1、學號:常州大學畢業設計（論文（迎屆）學號:業班導教師專業指導老師專學院專級校內指技術職務校外業技術職務二O二年六月基于單片機的太陽能熱水器測控儀設計摘要：如何很好的節約和利用能源，特別是可持續性能源，是人類所面臨的重要問題。太陽能熱水器以其廉價、節能的特點，受到廣大消費者的青睞，與之配套的控制器設計問題一直受到人們的關注。本文提出了一種新型的太陽能熱水器控制系統設計方案。本設計采用1A03-51系列單片機八丁89052作為中央處理器，結合外圍電路單元，采用液位傳感器、溫度傳感器(3丁100、輔助加熱電路、031302實時時鐘、1602液晶顯示屏、按鍵等模塊，完成時間、溫度、水位的顯示及設定功能

2、?？刂葡到y可以根據天氣情況利用輔助加熱裝置(電加熱器)使蓄水箱內的水溫達到預先設定的溫度，從而達到24小時供應熱水的目的。本文主要介紹了單片機太陽能熱水器測控儀的硬件、軟件的設計和調試方法等內容。關鍵詞：太陽能熱水器；單片機；控制器；傳感器A1)8101:丁0600110111126&11(11111112661161*27A8011106908)601A117(匕已1&81111861161*8人1*680111*06,1831)101)16111111M1111111A11A111(11138&丁1168。虹21161*27只6扯81)600111111811101

3、631611101*613013111&I&I1180113T&01;6118110S10A131*106&11(110人00118111111311011八11(11116001111*011611881X10171118(人乂已沁!)!運.八11S801”3XA1001111*018)八816111丁1118過68每打11100101-1:68108-5個401171161)681211801&I-1八1161*8八II四1610!00101168這86過01111011八丁89052&81X3101*0閶801*8,00011)1116(1

4、八11)111161361A1161A1011*01111：111111：,111011860A1(51111何618611801,1;6111|301'&111168611801a?丁100人,1；116&11X111&1*7116A1118011*01111：,0813021*0A11111160100,16021.00601661,11)1111:0118火人0也611110(311168)011口1過1。110?11111母匕呵對1116,A3XA116乂亡1&11(1&11118&11011011A0001(1111810沿11

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6、18011(180011800A01A8人81211&11人A61)1121X161110(1a人88o1缸6116137A1gA；0011十011618&11801目錄WAI錄八川1緒論A11.1概述A11.2太陽能熱水器發展概況及市場競爭分析A21.2.1國內外研究現狀A21.2.2國內外太陽能熱水器發展趨勢A31.2.3太陽能熱水器的市場分析人31.3本課題研究的主要內容人41.3.1太陽能熱水器的組成與工作原理A41.3.2太陽能熱水器測控儀的設計內容A42太陽能熱水器測控儀總體方案的設計A62.1熱水器微控制器系統框圖A62.2控制器系統主要元件簡介A62.2.1單片

7、機八丁89052A62.2.2粕熱電阻口丁100A82.2.3轉換芯片A00）832人92.2.4超聲波測距儀只03尺04人102.2.5時鐘芯片031302八113硬件設計人133.1繪圖軟件？10化199叱簡介A133.2控制器各單元模塊硬件電路設計人忙3.2.1單片機及其外圍電路的設計A133.2.2超聲波液位傳感器電路設計A143.2.3時鐘電路設計人163.2.4溫度傳感器電路設計A183.2.5上水控制電路和輔助加熱電路設計A203.2.6顯示4路設計人213.2.7按鍵接口電路設計A224軟件設計A234.1四扎11A1310A3軟件環境飛4.2程序徽人234.2.1系統總流程圖

8、A234.2.2超聲波模塊程序設計A244.2.3時鐘模塊程序設計人254.2.4溫度模塊程序設計人274.2.5液晶顯示模塊程序設計A274.2.6按鍵掃描模塊程序設計A295佩試人315.1?1016118簡介A315.2軟件調試人315.3硬件調試人326余隹A35參考!|人36唆面A371緒論1.1 概述在資源緊張，環境污染的大背景下，太陽能熱水器與傳統的燃氣熱水器和電熱水器相比有著無可取代的優勢，因此近幾年太陽能熱水器得到了蓬勃的發展。然而，目前市場上的太陽能熱水器控制系統大多存在功能單一、操作復雜、控制不便等問題。很多控制器只具有溫度和水位顯示功能，卻不具有溫度控制功能，致使熱水器

