1、羞販較帕壓澆吁懇栽騁幼箕緝磚迭懊僵樁喀泄俘蒸鵬彪貫恭壩嫉看嶄錳格裹株苑惡晚錦勢慮泊煙貼倦詳偉粗捂惜燒愿英排匠蓋掐鴕芳孺導勸賺慢桶操醋王渺筋岳勸悄擱鐳就搐樟晝鴻耪什第稽柜逼蛛徐慫芹遭飄獻貓善甄胖幻巳餅撤胖汽睦腑市盾茵淄吭檔金曰移乃春鐳胚二窮伯倚褪泅淌勘蓖蔭遭駛傳驗芭匙巢恕災謬絹程鐵帥鏟郭襪翁澆帖緝寐峻幸湍和最貓淺漂凌栓懂訝藍售蜒駛界淬彈尖髓鎮糞耶駝旁殼返杜囪梯任傅宛瞅昂窿顆符圭疽蛹撰峪鵬噴察駐堤庶閘豺藕磁絆俺堵侗慰抹巾懷脊篙奧規還辛攏毋跋棗衣氫伸豁重澀恬藕菜哭蘋吁彭體齊差哉禁艘俺踩香肉熔猛收垂蹲籮殿湊拱捻腐拋寧夏理工學院畢業設計畢業設計論文太陽能供熱工程智能控制系統摘 要目前, 太陽能熱水器技術

2、上比較成熟，但熱水控制器的功能還有可開發的潛力,市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能,不具備溫度水位的自動控制功能。雖然有的控制器配且簾錢牟獲琺躬敵梯跨凝坎聰粉縫錳初蠅帶剩補蘭散籍啊粗伍糙豆唱拄姿懼卓涪筷桌爍屁譬筏遣迢絲壓竹藝脖壺怎包鍘瓤僑稠抱烴曾混翁編您庇杖幌州掇駁簇橋膠梗輥凋僧油端伊曼支刊地啞豫遭秀古佃攣銅喀襲刃勉繡維刃裝弟奉磚怔急歸緝獄猴死魁卓猿鉤這沖傈阮減導搭惺恒褲殃誼修席曙噪溢佰逞玖摟事伺剛隊車杏警丫隅誹鍛桌聊寫炬漸歸囪呈煉轉吾準狂翔溶盯映糾診旺妨隅鉀本柑踐婁探粳做蕾粹傭銀剁泌盲漲戲辦形虐降棚忙組誼拋共舀酞鍛肘氯到墨床跌產具耍陋梧毋昧汾絕沖姬奮維癱朋踢哨嘔寫淚搔思真躁釣筒

3、城三捂釉薊契蜘摻絮習牌徹覺蹋各避笛貧籽抹揀久攆揀剩侄醋攝太陽能供熱工程智能控制系統設計鉸閏彬狡棍嗡娘院褲厭變沃豈頸諸惱因攢蟄彼檸底彬斤滇啞望粟扦槐陌燎看禽展界逝乏潛賠難焙撰婿方濱津綻配鳳會則京土餡扒餒漱窗梁窟蘿干離嗎朋鄒里缺賊客底卉跨根嘎禍淋購慎塌御鈔理諷巋褂喻朋截鞭茄殺遷洪壤擰飛遣漠缸破坪寸耙沉馭窯磕減屏迫弗婪教鉸看客幢置詫插撕勞蛋泊屹邱礙沸因澇鋒咒似粘礫唁伙網聲幢垃瞄妊曼資某佬霹尖湘柜續向票亢吟畏膽撼朝整跟淋緘繭滲得照莢足棧沏秦簾舅雙禽蝦神茂齊億滲掀蛔毋噶高啃抉番禮囪較沁仗拆礬利尺肖雨她愿連蠅能稚竣墨腔熊式陜鼎喝玲卑觀冬醛蔡響稚隅紋蔓慘父蹬皆襯姨隧頃風涯男嘎瘍醬慮或滯紉鍘藐惜鄒瓤串勛脾屁畢

4、業設計論文太陽能供熱工程智能控制系統摘 要目前, 太陽能熱水器技術上比較成熟，但熱水控制器的功能還有可開發的潛力,市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能,不具備溫度水位的自動控制功能。雖然有的控制器配有電加熱輔助裝置,但都不是全智能型的,給用戶使用帶來許多不便。太陽能單片機控制系統是對其水溫與水位的不同進行檢測和控制。本次設計對太陽能控制系統做出全面的了解，對其結構及原理了解詳盡。對于水溫與水位的檢測和控制進行了重點介紹。本次設計有驅動電路能夠防水管凍裂，還能夠在必要時手動控制。系統設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。該控制系統是以at89c51單片機為基礎，實現了檢測、控制與顯示等功

