太阳能热水器毕业论文论文(编辑修改稿)

太阳能热水器毕业论文论文(编辑修改稿)内容摘要：

过程分为几个机器周期，每个机器周期内完成一个基本操作。 单片机以每 12 振荡周期为一个机器周期，晶振频率为 12MHz 时，机器周期为 12/12us=1us。 图 31 AT89c51 单片机外围电路 这部分单元在 proteus 软件里的 仿真图如图 32 所示。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 图 32 AT89c51 单片机外围电路仿真图 水位检测和温度检测接口电路 热水器都有一个蓄水箱，而我们要对其水位和温度这两个重要参数进行相关检测和控制，这是这一设计的重点，我们只有能够准确的检测出这两个参数才能对其进行相关控制，才能通过单片机的软件部分计算什么时候需要进行辅助加热。 然而 要真确检测出这些数据我们有很多传感器可以选择，综合考虑系统成本等其他相关因素， 在 本设计中我们采用分段式的这种液位传感器，在水位显示上我们也是采用分这种传感器。 水位检测部分的硬件连接如图 33 所示。 图 33 水位监测及显示接口电路 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 检测原理如下： 当水箱中无水， 4 个非门输入端全部由一个大小为 1M 欧姆的上拉电阻我们把他上啦成高电平， 所以图中各非门输出就都是低电平，这样发光二极管 LED1～ LED4 就都不会点亮。 向水箱注水当水位高出非门 1 那个时候由于水的导电作用使得非门 1 的输入探针导电这就使得，使其输入端很容易的变为了低电平，所以自然而然其输出端就变为了高电平， LED 就 点亮了，其他的都是一个道理就不一一举例。 随着水位的上升， 各非门输出相继为高电平， LED 依次点亮。 因为水 是有电阻的这就提醒我们所选的上拉电阻不可以太小，要足够大，以保证在水位升高的过程中能把非门的输入端绝对的上啦成为低电平。 更具经验 ， 这个 上拉电阻我们一般选择在 500k～ 1M 欧姆左右就足以解决上诉问题且能很好地满足电路的工作要求。 这部分电路单元在proteus 里的仿真图如 34 所示。 由于 proteus 里做不出水箱所以本设计里将水位到达的那一位置用开关来表示，即水位到了那一位置， 开关闭合。 如图所示， 假设水位到达第一个水位段， 则开关 1 闭合， LED 1 亮，依此类推。 为了使 AT89C51 随时能够 读出当前的水位情况， 这里把水位信号直接连接 这里把水位信号直接连接到 ～。 蓄水箱温度检测电路采用 DS18B20 芯片使其换成脉冲信号， 与 P2. 0 相连送到 AT89C51 的 的 I/O 口，通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号，其在 来换算成水温高低信号，在 proteus 里的仿真图如图 35 所示。 图 34 水位检测电路仿真图 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 图 35 DS18B20 与 AT89C51 连接图仿真 上水及排空控制电路和辅助加热电路 太阳能热水器要具有自动上水以及手动排空的功 能。 其结构图如图 36 所示。 图 36 上水及排空结构图 太阳能热水器开始工作后， 其水箱里是要有一定水位的， 在这里设定为 1 单位水（这个单位是指水箱满水位后将其平均分成 N 份中的一份），不足 1 单位水时通过单片机控制冷水水阀来向太阳能热水器水箱里加水，到 1 单位后通过水位检测得到结果送到单片机里 得到结果送到单片机里， 其通过控制冷水水阀停止加水。 在单片机里设定用内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 水时间及温度 后， 由于各地日照时间不一样， 因此预加热时间通常是在用水时间前 1 小时通过单片机查询得来， 预加热时间到达后开启辅助 加热电路， 辅助加热电路如图37 所示， 其余部分时间都是有日照来使水温上升的。 水箱里的水温超过设定水温时， 单片机控制冷水水阀向水箱里加 1 单位水，加 1 单位水后通过水位检测电路返回给单片机，停止加水。 在实际生活中，要保持干净卫生，太阳能热水器里的水每隔一段时间是要定期换水，这一部分功能通过手动控制装置来控制，就不与单片机相连增加其复杂度。 图 37 所示是太阳能热水器的辅助加热部分，工作原理： 当单片机 口输出高电平时， 三极管 T1 导通导通， 致使发光二极管发光， 同时光敏 三极管 T2 导通， 继电器闭合， 电阻丝 R1R4 发热， 这样就完成了加热任务， 此电路虽然简单， 但在太阳能热水器 但在太阳能热水器中是必不可少的。 