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1、河南理工大学毕业设计（论文）任务书专业班级 电子信息工程12-03班 学生姓名 一、题目 基于单片机的太阳能自动上水取水控制系统设计 二、起止日期 2016 年 2 月 29 日至 2016 年 6 月 6 日三、主要任务与要求1.选取STC89C52单片机设计出最小控制系统以实现对太阳能上水和取水的控制及报警功能。2.采用蓝牙模块，通过手机蓝牙app实现对蓄水加热装置的远程控制。3.完成STC89C52单片机控制系统电路设计；并且完成按键电路、信息采集电路、显示电路等功能模块电路及接口电路的设计。4.完成系统下位机的软件设计和硬件设计。5.完成系统硬件焊接和调试，实现自动上水取水和远程操作功
2、能。6.撰写毕业设计说明书。 指导教师 张培玲 职称 副教授 学院领导 签字（盖章）2016年3月25日河南理工大学毕业设计（论文）评阅人评语题目 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）评定书题目 指导教师 职称 年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：1、设计（论文）说明 共 页2、图纸 共 张3、指导教师意见 共 页4、评阅人意见 共 页经审查， 专业 班 同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计
3、（论文）答辩。 指导教师 签字（盖章）年 月 日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长） 签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院 专业 班 同学的毕业设计（论文）于 年 月 日进行了答辩。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名：答辩组成员签名：答辩委员会主席： 签字（盖章）年 月 日摘 要目前社会上，太阳能热水器的使用非常广泛，在其使用过程中不可避免的要用到控制器来控
4、制热水器的工作，包括上水、加热、开关等。但是市面上现有的控制器存在很多缺点。一般的控制器有加热，自动上水，水温水位等显示功能。本文所制作的控制器是以单片机为核心，结合水位水温传感技术，完成全天候不间断提供热水。而且具备防止空烧和高低水温水位报警功能。除此之外还增加了远程操作功能。在单片机控制的基础上基于安卓系统的蓝牙远程控制。将手机与控制器进行远程连接，通过调用API能够对附近蓝牙设备进行搜索，并且返回设备的硬件地址、建立连接和断开连接等工作来实现通过手机虚拟按键对控制器进行上水、加热等操作。在下位机选用HC-06蓝牙串口模块作为无线传输媒介，以水位水温传感器作为信息收集模块，同时采用CH34
5、0进行模拟信号和数字信号的转换。关键词：单片机；蓝牙远程控制；传感器；测控仪AbstractWith the development of the society, peoples living standards improve. The solar water heater for hot water use is a product of the request. Inevitable in the process of its use for controller to control water heater work, including water, heating, switc
6、h, etc. But the existing controller on the market there are a lot of defects. General controller with heating, automatic water, temperature, water level display. Made in this paper the measurement and control instrument based on single chip microcomputer as the core, combined with the water temperat
