沈陽理工大學畢業設計（論文）題目基于單片機的全開電水熱水器的設計系別信息與工程學院專業測控技術與儀器學生姓名閆圣坤指導教師耿欣2011年06月15日摘要熱水器是日常生活中的常用電器，此次課題的研究對象為一種新型的電熱水器，與太陽能熱水器相比，它功能強，成本低，是普通家庭的實用產品。本設計研制了一個智能化的熱水器系統，它在以往設計的熱水器的基礎上增加了微型單片機控制芯片，并且能夠實現溫度控制與顯示、水位控制與顯示功能，并可以調整溫度上下限與水位下限，采用電位器與DS18B20來分別實現對水位與溫度的采集，采用STC12C5A60S2實現對數據的分析與處理，系統完整功能完善，是新一代智能產品。本文根據設計要求，介紹了總體設計方案、系統硬件與系統軟件，重點介紹了系統功能模塊設計的詳細思路和實現方法，以及對系統關鍵技術詳細說明，實現了單片機控制下的簡單要求與實現過程，從科學、實用的角度實現了系統功能。關鍵詞單片機；水位控制；溫度控制；智能化ABSTRACTWATERHEATERISUSEDINDAILYLIFE,THISTOPICRESEARCHELECTRICOBJECTFORANEWTYPEOFELECTRICWATERHEATER,COMPAREDWITHSOLARENERGYWATERHEATER,ITSTRONGFUNCTION,LOWCOST,ISORDINARYFAMILYPRACTICALPRODUCTSTHEDESIGNOFTHEWATERHEATERDEVELOPEDANINTELLIGENTDESIGNSYSTEM,WHICHISINTHEPASTONTHEBASISOFTHEWATERHEATERINCREASEDMINIATURESINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLCHIP,ANDCANREALIZETEMPERATURECONTROLANDDISPLAY,WATERLEVELCONTROLANDDISPLAY,ANDCANADJUSTTHETEMPERATUREUPPERLIMIT,WITHWATERLEVELBYPOTENTIOMETERANDDS18B20TOREALIZEDRESPECTIVELYWITHTHECOLLECTIONOFTEMPERATUREOFWATERLEVEL,THESTC12C5A60S2MAKETHEDATAANALYSISANDPROCESSING,THESYSTEMISCOMPLETEWITHPERFECTFUNCTIONS,ANEWGENERATIONOFINTELLIGENTPRODUCTSBASEDONTHEDESIGNREQUIREMENTS,DESCRIBESTHEOVERALLDESIGN,SYSTEMHARDWAREANDSYSTEMSOFTWARE,FOCUSINGONTHEDETAILEDDESIGNOFSYSTEMFUNCTIONMODULEIDEASANDMETHODS,ASWELLASKEYTECHNICALDETAILSOFTHESYSTEMTOREALIZETHESIMPLEREQUIREMENTSOFSCMUNDERTHECONTROLOFTHEPROCESSANDIMPLEMENTATION,FROMASCIENTIFICANDPRACTICALPOINTOFVIEWTOACHIEVETHESYSTEMFUNCTIONALITYKEYWORDSSCMWATERLEVELCONTROLTEMPERATURECONTROLINTELLIGENT目錄1引言12系統的總體方案設計321控制原理322控制功能423方案設計43系統硬件設計631單片機的硬件結構及特點6311單片機的引腳介紹6312單片機最小系統的設計932顯示部分的電路設計1033按鍵部分的電路設計12331鍵盤的選擇12332鍵盤的電路設計1234溫度檢測電路設計14341溫度傳感器的選用15342使用方法及電路設計1535液位檢測電路設計18351電位器的選用18352電路設計1836電源部分的設計194系統的軟件設計2141控制系統的主程序功能及流程圖2141主程序流程圖2142按鍵程序流程圖2243定時器程序流程圖2544顯示程序流程圖2645A/D轉換程序流程圖275調試2951硬件部分調試2952軟件部分調試2953整體調試30結論31致謝32參考文獻33附錄A英文文獻34附錄B中文翻譯40附錄C電路圖45附錄D程序461引言熱水器是現代家庭生活中的必需品,目前中國大約有35億個家庭，每個家庭至少需要一臺熱水器每56年更換一次，可想而知中國熱水器市場有多大熱水器分為電熱水器、燃氣熱水器、太陽能熱水器三大類。燃氣事故的多發性，對消費者的心理影響，安裝環境的要求和燃氣價格的上漲，使得燃氣熱水器銷量在近幾年急速下降；太陽能熱水器因本身局限性無法全面推廣，而電熱水器借此市場良機迅速增長，在商場出售能統計到的比例約占熱水器60，成為行業龍頭。電熱水器可分為儲水式電熱水器、快速電熱水器兩種。隨著人民生活水平的提高，居住環境的改善，消費者時間觀念的增強和消費觀念的改變；加上中國各地電網建設和改造；以及國家政策全力推動電廠的建設，電價也將隨之降低，使快速電熱水器（即熱式電熱水器和速熱式電熱水器）在中國的使用條件得到滿足，為快速電熱水器市場普及帶來了更大的發展契機，快速電熱水器市場即將顯示出強勁的發展態勢，正引發一場熱水器市場變革參照國外的經驗，預計未來五年，快速電熱水器以其安全、節能、快捷、小巧、方便等特點，將成為中國熱水器市場的主流產品，而從消費者的角度考慮對熱水器的要求也日益見長。（1）安全是電熱水器永恒的主題。