图 37 辅助加热电路图 4X4 矩阵键盘设计 在我们常见的一些单片机系统中，如果所需要设定的按键数量比较多的时候，我们内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 就可以考虑矩阵式键盘，这种键盘通常也被称作行列式键盘，这种键盘与那种独立式按键键盘相比较能够节省出很多的 I/0 口。 图 38 中为 AT89C51 单片机 P1 口构成的中断方式 4 4 键盘键盘电路。 通常， 键盘的工作方式有三种， 即编程扫 描、 定时扫描和中断扫描。 采用编程扫描或定时扫描方式时，这样的话不管我们是不是去按下其中的一个键， CPU 都会无时无刻不停的去扫描键盘，但是我们都知道单片机应用系统在正常工作时的情况下，其实根本不需要经常的去烧苗其键盘输入， 这样的话就是说： CPU 基本一直处在一种 空扫描的状态下，极大的浪费了 CPU 资源。 为能够更好的提高CPU 的 工作效率，在本设计中我们选择中断扫描的这样一种工作方式。 它的工作过程如下： 只要没有按 键按下的时候， CPU 就可以不去扫描只 处理自己的工作； 当 有任意一个键按下的时候， 就 产生一个中断请求信号， CPU 停下自己的工作在 去执行键盘扫描的子程序，这样在识别键号。 图 38 中， 键盘的行线与 P1 口的低四位相连，键盘的列线与 P1 口的高四位相连，因此， ～ 是键输出线， ～ 是扫描输入线。 图中的 4 输入与门用于产生按键中断，其输入端与各行线相连， 在通过上拉电阻接至 +5V 电源电源， 其输出端接至单片机的外部中断输入端。 电路工作过程如下： 当键盘无键按下时， 与门各输入端均为高电平， 保持输出端为高电平； 当有键按下时， 输出端为低电平， 向 CPU 申请中断， 若 CPU 开放外部中断， 则会响应中断请求，转去执行键盘扫描子程序。 16 个键号 个键号 Ki（ I =0F ）次序为从左向右，从上向下依次排列。 图 38 AT89C51 P1 口构成的 4 4 中断方式键盘 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 这部分电路在 proteus 里的仿真图如图 39 所示。 图 39 中断方式键盘电路的仿真图 键盘扫描工作原理： 我们假设 以图中“ 8” 号键的识别过程作为一个例子来详细的说明扫描法究竟是如何识别某一个按键的过程。 按键按下，那么和这个键相连的两条行线、列线就会导通， 行线在没 有任何键按下的时候是处于高电平的。 这就 必须把每一条列线都让其处在低电平， 只有在这样的情况下， 如果再有某个键按下的时候， 那么这个键 所在的那一行，行电平就会由高电平转变为低电平。 这时 CPU 就会 根据这一行电平的变化，来判定相应行的到底是否有键按下。 为进一步的确定具体是那一个键， 这就 不能同时把所有的列线在同一个时刻全部都处在低电平，我们可以在某一时刻仅仅让其中一条列线处在低电平，而其余的所有都处在高电平，在另一时刻的时候， 就 让下一列处在低电平，这样循环下去。 在“ 8” 号键按下时的整个工作过程， 当第 0 列处于低电平时，第 2 行处于低电平，而第 2 列处于低电平时，第 2 行却处于高电平，由此可判定按下的键应是第 2 行与第 0 列的交叉点， 即 8 号键。 16 个键号， 0 ～ 9 定义为数字键了， A ～ F 定义为功能键， A 定义为时间，即 A 按下进行时间设定， B 定义为温度，即 B 按下进行温度设定， C 定义为上水，即 C 按下单片机通过外接设备对水箱进行加水， D 定义为确定键。 E 定义为清除键。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 显示接口电路的设计 LED 数码管显示是利用半导体发光制成条形的发光二极管， 封装在一起组成数字或其他符 号形状。 数码管根据公共端不同，分为共阴极和共阳极两种形式。 本设计中选用 7SEGMPX4CC 4 个共阴极二极管显示器。 这种类型的显示器，在它的内部中，除各个公共端外，是把各个显示器的同名端并联起来的。 比如说，四位一体的 LED 显示器，是每个脚的同名端并接，所以仍是有 8 个引脚，再加上 4 个公共端，就是有 12 个引脚。 本设计中这部分的仿真电路图如图 310 所示。 