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1、摘 要本课题的目的是结合太阳能热水器的具体应用，设计一种用于太阳能热水器的检测控制系统，以更好的实现对太阳能热水器的监控与控制。太阳能热水器作为太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用。根据太阳能热水器特点以及对控制器的要求，本文提出了一种基于单片机AT89C52的太阳能热水器智能控制器的设计方法。本文在分析了解太阳能热水器及其控制器的发展和市场分布状况的基础上，描述了太阳能热水器控制器的组成及其工作原理。论文完成了控制器的硬件设计和软件设计。在硬件设计中，利用AT89C52单片机作为控制的中心环节，控制整个系统运作。利用温度传感器DS18B20和分段式水位传感器作为水温
2、水位测量环节，并将测量结果送单片机进行处理。利用DS12887作为时钟芯片，以实现时间以及日期的显示。选用液晶显示模块12864显示水温水位时间及日期，显示部分是人机交换的重要媒介之一。在软件设计部分采用模块化结构，完成了包括主程序，水位检测子程序、LCD显示等子程序的设计。系统主程序主要完成一些初始化功能，温度的检测以及控制辅助加热系统，同时完成信号转换及送显示功能；水位检测子程序完成水位测量及送数据功能；显示子程序完成水温水位及时间日期的显示功能；键盘扫描子程序实现功能转换及水温水位时间的设定。论文通过对整体设计方案，硬件电路，软件程序的设计分析，实现了太阳能热水器的水温水位的检测与控制，
3、具有实际的意义。 关键词：太阳能热水器；传感器；DS12887；单片机； FYD12864-0402BAbstractThe purpose of this study is to introduce a kind of solar water heater detection based on the application of solar water heater，achieving to do the better monitoring and controling of the solar water heater. Solar water heater，as one of the
4、most common use of the solar energy utilization. The economic benefit is obviously and the popularization and application is rapidly. According to the characteristics of solar water heater and the requirement of the controller，here shows a design method of the solar water heater intelligent controll
5、er based on the clock chip DS12887.In the analysis of the article about solar water heaters and control of the development and market condition on the basis of distribution, solar water heaters of the controller and the principle of work. The papers finish the control of the hardware and software de
6、sign. In hardware design of AT89C52 monolithic integrated circuits to control center segments of the whole system. Use of the temperature sensors DS18B20 and sectional form sensors to measure the level as the water, and measurements taken for processing monolithic integrated circuits. Use DS12887 as
7、 the clock, to realize the time and date display. Use LCD modules 12864 show that the level of time and date, the display is part of the exchange of one of the man-machine important vehicle. In software design of structure, use modular completed include the program, the level of the inspection or su
8、broutines LCD display design and so on. The main program of the system performs some of the initialization, the temperature of the inspection and control the heating system and the auxiliary signal to show complete the exercise and function testing programs；the water, the measurement and send data t
9、o display the functions；a subroutine to complete the water and time functions of the date display；scan a subroutine into the function and the time set.This paper on the overall design, software, hardware circuit analysis of designs, make the measurement and control of the solar water heater into rea