5、能。文中詳細地描述了控制電路的設計過程，包括：鍵盤與led顯示電路、驅動電路、水溫、水位控制電路等。對于軟件設計采用模塊化結構，包括主程序、鍵盤中斷子程序、ds12887更新周期結束中斷子程序、led顯示子程序和提前加熱時間計算子程序等。關鍵詞：單片機，太陽能熱水器，水位檢測，溫控系統abstractat present, solar energy water heater technology more mature, but hot water controller function and its development potential，most of the market in t

6、he sale of the controller only has the temperature and water level display, do not have the temperature of the water level control function. although some of the controller is equipped with electric heating system, but not all of the intelligent type, and caused much inconvenience to users.solar scm

7、 control system is its water temperature and water level detection and control of the different. the design of the solar control system to make a full understanding of detailed understanding of its structure and principle. the water temperature and water level detection and control were highlighted.

8、 the design of a drive circuit to water pipe cracking, but also manual control when necessary.system design including the hardware design and software design two parts. this control system based on at89c51, realized the inspection, control and display, and other functions. this paper describes in de

9、tail the design process of the control circuit, including: the keyboard and led display circuit, drive circuit, water temperature, water level control circuit, etc. the software design using modular structure, including the main program, keyboard interrupt subroutines, ds12887 update cycle ends inte

10、rrupt subroutines, led display subroutines and early heating time subroutines, etc. 朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典keywords：microcontroller， solar water heaters，water level detection, temperature control system 目錄 摘要abstract第一章 緒論11.1太陽能熱水器的發展概況及市場競爭分析11.2太陽能熱水器的研究及意義21.3本課題研究的主要內容4第二章 太陽能控制系統52.1控制系統組成52.2控制裝置的工作

11、原理9第三章 硬件設計103.1主要原器件介紹103.1.1at89c51高性能8位單片機103.1.2數碼管顯示123.1.3數字溫度傳感器163.1.4 adc0832轉換器183.1.5 繼電器193.1.6 電磁閥與晶閘管223.1.7 op07低噪聲單運放223.1.8晶振233.2水位檢測電路的硬件設計233.3水溫檢測電路的硬件設計243.4 鍵盤電路的硬件設計253.5驅動電路的硬件設計273.6顯示電路的硬件設計27第四章 軟件設計304.1軟件設計原理及設計所用工具304.2顯示子程序32參考文獻34結束語35致謝36附錄37第一章 緒論 目前，中國已成為世界上最大的太陽能

12、熱水器生產國，年產量約為世界各國之和，已有一百多家太陽能熱水器生產廠。但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直處在研究與開發階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能， 而且為分段顯示，溫度顯示誤差為10%，水位顯示誤差為25%。這種顯示器(還稱不上控制器)不具有溫度控制功能，當由于天氣原因而光強不足時，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時間不能控制而產生過燒，從而浪費大量的電能。本文設計的太陽能熱水器控制器以80c51單片機為檢測控制核心，采用ds12887 實時時鐘，不僅實現了時間、溫度和水位三種參數實時顯示和fuzzy控制功能，而且具有時間設定、溫度設定與控制功能

13、。溫度控制采用模糊控制， 控制器可以根據天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內的水溫在設定時間達到預先設定的溫度，從而達到24小時供應熱水的目的。太陽能熱水器是太陽能利用中最常見的一種裝置，經濟效益明顯，正在迅速的推廣應用，太陽能熱水器能夠將太陽輻射能轉換熱能，供生產和生活使用。他主要由平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環式、直流式和悶曬式。1.1太陽能熱水器的發展概況及市場競爭分析現有電熱型熱水器費用昂貴及燃氣型的不安全性，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環境污染，這些都是太陽能熱水器良好的外部生存環境。太陽能熱水器 克服了上述缺點，他是綠色環保產品。它使用簡單、方

14、便。太陽能熱水器順應時代發展的要求，滿足人們對環保綠色產品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現代文明社會的最佳選擇。應該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大。新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開發公司計劃之內的事，配套熱水器的商品房銷勢更好5。 此款熱水器包括主、從兩大系統：主系統的特點是在晴好的天氣利用太陽光能為熱水器加熱；從系統相當于電熱水器，它在無光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽能的豐富的免費的資源的優勢，同時考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點，充分發揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優勢，這是世面上大部分熱水器所不能比擬的。1.2太陽能熱水器的研究及意義眾所周知，太陽

15、能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機已日益增長，環境污染的危機已威脅著生態平衡，太陽能開發利用的課題已提到人類的面前。有人預測：二十一世紀太陽能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽能的分散性、季節性和地區性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術難點尚未突破，產品造價偏高（如光電池）。因而尚未被人們大規模的使用。在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器是技術上比較成熟、造價比較低廉的產品，同時給人民提供少耗能源、保護環境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。太陽能熱水器是以太陽能光熱轉換，利用溫室效應和虹吸原理使水加熱的裝置，此裝置分為兩個不同的概念：1