图 310 显示电路 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 数码管的分类： 数码管 如果 按段数分为七段 的和八段的数码管， 八段 的就是 比七段 的 多 出 一个二极管（ 也就是显示小数点的那一位 ） ； 如果按照显示“ 8”的个数的多少来分的话那就可以分为： 1 位， 2 位和 4 位数码管；假设按照他们内部单元的连接方式来分的话就可以分为共阴和共阳极，把每个小发光二极管的阳极相连所得到的就是共阳极数码管，在使用的时候需要在公共端接一个高电平，在电路中某 一字段 的 发光二极管 由于电平的变化使得其 阴极 变 为 了 低电平， 那么这时候这一字段就 会 点亮 ，反之。 驱动方式 ：要使 数码管要正常显示，就要 使 用驱动电路来驱动数码管的各个段码， 这样才能 显示出我们要的 那一个 数字，因此根据 所用的 数码管的 使用的不同的驱动方式， 这样就 可以 两种一种是 静态式和 另一种 动态式。 ① 静态显示驱动： 通常我们所称的直流驱动也就是通常所谓的 静态驱动。 静态驱动指 的就是将 数码管 里 的每一个段码都 要由 单片机 中的某一个 的 I/O端口 来 进行驱动 显示。 ② 动态显示驱动：数码管 的 动态显示接口 在一般的常见的 单片机 的使用中是非常广泛的也是最为常见的 一种 普通的 显示方式之一。 数码管应用 电流：静态时 的时候 推荐使用 1015mA 的电流，当 动态 的时候 ， 由于 16/1 动态扫描 的时候 ， 那么 平均电流 就 为 45mA，峰值 为 电流 5060mA。 显示效果： 由于发光二极管 内部本身 基本上属于电流 的 敏感 型 器件， 而 其正向 电 压降的分散性就 很大， 而且与 温度 还有很大关系 ，数码管 必须要 具有 十分 良好的亮度 以及 均匀度， 这就要求他 具有 非常 恒定 而且稳定 的工作电流， 还要尽量避免被温度以及其他外界因素所干扰。 另外， 如果遇到 温度变化 的时候 驱动芯片 必须能够很好的 自动调节 其 输出电流的大小 以此来 实现色差 以及 平衡温度 的 补偿。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 安全性： 发光管很容易收到损坏的即便 使是 很短 时间的电流过载也 是非常有 可能对 这 发光管非常严重且是 永久性的 严重 损坏， 假设采用恒流驱动 后 就可以 防止由于 各种由于 电流故障所引起的 导致 数码管的大面积损坏。 像其他一般 超大规模集成电路 一样都是 具有热保护功能 的 ， 假设其中 任何一片的 数码管 温度超过 其本身的 一定值 的时候就可以 自动关断 了 ，并且 还 可 以很容易的 在控制室内看到 所有的 故障显示。 怎样 来 测量数码管 的 引脚，分共阴和共阳 ? 找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（ 3 到 5 伏）和 1 个 1K（几百的也欧的也行）的电阻， VCC 串接个电阻后和 GND 接在任意 2 个脚上，组合有很多，但总有一个 LED会发光的找到一个就够了，然后用 GND 不动， VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个 LED（一般是 8 个），那它就是共阴的了。 相反用 VCC 不动， GND 逐个碰剩下的脚，如果有多个 LED（一般是 8 个），那它就是共阳的。 也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。 特殊元件介绍 AT89C51 芯片 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 （ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、 非常 高性能 的 CMOS 8 位 主流 微处理器， 也 就是人们 俗称 单片机。 单片机的可擦除只读存储器 是限制的不可以无限制擦除只 可以反复擦除 1000 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器 的先进的 制造 技术而 制造 成的 ，他是 与 通常的 工业标准的 MCS51 的 指令集 以及 输出管脚 全部相互 兼容 的，可以有很好的兼容性。 由于将 具有很 多功能 的 8位 CPU和闪烁存储器 而组合而成在 单个芯片 当中 中。 主要特性： 与 MCS51 兼容 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 4K 字节 的 可编程 FLASH 存储器 寿命： 1000。