太阳能热水器智能控制系统 .doc
《太阳能热水器智能控制系统 .doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《太阳能热水器智能控制系统 .doc(26页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、教学单位 学生学号 Aaa大学本科毕业论文(设计)题 目 太阳能热水器智能控制系统学生姓名 *专业名称 *指导教师 教师职称 2008年12 月 20日基于单片机的太阳能热水器智能控制系统摘要:该太阳能热水器智能控制系统主要由AT89S52单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、LED数码管和报警系统组成。该系统能测量并显示水温、设置水温范围,若水温不处于所设置的水温范围则报警。同时还能对水位进行设置及加水,先设置好需要加水的水位段数,单片机会根据这个数进行判断是否加水。通过Protues软件仿真以上所述功能都能正常实现。关键词:AT89S52单片机;温度控制;水位控制The Inte
2、lligent Control System of Solar water heatersIn of base single-chipAbstract: The design of solar water heaters intelligent control system is mainly composed of single-chip AT89S52, DS18B20 temperature sensor, an independent keyboard, LED and alarm system. The system can measure and display water tem
3、perature, set the range of water temperature, if the water temperature is not in the range of setting temperature is alarming. At the same time, you can set the water level and add water, first, need to set up the water level above the water, single-chip will determine whether add the water or not a
4、ccording to the number. The uses of Protues software can imitable come true the functions.Key words: single chip AT89S52; the temperature control; the control of water level目 录1 引言12 方案比较22.1 方案一22.2 方案二22.3 方案比较33 硬件介绍43.1温度传感器DS18B20介绍43.2 键盘接口电路设计83.3 显示电路83.4 蜂鸣器电路103.5 单片机基本的外围电路103.6 水位段显示电路11
5、3.7 整体电路图124软件简述134.1程序流程图134.2 DS18B20的通讯协议144.3 键盘扫描165 系统调试185.1 调试环境185.2 调试的操作过程185.3 系统调试结果18参考文献2217太阳能热水器智能控制系统1 引言单片机的应用技术是一项新型的工程技术,特别是随大规模集成电路的产生而飞速发展。目前,单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高。可靠性高、性能价格比高、开发较为容易,在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、设备自动化等诸多领域极为广泛的应用,都可见到单片机的踪影。人们生活水平的不断提高,单片机控制已经相当的广泛了,它所给人带来的方便也
6、是不可否定的,其中数字显示、音乐录放、防盗报警系统、自动控制系统等,让人受益匪浅。在工作、科研、生活方面更好更方便地操作简单设施以运用单片机技术,更好地实现数字化、智能化控制。要想对身边的东西进行适时控制,没有传感器是不行的。单片机与传感器的结合已经有了重大发展。本设计中采用美国DALLAS半导体公司出产智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为-55125摄氏度,最大分辨率可达0.0625摄氏度,可以直接读出被测温度值,而且采用三线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和好使用的特点。本设计所介绍的太阳能热水器,具有读数方便、测温范围较广、测温准确,设置水温水位、显示水位
7、、自动上水等功能。该设计控制器使用单片机AT89S51,测温传感器使用DS18B20,用4位共阴极LED数码管实现温度显示,发光二极管表示出水位段,并能自动控制电动机是否抽水。2 方案比较用好的温度传感器,会起到事半功倍的效果,所以两个方案主要是比较所选用的温度传感器。2.1 方案一测温电路热敏电阻是温度传感器的一种,它由仿陶瓷半导体组成。热敏电阻(NTC)不同于普通的电阻,他具有负的电阻温度特性,即当温度升高时,其电阻值减小。热敏电阻的阻值温度特性曲线是一条指数曲线,非线性较大,因此在使用时要进行线性化处理。线性化处理虽然能够改善热敏电阻的特性曲线,但是比较复杂。为此,在要求不高的一般应用中
8、,常做出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定,以简化计算。使用热敏电阻是为了感知温度,给热敏电阻通以恒定的电流,电阻两端就可测到一个电压,然后通过公式下面的公式可求得温度:T=T0-KVT。T为被测温度;T0为与热敏电阻特性有关的温度参数;K为与热敏电阻特性有关的系数;VT为热敏电阻两端的电压。根据这一公式,如果能测得热敏电阻两端的电压,再知道参数T0和K,则可以计算出热敏电阻的环境温度,也就是被测的温度,这样就把电阻随温度的变化转化为电压随温度变化。这种设计还需要用到A/D转换电路,而且在测量的过程中,由于环境的影响会带来较大的误差。2.2 方案二采用温度传感器DS18B20,它是美
9、国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DS18B20,它支持“一线总线”接口的温度传感器,全部传感元件及转化电路集成在形如一只三极管的集成电路内。我们可以采用DS18B20采集温度,再进行温度数值转化,再在显示电路上显示。外围电路简单,只需要通过DS18B20进行接收温度,一个显示电路,报警电路,软件部分只需要采集温度,对温度进行转化,再用显示电路将其显示出来。很明显,环境对DS18B20影响不会很大,同时DS18B20的测量精度稳定并可用软件设置、接线简单,大大的为单片机节省数据口。2.3 方案比较本设计的主要是从温度传感器的选择考虑。传统的测温元件有热电偶和热电阻,而它们测出的一般