7、ure sensing technology, achieve uninterrupted provide all-weather hot water; And qualified to prevent air to burn and water level of high and low temperature alarm function. In addition to strengthen the function of remote operations.On the basis of the single-chip microcomputer control based on the
8、 android bluetooth remote control. Remote connection via mobile phones and the measurement and control instrument, by calling the API to implement the search for bluetooth devices nearby, the hardware address of the device, connect, disconnect, in order to realize the virtual buttons by mobile phone
9、s for water, heating operations such as measurement and control instrument. This article mainly introduces the single-chip microcomputer measurement and control of the solar water heater instrument hardware, software design and debugging methods and content.Key words: MCU; Bluetooth remote; Sensor;
10、Measurement and control instrument 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1选题的背景和意义11.2研究现状及发展趋势11.3本文所做工作及章节安排21.3.1本文所做工作21.3.2章节安排22 太阳能自动上水取水控制系统总体方案设计32.1系统设计的总体方案32.2 系统设计的基本功能32.3系统元器件选取原则43 太阳能自动上水取水控制系统硬件设计电路63.1 系统硬件总体框图63.2 单片机最小系统电路设计63.4 水温检测装置电路设计103.5 AD转换电路设计103.6 通信及显示模块133.6.1 显示模块LCD1602133.6.2通
11、信模块蓝牙HC-05153.7 电源电路173.8 继电器模块183.9 USB转串口193.10 按键电路214 太阳能自动上水取水控制系统软件设计234.1下位机程序设计思路及流程图234.2下位机编程环境244.3水温水位检测264.4 太阳能液位显示及通信284.5上位机蓝牙控制305 系统调试与分析315.1系统程序调试315.1.1调试中遇到的问题325.1.2问题分析与解决方案325.2硬件故障排除326 结论与展望356.1结论356.2展望35致 谢37参考文献381 绪论1.1选题的背景和意义能源是一个社会发展的基础，但是在全国的经济发展过程中，能源的的消耗也不断增加。很多
12、能源都是不可再生的。能源的紧缺成为了各个国家面临的严重问题。而且在过多的化石能源的使用下，不断地出现很多环境问题。因为化石能源的使用造成的环境问题给人们的生活带来很大的影响。比如全球变暖，冰山融化导致气候上升，水平面升高等问题。还有雾霾，臭氧层空洞等问题都给人们的身体健康和生活带来了很大的影响。所以新能源的开发就显得尤为重要。而太阳能的使用就是新能源开发中比较重要的一项能源。太阳能不仅取之不尽，而且无污染，比较环保。同时可以实现随地取之，不需要运输。只要有太阳的地方就会有用不完的太阳能。而且对环境无任何污染。一开始太阳能的使用就是用于热水的加热。现在太阳能的热水加热系统已经广泛应用了。太阳能热
13、水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。随着人们对于生活品质的追求，对于控制水位，温度的装置就有了更高的要求。简单的加热，调节已经不能满足人们的要求了。本文就是通过对这个装置进行改进以达到人们的要求：精确，方便，安全。这个装置统称为太阳能热水器控制器，对于控制器的改进可以更好的方便人们的生活，实现科技为人的理念。1.2研究现状及发展趋势一直以来，太阳能热水器的智能化只是处在一个初级阶段或者理论阶段，同各家电产品相比太阳能热水器的发展比较缓慢。太阳能热水器一直处于基础的吸热保热这个层面，这一点让人们很难理解。因为太阳能热水器已经得到了广泛的应用。事实上，太阳能的智能化已经悄悄地进入人