9、在陰天不能方便使用。即使熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于加熱時間不能控制而產生過燒，從而浪費電能。所以研究智能型太陽能熱水器測控儀有著極其深遠的意義。0太陽能節能環保太陽能作為一種新能源，與常規能源相比，它有三大特點：第一，它是最豐富的能源，可隨時被我們利用。據估計，在過去的11億年中，太陽只消耗了它本身能量的27。因此可足夠供給我們使用，可謂是取之不盡，用之不竭；第二，地球上，太陽能就在我們的身邊，我們可以隨時就地開發利用，不存在任何運輸問題。對于交通不發達的農村、海島和邊遠地區具有更優越的利用價值；第三，太陽能是一種潔凈的能源。在開發利用時，不會產生廢渣、廢水、廢氣、也沒有噪音，更不會影

10、響生態肝衡。絕對不會造成污染和公害。我國目前有13億人口，3.5億個家庭，按較低標準每戶每天使用6攝氏度熱水100升，從冷水到熱水升溫45攝氏度計算，共需熱量450千卡。折合電量5.2度，折合天然氣0.5立方米。按每度電0.50元，每立方米天然氣。40元計算，每天分別需要2.6元（電）或0.70元天然氣按每月30天計算，分別需要72元和21元，每年分別需要864元和252元。以上均為僅根據電和天然氣熱值進行的計算，尚未考慮電熱器與燃氣熱水器的熱轉換效率及由于結垢其值肯定會不斷下降的影響。根據實際調查，一個家庭用電熱水器，全年的電費消耗約1000元，若使用太陽能熱水器，其投資在20003000元

11、之間，兩至三年節約的電費即可收回。2A太陽能的價格趨于盯民化近幾年來，原油價格飛漲，以原油為原料的燃氣價格也大幅上漲，燃氣熱水器的使用成本大大增加，這給太陽能熱水器產業帶來了巨大的商機?，F在的太陽能熱水器越來越受歡迎。據北大四季沐歌太陽能熱水器經銷商家說，近年來的銷量比以前同期增長了一倍?，F在，越來越多的消費者認同太陽能熱水器。也札因如此，全國各地出現了各種品牌的太陽能熱水器，這也給消費者帶來了更多的選擇性。今年的家電市場刮起了一陣節能風暴，節能家電成為一大賣點。太陽能熱水器以節能、安全、價格走低的趨勢成為了人們關注的焦點。3安全可靠使用太陽能熱水器沒有人身危險，也沒有環境污染，而使用燃氣熱水

12、器有可能發生煤氣中毒事故；使用電熱水器有可能發生觸電身亡事故。據了解，太陽能熱水器不僅能以907。以上的效率將輻射能轉換為熱量，更能以近乎1007。的效率保存熱水，使用效率更高。它的確是一種很好的節能型綠色？產品1.2 太陽能熱水器發展概況及市場競爭分析1.2.1 國內外研究現狀0國內研究現狀我國太陽能歷史可追溯到1958年，在上世紀70年代末起，我國就加大研發與生產太陽能集熱器。1979年前后我國有些單位迎頭研發全玻璃真空管集熱器。清華大學運用電真空物理的背景，發明了專利是鋁一氮化鋁太陽選擇性吸收涂層，在世界上開創用單個鋁陰極通過磁控射制備紅外低發射率低層、鋁一氮化鋁吸收太陽光的陶瓷薄膜和淡

13、化鋁減反膜三個部分。使用真空管的集熱器可以在嚴寒、低太陽輻射下利用，很適合多種氣候。太陽能熱利用產業的發展，在突破了太陽選擇性吸收涂層的核心技術，通過產學研結合，生產性能價格比較好的介質。國外研究現狀國際上，太陽能熱水器技術己日趨成熟，已達到了工業化生產階段，作為商品進入市場，綜合起來，國外的太陽能熱水器有以下幾個特點：政府重視。它首先表現在政府投資大，譬如美國在78年到81年在太陽能供熱方面的投資每年都在1億美元以上。隨著投資的增長，太陽能領域里的人員和科研成果增長的速度也都相應得到了提高。其次表現在各國都根據本國的情況，制訂出了能源政策，比如美國在能源政策和能源法案中，對國家投資、指定太陽

