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1、 毕 业 设 计题 目： 智能型太阳能热水器测控仪设计 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书 题目： 智能型太阳能热水器测控仪设计 一、 基本任务及要求： 设计一个以MCS-51单片机为控制核心的太阳能热水器测控器，采用液晶显示，运用菜单式导航按键，具有全天候定时上
2、水、加热，水温、水位预置，北京时间显示等功能。 本课题任务是 1 系统的总体方案设计与确定 2 系统的硬件结构及电路设计 3 系统的软件设计及部分仿真调试 4 完成文献综述、开题报告及设计说明书的撰写工作。 二、 进度安排及完成时间：第1周-第3周 查阅相关资料，搜集课题所需资料，了解课题现状、课题研究的目的和意义，完成开题报告和文献综述。 第4周-第5周 系统总体方案设计 第6周-第7周 毕业实习、撰写实习报告 第8周-第9周 系统硬件结构设计 第10周-第11周 系统电路设计 第12周-第14周 完成软件的详细设计及部分仿真 第15周 毕业论文审定、打印，答辩准备 第16周 毕业设计答辩
3、目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 引言11.2 太阳能热水器的发展现状和前景展望11.3 太阳能热水器控制仪的现状21.4课题主要内容和要求3第2章 总体方案的设计42.1 总体方案的确定和设计42.2 主体硬件电路的设计及指导思想52.3 主体软件控制部分的设计思路6第3章 硬件结构及电路设计73.1 总体设计方案73.1.1硬件结构设计图73.1.2主控制器的I/O口分配明细表73.2主要电子元件的特点和选择83.2.1单片机的选择83.2.2 DS12887时钟芯片83.3 水位监测电路及其工作原理93.4 温度监测电路及控制原理103.4.1 DS18B20测温原
4、理103.4.2 温度监测电路113.5 液晶显示器及接口电路113.5.1 液晶显示器的特点、分类及其他123.5.2 液晶显示器与单片机接口电路123.6 报警电路133.7 键盘接口电路133.8 复位电路143.9 电加热、电磁阀控制电路153.9.1 光电耦合器153.9.2电加热、电磁阀控制电路15第4章 单片机应用系统软件的设计174.1 软件总体设计思路174.1.1操作界面效果图174.1.2主要程序模块图174.2 主程序模块184.2.1 内存地址的分配表184.2.2 主程序的初始化内容184.2.3 主程序模块流程图184.2.4 主程序初始化194.3 温度测量模块
5、204.3.1温度监测子程序204.3.2数据处理子程序214.4 水位测量模块224.5时间整定模块234.5.1 DS12887初始化子程序234.5.2 读当前时间子程序234.6 LCD显示模块234.7 键盘模块244.7.1键盘模块描述244.7.2键盘扫描子程序流程图244.8中断模块254.8.1 外部中断1子程序254.8.2 定时器T0中断子程序26第5章 系统仿真与调试285.1 Proteus仿真环境285.2系统调试过程295.3部分硬件仿真及调试结果315.3.1 DS1302仿真及调试结果315.3.2 DS18B20仿真及调试结果315.4系统局部仿真及调试结果
6、325.5系统设计不足与改进335.1自动清洗功能335.2防冻处理335.3辅助上水功能33结束语34参考文献35致谢36附录1 程序清单37附录2 系统硬件结构图48单片机太阳能热水器测控仪设计摘 要: 随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因逐渐为人们所认识，“低碳经济”这一概念开始进入人们的视野。太阳能热水器以其廉价、节能的特点，受到广大消费者的青睐，与之配套的控制器设计问题一直受到人们的关注。为解决水温水位的自动控制问题，本课题以单片机为控制核心，结合水温水位传感技术，设计了具有水温水位控制的太阳能热水器自动控制系统。该控制系统通过按键设置控制方式，可实现全天
