太阳能热水器智能监控仪的设计毕业设计(编辑修改稿)

太阳能热水器智能监控仪的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

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）。 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。 11 图 DS1302 与单片机接口电路 温度传感器模块 温度传感器简介 DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1－ Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。 因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 DS18B20 产品的特点 [6]: 只要求一个端口即可实现通信。 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 测量温度范围在－ 到 ＋ 之间。 数字温度计的分辨率用户可以从 9位到 12位选择。 内部有温度上、下限告警设置。 其引脚功能描述见表。 表 DS18B20 详细 引脚功能描述 序 号 名 称 引脚功能描述 1 GND 地信 号 2 DQ 数字输入输出引脚 ,开漏单总线接口引脚 ,当使用寄生电源时 ,可向电源提供电源 3 VDD 可选择的 VDD引脚 ,当工作于寄生电源时 ,该引脚必须接地 64 位 ROM 存储器件独一无二的序列号。 暂存器包含两字节（ 0和 1 字节）的温度C3 VCC Y2 CRYSTAL VCC 8 IO 6 X1 2 X2 3 SCLK 7 VCC2 1 RST 5 DS1302 P31 P32 P33 12 寄存器，用于存储温度传感器的数字输出。 暂存器还提供一字节的上线警报触发（ TH）和下线警报触发（ TL）寄存器（ 2和 3字节），和一字节的配置寄存器（ 4字节），使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精 度。 暂存器的 6 和 7 字节器件内部保留使用。 第八字节含有循环冗余码 （ CRC ）。 DS18B20 加电后，处在空闲状态。 要启动温度测量和模拟到数字的转换，处理器须向其发出 Convert T [44h] 命令；转换完后， DS18B20 回到空闲状态。 温度数据是以带符号位的 16bit 补码存储在温度寄存器中的 [7]。 符号位说明温度是正值还是负值，正值时 S=0，负值时 S=1。 访问 DS18B20 必须严格遵守这一命令序列，如果丢失任何一步或序列混乱，DS18B20 都不会响应主机（除了 Search ROM 和 Alarm Search 这两个命令，在这两个命令后，主机都必须返回到第一步）。 a．初始化： DS18B20 所有的数据交换都由一个初始化序列开始。 由主机发出的复位脉冲和跟在其后的由 DS18B20 发出的应答脉冲构成。 当 DS18B20 发出响应主机的应答脉冲时，即向主机表明它已处在总线上并且准备工作。 b. ROM 命令 [8]： ROM 命令通过每个器件 64bit 的 ROM 码，使主机指定某一特定器件（如果有多个器件挂在总线上）与之进行通信。 DS18B20 的 ROM 如表 ，每个 ROM 命令都是 8 bit长。 表 ROM 命令 指令 协议 功能 读 ROM 33H 读 DS18B20 中的编码 (即 64 位地址 ) 符合 ROM 55H 发出此命令后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的DS18B20,使之作出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写作准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS18B20 的个数和识别 64 位 ROM 地址，为操作各器件作好准备 跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20V 温度转换命令，适用于单个 DS18B20工作 告警搜索命令 0ECH 执行后， 只有温度超过庙宇值上限或下限的片子才做出响应 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换，转换时间最长为 500ms(典型为 200ms),结果丰入内部 9 字节 RAM 中 读暂存器 BEH 读内部 RAM 中 9 字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的第 4 字节写上、下温度数据命令，紧该温度命令之后， 13 传达两字节的数据 复制暂存器 48H 将 RAM 中第 4 字内容复制到 E2PROM 中 重调E2PROM 0B8H 将 E2PROM 中内容恢复到 RAM 中的第 4 字节 读供电方式 0B4H 读 DS18B20 的供电模式，寄生供电时 DS18B20 发送“ 0”，外部供电时 DS18B20发送“ 1” 温度传感器模块电路 基于 DS18B20 多点温度测量系统以 AT89C51 为中心器件，以 KEIL 为系统开发平台，用 C 语言进行程序设计 . DS18B20 是智能温度传感器，它的输入 /输出采用数字量，以单总线技术，接收主机发送的命令，根据 DS18B20 内部的协议进行相应的处理，将转换的温度以串口发送给主机。 