10、都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持,电路及软件调试复杂,制作难度高。从以上两种方案中,很容易看出采用方案二所设计的电路比较简单,采用一种智能温度传感器DS18B20作为检测元器件,测温范围-55125,分辨率最大可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测温度值。采用3线制与单片机相连,减少了外部硬件电路,具有低成本和易使用的特点。还有本设计对水位检测要求不高,只须知道大概水位就可以了,因此从功能、材料、价格多方面考虑,用发光二极管显示出水位段(水位的一个标志高度,非具体值)最为合适。本设计方案系统可由主控制器(AT89S52)、显示电路、测温器件(DS18B20)、抽
11、水电动机、报警蜂鸣器、按键、水位显示灯组成,总体结构框图如图1所示。图1 总体设计结构框图3 硬件介绍3.1 温度传感器DS18B20介绍3.1.1 DS18B20的主要特性:(1)适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V。(2)独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。(3)DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温。(4)温范围55125,在-10+85时精度为0.5。(5)可编程的分辨率为912位,对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625,可实现高
12、精度测温。(6)在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快。(7)测量结果直接输出数字温度信号,以一线总线串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。(8)负压特性:电源极性接反时,芯片不会烧毁,但不能正常工作。3.1.2 DS18B20的外形DS18B20的外形及管脚排列图如下图2所示。 图2 DS18B20外形及引脚排列图1GND 地信号2DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。3VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。3
13、.1.3 DS18B20主要的数据部件DS18B20内部主要由一个64位ROM、一个高速存储器、温度灵敏元件、配置寄存器等组成,其内部结构图如图3所示。图3 DS18B20内部结构图DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为9字节的存储器,结构如表1所示。头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。第5字节为配置寄存器,它的内容用于确定
14、温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如表2所示。低5位都为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS-18B20出厂时该位被设置为0,用户可改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。表1高速暂存RAM字节数123456789存储信息温度LSB温度MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC表2 第5寄存器R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表3 DS18B20 温度转换时间表TMR1R011111由表2
15、、3可见,DS18B20分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换后,温度值就以16位带符号的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625LSB形式表示。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:表4 DS18B20温度值格式表LSByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0MSByteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS其中S为符号位。DS18B2
16、0的温度值格式如表4所示。当符号位S0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S1时,表示测得的温度值为负值。表5是部分温度值对应的二进制度数据。表5 部分温度对应值表温度二进制表示十六进制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H-10.1251111
17、111101011110FF5EH-25.0251111111001101111FE6FH3.1.4 DS18B20电源供电方式电路图(1)DS18B20寄生电源供电方式电路DS18B20寄生电源供电电路,如图4所示,要想使DS18B20进行精确的温度转换,I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量,由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA,当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时,靠上拉电阻是无法提供足够的能量,会造成无法转换温度或温度误差极大。因此,图4电路只适用于单一温度传感器测温,也不宜采用电池供电系统,并且电源电压必须保证是5V。当电源电压下降时,会使测量的
18、误差变大。 图4 DS18B20寄生电源供电电路 图5 DS18B20外部供电单点测温电路(2)DS18B20的外部电源供电方式DS18B20外部供电单点测温电路,如图5所示,DS18B20外部供电多点测温电路如图6所示。此时I/O线不需要强上拉电压,同时在总线上可以挂接多个DS18B20传感器,组成多点测温系统。但要注意在外部供电的方式下,DS18B20的GND引脚不能悬空,否则读取的温度总是85。 图6 DS18B20外部供电多点测温电路 图7 矩阵键盘的连接图比较上述两种供电方式后认为外部电源供电方式对电源要求比电源供电方式优越些且稳定性好,故在此设计中采用如图5的外部电源供电方式供电电
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
10 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 太阳能热水器智能控制系统 太阳能热水器 智能 控制系统