7、候不间断提供热水，而且具有防止空烧和高低水温水位报警功能。本文主要介绍了单片机太阳能热水器测控仪的硬件、软件的设计和调试方法等内容。关键词：太阳能热水器；单片机；测控仪；DS18B20。The Design of Solar Energy Heater Controller Based on MCUAbstract：With the global population and economic scale continuous growth, energy use brought the environmental problems and causes for people graduall
8、y recognized, low-carbon economy this concept began to enter into peoples perspective. The Solar Energy Heater is becoming more and more popular for its characteristic of low price and energy conservation，And that supporting controller design issue has got the attention of people . To solve the prob
9、lem of water temperature and water level automatic control, This topic is MCU control core, combining water temperature and water level sensing technology, has designed the solar energy water heater automatic control system of water temperature and Water level control . The control system through th
10、e button control mode, may realize all-weather provides the hot water uninterruptedly, And it can prevent empty burning 、high and low water temperature and water level alarm function . This article mainly introduced the single-chip microcomputer control solar water heater of hardware, software desig
11、n and debug method, etc.Keywords: Solar water heater; MCU; Measurement instrument；DS18B20.第1章 绪论1.1 引言能源是人类生存和社会发展的物质基础，一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足当前需要又不危及后代人前途的社会。因而，随着世界性能源短缺和环境污染的日益严重，节约能源和寻找新的可再生无污染的能源就摆在了人们的面前。节约能源，尽可能多的用洁净能源代替高碳量的矿物燃料，也就成为能源和环境建设必须好遵循的基本原则之一。在近代的100多年间，人们对各种太阳能利用方式进行了广泛探索，逐步明确了发展方向。2
12、0世纪70年代以后，世界各国加大了对太阳能研究开发的投入，太阳能热水、太阳能建筑、太阳能光伏发电等利用项目发展速度迅速，规模逐渐扩大。早在1973年，美国就制定了政府级的阳光发电计划。而后许多国家都制定了相应的发展计划。80年代，日本、澳大利亚、美国、以色列和希腊等国家出现新兴的太阳热水工业3。1992年联合国召开了全球与环境发展大会之后，许多国家纷纷将太阳能列入重点开发项目。充分开发利用太阳能也就成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策，一方面可以广泛地应用于热水、发电、制冷、采暖等诸多方面，另一方面可以大量节省石油煤碳等不可再生资源，将大大缓解能源匾乏而带来的严重后果10。我国幅员辽阔，具