電熱水器屬于比較特殊的產品，不同于其他家用電器產品，電熱水器的安全問題涉及到消費者的生命。由于電熱水器的加熱管置于內膽中的水中，而在使用電熱水器時用戶又全身潮濕，電阻很低，這時如果電熱水器稍微有很小的泄漏電流就可能發生生命危險。要知道，沒有任何東西能與生命的價值相提并論。這也是消費者在選購電熱水器產品時所重點考慮的因素。科學技術的發展必須為消費者帶來好處，首先必須為生命提供保障。（2）節能是電熱水器發展的重點。眾所周知，電熱水器是家電產品的耗電耗水“大戶”，據有關統計數據顯示，目前我國居民使用的家電產品中僅熱水器的保有量就大約有15億臺，城市居民家庭熱水器的平均擁有量達715。去年以來，“電荒”、“水荒”席卷了大半個中國之后，電熱水器的節能問題尤為廣大消費者和生產企業所重視。目前已經有近20的電熱水器生產企業通過了國家權威部門的節能認證。節能家電不是概念性炒作，而必須通過國家相關認證。（3）智能化、數字化是電熱水器行業大勢所趨。近年來彩電、空調、影碟機等家電產品，陸續進入了“智能化”、“數字化”時代。同樣地，電熱水器產品的發展也紛紛走上了智能化和數字化道路。此設計的目的在于通過運用所學的單片機系統，來實現熱水器的各項功能，彌補前人在熱水器方面的缺點與不足，真正體現熱水器的智能化與簡單化，并加強熱水器的安全性與提高其性價比，讓廣大消費者能放心使用，安心享用1。2系統的總體方案設計21控制原理本設計采用單片機芯片STC12C5A60S2來實現對整個功能的控制，他不僅體積小而且靈敏度高，性價比高，穩定性好，是單片機中首選的芯片，通過讀溫度與水位的采樣，來判斷其執行的功能，溫度的采樣采用溫度傳感器DS18B20來完成，該傳感器價格低廉，采用一線總線技術，硬件連接簡單，使用方便，穩定性好，精度高，測量溫度的范圍大，在55125攝氏度，能準確的適用在熱水器上，對于水位的控制，我首先考慮到使用壓力傳感器，但是壓力傳感器的造價高，安裝起來不方便，最后我采用水瓢來控制電位器的滑動變阻器，從而輸出不同的線性電壓，在通過A/D轉換來實現模數轉換的方式實現對水位的控制，從而將水位值轉換成數字量輸入單片機進行處理，外觀圖如圖21所示。圖21外部結構圖對于主控芯片的選擇，有兩種可以選擇的方案，方案如下；方案一、使用普通51系列單片機，外部加上A/D轉換芯片，對其進行水位的測量，電位器的電壓經過A/D轉換芯片，轉換為數字量輸入單片機，單片機經過轉換后顯示在數碼管上，這樣會使硬件部分的電路過于復雜，同時外掛的A/D轉換芯片價格過高，性價比較低。方案二、使用具有A/D轉換功能的單片機芯片，直接將電位器返回電壓接入電位器注水口浮漂水位單片機A/D轉換通道，單片機將電壓轉換為數字量，經過處理后，顯示在數碼管上，這樣設計不僅可以減小硬件的復雜程度，而且還可以增加程序的可靠程度，性價比較高。從性價比與設計便捷性的方面考慮，最后選擇具有A/D轉換功能的單片機芯片，型號為STC12C5A60S2，作為微控制芯片使用。22控制功能設計中主要以單片機的控制為主，控制的主要功能有自動進水功能、自動停止進水功能、顯示功能、自動加熱功能、自動停止加熱功能，而對于這些功能的控制都由單片機系統來完成，控制的流程為按鍵控制設定溫度值與水位值并開始加熱，單片機開始像溫度傳感器與A/D轉化芯片提取溫度碼與電壓轉碼，然后經過轉換處理，將其轉換成溫度值與水位值并進行顯示與比較，產生一系列動作，當達到溫度上限時單片機控制熱水器停止工作，并指示燈顯示熄滅；當到達溫度下限時，開始加熱并發出指示燈點亮；當達到水位下限時，單片機控制進水閥開始進水，停止加熱；當達到水位上限時停止進水，開始加熱。23方案設計在總結之前熱水器發展的基礎上，另辟新境，讓熱水器系統的功能更完善，價格更低廉，使用更方便，基于這幾點的要求，考慮此設計主要分為三大部分（1）主控制部分對于主控制部分，考慮到要完成的任務量較大，較復雜，所以使用單片機芯片來控制整個系統的完成，由于單片機的控制功能強大，為在設計中帶來許多便捷的地方，并且單片機為可編程系統，還可以通過軟件編程來實現熱水器不同的功能。（2）溫度和水位的信息提取部分溫度的提取采用溫度傳感器DS18B20來實現完成的，對于此傳感器大家并不陌生，他是具有一線總線功能的器件，不僅使用簡單方便，而且精度很高，并且外接電路簡單方便，為系統減少了許多負擔。水位的提取與采集，主要是由電壓轉換而來，水位系統采用浮子帶動連桿，連桿一端連接旋轉的電位器，當浮子上下移動帶動連桿轉動就會使電位器的阻值發生變化，從而使電位器輸出的電壓發生變化，在通過A/D轉換芯片，將電壓值轉化成數字量輸入單片機進行處理后進行顯示。（3）對于輸出的控制信號的處理使用低電壓控制高電壓的繼電器來實現，單片機輸出信號對熱水器的控制。總體方案設計功能控制框圖如圖22所示圖22結構框圖單片機按鍵輸入DS18B20溫度傳感器顯示輸出繼電器控制顯示輸出液位檢測3系統硬件設計31單片機的硬件結構及特點宏晶公司推出的高檔8位單片機。提高了芯片的集成度，性能上大為提高，增加了多種片內硬件功能，并擴展了功能單元的種類和數量。311單片機的引腳介紹掌握單片機，應首先了解該單片機的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。該單片機中各種芯片的引腳是互相兼容的。制造工藝為HMOS的MCS51的單片機都采用40只引腳的雙列直插封裝DIP方式。目前大多樹為此類封裝方式。制造工藝為CHMOS的8031/89C51/87C51除采用DIP封裝方式以外，還采用方形封裝方式。