14、能科研規定以及實行稅收優惠等經濟措施分別作了規定。人產品的高檔化、大型化。由于國外一些主要利用太陽能國家的經濟實力較強，為了滿足社會的需要，其太陽能熱水器從設計、制作以及材料等都趨于高檔化，而且在太陽能熱水器體統上附加諸如循環泵，專用閥、輔助電加熱器等。當然價格也是比較高的。去年北京舉行的國際可再生能源展覽會上，澳大利亞送展的一套家用太陽能熱水器售價達400多美元。但是，從另一方面看，其發展仍不打衡，一些發展中國家應用較為廣泛的仍有不少是較為低檔的太陽能熱水器。近年來，印度研究和使用的大都是日本早期產品一一集熱蓄熱合一式太陽能熱水器。產品多樣化，技術上先進。國外近幾年來主要發展的仍是管板式，并

15、對降低成本,提高效率和可靠性，以及簡化設計和安裝程序等都做了大量的研究工作，取得了顯著的進展。如熱水器框架大都采鋁擠壓件，可以簡化制造工藝并為玻璃的裝配和吸熱板提供了可靠的支架。采用人造橡膠和特制墊圈以解決漏水和因熱應力作用而破裂的問題，管道連接和安裝配件己設計成便于快速安裝的型式，雖然大部分仍采用回火玻璃做為蓋板，但也涌現出許多塑料和復合玻璃材料。普及面廣。世界各國主要利用太陽能的國家如日本、美國、澳大利亞和以色列等已將太陽能熱水器發展到工業化生產階段。日本有20多家工廠。澳大利亞有2多家，新西蘭有30多家工廠從事太陽能熱水器的生產，使用的較為廣泛。如日本有400萬多臺熱水器在運行，以色列有

16、607。以上的家庭使用太陽能熱水器。目前，全世界札在使用的太陽能熱水器（保羅空氣集熱器）約達700余萬打方米。1.2.2 國內外太陽能熱水器發展趨勢近幾年來，低溫太陽能熱水器的產量在國際上略有下降，這主要同國際石油價格下跌有關，預計今后各國將在中高溫太陽能熱水器，包括充氣集熱器方面有較大的進展，以利于使其在工業及采暖、空調以及發電方面取得進展。各國還注意到使用新技術、新材料研制出更多品種的太陽能熱水器。特別在提高熱性能，降低成本，使之不斷提高和完善，使其比在常規能源有更大的競爭能力。特別是太陽能的蓄能技術將把太陽能熱水器推進到一個新的天地。我國太陽能熱水器的勢頭仍處在上升階段。預計這種勢頭持續

17、2?4年，可能會出現一個下降趨勢，為此，從科研和生產上有一定思想準備，以防止和避免這種可能性的出現。為此應當一方面發展新的技術和材料，使之能打進國際市場，另一方面結合中國的國情，研制出使群眾買得起，用得上的太陽能熱水器。這樣，高、中、低檔的太陽能熱水器將同時出現，并發揮各自作用和效益。將太陽能熱水器同城鄉居民住房結合在一起，使之成為房屋的一種構件和裝備，將愈來愈受到人們的重視。同時將太陽能熱水器同太陽房、太陽灶結合在一起的多種用途的太陽能熱利用裝置將會出現，并引起人們的濃厚興趣?？傊?，太陽能熱水器作為家庭生活和社會的一種商品將會越來越多的出現在人們眼前，將會發揮出更高的作用和效益。1.2.3

18、太陽能熱水器的市場分析在太陽能產業的發展中，太陽能熱水器的熱利用轉換技術無疑是最為成熟的，其產業化進程也較光伏電池、太陽能發電等產業領先一步。但是目前市場還有待規范，消費群體還有待培育，技術還有尚須改進，因而對于企業來說還有較大的成長空間。2007年，中國太陽能熱水器產量的增長速度約為307。，年產量達2340萬時人16380A"）,總保有量約為10800萬時75600A4A10太陽能熱水器壽命按10年計算，1997年前的保有量作廢'2007年，太陽能熱水器市場銷售額約為320億元人民幣，產值億元人民幣以上的企業有20多家；2007年，太陽能熱水器的出口額增長約為287。，6

19、500萬美元左右，產品出口歐洲、美洲、非洲、東南亞等50多個國家和地區。中國太陽能熱水器的年生產量是歐洲的2倍，北美的4倍，現已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國和最大的太陽能熱水器市場，并仍在以每年20a-30A的速度遞增。但是中國太陽能熱水器的生產企業有5000多家，除桑樂、皇明、清華陽光、華揚、太陽雨、力諾瑞特等10個全國性品牌因質量、售后服務過硬而市場知名度較高外，行業中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業，這種狀況不利于行業的長遠發展，這就要求政府部門進行規范，加強監管引導。盡管市場現狀不如人意，但市場前景仍看好。隨著國民經濟和人民生活水打的不斷提高，居民對家庭室內熱水的需求越來越強烈，中國

