基于单片机的太阳能热水器水温水位测控仪.doc
《基于单片机的太阳能热水器水温水位测控仪.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的太阳能热水器水温水位测控仪.doc(30页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、 摘 要随着科学技术的不断发展,家用电器技术在不断更新,与此同时太阳能热水器技术也越来越先进。单片机技术的控制器系统具有功能强、成本低、测温精度高等特点,采用单片机技术可以使热水器的控制更准确、灵活。本文设计了一种新型太阳能热水器控制系统,该系统主要由AT89C51单片机、DS18B20温度传感器、LED数码管和报警器组成。该系统具有自动上水、水位显示、水位报警等功能,同时能够测量并显示水温。关键词:太阳能热水器;AT89C51单片机;温度控制;水位控制ABSTRACTWith the continuous development of science and technology, home
2、 appliance technology is continually updated, while the solar water heater technology is more advanced. SCM technology has the function of the controller system is low cost, temperature measurement precision, the use of microcontroller technology enables control of water heaters more accurate, flexi
3、ble.This paper presents a new type of solar water heater control system, the system consists of AT89C51 microcontroller, DS18B20 temperature sensor, LED digital control and alarm components. The system has water displays, water level alarm and other functions, and can measure and display the water t
4、emperature.Key words: 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典翻译以下任意网站 Focus Online-德语 OneIndia-印地语 USA Today-美国 Marmiton.org-法国 La Informacin-西班牙语 Elle-法国 Arte Toreo-西班牙语 Venezuela Tuya-西班牙语 Museo del Prado-西班牙语 Gotujmy.pl-波兰语 Pblico.es-西班牙语 News.de-德语Solar water heater; AT89C51 microcontroller; Temperature control; Water
5、 level control目 录1 引 言11.1 课题研究背景11.2 课题研究内容12 系统方案设计12.1 方案一12.2 方案二12.3 方案选择23 系统硬件电路23.1 89C51单片机简介23.1.1 89C51单片机的内部结构23.1.2 89C51单片机的引脚说明33.2 数字温度传感器DS18B20介绍53.2.1 DS18B20的基本特性53.2.2 DS18B20的内部结构63.2.3 DS18B20的电源供电方式83.3 系统框图83.4 水位显示电路设计83.4.1 水位检测电路93.4.2 水位显示电路图103.5 水温显示电路设计103.5.1 LED数码管显
6、示器的构造及特点103.5.2 LED数码管显示器的基本原理113.5.3 LED数码管显示器的显示方法123.5.4 水温显示电路图133.6 蜂鸣器电路134 系统软件设计144.1 主程序图144.2 水位控制程序图154.3 水温控制程序图155 系统仿真165.1 水位仿真165.2 水温仿真17结束语18参考文献19附 录20致 谢271 引 言1.1 课题研究背景随着地球上煤、油、气的储量日益减少,能源危机已日益增长,环境污染已威胁着生态平衡,太阳能开发利用的课题已提到人类面前。现在利用太阳能为人类服务的项目越来越多,而太阳能热水器的方便使用随着近几年的发展,越来越受到人们的欢迎
7、,特别是它环保、节能的优点,使其在市场竞争中占有很大优势。单片机是计算机技术、大规模集成电路技术和控制技术的综合产物,经过30多年的发展历程,单片机应用已十分广泛和深入。随着单片机应用技术的成熟,它给人们的生活、工作带来了极大方便。目前,以实现自动化、数字化、智能化为目标的单片机应用已向着越来越广泛深入的方向发展,合理地运用单片机技术可以更好地实现数字化、智能化控制。因此,用单片机来实现热水器的智能控制必将得到广泛应用。1.2 课题研究内容本设计采用智能温度传感器作为测温元件,可直接读出被测温度值。采用三线制与单片机相连,减少了外部硬件电路,具有低成本、易使用的特点。本设计是根据论文资料及市场