如圖31所示23EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/AD01P11/AD12P12/AD23P13/AD34P14/AD45P15/AD56P16/AD67P17/AD78P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20STC12C5A60S2圖31STC12C5A60S2引腳圖40只引腳按其功能來分，可分為如下4類（1）電源引腳VICKI、VSS。（2）時鐘引腳XTAL1、XTAL2。（3）控制引腳/PSEN、ALE、/EA、RESET。（4）I/O口引腳；P0、P1、P2、P3、為4個8位I/O口的外部引腳。下面結合圖31來介紹各引腳的功能7。電源及時鐘引腳1、電源引腳電源引腳接入單片機的工作電源（1）VCC40引腳接5V電源。（2）VSS20引腳接地2、時鐘引腳2個時鐘引腳XTAL1，XTAL2外接晶體與片內的反相放大器構成了1個振蕩器，它為單片機提供了時鐘信號。2個時鐘引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL2，而XTAL1懸空。內部方式時，時鐘發生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHZ，時鐘頻率就為6MHZ。晶振的頻率可以在1MHZ24MHZ內選擇。電容取30PF左右。型號同樣為STC12C5A60S2的芯片，在其后面還有頻率編號，有12,16,20,24MHZ可選。大家在購買和選用時要注意了。（1）XTAL1（19引腳）接外部晶體的1個引腳。該引腳內部是1個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構成了片內振蕩器/如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。（2）XTAL2（18引腳）接外部晶體的另一端，在該引腳內部接至內部反相放大器的輸出端。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發生器的輸入端45。3、控制引腳此類引腳提供控制信號，有的引腳還具有復用功能。（1）RST/VPD9引腳RST（RESET）是復位信號輸入斷，高電平有效。當單片機運行時，在此引腳加上持續時間大于2個機器周期的高電平時候，就可以完成復位操作。在單片機正常工作時，此引腳應為05V低電平；VPD為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入斷。當主電源VCC發生故障，降低到某一規定值的低電平時，將5V電源自動接入RST端，為內部RAM提供備用電源，以保證片內RAM中的信息不丟失，從而使單片機在復位后能繼續正常運行。（2）ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號，當單片機上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當單片機訪問外部存儲器時，ALE輸出信號的負跳沿用于單片機發出的低8位地址經外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍有正脈沖號輸出，此頻率為時鐘振蕩頻率的1/6。如果有脈沖信號輸出，則單片機基本上是完好的；應該注意的是，每當MCS51訪問外部數據存儲器時，在2個機器周期中ALE只出現1次，即丟失1個ALE脈沖。因此，嚴格來說，用戶不宜用ALE做精確的時鐘源或定時信號。ALE端可以驅動8個LS型TTL負載；/PROG為本引腳的第二功能。在對片內EPROM型單片機編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端（3）/PSEN程序存儲器允許輸出控制端。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。此引腳外接部程序存儲器的/OE端。/PSEN端可以驅動8個LS型TTL負載。如果檢查一個MCS51單片機應用系統上電后，CPU能否正常到外部程序存儲器讀取指令碼，可用示波器插在/PSEN端有無脈沖輸出。（4）/EA/VPP（ENABLEADDRESS/VOLTAGEPULSEOFPROGRAMING,31腳）/EA功能為內外程序存儲器選擇控制端。當/EA引腳為高電平時，單片機訪問片內程序存儲器，但在PC（程序計數器）值超過0FFFH時，即超出片內程序存儲器的4KB地址范圍，將自動轉向執行外部程序存儲器內的程序。當/EA引腳為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器，不論是否有內部程序存儲器。對于STC12C5A60S2來說，因其無內部程序存儲器，這樣只能選擇外部程序存儲器。VPP為本引腳的第二功能。在對EPROM型單片機內EPROM固化編程時，用于施加較高的編程電壓。對于STC12C5A60S2，則加在VPP引腳的編程電壓為12V或5V。4、I/O口引腳（1）P0口8雙向位三態I/O口，使用此I/O口作為段選碼端。（2）P1口使用此I/O口作為按鍵接口。（3）P2口8位準雙向I/O口，使用此I/O口作為位選碼端。P1口，P2口，P3口是3個8位雙向的I/O口，各口線在片內均有固定的上拉電阻。當這3個準雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫1，另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態，故稱為雙向三態I/O口6312單片機最小系統的設計此次設計選用STC12C5A60S2的最小系統，STC12C5A60S2內部有60KB閃爍存儲器，芯片本身就是一個最小系統。