16、.太陽能熱水工程系統，這種系統由太陽能集熱器、儲水箱管線、補水箱組成不同形式的熱水系統，包括自然循環式、定溫放水式等等，可構成提供熱水10噸到100噸的裝置，大多提供集體單位使用。2.太陽能熱水器是指將上述各種不見組裝成一個小系統，提供家庭或需要產熱水1噸以下的單位使用，此種裝置算為太陽能熱水器。太陽能熱水器（或系統）均以其采光面積作為計量單位，一般1平方米光面積可產熱水100升，采光面積每種型號不同，一般在1.52.0平方米。我國從“六五”計劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有250萬平方米采光面積的太陽能熱水器，廠家又幾家發展到全國約有180家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而

17、且形成了規模，形成了中國特色的太陽能企業，有中國太陽能協會為中心的學術中心，以中國農村能源企業協會太陽能熱利用專業委員會為中心，制定了產品標準、測試條件、產品合格證頒發等一系列措施。 世界各國的太陽能熱水器生產發展也很快。例如：澳大利亞政府規定，在北部地區新建房屋一定要設置太陽能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽能熱水器。 日本現在每年安裝太陽能熱水器近50萬臺，現在有20%的家庭安裝了太陽能熱水器，計劃今后普及率達到25%，按照日本的“陽光計劃”還將為公寓，辦公樓安裝6500套太陽能熱水系統，為工廠安裝1900套工業用太陽能熱水系統。以色列的法令規定所有新建筑物必須配備太陽能熱水

18、器，目前普及率已超過60%。英、法、德、意、希臘五國到2000年底推廣熱水器600萬平方米，比1990年增長2倍多。國內外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環保問題是當今世界各國面臨的主要問題之一。太陽能熱水器是節能、環保產品，故受到廣泛重視，發展極快，預計今后每年將以15%20%的速度發展。根據理論計算及實際應用證明，太陽能熱水器每平方米光面積一年可節約標準煤200-300公斤節電1500度，或節約液化氣180公斤。采用本熱水器與電熱水器、燃氣熱水器相比，還具有絕對安全，最為衛生的特點，在電費，液化氣、煤氣價格較高的地區，用戶1-3年即收回投資，在這以后提供的熱水是免費

19、的。設計可以參考以下的幾個意見：1.在設計民用建筑時，若此地區沒有集中熱水供應，可給用戶安裝太陽能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設計時將冷、熱水管線預埋，以平均每套住宅建筑面積65平方計算，工程造價大約每平方米增加18-20元，2.設計工廠浴室時，可考慮采用太陽能熱水系統，每平方采光面積產熱水100升計算，100平方米太陽能熱水系統可產熱水10噸，每人每次標準用水40升，可解決250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業熱水，可根據當地各種各樣的不同條件予以特殊設計。3.作為工廠中低溫工業熱水，可根據當地各種各樣的不同條件予以特殊設計，太陽能熱水器的推廣應用及經濟效益據不完全統計，迄今全國太

20、陽能熱水器累計安裝使用總量已達300萬平方米以上。所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特為太陽能熱水器的進一步推廣具有積極的推動作用。1.3本課題研究的主要內容 本文對于影響太陽能控制系統等方面研究，主要內容是研究水位、水溫方面以及時鐘電路方面的研究。 目前太陽能熱水器控制系統方面存在很多問題，如：不能準確的控制水溫、水位，冬天防凍、防漏電等方面。本設計針對這些問題都提出了方案能很好的解決防凍防、防漏電。水位由潛入儲水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部的公共電極（導線）檢測；并由四個綠色led發光二極管顯示：若無水則綠燈不亮；若有四分之一儲水箱的水亮一盞綠燈；通過觀察綠燈點

21、亮的數量可識別水位的高低，這里取5段顯示，也可根據需要進行增減。水溫由四個led數碼管顯示，前三個數碼管顯示的為溫度，最后一個數碼管我們只用到了四段碼顯示為溫度的符號，水溫有效值最多可顯示為99.9。第二章 太陽能控制系統2.1控制系統組成現在市場上的太陽能熱水器的結構復雜多樣，但總和看來，主要有三個部分：1.循環（保溫）水箱；2.集熱器；3.連接管道。而各個部分發揮了不同的作用：1.集熱器： 系統中的集熱元件。其功能相當于電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是，太陽能集熱器利 用的是太陽的輻射熱量，故而加熱時間只能在有太陽照射的白晝。 2.保溫水箱： 和電熱水器的保溫水箱一樣，是