13、有丰富的太阳能资源和良好的开发利用基础。全国太阳能国辐射总量在3.88.4x102千焦/平方米之间，约占全国2/3以上的地区全年日照时数大于2000小时。经过十余年的努力，我国太阳能利用取得了举世瞩目的成绩，太阳能热水器是太阳能热利用中技术最成熟、应用最广泛、产业化发展最快的领域。当前我国自主开发的全玻璃真空管太阳能热水器在世界上处于领先水平，并出口到日本、美国等发达国家。1.2 太阳能热水器的发展现状和前景展望 太阳能是一种取之不尽、用之不竭的新能源，大力开发和应用太阳能，是当今许多国家极为关注的课题，节能技术的研究与应用也是我国能源政策的重要组成部分。能源危机和环保意识使对太阳能利用达成全
14、球范围的共识。世界上一些著名分析预测研究机构、跨国公司、太阳能专家和一些国家政府纷纷预测，认为21世纪中叶，即2050年前后，太阳能在世界能源构成中将占50%的份额，届时太阳能将成为世界可持续发展的基础能源。开发太阳能这种益于环境，益于社会，益于公众的新能源，在能源日趋缺乏的当今世界，有着特殊的意义和广阔前景2。 太阳能热水器可提供日常生活中使用的4060热水,其结构简单,使用方便,工作可靠,是最经济实用的太阳能热利用方式之一。由于其节能、清洁和方便等优点,目前在城镇和乡村普遍使用,且效果明显。当今社会发展日新月异，人们衣食住行的档次也不断提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排
15、放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明进程日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。（1） 经济 太阳光是不要钱的，花二、三千元设备钱，可用上l520年。还可节省许多电费。（2） 方便 放在房顶上，每分钟都有热水供应，不用等待，非常方便。（3） 安全 不怕煤气中毒，不怕漏电，除了要小心水太热被烫伤外，其他都不用担心。（4） 环保 没有任何废气排放，不污染环境，是一种绿色环保节能产品。（5） 实用 太阳能热水器终将会取代传统的煤气热水器或电热水器，现在使用，说明您注
16、重环保，懂得享受生活3。综上所述 ，人们己经开始发挥自己的聪明才智，充分利用太阳能这种重要的自然能源。在科学技术迅速发展的今天，随着许多新兴技术的崛起，太阳能利用一定会有更大的突破。1.3 太阳能热水器控制仪的现状在太阳能热水器的控制方面，其发展就远远落后于太阳能热水器本身的发展，诸如使用一段时间后，传感器因结垢而检测不准；显示器显示乱码；因干扰而造成电磁阀等执行机构误操作等一些问题，影响了太阳能热水器的推广使用。绝大多数用户对水位(进水)的控制仍然依赖于观察溢流管有无溢流。但这种方法有明显缺陷:（1）智能化程度不高，一方面，人工上水，用户需占用大量时间，使用十分不方便 ;另一方面，也造成了对
17、太阳能利用的效率低下;（2）其关键元件水温、水位探头插入水箱中，依靠探头金属与水导电产生信号来显示水位。太阳能水温升高时，探头上会产生水垢，影响了探头与水之间的导电性能，整套水位显示系统也就失去了作用，控制仪也就不能正常使用。（3）虽然此类产品种类多，但功能都不齐全，各有侧重，且通用性较差;（4）交互界面不友好，用户了解信息和操作都不方便。基于这几点考虑，针对目前市场上的家用太阳能热水器控制系统存在的缺陷 ，我们做了必要的、有益的调整、改进和完善。以MCS-51单片机为核心 ，利用数字温度传感器代替传统的金属探头，解决了升温结垢问题；同时实现对太阳能热水器的水位、补水方式、补水时间的程序化控制