在能滿足系統的性能要求情況下，可優先考慮采用此種方案。用這種芯片構成的最小系統簡單很可靠。用STC12C5A60S2單片機構成的最小應用系統時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，該系統與其他最小系統相比，省去了外擴程序存儲器的工作，該最小應用系統只能用作一些小型的數字量的測控單元。單片機最小系統電路如圖32所示。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/AD01P11/AD12P12/AD23P13/AD34P14/AD45P15/AD56P16/AD67P17/AD78P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20STC12C5A60S2C122UFC222UFY112MHZC310UFR110K5VS19PB37PB38圖32單片機最小系統1復位電路微處理器在上電、掉電及低壓供電時，監控器產生脈沖信號這可以保證微處理器實現上電自動復位當供電壓過低時，防止CPU失控。電源電壓VCC升到1V時RESET引腳變為低電平，隨著VCC的繼續升高，RESET一直保持低電平。當VCC高于復位門限電平時，RESET并不馬上變為高電平，而是要滯后一個復位脈沖寬度（約200MS）后再變為高電平。當VCC低于復位門限電平，RESET引腳馬上變成低電平，即使以后VCC恢復且高于復位門限電平，RESET也不馬上變成高電平，而是要延遲一個復位脈沖寬度。掉電時，VCC只要低于復位門限電平，RESET立即變為低電平。2晶振電路本單片機芯片所用晶振電路由12MHZ晶振與兩個22F的電容組成，為單片機提供外來的震蕩周期，通過改變晶振與電容的大小可以改變單片機的運行周期7。32顯示部分的電路設計LED顯示器結構常用的LED顯示器分為8段（或7段，8段比7段多了1個小數點“DP”段）。每一個段對應1個發光2極管。這種顯示器有共陽極和共陰極2中，共陰極LED顯示器的發光二極管的陰極連接在一起，通常將公共陰極接地。當某個發光二極管的陽極為高電平時，發光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發光二極管的陰極接低電平時，發光二極管被點亮，相應的段被顯示。為了使LED顯示器顯示不同的符號或數字，就要把不同段的發光二極管點亮，這樣就要為LED顯示器提供代碼，因此這些代碼可使LED相應的段發光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼（或成為字型碼）6。1顯示器的工作原理由N個LED顯示塊可拼連接成N位的LED顯示器，N個LED顯示塊有N位為線和8XN根段碼線。段碼線控制顯示字符的字型，而位選線位各個LED顯示塊中各段的公共端，它控制該LED顯示位的亮或暗。2動態顯示方式在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應段并聯在一起，由一個8位I/O口控制，形成段碼線的多路復用，而各位的共陽極或共陰極分別由相應的I/O線控制，形成各位的分時選通。若要各位LED能夠同時顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用動態顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位線處于選通狀態，而其他各位的位選線處于關閉狀態，同時，段碼線上輸出相應位要顯示的字符的段碼。這樣在同一時刻，4位LED中的只有選通的哪一位顯示出字符，而其他3位則是熄滅的，同樣在下一時刻，只讓下一位選線處于選通狀態，而其他各位的位選線處于關閉狀態，在段碼線上舒服將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應的字符，而其他各位則是熄滅的，如此循環下去，就可以使各位顯示出相應的字符，雖然這些字符是在不同時刻出現的，而在下一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多為同時亮的假象，達到同時顯示的效果。LED不同位顯示的時間間隔應根據實際情況而定。發光二極管從導通到發光有一定的延時，導通時間太短，則發光太弱，人眼無法看清，但也不能太長，因為要受限于臨界閃爍頻率，而且次時間越長，占用CPU時間也越長多。另外，顯示位數增多，也將占用大量的CPU時間，因此動態顯示實質是以犧牲CPU時間來換取器件的減少的。而對于此設計采用動態掃描方式作為顯示，這樣做的好處是，顯示硬件無須外購芯片成本低，并且硬件電路連接簡單，缺點是所需的I/O口線較多，軟件編程循環容易與程序發生沖突，為了提高顯示管的亮度，采用共陽極數碼顯示管，采用74HC573芯片作為驅動部分，74HC573器件輸入是標準的CMOS輸出兼容的；加上上拉電阻，他能和LS/ALSTTL數車兼容，操作電壓20V60V。輸出電流為10UA。其中使用單片機的P0口控制數碼顯示管的段碼選擇，數碼管使用條件1段及小數點上加限流電阻；2使用電壓根據發光顏色決定；3使用電流靜態總電流80MA，動態平均電流45MA，峰值電流100MA。使用P2口做為位選碼端，顯示部分的硬件電路如圖33所示。