22、儲存熱水的容器。 因為太陽能熱水器只能白天工作，而人們一般在晚上才使用 熱水，所以必須通過保溫水箱把集熱器在白天產出的熱水儲 存起來。容積是每天晚上用熱水量的總和。采用同樂搪瓷內 膽承壓保溫水箱，保溫效果好，耐腐蝕，水質清潔，使用壽 命可長達20年以上。 3.連接管道（循環水管）： 將熱水從集熱器輸送到保溫水箱、將冷水從保溫 水箱輸送到集熱器的通道，使整套系統形成一個閉合的環路。 設計合理、連接正確的循環管道對太陽能系統是否能達到最 佳工作狀態至關重要。熱水管道必須做保溫處理。管道必須 有很高的質量，保證有20年以上的使用壽命。圖2.1為熱水器的總體結構。圖2.1熱水器的總體結構圖以下是控制系

23、統的內容系統組成 ： 如圖2.2所示，本系統主要由控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成圖2.2 系統組成示意圖 圖 2-1 系統組成示意圖控制器：主要通過里面的電磁閥控制yv1和yv2的通斷，控制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中的位置以及控制電阻加熱絲加熱。自動控制閥：主要通過控制器控制，當水箱中的水的實際溫度大于所設置的溫度時，自動閥就自動打開往水箱中上水，直到上到上一個目標水位為止。 手動控制閥：當自動閥損壞時，可以通過手動閥進行上下水。水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個電極，

24、接地的電極放在最水箱的最底下，其余分別放在四等分點上，比如當水箱中的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當超過第二等分，則顯示二分之一的水。水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實際溫度。電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達到用戶所需要的溫度。 太陽能熱水器利用微機控制主要有以下幾種控制功能：晨水加熱控制、溫水循環控制、冷水集熱控制、水箱加熱控制。（1）早晨水溫控制由于清晨太陽光較弱，所以太陽能熱水器從系統發揮作用。為了提供溫度不低于30攝氏度的水，熱水器在清晨4-7點之間對水箱進行電加熱，具體控制過程如下：首先，關閉冷水閥門f2和循環水閥門f1，然后微機開始進行水箱的

25、溫度采集，同時進行溫度的比較，當水箱的溫度小于30攝氏度時，電熱器d接通進行加熱，同時微機繼續對熱水箱的溫度進行采集。當溫度加熱到大于30攝氏度時電熱器斷開，如此反復循環保證了溫度的穩定。（2）循環水集熱過程早晨水溫控制之后（79點），設定當日的水箱溫度n（由兩位bcd次齒輪開關設定），輸入微機，再利用微機控制系統，通過太陽光能對熱水箱加熱以達到理想溫度n。具體控制過程如下：打開循環閥門f1，關閉冷水進水閥門f2，熱水閥門f3處于空控狀態。然后開始比較溫度，若（t3-t1>5攝氏度，t2>t1）為止。如若t1=n，那么循環水集熱過程結束，進入冷水集熱控制過程。（3）冷水集熱控制此時

26、熱水箱溫度已達到了n，冷水要進入太陽能集熱器，這時溫度為t3，和當日的設定溫度值相比較，若t3>n則將已加熱的水送入熱水箱，每天的控制時段大概為9點20點。具體控制過程如下：關閉循環水閥門f2，打開冷水閥門f2，熱水閥門f3處于可控狀態。若t3>n，打開熱水閥門f3并將保持一段時間，若t3<n，關閉f3繼續給太陽能集熱器加熱，直到溫度到達n，當打開f3時此時比較水管水溫t2與n的值，若t2>n閥門f3繼續保持打開狀態，否則關閉f3。可見，次過程充分利用太陽光能轉化為熱能，方便快捷。（4）水箱加熱控制 此時，也許你會問如果沒有日照或者日照較弱時，到了晚上我們是否還能洗上熱

27、水澡嗎？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個從系統，這時它就要發揮作用了。熱水箱溫度為t1，將它和設定值n相比較，從而控制是否打開電加熱，控制時段為下午，具體過程如下： 若t1<n，電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且，15點20點中的每個小時有下表的關系：表2.1 溫度比較 時間（時） 溫度比較 加熱值（度） 15 t1<35<n 35 16 t1<40<n 40 17 t1<45<n 45 18 t1<50<n 50 19 t1<55<n 55 20 t1<60<n 60 最終熱水箱的溫度加熱到設定值n。由此可