18、，提高了系统的智能化，同时提高了对太阳能的利用率;通过液晶显示与用户建立良好的交互界面4。1.4课题主要内容和要求本系统以单片机控制系统为基础，通过对太阳能热水器控制器的工作原理、设计要求的分析和研究来进行硬件结构和软件系统的设计。设计内容主要为：（1） 了解太阳能热水器控制器的功能及工作原理；（2） 掌握单片机的使用及了解相关传感器的工作原理； （3） 完成系统硬件结构及电路设计； （4） 完成系统软件设计及部分软件调试； （5） 完成文献综述、开题报告、毕业设计论文的撰写。第2章 总体方案的设计目前市场上的太阳能热水器控制器具有功能齐全、智能化强、操作简单方便、人机交互界面良好等诸多功能：
19、（1）太阳能热水器水位测定：通过霍尔双向流量计可较精确的测定目前太阳能热水器的水量，解决了长期困扰太阳能控制器可靠性的难点，并在液晶上通过数值来显示，直观、简洁。（2）太阳能热水器水温测定与控制：通过数字温度传感器来探测太阳能热水器的温度 ， 并通过单片机控制在液晶上以数字形式显示；用户也可以根据需要选用或不选用辅助电加热器。当不选用辅助电加热时，采用恒温补水，即温度低于一定值(如45)，到达补水时间，只能补半箱水，温度高于一定值 (如70)，则立即补水到满水位。（3）补水方式选择：用户可以根据自己的需要选择自动补水(系统一旦检测到水位低于一定值就自动打开电磁阀补水直到满水位)或手动补水(系统
20、根据用户设定的补水时间来进行补水)。（4）系统时间显示与调整：用户可以在液晶上知道系统时间，并可以对时间进行调整。（5）断电保护：当由于非正常原因断电时系统会启动辅助供电系统，使系统继续维持工作状态，而不会丢失信息。（6）液晶显示：监测结果以及相应的用户操作，都在液晶上以图形或数字的方式来显示，直观、明了，用户用起来很方便。（7）此外，系统还对多种意外情况做了相应的保护措施。如，自动切断电磁阀(防止用户补水时，自来水公司突然停水)；当电加热启动着时，用户如果用水，则切断电加热，直到用户用水完毕，再重新开启电加热。(防止带电用水)等等13。2.1 总体方案的确定和设计在本次设计中要得到的是一个智
21、能化的太阳能热水器。首先要让其满足作为一个太阳能热水器的最基本的结构，此外为实现智能化则应该是再加上微机（单片机）系统来组成。普通的太阳能热水器用来完成基本功能，而微机系统则用来对各类信息进行分析综合，完成太阳能热水器相应部分正常运行的控制功能和对运行的太阳能热水器进行实时监测，检测故障，自身维护及自动操作等功能。设计太阳能热水器控制器，包括硬件设计和软件设计。硬件电路的设计首先理清各部分电路的工作原理和功能，再进行各个单元电路图的设计。采用单片机进行软件设计首先要做出程序流程图，子程序流程图，控制算法，然后上机调试、修改，最后确定最佳控制方案。辅助电加热器排空控制阀排空控制阀温度探点水位探点
22、太阳能热水器储 水 箱淋浴开关自来水热水开关冷水开关关上水电磁阀水流开 关排空控制阀排空控制阀排空控制阀排空控制阀图2.1 太阳能热水器辅助控制系统结构图2.2 主体硬件电路的设计及指导思想主体硬件电路是整个设计的基础和着手点。太阳能热水器控制器硬件电路主要由以下几大部分组成： 温度传感及控制电路；水位传感及控制电路；键盘输入电路；液晶显示电路；时钟电路；报警电路；电辅加热等部分组成。其大致原理图形可如图2.2图示： 单片机温度监测及控制键盘输入液晶显示水位监测及控制上水及控制电辅加热报 警时钟电路 图2.2 主体硬件框图在设计时需从总体图出发按要求逐个设置分电路。此外，在设计中用到微机（80
23、51单片机）应用系统，单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，能实现某些功能的应用系统。它由硬件部分和软件部分组成。进行该系统设计的目的是达到智能控制要求，包括扩展部分和功能模块的设计，以及软件系统设计等。具体硬件设计过程、思路将在第三章中进行详细阐述。2.3 主体软件控制部分的设计思路软件编写主要实现自动监测及控制温度和水位，并将所得数据通过液晶显示器进行显示，课题设计要求中规定必须以单片机为核心来控制太阳能热水器。所以必须设计一个单片机应用系统，即以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，用来实现电路实时监测等功能的应用系统。具体软件设计思路及芯片选型确定见第四章详细说