14、们的生活。现如今，很多的太阳能制造商都已经意识到智能化的太阳能在人们的使用中具有举足轻重的地位。与此同时，生产厂家也在逐步将智能化的太阳能取代传统太阳能。随着中国经济的发展和老百姓生活条件的不断改善，洗浴已经成了人们生活中必需的步骤，热水器的诞生实现了人们在家中享受澡堂的愿望。但是，近年来，由于能源紧缺、环境污染的加剧，太阳能热水器因为节能环保的，受到广市民的欢迎，成为人们的家中必备品。然而，人们对热水器的要求越来越高，在智能化方面尤为突出。有80%的普通太阳能热水器使用者反应，上水时一般都是用手动按键去进行操作，热水用的少的时候三四天才一次上水。这给用户带来了很大的困扰。也给开发商提出了挑战
15、和商机。一开始太阳能的使用就是用于热水的加热。现在太阳能的热水加热系统已经广泛应用了。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。随着人们对于生活品质的追求，对于控制水位，温度的装置就有了更高的要求。简单的加热，调节已经不能满足人们的要求了。本文就是通过对这个装置进行改进以达到人们的要求：精确，方便，安全。这个装置统称为太阳能热水器控制器，对于控制器的改进可以更好的方便人们的生活，实现科技为人的理念。1.3本文所做工作及章节安排本文在内容上是按照设计实验及制作流程进行书写，包括具体操作项目，使用材料，实验方案流程等详细记录。章节安排则根据具体项目操作来书写的。1.3.1本文所做
16、工作本文所做工作是对于设计项目的详细记录和解说。包括设计思路，设计流程，实验准备，实验过程，实验结果的记录。其中硬件方面，对其进行详细的介绍和使用说明。软件方面，包括程序思路和流程图解，以及部分程序解释。实验部分则包括对项目的结果检测，错误分析和更正。最后则是项目总结和前景展望。1.3.2章节安排本文书写对于章节的安排，采取分类安排。第一章，绪论部分简单介绍了该项目的背景，现状和发展趋势。第二章，介绍了太阳能自动上水取水控制系统的总体方案设计。其中包括系统总体方案、基本功能和系统元件的选取原则。第三章，主要介绍系统硬件电路设计。第四章，则是对系统的软件进行分析，包括上位机、下位机以及检测、显示
17、和通信软件设计。第五章，包括系统的调试和分析。其中，对于故障故障排除和问题分析具有详细的介绍。第六章，就是对于整个项目的总结和对项目的发展预期。整个章节安排都围绕项目分级展开，便于理解。2 太阳能自动上水取水控制系统总体方案设计2.1系统设计的总体方案整个系统的电路设计根据性能的要求可以设置为四大部分，各个部分以单片机为核心构成外围电路。1按键电路:按键在单片机在各种领域运用相当广泛，所以通过按键进行人机交流，它在电路中控制太阳能手动上水和加热。2太阳能水温水位检测电路：太阳能实现自动上水，显示水温，需要通过太阳能水位检测电路，获得水位水温值，测得的是模量，需要通过PCF8591进行AD转换，
18、获得数字量，进行自动控制。3蓝牙模块HC-05：蓝牙模块是下位机和上位机进行通讯的桥梁，通过蓝牙连接，将测得的数据传到上位机进行显示。4LCD1602显示模块：LCD1602是下位机的显示模块，构成下位机人机交汇的界面，显示太阳能自动上水控制系统的状态。2.2 系统设计的基本功能 太阳能自动上水取水控制系统包括上位机部分和下位机部分。上位机部分可以给出指令向下位机发送信号，下位机再根据上位机的指令信号给其控制的模块做出相应的指令，同时将信息反馈给上位机。总体达到一个以单片机为核心的太阳能测控仪的控制系统。 太阳能自动上水取水控制系统主要实现对太阳能热水器的三种控制方式。第一种是基本的手动控制，
19、即通过手动按键对太阳能上水，加热等项目进行控制；第二种是通过单片机对水温水位的传感器采集的信息进行判断做出的相应指令，实现智能化控制；第三种是通过手机上的虚拟按键对太阳能测控仪进行远程控制。在远程控制操作方式中采用手机蓝牙控制，蓝牙是一种低功率，短距离的一种通信方式。蓝牙可以以低成本构成移动设备和固定设备之间的无线通信环境。蓝牙通信在近几年发展非常迅速，在各种通信技术中也都得到了广泛的应用。在此项目中即实现手机和测控仪设备之间的无线通信。在试验过程中需要分别对这三种功能进行测试，确保功能实现。当三种操作同时进行的时候选择手动优先，其次是单片机自主控制，最次是远程操作控制。这种优先级的处理是通过