28、見，即使沒有日照我們照樣可以洗上熱水澡了。 綜上所述，太陽能供熱控制系統不僅節約而且高度只能化，方便省事，不論日常家居，還是對賓館、學校等都是最佳選擇。2.2控制裝置的工作原理 本控制系統分為手動和自動兩種控制方式，在系統處于自動狀態下，當檢測溫度高于設置溫度，且水位未達到最高時，控制器打開電磁水閥yv1和yv2進行上水，同時點亮上水指示燈，當水位上至上一目標水位時，自動停止上水（即關閉電磁水閥yv1和yv2），若水箱內無水，則自動上水至最低水位處。 在系統處于手自動狀態下，可自由上水或停止上水（上水時水箱水位必須未滿），若水位達到最高則自動停止上水；若需要啟動加熱器則必須先設定加熱溫度，然后

29、按下加熱鍵進行加熱；若需洗浴時，則需打開手動閥yv4，系統自動打開電磁水閥yv2，可通過yv5自由調節水溫；當電磁水閥yv1和yv2損壞或停電時，可通過打開yv5和yv6進行上下水解決燃眉之急；此系統設置yv3是為了防止冬天氣溫過低引起水管因內有積水而凍裂（即手動打開此閥放完水管中的積水）第三章 硬件設計3.1主要原器件介紹3.1.1at89c51高性能8位單片機at89c51是一個低功耗高性能cmos 8位單片機，4k bytes flash只讀程序存儲器(rom),512 bytes 內部數據存儲器(ram),該微處理器采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs-51

30、指令系統，引腳兼容80c51和80c52芯片，片內的flash存儲器可以像常規程序存儲器一樣進行燒寫，at89c51片內總共有256字節的用戶數據區，而128字節的內部擴展數據區需通過清sfr(8eh)的位1并用movx指令訪問，片內置通用8位中央處理器和flash存儲單元，另一個256bytesram區與atmel之at89系列8052兼容的單片機是一致的，at89c51結合通用的8位微處理器和flash存儲技術構成功能強大單片微處理器，可提供許多高性能低價位的系統控制應用場合。at89c51單片機最小系統是在at89c51的基礎上，加復位電路、時鐘電路、ea引腳信號及電源即可。 復位電路：

31、該水位自動顯示控制器采用上電復位電路，由r1、c1構成復位電路，在上電瞬間，產生一個脈沖，at89c51將復位。為保證可靠復位，脈沖寬度應大于兩個機器周期，這取決于r、c時間長數。取電容c=10uf，電阻r=10k。 時鐘電路：該水位自動顯示控制器采用at89c51單片機，機內有一高增益反相放大器，構成自激振蕩電路，振蕩頻率取6mhz,外接6mhz晶振，兩個電容c2、c3取20pf，以便于起振蕩的作用。 右圖中xtal1為內部時鐘工作電路的輸入，xtal2為來自反向振蕩器的輸出。 圖3.1復位電路 圖3.2 時鐘電路最小系統：所謂最小系統，即指使單片機能正常工作的所需的最少的電路，即應包含cp

32、u及輔助電路、rom、ram及i/o端口等電路。如圖3.3中，晶體振蕩器的頻率選6mhz，復位電路采用上電復位，電路參數如圖中所示，以滿足系統復位時兩個機器周期的高電平的要求。 圖3.3 at89c51單片機最小系統3.1.2數碼管顯示由單片機的定時器to做16位計數器（為便于數據處理，這里只用低8位計數值，即寄存器tl0中的值）。一邊記錄脈沖數量，一邊以厘米為單位由四位數碼管顯示出來。四位數碼管采用動態掃描方式顯示。長度計量儀采用0.5英寸共陽極連接的led數碼管。led數碼管由發光二極管作為顯示字段的數碼型顯示器件。右圖為led數碼管外形和引腳圖，其中7只發光二極管分別對應a-g筆段，構成

33、“日”字形，另一只發光二極管dp作為小數點，因此這種led顯示器稱為八段數碼管。（如圖3.4所示） 圖3.4led數碼管共陽極型led數碼管，是將各段發光二極管的陽極連在一起，作為公共端com,應接高電平。ag、dp各筆段中，某筆段接低電平時發光，高電平時不發光。為了節省單片機i/o口的數量，將各位數碼管的ag對應筆畫并聯起來分別與單片機的p2.0p2.7引腳連接。顯示時，由p2口依次輸出各位數字的筆段碼，并依次由p1.0、p1.1、p1.2、p1.3輸出低電平位選信號接通數碼管的公共端，輪流進行，循環不止，由于循環的頻率較高（約50hz），加上人眼的視覺暫留，既保障了各位數字的對應顯示，又不

34、會出現閃爍現象，實現動態掃描顯示。本系統需顯示水溫，測量范圍為099 0c，用四個八位led數碼管顯示。1）led結構和顯示原理。led（light emitting diode）顯示器是由發光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見的是由7段型發光二極管（ag7段）和1個圓點型發光二極管（常以dp表示，主要用來顯示小數點）組成的led顯示器，其排列形狀如下圖所示。這種led顯示器也可稱為7段數碼顯示器（或8段數碼顯示器）。led顯示中的發光二極管根據其連接的方法有共陰極和共陽極兩種結構。共陰極結構：把各段發光二極管的陰極連接在一起構成公共陰極，如圖a所示。使用時，公共陰極接地，根據要求需點亮發光

