基于单片机技术的太阳能热水器控制系统的设计与实现

基于单片机技术的太阳能热水器控制系统的设计与实现内容摘要：

个 16*8 点 ASCII 字符集。 该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。 可以显示 84 行 1616 点阵的汉字。 可完成图形显示。 电压低功耗是其又一显著特点。 由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件 毕业设计 论文 9 电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块 [9]。 图 LCD 结构尺寸 基本特性 : 低电源电压（ VDD:++） 显示分辨率 :12864 点 内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字 (简繁体可选 ) 内置 128 个 168 点阵字符 2MHZ 时钟频率 显示方式： STN、半透、正显 驱动方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS 视角方向： 6 点 背光方 式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/5—1/10 通讯方式：串行、并口可选 内置 DCDC 转换电路，无需外加负压 无需片选信号，简化软件设计 工作温度 : 0℃ +55℃ ,存储温度 : 20℃ +60℃ 2 2 5 键盘输入 一般具有人机对话的单片机系统少不了会有键盘。 本设计采用三个按键，最佳的接口方案是独立式接法，即每一个 I/O 口上只接一个按键， 按键 的另一端接地。 独立式键盘的实现方法是利用单片机 I/O口读取口的电平高低来判断是否有键按下。 我们将按键的一端接地，另一 端接一个 I/O 口，程序开始时将此 I/O 口置于高电 毕业设计 论文 10 平，平时无按键按下时 I/O 口保护高电平。 当有键按下时，此 I/O 口与地短路迫使 I/O口为低电平。 按键释放后，与单片机连接的上拉电阻使 I/O 口仍然保持高电平。 我们所要做的就是在程序中查询此 I/O 口的电平状态就可以了解我们是否有按键动作了。 值得注意的是，我们在用单片机对键盘处理的时候涉及到了一个重要的过程，那就是键盘的去抖动。 这里说的抖动是机械的抖动，是当键盘在未按到按下的临界区产生的电平不稳定正常现象，并不是我们在按键时通过注意可以避免的。 这种抖动一般在 10~200 毫秒之间，这种不稳定电平的抖动时间对于人来说太快了，而对于时钟是微秒级的单片机而言则是漫长的。 为了提高系统的稳定性，我们必须去除或避开它。 此处我采用软件去抖动，实现方法是先查询按键当有低电平出现时立即延时 10~200毫秒以避开抖动，延时结束再读一次 I/O 口的值。 按键分工，从左至右依次为 3 号按键，一号键模式键，二号三号键为加减键。 图 键盘接口电路 实时时钟模块 实时时钟模块电路 从古代的滴漏更鼓到近代的机械钟，从电子表到目前的数字时钟，为了准确的测量和记录时间 ，人们一直在努力改进计时工具。 钟表的数字化，大力推动了计时的精 毕业设计 论文 11 确性和可靠性。 在单片机构成的装置中，实时时钟是必不可少的部件。 目前常用的实时时钟，很多采用单片机的中断服务来实现，这种方式一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且某些测控系统可能不允许；有的则使用并行接口的时钟芯片，如 MC14681DS12887 等，它们虽然能满足单片机系统对实时时钟的要求，但是这些芯片与单片机接口复杂，占用地址、数据总线多，芯片体积大，占用空间多，给其它设计带来诸多不便。 本设计选取串行接口时钟芯片 DS1302 与单片机同步通信构成数字时钟电路，如图。 其简单的三线接口能为单片机节省大量资源， DS1302 的后背电源及对后背电源进行涓细电流充电的能力保证电路断电后仍能保存时间和数据信息等。 这些优点解决了目前常用的实时时钟所无法解决的问题。 该时钟电路强大的功能和优越的性能，在很多领域的应用中，尤其是某些自动化控制、长时间无人看守的测控系统等对时钟精确性和可靠性有较高要求的场合，具有很高的使用价值。 图 DS1302 与单片机接口电路 实时时钟简介 DS1302[4]是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达 ～。 时钟可工作在 24小时格式或 12小时（ AM/PM）格式。 DS1302与单片机的接口使用同步串行通信，仅用 3 条线与之相连接。 可采用一次传送一个字 毕业设计 论文 12 节或突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 318的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202兼容，但增加了主电源 ／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行细电流充电的能力。 DS1302 的引脚排列 ,其中 Vcc1 为后备电源， VCC2 为主电源。 在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。 当 Vcc2 大于 Vcc1＋ 时， Vcc2 给 DS1302 供电。 当 Vcc2 小于 Vcc1 时， DS1302由 Vcc1 供电。 X1 和 X2 是振荡源，外接 晶振。 RST 是复位 /片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST 输入有两种功能：首先， RST接通控制逻 辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。 当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302 进行操作。 如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止此次数据传送， I/O引脚变为高阻态。 上电运行时，在 Vcc 之前， RST 必须保持低电平。 只有在 SCLK为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 I/O 为串行数据输入输出端 (双向 )，后面有详细说明。 SCLK 为时钟输入端。 控制字节的最高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入到 DS1302 中。 位 6 如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 RAM 数据。 位 5 至位 1 指示操作单元的地址。 最低有效位（位 0）如为 0 表示要进行写操作，为 1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 DS1302 的复位引脚： 通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送 .RST输入有两种功能：首先， RST 接通控制逻辑，允许地址／命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。 当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。 如果在传送过程中置 RST 为低电平，则会终止此次数 据传送，并且 I/O 引脚变为高阻态。 上电运行时，在 Vcc≥，RST 必须保持低电平。 只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时数据被写入 DS1302，数据输入从低位即位 0 开始。 同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位至高位 7。 DS1302 共有 12 个寄存器 [5]，其中有 7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 BCD 码形式。 其日历、时间寄存器及其控制字见表。 表 DS1302 的日历、时钟寄存器及其控制字 寄存器名 命令字 取值范围 各位内容 写操作 读操作 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 时寄存器 84H 85H 0112 或 0023 12/24 0 10 HR HR 毕业设计 论文 13 日寄存器 86H 87H 0128,29,30,31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 0099 10YEAR YEAR 此外， DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等。 时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器的内容。 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类，一类是单个 RAM 单元，共31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的 RAM 寄存器 ，此方式下可一次性读写所有的 RAM 的 31 个字节，命令控制字为 FEH（写）、 FFH（读）。 3 太阳能热水器控制系统 Proteus 仿真 Proteus 仿真图 本系统的硬件设计首先是在 Proteus 软件环境中仿真实现的。 Proteus 软件是来自英国 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件， Proteus 软件有十多年的历史，在全 毕业设计 论文 14 球广泛使用，除了具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、 PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的电路仿真是互动的。 针对微处理器的应用，还可以直 接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。 如果有显示及输出，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，还能看到运行后输入输出的效果。 它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析 (SPICE)各种模拟器件和集成电路。 Proteus[13]建立了完备的电子设计开发环境，尤其重要的是 Proteus Lite可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果。 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。 可以仿真 51 系列、 AVR、PIC 等常用的 MCU 及其外围电路（如 LCD， RAM。