20、一定的生活经验考虑得出的。由于现在智能手机的发展迅速，智能手机成为每个人的标配。手机按键也被触屏所取代。之前的手机可以凭借手指触觉和按键记忆实现“盲”操作。而如今的大屏触屏则很难实现这一点。人们在生活中总会出现不知不觉拨通某个人的号码，或者在浑然不觉的情况下对某个应用进行操作。如果因为不小心对测控仪进行操作，在水量不足的时候进行停止上水操作，就会出现干烧，严重的时候可能会产生爆炸。如果在水温加热到一定温度，因为失误操作继续加热，一方面是对能源的浪费；另一方面，持续沸腾的水也会产生有害物质，危及人们的身体健康。为了避免不小心对测控仪进行的偶然操作，就将远程操作的优先级排到最后。单片机的自主控制是
21、保证太阳能安全工作的基础。在安全的基础之上可以进行人工按键控制。任何智能化家电都是服务于人，所以对于人工主观意识的按键控制给予最高的优先级别。其次，单片机会在人工控制的基础上保证太阳能使用安全。项目中对水温水位的传感要求比较高。要求水位显示呈现百分比形式，分五个段位：20%，40%，60%，100%。因为上水会引起水位浮动，导致水位不稳，同时因为温度不同，水的体积也会发生变化。所以在水位显示中选择比较合理的四分百分制。避免这些因素影响水位显示出现波动。在水温控制中，水温传感通过热敏电阻实现。选择灵敏度比较高的热敏电阻，增加水温显示的准确性。水温显示采用摄氏度，最高显示为100。2.3系统元器件
22、选取原则太阳能自动上水取水控制系统要使用的元器件主要有主控芯片STC89C52、太阳能水位测量模块、蓝牙模块HC-05、继电器模块、显示模块LCD1602。对于太阳能自动上水取水控制系统的选取原则，主要是确保太阳能自动上水取水控制系统的稳定性，以及监控系统开发的经济性原则，使系统安全高效的进行。对于主控芯片，采用STC89C52，因为这款芯片处理速度快，一般情况下其时钟频率是11.0592MHZ，并且其内部资源众多，拥有串口、定时器、外部中断等资源，并且其使用的是5V电压，内部功耗低。相对于其他控制装置，比如PLC，其适合开关逻辑控制，具有众多的I/O接口，也支持模拟量的输入，但其体积庞大，运
23、算速度低，即使抵挡的S7-200组装成一个系统也要千元以上，并且其主要应用场所是进行开关量逻辑控制，对于冶金、印刷等流水线控制具有良好的性能，但对于检测装置却不理想。DSP处理速度快，其性能比STC89C52卓越，但其外部电路构造复杂，产品开发周期长，不适合作为太阳能自动上水取水控制系统的主控芯片。由于阳能自动上水取水控制系统使用蓝牙发送信息，在单片机系统中，实现数据收发需要使用蓝牙模块，对于蓝牙模块的选择，本系统选择了HC-05，因为HC-05采用AT指令，利用串口进行通讯，使得程序的开发难易程度降低，开发周期减小，并且蓝牙模块传输速率快，传输距离远，支持三种模式，对于开发近距离传输的系统，
24、是首选。并且蓝牙模块其电源采用的是5V供电，其AT指令也是5V的规格定义高低电平，所以结合蓝牙模块，我们综合的选择了STC89C52作为我们太阳能自动上水取水控制系统的主控芯片。对于水位检测模块，我们选择的是太阳能水位检测计作为液位的检测模块，太阳能水位检测计能够检测水位、水温等，其检测精度高，且模块工作稳定，能够以模拟量形式输出。其检测范围为根据检测液体的高度而定,液位检测是太阳能自动上水取水控制系统的主要环节，因此要选择稳定性好的模块。对于下位机的显示模块,我们选择LCD1602作为显示屏，我们使用的是16*2的液晶显示屏，其可以使用2行，显示的类型多样，更重要的是，我们使用的STC89C
25、52内部含有众多I/O引脚，所以，通过I/O引脚，我们可以直接利用并行的方式控制LCD1602 的显示。3 太阳能自动上水取水控制系统硬件设计电路3.1 系统硬件总体框图图3-1 系统总框图由图3-1可知，太阳能自动上水取水控制系统有九部分组成：蓝牙通信模块，APP上位机，STC89C52中央处理器，水位水温检测单元，键盘模块，报警模块，继电器模块，显示模块组成。中央处理器是下位机的核心，其对采集的水位水温信号进行处理，将模拟值转化为数字值，存储在内部寄存器。信号采集处理完毕之后，经由蓝牙模块传输到上位机，上位机对采集到的信息进行显示。当水位达到一定程度，下位机的报警装置及蜂鸣器就会发出报警信