56圖33數碼顯示電路圖33按鍵部分的電路設計331鍵盤的選擇常用的鍵盤一般分為兩種行列式按鍵鍵盤與獨立式按鍵鍵盤；例如常用的電腦鍵盤，家用計算器鍵盤都屬于行列式鍵盤，行列式鍵盤的優點就是使用單片機的I/O口較少，而且連接電路簡單；而獨立式按鍵每一個按鍵需要占用一個獨立的I/O口，用于按鍵較少的硬件電路中，綜上說述，由于設置使用的鍵盤個數較少，所以使用獨立式按鍵。332鍵盤的電路設計本設計使用按鍵的電路圖如圖34所示，圖中的SXR1為10K的上拉電阻排，將按鍵的公用端接到地，在無按鍵動作的狀態下，由于上拉電阻排的作用，單片P21P22P23P24P25P26P27P28OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12VCC20GND10U474HC5735V5VP01P02P03P04P05P06P07P085VCO4CO5CO6CO7CO8111210987612345LED84LED1CO1CO2CO3OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12VCC20GND10U574HC573機的P1口全部為高電平，如果S1按鍵被按下，則單片機的I/O口相當于被輸入一個低電平信號，通過判斷這個信號的高低電平來判斷按鍵是否被按下。圖34鍵盤電路圖單片機應用系統中，鍵盤掃描只是單片機的工作內容之一。單片機在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式的選取應根據實際應用系統中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能即使響應按鍵操作，又不要過多的占用CPU的時間，通常，鍵盤工作方式有三種即編程掃描、定時掃描、中斷掃描。1、編程掃描方式（查表）這種方式就是只有當單片機空閑時，才調用鍵盤掃描子程序，反復的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數據，來響應鍵盤的輸入請求。鍵盤采用編程掃描方式工作，P1口高2位輸出逐行掃描信號，在由P1口輸入8位列信號，均為低電有效。首先P1口高2位拉低狀態，置全0來掃描行，若P1低六位輸出全1，則說明鍵盤無鍵按下；若不完全為1，則說明鍵盤有可能有鍵按下。其次用軟件延時10MS來消除按鍵抖動的影響。確實有按鍵按下時，進行下一步。再次發逐行掃描，即先將第一行置0掃描，然后判斷是否有列被置0，如果有則在這一行有按鍵按下，則將P1的鍵值返回，然后進行查表；如果沒有按VCC1CO12345678SXR1關關關S1S2S3S4S5S6P11P12P13P14P15P16P17P18鍵按下，則掃描下一行，如果沒有按鍵按下則返回值為0，也就是沒有按鍵動作；最后等待按鍵釋放后，在進行按鍵功能的處理操作。2、定時掃描的工作方式單片機對鍵盤的掃描也可以采用定時掃描方式，即每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機內的定時器，產生10MS的定時中斷，CPU響應定時器溢出中斷請求，對鍵盤進行掃描，在有鍵按下時識別出該鍵，并執行相應鍵的處理功能程序。3、中斷工作方式為了進一步提高單片機掃描鍵盤的工作效率，可采用中斷掃描方式，即只有在鍵盤有按鍵按下時，才執行鍵盤掃描程序并執行該按鍵功能程序，如果無按鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。本設計中使用編程掃描的方式來完成對按鍵的功能的判斷與執行。34溫度檢測電路設計本次設計所采用的溫度傳感器為當今最流行暢銷的DS18B20，該傳感器不僅硬件接口簡單而且價格低廉，靈敏度高，體積小，具有耐磨耐碰，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域，并且實現一線總線技術，只需要一根線就可以完成所有的命令與數據的傳輸，外形如圖35所示圖35DS18B20外形圖341溫度傳感器的選用1（1）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。（2）測溫范圍55125，固有測溫分辨率05。（3）支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現多點測溫（4）工作電源35V/DC（5）在使用中不需要任何外圍元件（6）測量結果以912位數字量方式串行傳送（7）適用于DN1525,DN40DN250各種介質工業管道和狹小空間設備測溫（8）標準安裝螺紋M10X1,M12X15,G1/2”任選（9）PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。2傳感器的應用場合（1）該產品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域（2）軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業設備測溫和控制。（3）汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。（4）供熱/制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業領域測溫和控制。342使用方法及電路設計1、接線說明獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應用無需外部元件可用數據總線供電，電壓范圍為30V至55V無需備用電源測量溫度范圍為55C至125。