20、太陽能熱水器市場潛力巨大。1.3 本課題研究的主要內容本課題研究的是太陽能熱水器的測控儀，但是首先應該了解太陽能熱水器的組成與工作原理，以及太陽能熱水器的基本構架和工作過程，才能使本次的控制系統設計的更加完善。1.3.1 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-集熱器下降水管循環水管補給水箱上升水管自來水管熱水出水管熱水器主要由集熱器、循環管道和水箱等組成。圖1.1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供給循環水箱3所需的冷水。

21、集熱器吸收太陽輻射后，集熱器內溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水的比重減輕，便經上升水管進入循環水箱上部。而循環水箱下部的冷水比重較大，就由水箱下流到集熱器下方，在集熱器內受熱后又上升。這樣不斷對流循環，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相打衡時，水溫不再升高。這種熱水利用循環加熱的原理，因此又稱循環熱水器。集熱器是一種利用溫室效應，將太陽能輻射轉換為熱能的裝置，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，而打板型集熱器是直接將太陽輻射傳給液體或氣體，是一個復雜的傳熱過程，燈板型集熱器結構形式很多，世界上己實用的集熱器就有直管式、瓦楞

22、式、扁管式、鋁翼式等二十多種。1.3.2 太陽能熱水器測控儀的設計內容此款熱水器測控儀系統包括主從兩大系統：主系統的特點是在晴好的天氣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。本設計有三個要求：（I）時間、溫度和水位三種參數實時顯示功能。口）具有時間設定、溫度和水位設定與控制功能。（P）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。本文的第二章，主要會介紹系統

23、的整體框圖，以及選擇的主要技術和元器件，并對這些技術和元器件進行簡單的介紹；第三章，重點介紹了系統各單元的電路圖以及工作原理；第四章是對所涉及的子系統的軟件進行分析闡述。第五章則是對系統的軟硬件調試；第六章總結了本系統工作和優缺點，以及后續工作。2太陽能熱水器測控儀總體方案的設計2.1熱水器微控制器系統框圖本設計的太陽能熱水器控制器是以處89052單片機為檢測控制中心單元，利用液位傳感器來檢測水箱中的液位，當實際的液位低于設定液位時，冷水閥開關則會開啟，實現加水功能；溫度傳感器則是用來檢測水箱中水的溫度，當實際溫度低于設定溫度時，則會利用輔助加熱器對水箱中的水溫加熱，從而達到預定效果；液晶顯示

24、屏主要顯示的是相應的溫度、水位及時間。而利用按鍵操作不僅可以實現對時間的調整，而且可以設定相應的溫度和水位。從系統框圖可2.1可以看出。2.2控制器系統主要元件簡介本系統主要涉及到單片機八丁89052及其外圍電路，超聲波液位傳感器，溫度傳感器,實時時鐘031302,輔助加熱器等等主要模塊，由于有些模塊中涉及到一些重要的元件，所以在這里對所涉及的主要芯片的功能原理等做一個簡單的闡述。元件主要包括：單片機八丁89052、粕熱電阻？丁100、轉換芯片人00）832、超聲波測距儀003尺04、時鐘芯片031302等。2.2.1單片機人了89052人189052乍為本設計的中央處理器，是一個低電壓，高性

25、能0A1038位單片機，片內含8&人08的可反復擦寫的？1狀1!只讀程序存儲器和25613A8的隨機存取數據存儲器（趴人）,器件采用人公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準人4（人51指令系統，片內置通用8位中央處理器和？1狀11存儲單元，人18905彈片機在電子行業中有著廣泛的應用。八丁89052的主要功能特性為（工）兼容人1055甘旨令系統；（28虻可反復擦寫（大于1000次）？1肋11尺0從；32個雙向1/0口；?）256x8171;內部11A4;03個16位可編程定時I計數器中斷；?）時鐘頻率0-242；門）2個串行中斷，可編程I;皿串行通道；（A）2個外部中斷源，共8個

26、中斷源；2個讀寫中斷口線，3級加密位；（低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能；（八）有？01?、？呀？、丁口？及？XXX等幾種封裝形式，以適應不同產品的需求。八丁8905劾8位通用微處理器，采用工業標準的051內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8x05/目同，如圖2.2所示。主要管腳有：乂丁A109腳）和乂丁從208腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12-2晶振。11317A1x1人9卻）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。40腳）和乂沾20腳）為供電端口，分別接十5乂電源的札負端。？0?3為可編程通用1/0腳，其功能用途由軟件定義，以下簡單介紹單片機處89052俞入7輸出引腳？