26、号，通知操作人员有水位满足条件，进行及时的处理。3.2 单片机最小系统电路设计 STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。组成部件有微处理器（CPU）、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM/EPROM)、I/O口、串行口、定时器、计数器、中断系统及特殊功能寄存器(SFR)。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 其芯片引脚图如图3-2所示。 图3-2 STC89C52芯片引脚图P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位
27、双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节。而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可以吸收或者输出电流方式驱动4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电
28、流。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2端口是带内部上拉电阻的8位I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入，即为吸收或输出电流的方式，当对P2端口写1时，会通过内部的上拉电阻将端口拉到高电平。RST（9引脚）：复位输入。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。（29引脚）：外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。EA/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。XTAL1（19引脚）：振荡器
29、反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。单片机的组成部件：微处理器（CPU）、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM/EPROM)、I/O口、串行口、定时器、计数器、中断系统及特殊功能寄存器(SFR)。STC82C52单片机最小系统如图3-3所示。图3-3 STC89C52最小系统STC89C52单片机的最小系统组建非常简单，需要单片机芯片、晶振，已经按钮和电容，单片机需要外部提供一个5V的电压源给单片机系统供电，当系统获得电源之后，在晶振电路提供的时钟信号作用下，系统开始运行，在系统刚上电时，RST引脚需要接高电平，这里面的高电平就是给系统供
30、电的5V电压，在电容和电阻的作用下，系统在上电时，其RST的引脚电压是5V，随着电容供电的饱和，电容开路，RST引脚的电压变为0V，此时最小系统由复位状态转变为正常工作，对于晶振电路，我们采用11.0592MHZ的时钟频率，在晶振旁边需要提供两个电容，一般在33pF左右即可，我们选择了22pF电容作为晶振电路组成。当电路在运行时，如果需要电路复位，按下按键SW即可，此时RST引脚重新回到高电平，经过短暂时间电路变为低电平，达到复位的目的。 3.3 水位检测装置电路设计 传感器就是把人们看到，感受到的信息通过电路设计，转变成可以测量到的具体数值。一般的传感器通常是由两部分组成：敏感原件和转换原件
31、。传感器需要完成信息的测量，存储和传输等功能。比较微小和智能，是实现自动化的首要部分。水位传感器就是将水位信息转换成电流信息，传送水位信号；水温传感器也是如此。水位检测实物如图3-4所示。图3-4 太阳能液位检测计 水位传感器就是将水位这一直观的视觉信息通过转换电路，转换成可以测量的电流或者电压信息的仪器。根据水的导电性来设计电路。具体的做法是在容器边缘垂直放入测量电路。电阻等距离分布在容器边缘，由于水的导电性。在水位变化的时候，水会对电路造成短路影响，使总体阻值减小，根据欧姆定律：U=IR。在电压不变的情况下而增大电流。此时就将水位信号以电流的形式输送给单片机了。其电路连接图如图3-5所示。
32、图3-5 水位传感示意图3.4 水温检测装置电路设计温度传感器是利用物质本身随温度变化所引起的物理性质的变化，从而通过测量物理性质的变化就可以将温度变化表现出来。主要是通过热敏电阻来进行温度传输。热敏电阻是有两种不同的导体或半导体组合成的电阻。将两个不同的电阻组合成一个回路。在节点处温度不同就可以产生电动势，改变组合电阻的导电性，通过测量电路的电压或者电流变化可以表现水温的变化。下图为水温传感电路图。图3-6 水温传感电路图3.5 AD转换电路设计A/D转换器是将连续变化的的模拟信号转为数字信号，是连接模拟信号和数字信号的桥梁。A/D转换器的主要类型有：逐位比较型、积分型、计数型、并行比较型、