10、lize, which has played a significant role in the daily life.Keywords: solar water heater; sensor; DS12887; MCU; FYD12864-0402B目 录摘 要IAbstractII第1章绪 论11.1太阳能热水器控制器的发展概况及市场分析11.1.1发展概况11.1.2市场分析11.2太阳能热水器控制器的应用及意义1第2章控制器的组成及工作原理32.1太阳能热水器的结构及工作原理32.1.1 太阳能热水器的结构32.1.2 控制器结构及工作原理52.2控制器的总体设计62.2.1设计思想及
11、实现功能62.2.2方案论证6第3章控制器硬件设计83.1控制器原理框图83.2单片机外围电路83.2.1晶振电路93.2.2上电复位电路93.3控制器时钟接口电路设计103.3.1 DS12887时钟芯片简介113.3.2 时钟电路183.4温度检测电路设计193.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性193.4.2温度检测电路设计203.5水位检测及键盘电路设计213.5.1水位检测电路设计213.5.2键盘电路的设计213.5.3总体电路设计213.7显示接口电路的设计213.7.1 FYD12864-0402B模块简介223.7.2 显示电路设计263.8光电隔离与辅助加热电路设计
12、27第4章控制器的软件设计314.1主程序设计314.2水位检测子程序334.3键盘扫描子程序设计334.4显示子程序设计34结 论35参考文献36致 谢37附录1：电路图38附录2：部分程序39第1章绪 论1.1太阳能热水器控制器的发展概况及市场分析1.1.1发展概况当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。据国家经贸委资源与综合利用司提供的消息，我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产和使用国。但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能， 而且为分段显示，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%。这种显示器(还称不上控制器)不具有温
13、度控制功能，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。近几年来，人们逐步研究出各种新型的控制器，值控制功能更加完善，控制更加精确，给人们提供了很大的方便。1.1.2市场分析 据中国五金制品协会统计，目前中国城市家庭中，57.4%拥有燃气热水器，31.3%拥有电热水器，拥有的太阳能热水器只有7.6%。但在城市家庭的购买预期调查中，三者的比例将演变为35.8%、30.2%、23.2%，太阳能热水器的比例将大幅增长，一种融合三者之长的家庭热水中心也将占据9.5%的比例。据国家信息中心经济预测部所做的全国消费者
14、家用电器消费意向调查结果显示，99年城镇家庭热水器的购买量为8.84台/百户，销售总量比98年增长11%左右，传统的燃气热水器产业实现升级换代，迎来安全时代，电热水器持续升温，逐渐成为市场较活跃的家电商品之一，作为热水器市场的新秀，太阳能热水器开始崭露头角。 1.2太阳能热水器控制器的应用及意义众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人预测：二十一世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源。但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有
15、些技术难点尚未突破，产品造价偏高（如光电池）。因而尚未被人们大规模的使用。在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。而在太阳能热水器的整个系统中，起到至关重要的作用的中心环节就是检测控制系统。控制器不仅实现了对水温，水位的检测与控制，而且也实现了对时间，日期的控制及显示。该控制器有主从两个系统，其中从系统属于辅助加热系统，在阴天下雨等阳光不充足的情况下，从系统发挥作用对水进行加热，以达到热水24小时供应的目的1。第2章控制器的组成及工作原理2.1太阳能热水器的结构及工作原理2.1.1 太阳能热水器的
16、结构现在市场上的太阳能热水器的结构复杂多样，但总和看来，主要有三个部分：1.循环（保温）水箱；2.集热器；3.连接管道。而各个部分发挥了不同的作用：1.集热器： 系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利 用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的白昼。 2.保温水箱： 和电热水器的保温水箱一样，是储存热水的容器。 因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用 热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储 存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。采用同乐搪瓷内 胆承压保温水箱，保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿 命
17、可长达20年以上。 3.连接管道（循环水管）： 将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温 水箱输送到集热器的通道，使整套系统形成一个闭合的环路。 设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最 佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道必须 有很高的质量，保证有20年以上的使用寿命。图2-1为系统的总体结构。但通常在实用的太阳能热水器系统中，需要外加一个补给水箱，以保证冷水的正常连续供应。图2-2为典型实用热水器的装置简图。图2-2中标号分别代表为：1-集热器；2-下降水管；3-循环（保温）水箱；4-补给水箱；5-上升水管；6-自来水管；7-热水出水管。工作原理：图中集热器1按最
18、佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水图2-1系统总体结构图图2-2 热水器装置简图的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为