主机按照通信协议用一个 IO 口模拟 DS18B20 的时序，发送命令（初始化命令、 ROM 命令、功能命令）给 DS18B20，并读取温度值，在内部进行相应的数值处理，用图形液晶模块显示各点的温度。 在系统启动之时，可以通过键盘设置各点温度的上限值，当某点温度超过设置值时，报警器开始报警，从而实现了对各点温度的实时监控。 每个 DS18B20 有自己的序列号，因此本系统可以在一根总线上挂接了 4 个DS18B20，通过 CRC 校验，对各个 DS18B20 的 ROM 进行寻址，地址符合的 DS18B20 才作出响应，接收主机的命令，向主机发送转换的温度。 采用这种 DS18B20 寻址技术，使系统硬件电路更加简单，图 所示。 1G N D2DQ3V D D18B 20V C C10 图 18B20 与单片机的连接电路 14 液晶显示模块 液晶显示屏简介 12864 是一种具有 4 位 /8 位并行、 2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864, 内置8192 个 16*16 点汉字，和 128 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 15 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℃ 控制器接口信号说明：如表 , 表 RS 和 R/W 的配合选择决定控制界面的 4 种模式 RS R/W 功能说明 L L MPU 写指令到指令暂存器（ IR） L H 读出忙标志（ BF）及地址记数器（ AC）的状态 H L MPU 写入数据到数据暂存器（ DR） H H MPU 从数据暂存器（ DR）中读出数据 表 E 信号 E 状态 执行动作 结果 高 —— 低 I/O 缓冲 —— DR 配合 /W 进行写数据或指令 高 DR—— I/O 缓冲 配合 R 进行读数据或指令 低 /低 —— 高 无动作 忙标志 :BF。 BF 标志提供内部工作情况 .BF=1 表示模块在进行内部操作 ,此时模块不接受外部指令和数据 .BF=0 时 ,模块为准备状态 ,随时可接受外部指令和数据。 利用 STATUS RD 指令 ,可以将 BF 读到 DB7 总线 ,从而检验模块之工作状态。 字型产生 ROM（ CGROM）：字型产生 ROM（ CGROM）提供 8192 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。 DFF=1 为开显示（ DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上， DFF=0 为关显示（ DISPLAY OFF)。 DFF 的状态是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST信号控制的 [10]。 显示数据 RAM（ DDRAM）：模块内部显示数据 RAM 提供 642 个位元组的空间，最多可控制 4行 16 字（ 64 个字）的中文字型显示，当写入显示数据 RAM 时，可分别显示 CGROM与 CGRAM的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型 (16*8)、 CGRAM字型及 CGROM 的中文字型，三种字型的选择，由在 DDRAM 中写入的编码选择，在0000H— 0006H 的编码中（其代码分别是 0000、 000 000 0006 共 4 个）将选择 CGRAM的自定义字型， 02H— 7FH 的编码中将选择半角英数字的字型，至于 A1 以上的编码将 16 自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码 BIG5（ A140— D75F）， GB（ A1A0F7FFH）。 字型产生 RAM(CGRAM)：字型产生 RAM 提供图象定义 (造字 )功能 , 可以提供四组1616 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定义一样地通过 DDRAM 显示在屏幕中。 地址计数器 AC[11]：地址计数器是用来贮存 DDRAM/CGRAM 之一的地址 ,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入 DDRAM/CGRAM 的值时，地址计数器的值就会自动加一，当 RS 为 “0” 时而 R/W 为 “1” 时，地址计数器的值会被读取到DB6—— DB0 中。 光标 /闪烁控制电路：此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定 DDRAM 中的光标或闪烁位置。 液晶显示模块电路 液晶显示模块以其微功耗、体积小、显 示内容丰富、模块化、接口电路简单等诸多优点得到广泛应用。 液晶显示模块分字符型和点阵型两种 ,前者只能显示常用的字符 ,点阵型液晶显示模块除显示字符外还能显示各种图形和汉字。 如图 所示，为液晶显示屏与单片机的连接电路图。 VR14VOUT16REB2AD3RW E5D06D17D28D410D511D612D713VDD1GND15D39L C DYJC4 VOUTRES1AD R WE D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8V C CV O U TR 图 液晶显示屏与单片机的连接电路 键盘输入模块 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 四 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。