33、电压-频率型等。根据本项目的要求选择模拟信号转换成数字信号，即A/D转换器。选用PCF8591的8位模数转换器。该芯片是单片、单电源低功耗8位CMOS数据采集器件，一共具有4个模拟输入端口、一个输出端口以及一个串行I2C总线接口。有三个硬件的编程地址A0、A1和A2，可以将8个器件连接到I2C总线，而且不需要其他的硬件。所连接上的器件通过I2C总线交流地址、控制和数据信息。器件功能包括多路复用模拟输入、片上跟踪和保持功能、8位模数转换和8位数模拟转换。最大转换速率取决于I2C总线的最高速率。其实物如图3-7所示。图3-7 PCF8591一个输出和一个串行I2C总线接口。3个地址引脚A0、A1和
34、A2用于编程硬件地址，允许将最多8个器件连接至I2C总线而不需要额外硬件。器件的地址、控制和数据通过两线双向I2C总线传输。引脚图如下图3-8所示。AIN0AIN3:4路模拟输入，项目只通过地址线选通两路。A0 A2：硬件地址输入端。直接接地。VSS是接地端，VCC接电源。VREE是参考电源接口。与VCC一同接入5V电源。SDA和SCL分别是数据信号输入输出和时钟信号输入。OSC是振荡器的输入输出端，AGND为接地端。AOUT是模拟信号输出端。EXT是外部/内部转换振荡器输入端。图3-8 PCF8591典型应用PCF8591使用的是I2C通信，I2C通信需要有固定的地址，这样主机才能通过发送地
35、址来跟IC芯片进行通信，对于PCF8591，其地址的设定有A0、A1、A2三个引脚进行选择，A0、A1、A2是地址的低三位，这部分是可编程部分，会有固定部分，通过这三位的设置，我们只知道，一个单片机里面可以挂8个PCF8591。发送到PCF8591的第二个字节将被存储在控制寄存器，用于控制器件功能。控制寄存器的高半字节用于允许模拟输出，和将模拟输入编程为单端或差分输入。低半字节选择一个由高半字节定义的模拟输入通道。如果自动增量标志置1，每次A/D转换后通道号将自动增加。如果自动增量模式是使用内部振荡器的应用中所需要的，那么控制字中模拟输出允许标志应置1。这要求内部振荡器持续运行，因此要防止振荡
36、器启动延时的转换错误结果。模拟输出允许标志可以在其他时候复位以减少静态功耗。选择一个不存在的输入通道将导致分配最高可用的通道号。所以，如果自动增被置1，下一个被选择的通道将总是通道0。两个半字节的最高有效位（即bit7和bit3）是留给未来的功能，必须设置为逻辑0。控制寄存器的所有位在上电复位后被复位为逻辑0。D/A转换器和振荡器在节能时被禁止。模拟输出被切换到高阻态。AD转换是将数字量转化为模拟量，PCF8591具有四路AD转换和一路DA转换。PCF8591利用I2C总线进行数据收发节约了大量的端口，使得芯片的尺寸比较小，内部集成度却比较高，对于DA装换，输入数字量，经过内部的比较电路，就可
37、将数字量转化为模拟量。图3-9 AD转换器的电路连接模拟输出电压由自动清零单位增益放大器缓冲。这个缓冲放大器可通过设置控制寄存器的模拟输出允许标志来开户或关闭。在激活状态，输出电压将保持到新的数据字节被发送。片上D/A转换器也可用于逐次逼近A/D转换。为释放用于A/D转换周期的DAC，单位增益放大器还配备了一个跟踪和保持电路。在执行A/D转换时该电路保持输出电压,对应的该部分在系统中的电路连接如图3-9所示。3.6 通信及显示模块3.6.1 显示模块LCD1602信息采集处理完后，就需要信息显示。这就要用到电子显示屏。显示屏有两种：LCD和LED。LCD液晶显示器主要是用玻璃和背光模组组成。这
38、片玻璃是由液晶填充在两个很薄的玻璃片之间，下面是一块LCD的玻璃。液晶模组就是由玻璃和背光模组组合起来的。发光二极管也就是LED在液晶显示器中提供光源。它位于背光模组中。 另外一种光源就是灯管,原理都一样。光源通过背光模组上的各层材料来扩散。简单来说:LED是一种用发光二极管做光源的液晶显示器； LCD 用灯管做光源的液晶显示器。本质上的原理没有什么区别。本项目则选择LCD液晶显示器，与LED相比,LCD颜色比较好；使用功耗相对较低；尺寸比较小可以节约成本。在LCD1602显示中，我们需要使用LCD1602显示检测到的液位深度和水温温度，其实物如图3-10所示。 图3-10 LCD1602LC