8、现有产品模型,在加上自己的理解和创意的基础上,模仿出的一套智能化太阳能热水器控制系统。该系统可以自动上水,同时能显示温度和三个特定水位,并能进行缺水报警和水满报警等。与同类产品相比,具有性能稳定、功能齐全、使用方便、经济实惠等特点。2 系统方案设计2.1 方案一此方案是传统的二位式模拟方案,主要通过信号采集、放大、处理等来实现,控制精度比较高。但由于是模拟控制方法,因此不能实现复杂的控制算法从而使控制的温度更加精确,并且不能用数码管进行显示和键盘设定。2.2 方案二此方案采用AT89C51单片机系统来实现。选用AT89C51芯片,不需要外扩展存储器,可使系统整体结构更为简单,同时采用单片机软件
9、编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制,单片机系统还可用数码管显示水温的实际值。 2.3 方案选择方案一是传统的模拟控制方式,而模拟控制系统难以实现复杂控制规律,控制方案的修改也比较麻烦。而方案二是采用以AT89C51为控制核心的单片机控制系统,尤其对温度的控制可以达到模拟控制所达不到的控制效果,并且可以实现显示、报警等功能。大大提高系统智能化,同时使得系统所测结果的精度大大提高,所以本次设计采用方案二。3 系统硬件电路3.1 89C51单片机简介3.1.1 89C51单片机的内部结构 89C51单片机主要由中央处理器(CPU)、内部数据存储器(RAM)、内部程序存储器(R
10、OM)、定时器/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制电路、时钟电路等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线三大总线组成,下面分别加以介绍: 中央处理器(CPU):中央处理器简称CPU,是单片机中的核心部分,用于完成运算和控制操作。它能处理8位二进制数据或代码,同时负责控制、指挥、调度各个单元系统协调工作。 内部数据存储器(RAM):89C51单片机的数据存储器共有256个单元,其中低128个单元称为内部RAM,它们是单片机中供用户使用的数据存储器单元。内部数据存储器的高128个单元供专用寄存器使用,用于存放相应功能部件的控制命令、状态或数据等,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问
11、,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可用来存放读写的数据、运算的中间结果或用户定义的字型表等。内部程序存储器(ROM):89C51共有4KB掩膜ROM,主要用于存放程序、原始数据等。 定时器/计数器:89C51有两个16位的可编程定时器/计数器,用定时器/计数器0和定时器/计数器1表示,用于实现定时或计数功能。 并行I/O口:89C51共有4组8位并行I/O 口(P0、P1、P2、P3),用于实现数据的并行输入/输出。 全双工串行口:89C51内置一个全双工串行通信口,用于与其他数据设备间的串行数据传送。该串行口既可以作为全双工异步通信收发器使用,也可作为同步移位器
12、使用。 中断控制电路:89C51中断功能较强,它共有5个中断源,即两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制应用需要,并具有高级和低级两个优先级别。 时钟电路: 89C51内置时钟电路,用于为整个单片机产生时钟脉冲序列,但单片机需外接石英晶体和振荡电容。3.1.2 89C51单片机的引脚说明AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价格低廉的方案。其外形及引脚排列如图3-1所示:图3-1 AT89C51单片机外形及引脚排列主要特性:1.与MCS-51 兼容 2.4K字节可编程闪烁存储器 3.寿命:1000写/擦循环4.数据保留时间:10年5.全静态工作:
13、0Hz24MHz6.1288位内部RAM7.32位可编程I/O线8.两个16位定时器/计数器9.5个中断源 10.可编程串行通道11.低功耗的闲置和掉电模式12.管脚说明13.VCC:供电电压14.GND:接地P0口:P0口为一个8位漏级开路型双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。它的第二功能是在访问外部存储器时,分别提供低8位地址线和8位双向数据总线。在对片内ROM编程和校验时,P0口用于数据的输入和输出。P1口:P1口是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口作为输入口使用时,向其锁存器写入1,P1口被内部的上拉电阻上拉为高电平。其后,若写入1,