19、热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。2.1.2 控制器结构及工作原理控制器主要由主控制器（即单片机），温度检测单元，水位检测单元以及辅助加热单元组成。各个单元发挥各自不同的作用及功能。外接显示器以及按键作为人机交流介质。太阳能热水器控制器结构看似复杂，但总结重要部分，得出结构简图如下图2-3所示：图2-3 控制系统结构简图在图2-3中，T1代表保温水箱中的温度传感器。T2代表
20、保温水箱中的水位自动控制系统。F1代表冷水阀门。F2代表循环水管阀门。F3代表循环水管阀门。F4代表热水阀门。工作原理：不用水时，阀门F1，F4关闭，F2，F3打开，热水在保温水箱和集热器中流动。T1传感器实时检测温度。用水时，阀门F4打开，传感器T2检测水位，当水位低于设定最小值时没打开阀门F1给水箱供水。当阳光不足时，温度传感器T1检测水温不在升高且达不到设定值，则发出命令启动从系统进行电加热。整个系统循环运作，可以达到24小时提供热水的目的。2.2控制器的总体设计2.2.1设计思想及实现功能本文设计的太阳能热水器控制器以AT89C52单片机为检测控制核心，采用DS12887 实时时钟，不
21、仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和FUZZY控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制， 控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。此款热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势。2.2.2方案论证方案一：基于FPGA的太阳能热水器控制系统本方案利用EDA技术和VHDL语言
22、，设计了基于FPGA的太阳能热水器控制系统，实现了系统的硬件电路及相关配套软件，使系统能够完成太阳能热水器温度、水位参数的采集和对采集数据实时记录、处理、分析、显示和控制等功能方案二：基于CPLD的太阳能热水器控制系统本方案以Altera公司的EPMl270芯片作为数据处理器，将外界各种电路检测得到的环境信息进行综合处理和分析，智能化地解决太阳能热水器日常使用中普遍存在的问题。方案三：基于89C51单片机的太阳能热水器控制系统本方案以89C51单片机为核心控制整个系统，选用合适传感器及接口，键盘，显示电路，实现太让能热水器的温度，压力，时间检测与控制。另外，从系统为点加热系统，在阳光不足的情况
23、下实现辅助加热。综合三个方案的优缺点，从现实可行性，经济条件以及个人知识掌握情况考虑本设计选用第三种方案。第3章控制器硬件设计3.1控制器原理框图根据设计思想，系统的硬件接口电路应包括：控制器实时时钟接口电路，蓄水箱温度和水位检测接口电路、按键电路，显示电路以及电辅助加热电路等。系统结构框图如图3-1所示：图3-1 控制器系统框图3.2单片机外围电路根据控制要求，由于本系统运算量不是很大， 没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不再外扩数据存储器。仅使用单片机内部RAM已完全能够满足要求。因此采用本系统采用Atmel公司的单片机AT89S52作为热水器控制器系统的控制中心环节。主要从以下特点考
24、虑：1.AT89S52是一种低功耗，高性能CMOS工艺的8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统提供高灵活，超有效的解决方案。 2.AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0KHZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU
25、停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止工作，直到一个中断或硬件复位为止。3.AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含8个中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线。AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。3.2.1晶振电路单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部震荡方式。本设计中，在引脚XTAL1和XTAL2端外接石英晶体振荡
26、器，就构成了内部震荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自己震荡器，并产生震荡时钟脉冲。晶振通常选用6MHz，12MHz或24MHz。本设计选用12MHz晶振。如图3-2所示，电容C2，C3起稳定震荡频率，快速起震的作用。电容值通常为5-30pF。内部震荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用最多。3.2.2上电复位电路设计中用的是上电复位，是指单片机只要一上电，便自动的进入复位状态。图3-3是上电复位电路。当采用的晶体频率为12MHZ时，可采取C=10uF，R=8。2K2。图3-2 晶振电路图3-3 上电复位电路3.3控制器时钟接口电路设计为了给用户提供方便
27、，本设计加入一种时间芯片，它可以为用户提供准确的时间及日期。具有良好的使用性质。本系统采用美国DALLAS半导体公司最新推出的时钟芯片DS12887，该芯片采用CMOS 技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，并与MC146818管脚完全兼容。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高，工作稳定可靠等优点，完全能够满足设计需要。3.3.1 DS12887时钟芯片简介美国达拉斯半导体公司(Dallas)最新推出DS12887的串行接口实时时钟芯片，采用CMOS 技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，同时它与目前IBMAT计算机常用的时钟芯片MC146818B
28、和DS1287 管脚兼容，可直接替换。它所提供的世纪字节在位置32h，世纪寄存器32h到2000 年1月1日从19递增到20。采用DS12887 芯片设计的时钟电路不需任何外围电路和器件，并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统。美国Dallas公司推出两款数字时钟芯片DS12887/DS12C887，两款时钟芯片都将在1999年12月31日23时59分59秒时顺利地跳到2000 年1月1日零时，并能实2000 年2月29 日的闰年提示，是时钟芯片DS1287 的增强型品种，结构上相当于MC14681