39、D1602包括16个引脚，VDD是电源正极，VSS是电源负极，VL是LCD1602的电源偏压设置，RS是数据读写命令，当对该位写0是，是写数据，当对该位写1时，读取LCD1602，EA是使能信号，当该位被置1时，LCD1602有效，此时LCD1602被选中，可以进行读写操作。D0到D7是数据为，通过并行线可以向LCD1602写入数据，同时也可以向LCD1602写入命令。BLA是背光正极，BLK是背光负极，通过滑动变阻器可以改变背光的敏感程度。对LCD1602的操作就是对LCD1602寄存器的操作，通过配置相关的寄存器，即可实现LCD1602的显示。LCD1602常用的命令有清除显示，此命令一般
40、用来在LCD1602初始化时，对LCD1602进行清屏，通过该命令，存储在LCD1602里面的字符被清除，LCD只显示空格。在LCD1602进行显示之前，需要输入命令打开LCD1602的显示界面，否则其无法显示屏幕，通过命令行RS我们可以配置LCD1602是写入命令还是写入数据，当该位为低时，我们写入的是命令，通过D0到D7八位数据线向LCD1602中写入命令，同理当RS置高时，我们此时执行的是想LCD1602写入数据，八位数据线提高了LCD1602的读写速度，相对于串行传输方式，虽然占用I/O引脚，但数据的传输速率大大提高，并且本系统所使用的单片机引脚资源充足，故采用并行数据传输。LCD16
41、02的配置，需要根据LCD1602的数据手册，数据手册详细介绍了LCD1602的配置，通过插座，我们可以将LCD1602和STC89C52单片机相连。对于实物的连接，我们使用了Altium designed6.9进行PCB制作，使得系统的运行更加稳定。其原理图连接如图3-11所示。通过网络标号，我们将LCD1602连接到了单片机引脚上，滑动变阻器可以调节LCD1602的显示背光，通过调节滑动变阻器的阻值即可改变其明亮程度。图3-11 LCD1602原理连接3.6.2通信模块蓝牙HC-05无线蓝牙串口模块选择是蓝牙模块。用来实现手机和单片机的通讯。HC-05主从一体蓝牙模块采用CSR主流蓝牙芯片
42、，蓝牙V2.0协议标准；串口模块工作电压3.3V 3。波特率默认出厂9600，用户可设置。工作电流：配对中为30MA，配对完毕通信中为8MA。不休眠，还可用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统。也可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接。 蓝牙模块是这次设计中的一个关键所在，它是实现上位机和下位机通信的模块，利用蓝牙，可以将下位机检测到的数据传输到上位机上，对于蓝牙模块的使用，首先需要设置蓝牙的模式，蓝牙有主从模式，对于主从模式的选择，需要蓝牙模块的开发板进行设置，在蓝牙模块上，有一个小按键，当按键按下时，即可进入到AT指令，AT指令可以对蓝牙的模式进行
43、选择，在太阳能监控系统中，我们需要将蓝牙模式设置成从模式，在蓝牙模块上电前，需要按住蓝牙模块的小按键，一直按着不松开，将蓝牙模块通过CH340模块，及USB转串口模块，和电脑通讯，在连接时，按键一直按下，蓝牙模块通电后，便进入到AT指令，进入AT指令之后，便可通过蓝牙调试助手设置蓝牙的模式，蓝牙的模式包括主从，因为HC_05是主从一体机，可以通过蓝牙调试助手设置蓝牙，选择蓝牙的从机模式按钮，在设置时，蓝牙配对需要密码，一般情况下，蓝牙的密码设置为0000或者1234，方便应用成语配对，也便于记忆，避免长时间不使用蓝牙，造成蓝牙配对忘记密码。在所有设置成功之后，点击跟新蓝牙即可，所有设置通过蓝牙
44、调试助手写入蓝牙模块。蓝牙实物如图3-12所示。图3-12 蓝牙模块HC-05蓝牙在进行使用时，要先进行测试，测试时，CH340和蓝牙模块需要将数据收发和接受端对接，及采用交叉连接，这是测试成功的电路连接条件。当电路连接成功之后，打开手机蓝牙助手，搜索附近的蓝牙，发现一个蓝牙名称为qq的，这个就是本次使用的蓝牙，如果没有发现，需要对蓝牙进行重新配置，在配置时，一定的要将蓝牙设置成从模式，不然蓝牙即使检测到，也无法收发收据。检测到蓝牙进行配对连接之后，蓝牙可以通过CH340的调试助手和手机APP的蓝牙调试助手通信，正常情况下，蓝牙通讯应该不会发生错误。蓝牙测试距离一般在15米左右，不用超距离进行测试，否则通信无法完成。电平逻辑有TTL电平和RS232电平，在数字信号里面，一般用二进制进行数据表示，因此，对于实际的电平，需要转化为逻辑值，TTL电平规定，+5V为逻辑1,0V为逻辑0，在相应的电