華氏相當于是67F到257華氏度10C至85C范圍內精度為05C，溫度傳感器可編程的分辨率為912位，溫度轉換為12位數字格式最大值為750毫秒用戶可定義的非易失性溫度報警設置應用范圍包括恒溫控制，工業系統，消費電子產品溫度計，或任何熱敏感系統，溫度與12為返回值對應如表31所示表31數據溫度對照表溫度C數據輸出（二進制）數據輸出（十六進制）125000000001111101000FA55000000000011001000321/2000000000000000100010000000000000000000001/211111111111111111FFFF2511111111111001110FFCE5511111111110010010FF9212位數據中后四位為溫度值的小數部分二進制的一位數代表十進制的05，而剩下8位為溫度顯示的整數部分最大值為00FA，當返回值大于FF92實此時溫度為負值，對應對溫度值進行處理就可得到實際的測量溫度；2、DS18B20內部結構主要由四部分組成64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內部電容器儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。DS18B20的電源也可以從外部3V55V的電壓得到，結構圖如圖36所示圖36DS18B20的內部原理圖3、DS18B20控制功能命令讀ROM、ROM匹配、搜索ROM、跳過ROM、報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有多少，什么樣的設備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數據存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結果將被放置在DS18B20內存中，并可以讓閱讀發出記憶功能的指揮，閱讀內容的片上存儲器。溫度報警觸發器TH和TL都有一字節EEPROM的數據。如果DS18B20不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節以理想的解決溫度數字轉換。寫TH,TL指令以及配置字節利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數據的讀，寫都是從最低位開始。4、DS18B20的控制命令A溫度轉換44H啟動DS18B20進行溫度轉換B讀暫存器BEH讀暫存器9個字節內容C寫暫存器4EH將數據寫入暫存器的TH、TL字節D復制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節寫到E2RAM中E重新調E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節寫到暫存器TH、TL字節F讀電源供電方式B4H啟動DS18B20發送電源供電方式的信號給主CPU5、DS18B20的初始化步驟如下（1）先將數據線置高電平“1”。（2）延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點）（3）數據線拉到低電平“0”。（4）延時750微秒（該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。（5）數據線拉到高電平“1”。（6）延時等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內產生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據該狀態可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環，所以要進行超時控制）。（7）若CPU讀到了數據線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。將數據線再次拉高到高電平“1”后結束。本設計中的測溫部分的電路圖如圖37所示，其中1引腳接高電平，3引腳接地，單片機的P37口接溫度傳感器DS18B20的通信2口，通過一個51K的上拉電阻將該I/O口上拉后，便可通過指令進行通信。圖37溫度傳感器電路圖35液位檢測電路設計351電位器的選用由于液位傳感器價格昂貴，對于液位測量部分設計中使用電位器來代替液位傳感器，液位傳感器返回的信號為05V的直流信號，所以選用電位器作為替代最為可靠，通過旋轉電位器的旋轉端，來調整電壓值，變化范圍為05V。352電路設計水位測量模擬電路如圖38所示，圖中PR1為10K電位器，通過旋轉電位器RD151K5VP38123DR13關關關來改變P18口的輸出電壓，電位器采用串聯電阻分壓的方式，調整時可以輸出05V的直流電壓。P185VPR110K圖38水位測量模擬電路圖36電源部分的設計本設計中采用7805與外接12V變壓器來組成5V電源，對單片機進行供電，使用7805供電的優點是，工作輸入電壓在735伏范圍內能準確輸出5V電壓，并且外接電路簡單可靠，性價比高；電源部分的硬件電路如圖39所示。圖39電源電路圖三端穩壓集成電路7805外形如圖39所示，從做到右引腳排列依次為1、2、3引腳，1引腳功能為輸入端，3為公共接地端，2為輸出端，輸入電壓值在7V35V之間，但是當輸入電壓值大于17V時應為7805加上散熱片，否則容易由于過熱而導致燒壞。