24、明。第3章 硬件结构及电路设计太阳能热水器的集热管、水箱等部分的技术比较成熟，此处不作介绍。下面主要介绍热水器测控仪系统的设计，即使用单片机控制热水器部分。3.1 总体设计方案3.1.1硬件结构设计图在本次设计中要得到的是一个智能化的太阳能热水器。首先要让其满足作为一个太阳能热水器的最基本的结构，此外为实现智能化则应该是再加上微机（单片机）系统来组成。普通的太阳能热水器用来完成基本功能，而微机系统则用来对各类信息进行分析综合，完成太阳能热水器相应部分正常运行的控制功能和对运行的太阳能热水器进行实时监测，检测故障，自身维护及自动操作等功能。主体硬件电路是整个设计的基础和着手点。太阳能热水器控制器
25、硬件电路主要由几大部分组成：水位传感及控制电路；温度传感及控制电路；键盘输入电路；液晶显示电路；时钟电路；报警电路等部分组成。其大致原理图形可如图3.1图示：温度传感器+5V蜂鸣器DQ DS18B20VDD GNDADC0809液晶显示水位传感器AT89C51 P1口 P1口 P3.4P1口 P3.5P3.6P3.3键盘电路键盘电路光耦键盘电路键盘电路键盘电路光耦P3.0P1.6P1.7P1口 P0口P3.5放 大时钟电路 加热继电器光耦放大上水电磁阀图3.1 硬件电路设计框图3.1.2主控制器的I/O口分配明细表表3.1主控器的I/0口分配明细表I/O口用途P0.0P0.7、P2.3P2.5
26、与显示器LCD连接P1.0P1.6、P3.1P3.4与键盘连接P1.7与加热继电器连接P2.0P2.2、P2.6与ADC0809转换器连接P2.7与DS12887连接P3.0与上水电磁阀连接P3.5DS18B20温度传感器连接P3.6、P3.7空闲3.2主要电子元件的特点和选择太阳能热水器智能控制系统要实现:液晶显示、北京时间显示、温度和水位的显示及控制等。所以此系统要处理以下程序:温度的设置、采集、比较、控制和温度、时间的显示以及定时执行特定程序等功能。3.2.1单片机的选择本设计所采用的主控制器是由ATMEL公司所生产的AT89C51,它是基于Intel公司的MCS-51单片机而研发成功的
27、，虽然是8位单片机，但是具有很强大的功能。具有集成度高、速率高、功耗低的特点。它所具有的功能主要有：（1）增加了单片机芯片间的串行总线，方便了外部接口芯片的扩展，为单片机应用系统设计创造了更加方便的条件；与Intel公司的MCS-51单片机完全兼容；内部含Flash存储器；静态时钟方式；错误编程亦无废品产生；可反复进行系统试验由以上的性能指标可以发现，AT89C51单片机是一款高性能单片机，所以用它作为太阳能热水器测控仪的主控制器部分。（2）之前有用51系列单片机做过“单片机八路抢答器课程设计”，使用起来更加方便和熟练。（3）除此之外51系列单片还有加密性强；超强的抗干扰能力；超低功耗；在系统
28、可编程，无需编程器，可远程升级等优点。 3.2.2 DS12887时钟芯片为了简化软件设计，系统采用了时钟芯片DS12887。DS12887是DALLAS公司的可编程的实时时钟芯片RTC（Real Time Clock）。它功能丰富应用广泛，PC机内的时钟信号就是由DS12887提供的。DS12887内藏锂电池断电后能运行10年之久不丢失数据。能记秒、分、时、日、月、年及星期，还有闰年补偿功能。可选24小时制或12小时制。初始化芯片后，DS12C887将自动计时，并把当前时间存入存储器里，可用指令读出其中的时间，经处理后供LCD显示。它在工业控制及仪器仪表中有广泛的用途5。3.3 水位监测电路
29、及其工作原理由于传统的太阳能热水器水位传感装置采用直流水介质电接点型水位传感器，因电解效应，电极易腐蚀而导致接触不良，可靠性低，电极寿命短。并且，大多数厂家水位分级仅有3、4级，分辨率较低，不能满足用户需要，且成本较高8。为克服上述缺陷，本装置针对当前的太阳能热水器控制系统存在的缺陷，作了必要的改进和完善：针对水位探头上产生水垢而影响导电性的方面，本装置采用干簧管代替水介质接点水位传感器，无腐蚀，高可靠性，而且是线路信号的二线制传输，成本低且提高了分辨力。 本装置的水位分8级，分辨力高6。 水箱水位分 8级，由干簧管采样，每变动一级水位，电压将变动 1V。经缓冲器将采样电压 1V、2V 8V的
