(完整版)太阳能热水器控制毕业设计

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中华人民共和国教育部毕业设计论文题目：太阳能热水器中央控制器的设计与实现学生：指导教师：学院：专业：2007年6月摘要当今计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。

嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功效等严格要求的专业计算机系统。

其最初应用是基于单片机的。

单片机小巧灵活，成本低，易于产品化。

它面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各种控制任务。

目前，国内的太阳能热水器还处于研发阶段，这种控制器只具有温度和水位的显示功能，不具有温度控制功能。

由于加热时间不能控制而导致过烧，从而浪费大量电能。

本设计是以89c51单片机为检测控制中心，采用ds12887实时时钟，实现了温度，水位，时间三种参数的实时显示功能。

关键词：单片机；太阳能热水器；智能控制；水位；温度；时间；The Design and realization of the Solar-powered water ----输入端；Qn-----输出端；、LE为控制端，该片如何工作由功能表定，表中L为低电平、H为高电平、Z为高阻抗（相当开路）³为任意电平，一般将接低电平，LE接ALE就能正常工作。

2.6 IO接口电路8255A(1）总线接口部分CS ——片选线输入A1、A0 ——RD ——WR ——端口选择线（选片内四个端口寄存器）读信号线写信号线（2）内部逻辑部分（3）外设接口部分可由编程决定三个端口的功能输入输出其它A口 8位锁存缓冲 8位锁存双向B口8位锁存缓冲 8位锁存C口 8位锁存缓冲 8位锁存可分成两组分别作A口、B口的选通联络线2、8255A的端口操作A1 A0 选中0 0 PA口0 1 PB口1 0 PC口1 1 控制寄存器二、8255A的工作方式及方式选择1、8255A的工作方式（1）方式0 ——基本输入输出方式A口、B口、C口均有此方式，无选通，是单片机与外部设备之间的直接数据通道。

（2）方式1 ——仅PA口、PB口有此方式，PC口中若干位作联络信号线。

各联络信号线的意义：STB ——IBF ——INTR ——INTE ——OBF ——ACK ——输入选通信号，外设发来。

输入缓冲器满信号，发给外设（通知外设数据未被取走，暂不能接收新数据）中断请求信号，外部设备发给单片机中断允许信号输出缓冲器满信号，发给外设（单片机将数据已送到指定口，外部设备可以取走）外设响应信号，由外部设备发来（数据已送到外部设备）（3）方式3 ——双向方式仅PA口有此方式。

PC3 ~ PC7作联络线此时，PB口可以是方式0；也可以是方式1（PC0 ~ PC1作联络线）。

2、8255A的方式控制字用编程方法向8255A的控制口写控制字，可决定它的工作方式。

有两个控制字：（1）方式选择控制字“1”——方式控制标志位D6、D5——决定A组的工作方式，0 0 ——方式00 1 ——方式11 ³ ——方式2D4 —— A口的传输方向，1 ——入，0 ——出。

D3 —— PC7 ~ PC4的传输方向，1 ——入，0 ——出。

D2 ——决定B组的工作方式，0 ——方式0，1 ——方式1。

D1 —— B口的传输方向，1 ——入，0 ——出。

D0 —— PC3 ~ PC0传输方向，1 ——入，0 ——出。

（2）PC口置位复位控制字“0”——标志位。

D6、D5 ——不使用位。

D3、D2、D1——位选择位，000 ~ 111 分别对应PC7 ~ PC0。

D0 ——位状态位，1 ——置位，0 ——复位。

3 太阳能热水器中央控制器的硬件设计3.1前端模拟电路设计现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。

当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。

测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

1.根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。

因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。

2.灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。

因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。

但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。

因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽减少从外界引入的串扰信号。

3.频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

4.线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。

以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。

传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。

在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。

当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

5.稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。

影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。

因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。

在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。

6.精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。

传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。

这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。

如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。

对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。

自制传感器的性能应满足使用要求[11]。

本系统设计以采集温度为例，通过选用不同的传感器及其相应传感器的放大电路，可实现多路采集不同的测量数据如温度、湿度、压力等数据。

3.1.1温度传感器选用本系统采用接触式温度传感器DS18B20。

DS18B20、DS1822 “一线总线”数字化温度传感器是DALLAS最新单线数字温度传感器，同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。

DS1822的精度较差为± 2°C 。

现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

适合于恶劣环境的现场温度测量，与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

而且新一代产品更便宜，体积更小。

3.1.2 DS18B20与单片机的典型接口设计可以采用外接电源与寄生电源供电（就是供电电源从数据线上得到）：图 3.8 外接电源供电图3.9 寄生电源供电3.28255A与单片机的接口电路设计错误!3.2.1ADC0809与89C51单片机的接口设计用单片机控制AD转换器时，多采用查询和中断控制两种方法。

查询法是在单片机把启动命令送到ADC之后，执行别的程序，同时对ADC的状态进行查询，以检查ADC变换是否已经结束，如查询到变换已结束，则读入转换完毕的数据。

中断控制法是在启动信号送入AD转换器时之后，单片机执行别的程序。

当AD转换器变换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机响应此中断请求，进入中断服务程序，读入转换数据，并进行必要的数据处理，然后返回原程序[14]。

这种方法单片机无需进行转换时间的管理，CPU效率高，所以特别适合于变换时间较长的AD转换器时[14]。

本系统就是采用中断控制法。

89C51与ADC0809接口电路图如图3-3所示。

将ADC0809作为外扩的并行IO口，由P2.7和WR端的脉冲同时有效时启动AD转换，通道选择端与A、B、C分别与地址线A0、A1、A2相连。

其端口地址为7FF8H—7FFFH。

AD转换结束后，EOC向89C51的INT1端输入一个高电平，既向单片机产生一个外部中断1信号。

.图3-3 ADC0809与89C51的中断方式原理图13.3键盘和显示器接口设计3.3.1 键盘工作原理[3]键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。

键盘输入应解决的问题1．键盘输入的特点键盘的实质是一组开关的集合。

通常按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断。

一个电压信号通过机械触点的断开、闭合过程，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开。

因而，在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5～10ms。

2．消除按键抖动1) 硬件消除抖动一般采用双稳态消抖电路。

2) 软件消除按键抖动。

如果按键较多硬件电路将无法胜任，因此常采用软件的方法进行消抖。

在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms 子程序后再按确认该键电平是否仍保持闭合状态，如果保持闭合状态电平则确认为真正有键按下，从而消除了抖动的影响。

3．键盘接口的工作原理常见的键盘接口分为独立式键盘接口和矩阵式键盘接口两种。

本系统采用矩阵式键盘接口。

矩阵式键盘接口是适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。

矩阵式4*4键盘如图3-4所示。

从图中可以看出，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立式按键相比，要节省很多IO口线。

图3-4 矩阵式4*4键盘原理图1）矩阵式键盘接口的工作原理按键设置在行、列线的交叉点上，行、列线分别连接开关的两端。