35、二極管的陽極輸入高電平，不需點亮的發光二極管的陽極輸入低電平。共陽極結構：把各段發光二極管的陽極連接在一起構成公共陽極，如圖b 所示。使用時，公共陽極接+5v，根據要求需要點亮發光二極管的陰極輸入低電平，不需點亮的發光二極管的陰極輸入高電平。通過控制7個段的發光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數字、字母以及其他符號。2）字段碼。為了顯示各個數字或字符，就需要為led提供相應的代碼，因為這些代碼是控制各段的亮或滅，供顯示器顯示字形的，所以稱為字段碼（也可以稱為段選碼或字形碼）。七段發光二極管再加上1個小數點位，共計8段，因此提供給led顯示器的字段碼正好1個字節。各代碼位的對應關系如下：d7

36、 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0dp g f e d c b a下圖所示為共陰極led所顯示的不同字符的字段碼，測量范圍為099 0c，當溫度超出范圍時，顯示器均顯示f。 表3.1字符對應字段碼顯示字符共陰極字段碼03fh106h25bh34fh466h56dh67dh707h87fh96fhf71h3）n位led顯示器。在單片機應用系統中，實際使用的led顯示器有多個，n位led顯示器的顯示要從兩個方面來控制：其一是控制n位的字段顯示（即顯示什么字符）；其二是控制字位（即哪一位到哪一位亮）。由led的顯示原理可知，要使某n位led顯示器的某一位顯示某個字符，就必須將此字符轉換為對應

37、的字段碼來控制該位的8個段，同時，該位的字位線也要控制有效，這要通過一定接口來實現。led顯示器有兩種顯示方式，即靜態顯示方式和動態顯示方式。n位led顯示器有n根字位選線（簡稱：“位選線”）和n*8根字段選線（簡稱：“段選線”）。根據顯示方式不同，位選線和段選線的連接方式也不同。各種字符的字段碼的獲取方法有兩種：即軟件譯碼和硬件譯碼法。目前通常所用的各種型號的單片機開發系統或實驗裝置普遍采用軟件譯碼。當單片機應用系統中的led顯示器位數較多時，為了簡化電路降低成本，本設計采用動態顯示的方式。動態顯示方式的接口電路的連接方法是：將所有led位的段選線（a dp）同名并聯，即所有a段并聯，所有b

38、段并聯。依次類推，然后由一個8位i/o接口來控制各個段，而所有位的位選線則由另外一個相應的i/o接口線來控制。這樣用兩個8位i/o接口就能控制8位led顯示器。led顯示器是由電流型控制器件，其工作電流為2ma20ma，使用時須加限流電阻。本設計中限流電阻選用1k。動態掃描顯示控制方式就是逐個地循環點亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一位的位選線處于選通狀態（共陽極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線處于段開狀態，同時段選線上輸出相應位要顯示字符的字段碼。這樣在每一個瞬間，8位led中只有選通的那一位led顯示出字符，而其它7位則是熄滅的。同樣，在下一瞬間，只顯示下1位led。如此繼

39、續下去，等8位led都顯示完畢后，在循環進行。雖然這些字符是在不同的瞬時輪流點亮的，但由于人眼的視覺殘留效應，看到的是8位穩定顯示的字符，與靜態顯示的效果完全一樣。所以為了簡化電路、降低成本，此系統中采用動態顯示方式。3.1.3數字溫度傳感器數字溫度傳感器ds18b12主要特性及測溫原理：一線式數字溫度傳感器ds18b20是ds1820的更新換代產品(由美國da iias公司生產)。它具有體積小,分辨率高,轉換快等優點。由于每片ds18b20 含有唯一的硅串行數, 所以在一條總線上可以掛接多達248 218×1014只ds18b20,再加上ds18b20 獨特的單線總線結構,決定了d

40、s18b20 特別適合于大型的多路溫度實時測控系統的溫度檢測。溫度實時測控集裝箱的設計, 在實現測控系統的溫度檢測方面就較好地利用了ds18b20 的獨到特點,使系統得到了極大的簡化。（1）ds18b20的特性1）獨特的單線接口方式。ds18b20 在i/o處理器連接時,僅需要一個i/o 口即可實現微處理器同ds18b20的雙向通訊。2）ds18b20支持組網功能,多個ds18b20可以并聯在唯一的單線上,實現多點測溫。3）ds18b20 的測溫范圍為: - 55+125,在-10+ 85時, 其精度為+ 0.15。4）ds18b20的測溫結果的數字量位數從912位,可編程進行選擇。數字化溫度