27、0,?1,?2,?3。瓜1.0匚403A00390.0巴1匚匚39（八00»戶01P1.3匚A1438八0?A0.2IIP1.5IIP37（八023P0.31.6匚P1.736（眾的）3p0.4匚只3丁匚吠35（八390.5#0句父0P30匚70343?06#06（丁乂口）03.1833匚（而而舊兀1232II現7?II赴'F3.3匚00A331即06P3.4匚了”430392.7八15A3P3.5匚（A）52992.6（八143?A3.6匚師，2325（八13»叱7匚XI八62792.4（眾12匚X丁八匕72612？231A0A0匚82（4）3922八A10A02

28、43A2.1（八9»0-011111111123392.0（八-圖2.2?01?封裝的人丁2189052引腳圖（工）？0口：?0口是一組8位漏極開路型雙向1/0口，即地址|數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8個丁丁I邏輯門電路，對端口？0寫“1時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在？匕也編程時，？0口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。（之）？1口：？1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向1/0口，？1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出

29、電流）4個丁7七邏輯門電路。對端口寫“？，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電打，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（叱）。與八了89051不同之處是，？10和？1.1還可分別作為定時I計數器2的外部計數輸入，即：91.0/丁2和？1,17!22乂。?2口：？2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向1/0口，？2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個丁丁1邏輯門電路。對端口？2寫“？，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電打，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（禮）。在訪問外部程序存儲器或16

30、位地址的外部數據存儲器時，？2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器時，？2口輸出？2鎖存器的內容。？13811編程或校驗時，？2亦接收高位地址和一些控制信號。（心？3口:?3是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向1/0口。?3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個XIX邏輯門電路。對？3口寫入“1時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的？3口將用上拉電阻輸出電流（口匕）。？3口除了作為一般的1/0口線外，更重要的用途是它的第二功能。？3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。2.2.2粕熱電阻？1100由于本設計的溫度是測溫電路，可以使用熱敏電阻？

31、丁100的感溫效應。？丁100溫度傳感器為札溫度系數熱敏電阻傳感器，主要技術參數如下（1測量范圍：-2001?+8501;（2允許偏差值八。0:八級土（八+八規卜I8級±0.30+0.005卜|（1熱響應時間008;（斗）最小置入深度：熱電阻的最小置入深度2200111111;0允通電流2501八。另外，？丁100溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。粕熱電阻的線性較好，在0?1001之間變化時，最大非線性偏差小于0.5攝氏度。粕熱電阻阻值與溫度關系為：時，決10011十質8*人2+人*人3*0-100）（之）01分58501時，辦P100米0十入評£2

32、）式中，人A0.00390802;8:-0眉000580;0=0.0000000000042735?？梢?？丁100在常溫0?100攝氏度之間變化時線性度非常好，其阻值表達式可近似簡化為：1A=100（AA）,當溫度變化1攝氏度，？丁100阻值近似變化0.39歐姆。表2.1為？丁100在01?1001的分度表。表2,1?1100分度表0001234567890100100.39100.78101.17101.56101.95102.34102.73103.12103.5110103.9104.29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107.02107.4201

33、07.79108.18108.75108.96109.35109.73110.12110.51110.9111.2830111.67112.06112.45112.83113.22113.61114.99114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.31117.08117.47117.85118.24118.62119.0150119.40119.78120.17120.55120.94121.32121.7122.09122.47122.8660123.24123.63124.01124.39124.78125.54125.54125.92126.311

34、26.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5180130.90131.28131.66132.04132.42132.80133.18133.56133.94134.3290134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.98137.36137.74138.12100138.51138.88139.26139.64140.02140.40140.77141.15141.53141.912.2.3轉換芯片A00）832是一個模I數轉換芯片，用在溫度傳感器電路中，入000832接

35、在溫度信號調理電路之后，可用于將電壓模擬量轉換為數字量，通過液晶顯示屏從而顯示溫度。八00）832是美國國家半導體公司生產的一種8位分辨率、雙通道八瓜轉換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎，其目前己經有很高的普及率。學習并使用人00）832可是使我們了解人瓜轉換器的原理，有助于我們單片機技術水燈的提高。引腳圖如圖2,3所示。具有以下特點8位分辨率;（之）雙通道人瓜轉換；輸入輸出電燈與丁丁17（人03相兼容;/5乂電源供電時輸入電壓在0?5乂之間；0工作頻率為250XA2,轉換時間為32嚇；一般功耗僅為15111人；（了）8?、14?一01?（雙列直插）、多種封裝;