30、电压传至ADC0809，后者将其转化为数字信号后传到单片机的P0口，经过程序处理，送出水位显示信号，水位用液晶显示器显示，直观醒目。水位采集电路如图 2所示，I为恒流源，该电流流过一个检测电阻产生的压降为IR 。当K1、K2，IlI均打开时。Vo=8IR，现取豫 =1V，则 Vn= 8V。当水位上升至 K 处时，浮子推动磁体 M移动至干簧管 K 处，K 接通。经过 OP缓冲输出的电压 Vo=(n-1)V。输出端经ADC0809转换器后直接输入到单片机中。当水位低至最低水位时单片机控制继电器上水，直到预先设定水位。当水位到达最高水位时，单片机将控制电磁阀停止向水箱加水。 图3.2 水位监测电路原
31、理图为了实现水位的控制与显示，需要对水位进行采集，采集后经A/D转换输入到单片机。本系统选用了8位A/D转换器ADC0809，但是它需要加一个10K1.2MHz作为A/D转换脉冲，所以需要加一个分频器，其硬件接线图如上图所示【8】。3.4 温度监测电路及控制原理实现温度测量和控制的关键是选择合适的温度传感器。而传统的温度传感器如热电偶，其输出与温度为非线性关系，需要作线性化处理。集成温度传感器解决了传统温度传感器的非线性问题，具有使用方便、线性度好、稳定性好等优点。本文采用DS18B20单线数字温度传感器，该温度传感器测量范围为一55 125，测量准确度在05之内。它的封装形式小，电压适用范围
32、宽，分辨力912位可以设定，用户设定的报警温度存储在系统的EEPROM 中，掉电后依然保存信息。单片机只需一根串口线与之通信，传输距离远，抗干扰能力强，可以节省大量的引线和接口电路，比较适合该系统对温度的测量。数据传输引脚DQ管脚与单片机的串口相连，每隔10s读取一次数据，这样既能实时地读取水的温度值，还能节省单片机的时间11。3.4.1 DS18B20测温原理DS18B20的测温原理如图3.3所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当
33、计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3.3中的斜率累加器用于补偿和修正
34、测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理12。3.4.2 温度监测电路本次设计采用DS18B20数字温度传感器来对温度信号进行采集。DS18B20采用一线接口，它与单片机连线图如图3.4所示。单片机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求单片机将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右后发出602
35、40微妙的存在低脉冲，单片机收到此信号后表示复位成功7。单片机DQ DS18B20VDD GND GND5VP3.55 K图3.4 DS18B20与单片机连线图3.5 液晶显示器及接口电路液晶显示器(LCD)由于体积小、质量轻、功耗微等特点。已成为各种当代高新技术产业、信息产业中最重要的信息处理手段之一。3.5.1 液晶显示器的特点、分类及其他（1）液晶显示器的特点a.低压微功耗。工作电压是35v，每平方厘米液晶显示屏工作电流只有几个uA.b.平板型结构。液晶显示器的基本结构是由两片玻璃组成的很薄的盒子。这种结构的优点是，一使用上方便，二是工艺上适于大批量生产。c.寿命长。器件本身几乎没有什么