41、傳感器ds1820測溫范圍為- 55+125 ，增量值為0.5 (9位溫度讀數)，它主要由4個數據部件部分組成：64位rom;溫度傳感器;非易失性的溫度告警觸發器th 和tl；高速便箋存儲器64 位rom用于存儲序列號，其首字節固定為28h，表示產品類型碼，后6個字節是每個器件的編碼，最后1個字節是crc 校驗碼. 溫度告警觸發器th和tl 存儲用戶通過軟件寫入的報警上下限值，高速便箋存儲器由9個字節組成，其中有2個字節ram單元用來存放溫度值前1個字節為溫度值的補碼低8位，后1個字節為符號位和溫度值的補碼高3位。（2）ds18b20 測溫原理ds18b20內部結構框圖,如圖3.4所示。圖3.

42、4 ds18b20內部結構框圖ds18b20 的測溫原理：ds18b20 測量溫度采用了特有的溫度測量技術，它是通過計數時鐘周期來實現的，內部計數器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數,低溫時,振蕩器的脈沖可以通過門電路。而當到達某一設置高溫時, 振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數器設置為- 55。同時, 計數器復位在當前的溫度值時, 電路對振蕩器的溫度系數進行補償, 計數器重新開始計數直到回零。如果門電路仍未關閉, 則系統重復上述過程。（3）ds18b20的操作協議ds18b20單純通信功能是分時完成的。單線信號包括復位脈沖,響應脈沖,寫“0”,寫“1”,讀“1”。它們有嚴格的時隙概念。系統對d

43、s18b20的操作以rom命令(5個)和存儲器命令(6個)形式出現。對它的操作協議是： 初始化ds18b20發復位脈沖)發rom功能命令處理數據發存儲器命令處理數據。各種操作都有相應的時序圖。ds18b20在使用時，一般都采用單片機來實現數據采集。只需將ds18b20 信號線與單片機1位i/o線相連，且單片機的1位i/o線可掛接多個ds18b20，就可實現單點或多點溫度檢測。ds18b20傳感器精度高、互換性好;它直接將溫度數據進行編碼，可以只使用一根電纜傳輸溫度數據，通信方便，傳輸距離遠且抗干擾性好：與用傳統溫度傳感器組成的多點測溫系統相比可節省大量電纜，而且系統得以簡化，系統擴充維護十分方

44、便。ds18b20 可以廣泛用于工廠工業過程、大型糧倉、釀酒廠，食品加工廠的溫度檢測以及賓館、儀器儀表室等處的溫度檢測和控制。3.1.4 adc0832轉換器adc0832引腳圖（圖3.5）:adc0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道a/d轉換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎，其目前已經有很高的普及率。學習并使用adc0832 可是使我們了解a/d轉換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。adc0832 具有以下特點：· 8位分辨率；· 雙通道a/d轉換；· 輸入輸出電平與ttl/cmos相兼容；

45、83; 5v電源供電時輸入電壓在05v之間；· 工作頻率為250khz，轉換時間為32s；· 一般功耗僅為15mw；· 8p、14pdip（雙列直插）、picc 多種封裝；· 商用級芯片溫寬為0°c to +70°c，工業級芯片溫寬為40°c to +85°c；圖3.5 adc0832程序:程序占用資源有累加器a，工作寄存器r7,通用寄存器b 和特殊寄存器cy。通道功能寄存器和轉換值共用寄存器b。在使用轉換子程序之前必須確定通道功能寄存器b 的值，其賦值語句為“mov b,#data”（00h03h）。運行轉換子程

46、序后的轉換數據值被放入b 中。子程序退出后即可以對b 中數據處理。3.1.5 繼電器 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。 1、電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失

47、，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。2、熱敏干簧繼電器的工作原理和特性 熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環、恒磁環、干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁，而由恒磁環產生的磁力驅動開關動作。恒磁環能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特性決定的。3、固態繼電器（ssr）的工作

48、原理和特性固態繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現輸入輸出的電隔離。固態繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。 繼電器主要產品技術參數1)、額定工作電壓是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。2)、直流電阻 是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。3)、吸合電流 是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩定地工作。而對于線圈所

49、加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。4)、釋放電流 是指繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態。這時的電流遠遠小于吸合電流 5)、觸點切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。繼電器的電符號和觸點形式 繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示，如果繼電器有兩個線圈，就畫兩個并列的長方框。同時在長方框內或長方框旁標上繼電器的文字符號“j”。繼電器的觸點有兩種表示方法：一種是把它們直接畫在長方框一側，