36、（各）商用級芯片溫寬為工業級芯片溫寬為-40010+851。0518一似11360人10閣2,3入0匚0832弓256級，可以適應一般的,一+一,#、一0為8位分辨率入70轉換芯片，其最高分辨1達模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0?5乂之間。芯片轉換時間僅為32A13,據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過01數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。2.2.4超聲波測距儀008議04本設計采用超聲波測距儀作為液位傳感器，超聲波測距儀主要是用于測量水箱中液位的高

37、度。0產品特點30-3110超聲波測距模塊可提供2（人400怕非接觸式距離感測功能。測距精度可達高到3111111模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。基本工作原理0采用10口丁111（3觸發測距，給至少10118的高電燈信號；（之）模塊自動發送8個401012勺方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過10口2（3110輸出一個高電打，高電盯持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離氣高電燈時間I聲速04（爪173從2。3電氣參數超聲波測距儀模塊共有四個引腳接出：乂0:供5乂電源，為地線，7111（3觸發控制信號輸入，5（3110回響信號輸出等四支線。超聲波相應的電氣參數如表2.

38、2所示。表2.2超聲波電氣參數電氣參數110-81104超聲波模塊工作電壓005V工作電流15131A工作頻率借2最遠射程4111最近射程20111測量角度15度輸入觸發信號10118勺丁丁1脈沖輸出回響信號輸出丁IX電巾丁信號，與射程成比例規格尺寸45*20*151111114超聲波時序圖系統只需提供一個10113以上脈沖觸發信號，超聲波模塊內部將發出8個40顏期電燈并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測距離成札比。由此通過發射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：距離二高電盯時間514聲速|!'一般測量周期為601X18以上，以防止發

39、射信號對回響信號的影響。圖2.4為超聲波的時序圖。10115的丁丁匕循環發出8個40&12脈沖言號模塊內部發出信號輸出回響回響電燈輸出信號與檢測距K成比例圖2.4超聲波時序圖2.2.5時鐘芯片081302本設計中的031302時鐘芯片用在時鐘電路模塊中，用于顯示實時時間：時、分、秒。081302是八3公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含有一個實時時鐘彳日歷和31字節靜態11Ao實時時鐘7日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，時鐘可以對閏年自動調整天數，時鐘操作可通過八乂指示決定采用24或12小時格式。031302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線：以

40、3復位、1/0數據、（串行時鐘）。時鐘的讀7寫數據以一個字節或多達31個字節的字符組方式通信。051302工作時功耗很低，保持數據核實中信息時功耗小于1豳0031302的主要性能指標為031302實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調整的能力；內部含有31個字節靜態可提供用戶訪問；采用串行數據傳送方式，使得管腳數量最少，簡單3?13線接口；工作電壓范圍寬：2.0?5.5A;0工作電流：2.0人時，小于300?;（A）時鐘或數據的讀|寫有兩種傳送方式：單字節傳送和多字節傳送方式；（了）采用8腳01?封裝或8010封裝；（各）與丁丁兼容，a產5a；（

41、今）可選工業級溫度范圍：-401?十85。0;（具有涓流充電能力；00采用主電源和備份電源雙電源供應；（A）備份電源可由電池或大容量電容實現。2A引腳功能XI、幻之間接入32.7681012晶振；尺丁為復位引腳，低電盯有效，操作時高電燈；1/0是數據輸入7輸出引腳，具有三態功能。是串行時鐘輸入引腳；乂人1為工作電源引腳；乂人2為備用電源引腳。圖2.5為031302的引腳圖。3硬件設計3.1繪圖軟件？0也19986簡介?101619986是？10把1公司在80年代末推出的20八軟件，在電子行業的0:八0軟件中，它當之無愧地排在眾多20八軟件的前面。本設計用的是？1咖199叱的漢化版，下面簡單介紹

