即等待用戶輸入。在檢測到有鍵按下后，根據(jù)按下的次數(shù)（按一下設(shè)置“分”，按兩下設(shè)置“時”，三下設(shè)置“星期”，以此類推），在運用“加”

44、“減”分別設(shè)置。按鍵檢測及處理流程圖如圖所示：（以按下“一下”為例）開始掃描是否有鍵按下否是一下（設(shè)置分）是否為“+”鍵是“分”加1否“分”減1圖3.3 按鍵檢測及處理程序流程圖按鍵檢測及處理程序清單如下：while(1) /總循環(huán) while(state_button=0) /狀態(tài)0循環(huán) /無鍵按下的處理程序while(state_button!=0) /狀態(tài)非0循環(huán) set_time(0x80,0x80); /啟動時鐘 set_time(0x8e,0x00); /啟動保護位if(state_button=1) /狀態(tài)1設(shè)置分 if(time_jia=1) /判斷按鈕加是否按下過 minut

45、e0+; /分操作 下面所有的加減同理 if(minute0>9) / minute0最大為9，minute1最大為5 minute1+; minute0=0; if(minute1>5) minute1=0; time_jia=0; /按鍵清零 表示已經(jīng)執(zhí)行完 if(time_jian=1) minute0-; if(minute0<0) minute1-; minute0=9; if(minute1<0) minute1=5; time_jian=0; 3.3.3 讀取溫度的程序 本設(shè)計采用while循環(huán)，在沒有鍵按下時，跳出while循環(huán)，進行下邊的語句，即讀取溫

46、度，并將其顯示在12864上。在讀取的過程中，要注意溫度的正負(fù)。讀取溫度的流程圖如圖3.4所示：復(fù)位讀取溫度數(shù)據(jù)判斷正負(fù)正轉(zhuǎn)為十進制負(fù)取反后，轉(zhuǎn)十進制圖3.4 讀取溫度流程圖讀取溫度程序清單： wendu_reset(); /溫度復(fù)位 wendu_write(0xcc); /跳過ROM搜索命令wendu_write(0x44); /啟動一次轉(zhuǎn)換wendu_reset(); /復(fù)位wendu_write(0xcc); /跳過ROM搜索命令wendu_write(0xbe); /發(fā)送讀命令a=wendu_read(); /讀高字節(jié)8位b=wendu_read(); /讀低字節(jié)8位 pn=b&

47、;0x80; /判斷溫度正負(fù)if(pn=0) /如果溫度為正t=(b*256)+a)/16; /直接轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)if(pn=0x80) /如果溫度為負(fù)a=a; /將數(shù)據(jù)取反b=b;c=a+1; /低位加1if(c=0x00) /當(dāng)?shù)臀粸?55時，加1后為0，這時需進位b+; /向高位進1t=(b*256)+c)/16; /再進行轉(zhuǎn)換十進4 太陽能熱水器控制系統(tǒng)整體調(diào)試4.1 Proteus仿真環(huán)境本系統(tǒng)的硬件設(shè)計首先是在Proteus軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使

48、用，除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是互動的。針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試。如果有顯示及輸出，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，還能看到運行后輸入輸出的效果。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。 Proteus13建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境，尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果。Proteus7.1是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具。可以仿真

49、51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件，.）。 其實Proteus 與 multisim比較類似，只不過它可以仿真MCU！ 當(dāng)然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好選擇，可是初學(xué)者擁有它們的可能性比較小。 使用51系列單片機，不管是用匯編語言還是用C語言編程都要用到keil軟件。 使用keil c51 v7.50 + proteus 7.1 可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序，一般而言，微機實驗中用萬能仿真器+電工系自己做的實驗板的實驗都可以做得

50、到。 當(dāng)然，硬件實踐還是必不可少的。在沒有硬件的情況下，Proteus能像pspice 仿真模擬/數(shù)字電路那樣仿真MCU及外圍電路。另外，即使有硬件，在程序編寫早期用軟件仿真一下也是很有必要的14。Proteus軟件主要具有幾個方面的特點（1）實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（2）支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列

51、、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。（3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能15；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。（4）具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。（5）在設(shè)計綜合性方案中,還可以利用ARES開發(fā)印制電路板。4.2 太陽能熱水器控制系統(tǒng)調(diào)試過程系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與軟件程序設(shè)計都完成之后，首先，在硬件電路的仿真環(huán)境Pr

52、oteus中，將經(jīng)過編輯、編譯、匯編、連接幾步生成的.HEX文件加載到單片機AT89S52中，然后對系統(tǒng)進行整體調(diào)試。以下是調(diào)試過程中遇到的主要問題及相應(yīng)的解決方法：1、問題描述：在控制系統(tǒng)中，涉及到了電加熱模塊，即當(dāng)室外光強不足（陰天、下雨）時，對水箱的水進行電加熱是很必要的，然而仿真中無法顯示出是否在執(zhí)行加熱過程。解決方法：用一個等來仿真加熱過程，燈亮?xí)r表示加熱，圖中的三極管為光敏三極管（Proteus仿真元件庫中沒有），當(dāng)燈亮?xí)r，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，電阻絲發(fā)熱，完成了加熱任務(wù)。所以只有當(dāng)燈亮?xí)r為加熱進行中。如圖4.1所示。圖4.1 加熱程序電路圖2、問題描述：在控制中，還有一個重

53、要的部分，水位顯示。也沒有辦法直接顯示到仿真過程中，只有通過另一種模式模擬出來。解決方法：起初想到兩個方案。第一個方案是用多個溫度傳感器，通過溫度比較，來確定水位，因為水下傳感器的溫度必定不同于不在水中的傳感器，通過溫度比較來判斷，但是后來發(fā)現(xiàn)，多個傳感器不合理，而且水溫的高低不好處理。最后決定的方案如圖4.2所示。圖4.2 水位顯示電路圖檢測原理如下：當(dāng)水箱中無水時，8個非門均由1M歐姆電阻上拉成高電平， 所以圖中各“非”門(CD4069) 輸出均為低電平，LED1 LED8 均不亮。當(dāng)水位高于“非”門1 的輸入探針時，由于水的導(dǎo)電作用，使“非”門1 的輸入變?yōu)榈碗娖剑云漭敵鲎優(yōu)楦唠娖剑琇ED點亮，依此類推。隨著水位的上升，各“非”門輸出相繼為高電平，LED依次點亮。這里要注意的是上拉電阻不能選擇太小，因為水的電阻在100k8 左右，所以上拉電阻選擇太小的話，將在水位升高時，無法把“非”門輸入端拉成低電平。3、問題描述：生成.HEX文件運行時，調(diào)試按鍵，沒按一下，屏幕或者沒有反應(yīng)，或者連跳兩下，“加”“減”鍵也是如此，想在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加一，結(jié)果按了一下以后，并沒有加一，有時候連加