36、劣化问题。d.被动显示。环境光线越强，显示内容越清晰。人眼所感受的外部信息，90%以上是外部物体对光的反射，而不是物体本身发光，所以被动显示更适合人的视觉习惯。e.显示信息量大。液晶显示没有荫罩限制，像素可以做得很小。f.无电磁辐射。不会产生电磁辐射，对人体是很安全的1。（2）液晶显示器件的分类按光电效应分类，液晶显示器件可分为电场效应类、电流效应类、电热写入效应类和热效应类。电场效应类又可分为扭曲向列(TN)类、宾主效应(GH)类和超扭曲效应(STN)类等等。液晶显示器件从其显示内容来分类，可分为字段式或称为笔划式)、点阵字符式和点阵图形式三种。液晶显示器的驱动有两种方式，当显示容量较小时，
37、一般采用静态驱动;显示容量较大时，采用多路扫描，或称动态驱动2。3.5.2 液晶显示器与单片机接口电路 本系统中使用MDLS20265模块与单片机相连，它为字符型模块，两行显示。接线图如图3.5所示：88 P2.3 P2.4 P2.5P0.0P0.7AT89C51&1&ERSD0.0D0.7图3.5 LCD模块与单片机的接口LCD模块3.6 报警电路当太阳能热水器的设定温度超过的限定值，或者太阳能热水器自身出现故障的时候，为保证系统能正常工作，智能太阳能热水器能发出报警信号，提醒工作人员。在设计中采用看门狗电路，监测智能太阳能热水器的工作情况，一旦系统执行超时，立刻发出复位信号，使程序重新执行
38、。设计要求定时时间到时有声音提醒信号产生，可选择一只蜂鸣器来实现这一功能。压电式蜂鸣器工作时间约需10mA的驱动电流，并设计一个相应的启动及控制电路，电路设计如图3.11所示。蜂鸣器作为三极管VT的集电极负载，VT导通时，蜂鸣器发出鸣叫声音；当VT截止时，蜂鸣器不发声。R是限流电阻。蜂鸣器电路与单片机的接口：VT的基极接到单片机P1口的P1.6管脚，P1.6管脚作为输出口使用。当P1.6=0时，VT导通时使蜂鸣器的两个管脚之间获得将近5V的直流电压，蜂鸣器中有电流通过，而产生蜂鸣音；当P1.6=1时，VT截止，蜂鸣器的两个管脚间的直流电压接近于0V，蜂鸣器不发声8。图3.6 蜂鸣器电路原理图V
39、TRVCC单片机 P1.63.7 键盘接口电路键盘接口按不同标准可有不同分类方法，按键盘排布方式可分为独立方式和行列方式；按读入键值的方式可分为直读方式和扫描方式；按是否进行硬件编码可分成非编码方式和硬件编码方式；按CPU方式可分为中断方式和查询方式。本次设计，按键的数量较多，因此采用行列方式，其与单片机的接口电路也比较简单。原理图如图3.7所示： P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6单片机3*1K+5V图3.7 键盘与单片机的接口电路3.8 复位电路复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。80C
40、51单片机的复位电路有上电复位和按钮复位两种形式，最简单的复位电路如图4.5所示。上电复位如图4.5a所示，它是在与管脚之间接入RC电路。上电瞬间RST端的电位与相同，随着电容充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降。只要的上升时间不超过1ms振荡器建立时间不超过10ms,上电复位电路就能保证在上电开机时完成复位操作。上电复位所需的最短时间是震荡器建立时间加上2个机器周期。在这段时间内，RST端的电平应维持高于施密特触发器的下阀值1。图4.5b所示为一种上电与按钮复位电路。在实际应用系统中，有些外围芯片也需要复位，如果这些复位端的复位电平要求与单片机的要求一致，则可以与之相连。(b)按键电平复位
41、+5VR2+5VR1RST 8051R1RST 8051(a)上电复位C1C1图3.8复位电路3.9 电加热、电磁阀控制电路对电磁阀以及电加热的控制，由于是通过微信号控制大电流，大功率，所以必须在开关和单片机之间进行很好的隔离，以免大电流信号影响单片机正常工作。 3.9.1 光电耦合器 光电耦合器是一种以光为媒介来传输电信号的光电器件，通常是由发光器件(可见光LED或红外LED)和受光器(光电半导体管)封装在同一管壳内组成。当输入端加上电信号时，发光器便发出光线，受光器因受到光照而产生光电流，并从输出端输出，这即实现了“电-光-电”的转换。光电耦合器可以耦合从零到几千赫兹的信号。并且响应速度快，失真小，电气隔离性能优良。它的输入端与输出端之