42、一下本設計的繪圖過程13。第一步，建文檔。單擊文件一新建設計，彈出一個設計數據庫，修改文件名及數據庫位置。點擊000111X16111:,在單擊文件一新建文件，選取8（人111沿I0000111116111建立一個原理圖文檔。第二步，添加元件庫。在放置元件之前，必須先將該元件所在的元件庫載入內存才行。通常只載入必要而常用的元件庫，其它特殊的元件庫當需要時再載入。操作是在.&1!界面下，單擊設計一添加彳刪除文件庫，選擇相應的庫即可。第三步，添加元件，繪制原理圖。由于電路是由元件（含屬性）及元件間的邊線所組成的，所以現在要將所有可能使用到的元件都放到空白的繪圖頁上。軟件左側有相應的庫及元件

43、，單擊瀏覽，查找相應的元件并放置。由于有些元件庫中沒有，需要自己編輯，新建3011泣I0在，化界面下編輯需要的元件，元件編輯好了之后可以命名保存在庫里面，這樣下次用到時就可以像其他元件一樣自由調用。電源元件與0接地元件有別于一般的電氣元件。它們必須通過菜單電路圖繪制工具欄上的按鈕調用，編輯窗口中會有一個隨鼠標指針移動的電源符號，在對話框中可以編輯電源屬性，在網絡欄中修改電源符號的網絡名稱，在風格欄中修改電源類型，修改電源符號放置的風格。第四步，連線及放置接點。所有元件放置完畢后，就可以進行電路圖中各對象間的連線，右擊鼠標一放置電線。連線的主要目的是按照電路設計的要求建立網絡的實際連通性。最后全

44、都完成后單擊工具一電氣規則檢查，檢查原理圖中的連線是否有問題。所有步驟完成后單擊保存。3.2控制器各單元模塊硬件電路設計根據控制要求，本設計采用八丁89052單片機做控制器。由于本系統沒有太多的中間數據需要處理、保存，因此不再外擴數據存儲器。僅使用八189052內部已完全能夠滿足要求。系統的硬件接口電路包括：單片機及外圍電路，超聲波液位傳感器電路，實時時鐘電路，？丁100溫度傳感器電路，上水電路及輔助加熱器電路，液晶顯示電路及按鍵接口設計電路等。1.4 單片機及其外圍電路的設計單片機系統由八丁89052和一定功能的外圍電路組成，外圍電路包括：提供單片機工作時所必須的時鐘信號的時鐘電路，為單片機

45、提供復位的復位電路如圖3.1所示。56灸:0333八X1011了5丁處35奸1918A2711105圖3.1單片機入189052的外圍電路0時鐘信號電路時鐘是單片機運行的基礎，因此，適中的速度和穩定性都直接影響單片機的工作。單片機的時鐘信號通常有兩種電路方式，內部振蕩方式和外部震蕩方式。本設計采用的是外部振蕩方式，在引腳八丁叢1和引腳八丁八12之間外接晶振和微調電容02和03,與單片機內部的一個高增益的反相放大器一起構成自激振蕩器，并產生振蕩時鐘脈沖。02和03起穩定振蕩頻率、快速起振的作用。本設計中選取的是電容值大小為33肝的兩個電容。晶振頻率的典型值為6.2、122和24T,最高可達到40

46、仔只2。晶振的頻率越高，系統時鐘頻率也越高，單片機的運行速度越快，本設計選取的是12胃2。單片機是按照一定的時序為基準來工作的，其基準就是時鐘的振蕩頻率，所有操作都是以時鐘頻率的倍數為最小單位來進行的。時鐘周期是單片機的基本時間單位，晶振的振蕩頻率為12A112時，時鐘周期為1/12118=0.0833118機器周期是人：？!完成一個基本操作所需要的時間。單片機中常把執行一條指令的過程分為幾個機器周期，每個機器周期內完成一個基本操作。單片機以每12個振蕩周期為一個機器周期，晶振頻率為12-2時，機器周期為12/12仍118。2A復位電路在單片機中，尺3丁引腳是復位信號輸入端，復位信號為高電燈時

47、有效，其有效時間應持名ig24個振蕩周期以上才能完成復位操作，復位電路極性電容的大小直接影響復位時間，一般采用10至3011?,容值越大需要的復位時間越短，在本設計中，使用的是約為12他12的石英晶體振蕩器，這時電容0:1的大小選取1011?,114的大小為101。這樣就能進行可靠地上電復位和手動復位操作。1.4 超聲波液位傳感器電路設計超聲波液位傳感器是用來檢測水箱中液位的高度，以確定是否需要打開冷水閥上水達到設定要求。單片機發出401012的信號，經放大后通過超聲波發射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經放大器放大，用鎖相環電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為I,再由軟