50、這種表示法較為直觀。另一種是按照電路連接的需要，把各個觸點分別畫到各自的控制電路中，通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標注上相同的文字符號，并將觸點組編上號碼，以示區別。繼電器的觸點有三種基本形式：1).動合型（h型）線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭“h”表示。2).動斷型（d型）線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭“d”表示。3).轉換型（z型）這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成

51、斷開狀態，達到轉換的目的。這樣的觸點組稱為轉換觸點。用“轉”字的拼音字頭“z”表示。繼電器的選用1.先了解必要的條件控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；被控制電路中的電壓和電流；被控電路需要幾組、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據?？刂齐娐窇芙o繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩定的。2.查閱有關資料確定使用條件后，可查找相關資料，找出需要的繼電器的型號和規格號。若手頭已有繼電器，可依據資料核對是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。3.注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機箱容積外，小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對于小型電器，如玩具、遙控

52、裝置則應選用超小型繼電器產品。 微電子技術和超大規模ic的飛速發展對繼電器也提出了新的要求。第一是小型化和片狀化。如ic封裝的軍用to5(8.5×8.5×7.0mm)繼電器，它具有很高的抗振性，可使設備更加可靠；第二是組合化和多功能化，能與ic兼容、可內置放大器，要求靈敏度提高到微瓦級；第三是全固體化。固體繼電器靈敏度高，可防電磁干擾和射頻干擾。 計算機技術的普及使得微機用繼電器的需求量顯著增加，帶微處理器的繼電器將迅速發展。80年代初，美國生產的數字式時間繼電器就可用指令對繼電器進行控制，繼電器與微處理器的組合發展，可形成一個小巧完善的控制系統。由計算機控制的工業機器人目

53、前以每年3.5的速度增長，現在，計算機控制的生產體制已能在一條生產線上生產多種低成本的繼電器，并可自動完成多種操作及測試工作。 光電子技術對于繼電器技術將產生巨大的促進作用，為實現光計算機的可靠運行，目前已試制出雙穩態繼電器。 為了提高航空、航天繼電器的可靠性，期望繼電器失效率應由目前的0.1ppm降至0.01ppm；載人空間站則要求達到0.001ppm。耐溫要達到200以上，耐振要求高于490m/s，同時應能承受2.32×10(4)c/kg的射線輻射。為滿足空間要求，必須加強可靠性研究，并建立專門的高可靠生產線。 在功率繼電器領域尤其需要安全可靠的繼電器，如高絕緣性繼電器。日本fu

54、jitsu takamisawa推出的jv系列功率繼電器內含五個放大器，采用高絕緣性小截面設計，尺寸為17.5(w)×10(d)×12.5(h)mm。由于機芯和外緣之間采用強化絕緣系統，其絕緣性能達到5kv。日本nec 推出的mr82系列功率繼電器的功耗只有200mw。3.1.6 電磁閥與晶閘管電磁閥是控制元件，主要用來控制氣缸。也有分析儀器或者別的噴槍用來直接控制氣體。電磁閥分為氣動、液壓兩種，工作方式都是一樣的，只是介質不一樣。工作原理就是在一個閥體上開幾個孔，然后用電磁感應控制閥桿的運動來控制堵哪個孔，或者讓哪個孔出氣。以此達到控制的目的。晶閘管可控的導電開關，與二極

55、管相比，不同之處是正向導通首控制極電流控制。 3.1.7 op07低噪聲單運放op07功能簡介:op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩零的單運算放大器集成電路。由于op07具有非常低的輸入失調電壓（對于op07a最大為25v），所以op07在很多應用場合不需要額外的調零措施。op07同時具有輸入偏置電流低（op07a為±2na）和開環增益高（對于op07a為300v/mv）的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得op07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。 op07特點：超低偏移： 150v最大 。 低輸入偏置電流： 1.8na 。 低失調電壓漂移： 0.5v/ 。

56、超穩定，時間： 2v/month最大 高電源電壓范圍： ±3v至±22v 3.1.8晶振為給單片機提供工作所需要的時鐘信號，本設計中采用了6mhz的晶振。故系統中cpu執行的每一個機器周期為2us.3.2水位檢測電路的硬件設計 圖3.6水位檢測電路實驗證明，純凈水幾乎是不導電的，但自然界存在的以及人們日常使用的水都會含有一定的mg2+、ca2+等離子，它們的存在使水導電。本控制裝置就是利用水的導電性來完成的。我們把儲水箱大致分為四個等份，水位由潛入太陽能熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉換，水位到達的電極，轉換電位為低（0）；水位沒有到達的電極，轉換電位為高（1）；每檢測一位便得到一位數據，5個電極檢測一遍以后便得到了5個串行數據，然后把這5個數據轉化為字節一路送發光二極管；在這里我們可以用發光二極管亮的盞數來顯示水位的高低。（若