132VVGNDINOUTU27805變壓器220V12VC1104C2104C3470UFC4470UF5V圖3107805外形圖電子產品中常見到的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78系列和負電壓輸出的79系列。故名思義，三端IC是指這種穩壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO220的標準封裝，也有9013樣子的TO92封裝。用78/79系列三端穩壓IC來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩壓IC型號中的78或79后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7809表示輸出電壓為負9V。4系統的軟件設計41控制系統的主程序功能及流程圖軟件系統主要完成下述主要功能（1）初始化程序的設置（2）按鍵的掃描（3）讀取溫度值與取A/D轉換的8位的二進制值（4）對取回值轉換成所需的溫度與水位（5）顯示溫度值與水位（6）判斷是否到設定溫度與設定水位41主程序流程圖主程序完成程序的初始化部分，首先初始化，然后定義單片機的A/D轉換口，本設計中使用的單片機是具有A/D轉換功能的STC12C5A60S2單片機，使用此單片機就會省去使用一個外掛的A/D轉換芯片，使用此單片機的A/D轉換步驟為，定義A/D轉換的轉換口，將A/D轉換的寄存器清0，打開A/D轉換電源，延時4MS，等待A/D轉換上電，然后開啟定時器0，開始定時，進入按鍵執行程序，此后將會一直執行按鍵執行程序，程序流程圖如圖41所示。圖41主程序流程圖42按鍵程序流程圖按鍵程序流程圖如圖42所示，該程序主要完成對按鍵的判斷與執行操作，單片機的P1口接入按鍵程序，使用的按鍵程序為獨立按鍵，6個按鍵，這樣將占用6個I/O，分別為P10P15，而P17口留給A/D轉換使用，將每一個I/O口接一個10K的上拉電阻，當有I/O口的值為低電平時則證明該I/O口有按鍵被按下，所以程序只要判斷哪個I/O口為低電平，就能判斷出哪個按鍵被按下，由于程序中的A/D轉換口與按鍵口都為P1口所以為了使按鍵不受到干擾，使用的判斷方式不能對整個I/O口進行操作，所以當為單片機的I/O口賦值為1時，只對用到的單片機的I/O口進行賦值，首先將按鍵的I/O口賦值為1，如果有按鍵按下，然后延時50MS，然后再次將按鍵的I/O口置1，再次判斷是否有按鍵按下，如果有按鍵，則證明確實有按鍵動作，則將此時的按鍵值進行組合，然后進行查詢程序，將按鍵鍵值碼儲存后開始查詢，這樣就會將對應的按鍵值判斷出來，然后判斷如果在設置值界面，則進入按鍵值處理程序，該程序將會對程序中對于需要修改的開始初始化定義A/D轉換口A/D寄存器清0開A/D轉換電源延時4MS定時器0設置按鍵程序值進行加減處理，然后進入判斷按鍵是否松開，然后程序結束并返回。按鍵1進入設置界面，第一次按下進入設置溫度界面，第二次按下進入設置水位界面。按鍵2返回功能，返回主測量界面。按鍵3在設置界面，將光標處的值加1。按鍵4在設置界面，將光標處的值減1。按鍵5調整閃爍位左移。按鍵6調整閃爍位右移。圖42按鍵程序流程圖開始延時50MS有按鍵動作按鍵I/O口復位組合按鍵值再次判斷返回主界面設置值加1設置界面返回YNYNY0X020X040X01光標左移光標右移設置值減1Y0X100X200X08NNYNYNYNYN43定時器程序流程圖定時器0程序完成程序的定時、累計時間、A/D轉換部分，定時器0的設置，使用定時/計數0，定義為定時器0、方式1，為16位定時寄存器裝初始值，由于16位定時器在晶振為12MHZ的狀態下的定時器間最長為65536US，為加計數狀態，達到計數值65536則跳到中斷再次進行初始值的重裝，所需要的定時器值為1MS，便于計算，所以初始值為655361000，則定時初始值為64536，將其高8位賦值TH0，低8位賦值TL0，然后將定時器0的累計值加1，主要是為了增加定時時間，而當定時器0的值為半秒時，這時定時器的累計值為05S，然后將定時器累計值歸0，重新定時，然后將半秒位取反，半秒位用來控制在數碼管作調整時，閃爍光標位的定時，然后進入顯示程序，顯示程序中包含A/D轉換程序，然后進行與設定值的比較程序，最后打開定時器0，跳出中斷程序，流程圖如圖43所示。圖43定時器0流程圖44顯示程序流程圖顯示子程序完成對顯示內容的更新，A/D轉換程序的運行，同時選擇顯示界面與切換各個顯示界面，進入程序后，首先判斷為顯示測量溫度與A/D轉換值界面，還是顯示調整值界面，如果為顯示溫度與A/D轉換值界面，先消隱然后位選、段選，之后判斷是否點亮小數點，進行A/D轉換程序，采集A/D轉換值，如果是顯示調整值界面，在消隱位選后，判斷是否閃爍，如果閃爍通過半秒屏蔽位來控制，半秒停止顯示，半秒顯示數值，這樣就達到了閃爍的目的，然后將顯示控開始停止定時器0賦定時器初始值定時累計值加1定時累計值歸0累計值500半秒位取反顯示程序比較程序開定時器0返回YN制位加1，判斷顯示控制位如果為4，則在重新返回重新顯示，然后返回。圖44顯示子程序流程圖45A/D轉換程序流程圖本設計中使用STC12C5A60S2單片機芯片，該芯片具有A/D轉換功能，使開始消隱顯示界面判斷位選段選顯示小數點顯示小數點A/D轉換溫度轉換消隱位選是否閃爍關閉顯示顯示段碼值顯示位加1顯示位為4顯示位歸0返回YNYNYNYN用單片機的P17口作為A/D轉換口，在初始化設置中已將A/D轉換進行過初始化，所以在提取AD轉換值時，步驟為開始A/D轉換，輸入A/D轉換指令，然后做一個4個機器周期的延時，之后等待A/D轉換的完成，如果轉化完成，則停止A/D轉換，儲存轉換值，然后返回，流程圖如圖45所示。