14、则维持高电平;若写入0,则引脚被下拉为低电平。在对片内ROM编程和校验时,P1口用于接收低8位地址。 P2口:P2口为一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收输出4TTL门电流。它的第二功能是在访问外部存储器时,输出高8位地址。在对片内ROM编程和校验时,P2口用于接收高8位地址和控制信号。P3口:P3口管脚也是一个内部带上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个 TTL门电流。虽然P3口可作为通用I/O口使用,但在系统中,这8个引脚都有各自的第二功能:P3.0 /RXD(串行口输入)P3.1 /TXD(串行口输出)P3.2 /INT0(外部中断0输入)P3.3 /INT1(外部中
15、断1输入)P3.4 /T0(定时器/计数器0外部输入)P3.5 /T1(定时器/计数器1外部输入)P3.6 /WR(片外部数据存储器写选通控制输出)P3.7 /RD(片外部数据存储器读选通控制输出)RST:复位信号输入端。当RST端保持2个机器周期以上的高电平时,单片机完成复位操作。ALE/PROG:ALE为地址锁存信号。在系统扩展时,ALE用来锁存P0扩展地址低8位的地址信号。在不访问外部存储器时,ALE也以时钟振荡频率的1/6的固定频率输出,因而它又可用作外部定时或其他需要。但在遇到访问外部数据存储器时,会丢失一个ALE脉冲。对内部ROM编程时从/PROG进行编程脉冲输入。/PSEN:外部
16、程序存储器ROM的读选通信号。当访问外部ROM时/PSEN产生负脉冲作为外部ROM的选通信号。但在访问外部数据存储器或片内程序存储器时,不会产生有效的/PSEN信号。/EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。当/EA端为高电平时,对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。当/EA端为低电平时,只能访问外部ROM。VPP用于编程电源输入。XTAL1:石英晶体振荡电路的反相器输入端。XTAL2:石英晶体振荡电路的反相器输出端。3.2 数字温度传感器DS18B20介绍 DS18B20是DALLAS公司生产的一线式单总线智能数字温度传感器,其外形如小功率三极管,它支持“一线总
17、线式”接口方式,大大提高了系统抗干扰性。同时,DS18B20能够直接读出被测温度且测量精度稳定并可用软件设置,接线简单,大大节省单片机数据口。3.2.1 DS18B20的基本特性不需要任何外围元件测温范围为-55+125,在-10+85时精度为0.5独特的单线接口方式,仅需一条口线即可实现与微处理器的双向通信可编程912位数字温度计分辨率,对应的分辨率温度为0.50.0625,最大转换时间分别为93.75ms750ms可用数据线供电且不需备份电源用户可定义非易失性温度报警设置及识别支持多点组网功能,实现组网多点测温负压特性:电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作3.2.2 DS
18、18B20的内部结构DS18B20内部主要由一个64位ROM、一个高速存储器、温度传感器、配置寄存器等组成,其内部框图如图3-2所示:64位ROM和单线接口存储器和控制器高速缓存存储器8位CRC生成器温度传感器低温触发器TLTL 高温触发器TH配置寄存器电源检测VDDI/OOOOO图3-2 DS18B20内部结构图当DS18B20工作时,温度传感器进行温度转换,并把转换结果存入高速缓存存储器内的两个字节中,通过单总线接口用户可以读取到温度转换结果。高速缓存存储器由9个字节组成,其中第1、2个字节用来存储温度转换结果,第3、4个字节用于存放温度报警值的备份。DS18B20内部有两个E2PROM寄
19、存器TH、TL,分别用于存放高低温报警值,DS18B20工作时将这两个寄存器内的值复制到高速缓存寄存器中。高速缓存寄存器的第5个字节为配置寄存器,第68个字节保留未用,第9个字节为前8个字节数据内容的CRC校验码。其结构如表3-1所示:表3-1 高速缓存存储器字节数123456789存储信息温度LSB温度MSBTH用户TL用户配置寄存器保留保留保留CRCDS18B20的配置是通过配置寄存器实现的,其结构如表3-2所示:表3-2 配置寄存器的结构位D7D6D5D4D3D2D1D0名称TMR1R011111其中,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。DS18B20出厂时
20、该位被设置为0;R0、R1为温度分辨率设置位,其对应四种分辨率,如表3-3所示:表3-3 配置寄存器与分辨率的关系R1R0温度计分辨率/位最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750由表3-3知,DS18B20分辨率越高,所需转换时间越长。当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字节单元内。数据存放格式如表3-4所示:表3-4 温度存放格式位D7D6D5D4D3D2D1D0低字节232221202-12-22-32-4高字节SSSSS262524其中S为符号位,当S=0时,表示测得的温度
- 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:
- 基于 单片机 太阳能热水器 水温 水位 测控