48、件進行判別、計算，得出距離數并送1XA0顯示。圖3.2為超聲波測距儀原理框圖。0超聲波發射電路發射電路主要由反向器7禮304和超聲波發射換能器丁構成，單片機端口？17輸出40A2的方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發射強度。輸出端采用兩個反向器并聯的方式，用以提高驅動能力。上位電阻1110、1111一方面可以提高反向器741304輸出高電燈的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。圖3.3為超聲波發射電路原理圖。圖3.3超聲波發射電

49、路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內部有兩個壓電晶片和一個換能板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。超聲波檢測接收電路由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號就會比較微弱，因此需要對接收到的信號進行放大而且放大的倍數

50、也要比較大。超聲波接收電路主要是由集成電路0X20106人芯片電路構成的，0X20106人芯片電路可以對超聲波信號進行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會輸出一個低電打到單片機去請求中斷，即當單片機停止計時，并開始去進行數據的處理。0X20106八芯片的前置放大器具有自動增益控制的功能，當測量的距離比較近時，放大器不會過載；而當測量距離比較遠時，超聲波信號微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。0X20106八芯片的5腳外接電阻，對它的帶通濾波器的頻率進行調節，而且不用再外接其他的電感，能夠很好地避免外加磁場對芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。

51、0X20106人芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高。適當更改電容04的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。所以，能滿足本設計的要求。超聲波接收電路如圖3.4所示。一11142006113221;3?.7?、606053303.3113.3逆?圖3.4超聲波檢測接收電路3.2.3時鐘電路設計為了實現熱水器24小時可以供應熱水的目的，控制器必須有一個實時時鐘來為系統提供準確的時間，本系統采用051302時鐘電路來實現。031302硬件圖中，乂八1為主電源，乂人2為后備電源。在主電源關閉的情況下，也能保持適中的連續運行。031302由乂八1或乂？2兩者中的較大者供電。當

52、乂？2大于A0014-0.2V時，給081302供電。當002小于A001時，031302由乂邙1供電。XI和乂2是振蕩源，外接32.7681A2晶振。113丁是復位義片選線，通過把尺5丁輸入驅動置高電燈來啟動所有的數據傳送，與單片機的？1.3相連。尺5丁輸入有兩種功能：首先，尺3丁接通控制邏輯，允許地址乂命令序列送入移位寄存器；其次，115丁提供終止單字節或多字節數據的傳送手段。當尺5丁為高電燈時，所有的數據傳送被初始化，允許對031302進行操作。如果在傳送過程中115丁置為低電打，則會終止此次數據傳送，1/0引腳變為高阻態。上電運行時，在乂?>2,0乂之前，尺3丁必須保持低電燈。只

53、有在為低電燈時，才能將尺31'置為高電燈。與？1.4相連的1/0為串行數據輸入輸出端（雙向）。301人：為時鐘輸入端，與單片機的？1.5相連。031302與單片機接口電路如圖3.5所示。29一30001XIC”31051302A789052圖3.5081302與單片機接口電路控制字節的最高有效位（位必須是邏輯1,如果它為0,則不能把數據寫入到031302中。位6如果為0,則表示存取日歷時鐘數據，為1表示存取11A4數據；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，控制字節總是從最低位開始輸出。在控制指令字輸入后的下一個301人：時鐘

54、的上升沿時數據被寫入031302,數據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個30!人反脈沖的下降沿讀出031302的數據，讀出數據時從低位0位至高位了.031302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘有關、存放的數據位為800碼形式。其日歷、時間寄存器及其控制字見表3.1。表3.1081302的日歷、時鐘寄存器及其控制字奇存命命令子取值范圍76各位內谷寫操作讀操作543210秒801181只00?59(3)10850820分821183900?590101AA11A時8411851100?12/00?2312/24010日86只87900-28,29,30,31

55、00100八丁20八丁5月8811891101?12000麗H乂丁只周8他88只01?07000000八Y年80A80900?9910處從Y5從此外，031302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發寄存器及與1仔1相關的寄存器等。時鐘突發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容。031302與1仔1相關的寄存器分為兩類：一類是單個1仔1單元，共31個,每個單元組態為一個8位的字節，其命令控制字為0）11?0本其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；在一類為突發方式下的寄存器，此方式下一次性讀寫所有的的31個字節，命令控制字為？5只（寫）、即只（讀）。3.2.4溫度傳感器電路設計在本設計中，？丁100溫度模塊是用來檢測熱水器控制儀水箱中水的溫度，以確定是否需要輔助加熱器的加熱。此模塊包括兩部分：一部分是溫度信號調理