圖45A/D轉換程序開始開始A/D轉換延時4個機器周期等待轉換完成停止A/D轉換儲存A/D轉換值返回YN5調試51硬件部分調試硬件部分設計使用PROTEL99SE作為硬件設計軟件，通過軟件繪制電路圖，選擇元件，然后使用開發板，自己焊接調試，硬件部分模塊都有單片機最小系統、顯示電路、鍵盤電路、溫度檢查電路、水位檢測電路，下面分別對如下主要模塊的調試進行講解。1單片機最小系統單片機最小系統為單片機的最小組成部分，該部分由晶振電路與復位電路構成，首先焊接單片機芯片引腳座，40引腳，之后按照電路圖分別焊接復位電路，晶振電路，其中的部分元件為了節省空間，將其放在芯片座內，這樣更加美觀整潔，焊接完成后使用萬用表進行檢測，按照電路圖電路部分，電路檢測完成后，對該系統進行測試，通電后，使用電腦對該芯片進行下載，找一個簡單程序下載即可，如果下載成功，證明單片機最小系統焊接成功，在焊接時一定注意單片機的31引腳需要接高電平，這是關鍵。2顯示電路的調試顯示電路由LED共陽極數碼管與驅動芯片74HC573構成，焊接時，一定將單片機的P0口加上拉電阻，否則，單片機的P0口的驅動能力不足以滿足LED的驅動，而導致顯示不明顯，或不正常，焊接后要對每一條線路進行檢查，查看是否連接無誤，之后先用5V直流電源，對數碼管的控制端進行檢測，檢測成功后，可以下載一個顯示程序進行檢測。3鍵盤電路的測試鍵盤電路使用獨立按鍵，其焊接比較簡單，先將P1口焊接一個上拉電阻排，然后將I/O口對應獨立按鍵的接口，之后使用萬用表測量通斷，旋鈕打到蜂鳴檔位，按下按鍵，蜂鳴器如果蜂鳴，證明接通，否則進行檢查，是否有虛焊點。52軟件部分調試軟件部分使用模塊化的方式，即各個模塊分開編程測試，最后將其整合在一起，其模塊劃分如下1顯示模塊對數碼管進行掃描顯示，計算掃描時間，進行測試，通過軟件調試到數碼顯示正常，將顯示模塊的入口與出口設置好，以方便其他程序調用，顯示程序設置在定時器中，定時器定時2MS，進行一個數碼管的顯示，顯示完一次的時間為8MS。2鍵盤程序鍵盤程序使用軟件的編程思維方式，將該按鍵程序放在入口程序中，放在WHILE（1）；語句中進行不斷的循環，通過IF語句進行判斷，有按鍵按下，下載程序后，將按鍵的工作設置為LED的數碼管顯示，第一個按鍵顯示1，最后一個顯示6，這樣就可以檢測按鍵模塊是否正常。3溫度采集溫度采集中重要的部分為DS18B20的初始化設置，只要初始化設置成功，那么提取程序就會相對成功，在初始化時，設置一個LED初始化成功的指示燈，當初始化正確時，LED彩燈點亮，如果不成功則一直初始化，最后進行調試后，達到可以測溫的效果。4A/D轉換部分本次設計的A/D轉換部分為單片機內部自帶的A/D轉換，通過指令的控制即可完成，其中調試時，使用硬件的電位器進行調試，旋轉電位器，將數字值顯示到數碼顯示管上，這樣調試成功。53整體調試在軟件與硬件調試全成功的前提下，將軟件部分與硬件部分進行相結合，單片機復位后，先設置水位報警值與溫度報警值，溫度值設置為30度，水位值任意設置一個值例如為15L，之后用手捏住DS18B20溫度傳感器，使其溫度上升為30度以上，可以停止加熱，當低于這個溫度，開始加熱，之后旋轉水位電位器，當水位低于程序內部設置的下限值時開始加水，當全部調試完成后，系統就可以正常使用了。結論本設計的熱水器控制系統設計成功，能對水位和水溫進行測量和控制，并且能夠調節溫度上下限與水位下限，并能時刻顯示水位與溫度值，是新一代的智能化產品，該設計的完成與實現，與所學的知識是緊密相連的，通過本次設計，不僅是對所學知識的考查，更是對我的自學能力和收集資料能力以及動手能力的考驗。本次設計使我對一個項目的整體設計有了初步認識，還認識了很多器件，并能獨立設計出其接口電路，并學會了使用PROTEL設計電路。本次設計還使我意識到了實踐的重要性，在硬件制作和軟件調試的過程中，出現了很多問題，最終都是通過反復實驗解決的。還有對于程序編輯的邏輯性與可更改性的重要性，通過這次設計，我能準確的編輯C語言程序，不僅鍛煉了我編程序的能力，而且還教會了我怎樣獨立思考問題，完成課題的設計任務，到達完整化、簡單化、合理化。總之，在設計的過程中，無論是對于學習方法還是理論知識，我都有了新的認識，這將激勵我在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高實踐運作能力。致謝四年的美好的大學生活仿佛就要在這篇畢業論文最后的謝辭里緩緩落幕，青春散場，時光依然，有些悵然若失，卻又收獲滿載，回首前路，曾經的點點滴滴在我的心頭涌起。在這里要特別感謝我的指導耿欣老師，感謝你在整個畢業論文的創作過程中對我的幫助和指導，感謝你在我懈怠散漫時的督促與教誨；感謝曾在我的畢業設計中予以我幫助的所有同學和朋友，感謝他們陪我一起走過大學生涯的最后一段，使得我的論文能夠如期順利完成。在這里，想說的只有倆個字謝謝，衷心的謝謝。衷心感謝四年里教導過的我的每一位師長，你們嚴謹致學的態度，高風亮節的品質是我人生路上的楷模和坐標感謝和我一起共渡三年的兄弟姐妹，感謝你們在我脆弱無助時的溫暖的鼓勵和真誠的幫助，你們的友情永遠是我生命里最珍貴的財富，感謝沈陽理工大學應用技術學院給予我的一切知識，信任，勇氣和力量。雖然剛剛建校不久，還有好多東西不完善，但是卻給我帶來了許多東西。并在生命里打下了深深的烙印。通過這次畢業設計，我在老師的辛勤指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，并在設計過程中翻閱了大量的科技文獻，針對內容的要求對所學過的專業知識又認真細致的進行鞏固和練習，在硬件和軟件的組合上認真聽取了指導老師的意見，在另一方面極大地提高了實踐能力，并對當前的電子領域的