29、8B 的改进型。芯片都采用24引脚双列直插式封装，其引脚接口逻辑和内部操作方式与MC146818 基本一致，所不同的是DS12887/DS12C887 芯片的晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在芯片的上方，组成一个加厚的集成电路模块，因此，DS12887/ DS12C887时钟芯片无需MC146818 的电源电位检测端( PS)，电路通电时其充电电路便自动对可充电电池充电，充足一次电可供芯片时钟运行半年之久，正常工作时可保证时钟数据十年内不会丢失。此外，片内通用的RAM 为MC146818 的两倍以上。DS12887/DS12C887 内部有专门的接口电路，从而使得外部电路
30、的时序要求十分简单，使它与各种微处理器的接口大大简化。使用时无需外围电路元件，只要选择引脚MOT 电平，即可和不同计算机总线连接。主要技术特点1. DS12887/DS12C887 具有下列主要技术特点：(1) 具有完备的时钟、闹钟及到2100年的日历功能，可选择12小时制或24小时制计时，有AM和PM、星期、夏令时间操作，闰年自动补偿等功能。(2) 具有可编程选择的周期性中断方式和多频率输出的方波发生器功能。(3) DS12887内部有14个时钟控制寄存器，包括10个时标寄存器，4个状态寄存器和114bit作掉电保护用的低功耗RAM。(4) 由于该芯片具有多种周期中断速率时钟中断功能，因此可
31、以满足各种不同的待机要求，最长可达24小时，使用非常方便。(5) 时标可选择二进制或BCD码表示。(6) 工作电压： + 4.55.5V、工作电流：715mA。(7) 工作温度范围：070C。2. DS12887内部结构及管脚说明DS12887/DS12C887为24引脚芯片，内部结构如图3-4所示。图3-4 DS18B20内部框图其中：MOT：计算机总线选择端；SQW：方波输出，速率和是否输出由专用寄存器A、B的预置参数决定；AD0AD7：地址/数据(双向)总线，由AS 的下降沿锁存8位地址；R/W：读/写数据；AS：地址锁存信号端；DS：数据读信号端；CS：选通信号端，低电平有效；IRQ：
32、中断申请，由专用寄存器决定；RESET：复位端；NC：空引脚。DS12887内部由振荡电路，分频电路，周期中断/方波选择电路，14字节时钟和控制单元，114字节用户非易失RAM，十进制/二进制计加器，总线接口电路，电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。DS12887管脚分配如图3-5所示。图3-5 管脚分配图VCC：直流电源+ 5V 电压。当5V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于4。25V，读写被禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3V以下时，RAM和计时器供电被切换到内部锂电池。MOT(模式选择)：MOT 管脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序，当接到GND 时，选择INT
33、EL时序。SQW(方波信号输出)：SQW 管脚能从实时时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变。AD0 AD7(双向地址/ 数据复用线)：总线接口，可与MOTOROLA微机系列和INTEL 微机系列接口。AS (地址选通输入)：用于实现信号分离，在AD/ ALE 的下降沿把地址锁入DS12887。DS(数据选通或读输入)：DS/ RD 管脚有两种操作模式，取决于MOT管脚的电平，当使用MOTORO2LA 时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期，DS指示DS12887驱动双向总线的时刻； 在写周期，DS的后沿使DS1
34、2887锁存写数据。选择INTEL时序时，DS称作(RD)，RD与典型存贮器的允许信号(OE) 的定义相同。R/W(读/ 写输入) ： R/ W 管脚也有两种操作模式。选MOTOROLA 时序时，R/W 是一电平信号，指示当前周期是读或写周期，DS为高电平时，R/ W高电平指示读周期，R/W 信号是一低电平信号，称为WR。在此模式下，R/ W管脚与通用RAM 的写允许信号(WE) 的含义相同。CS(片选输入)：在访问DS12887 的总线周期内片选信号必须保持为低。IRQ(中断申请输入)：低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断的条件满足时，IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开中输入，要求外接
35、上接电阻。RESET(复位输出)：当该脚保持低电平时间大于200ms，保证DS12887有效复位。3. DS12887/ DS12C887 内部寄存器的功能因DS12887 和DS12C887 结构功能上类似，现以DS12887 为例说明如下：CPU通过读DS12887的内部时标寄存器得到当前的时间和日历，也可通过选择二进制码或BCD码初始化芯片的10个时标寄存器。其114bit非易失性静态RAM 可供用户使用，对于没有RAM的单片机应用系统，可在主机掉电时来保存一些重要的数据。DS12887 的4个状态寄存器用来控制和指DS12887模块的当前工作状态，除数据更新周期外，程序可随时读写这4个
36、寄存器，各寄存器的功能和作用如下。寄存器A各位不受复位的影响，UIP 位为只读位，其它各位均可读写。寄存器的控制字的格式如下表3-1所列：表3-1 DS12887 控制寄存器A 各布尔位定义：BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0UIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0(1) IP 位：更新周期标志位。该位为“1”时，表示芯片正处于或即将开始更新周期，此时程序不准读写时标寄存器；该位为“0”时，表示至少在244s 后才开始更新周期，此时程序可读芯片内时标寄存器。该位是只读位。(2)DV0 、DV1 、DV2 ：芯片内部振荡器RTC 控制位。当芯片解除复位状态，
37、并将010写入DV0、DV1、DV2后，另一个更新周期将在500ms后开始。因此，在程序初始化时可用这三位精确地使芯片在设定的时间开始工作。这与MC146818 不同的是，DS12887固定使用32 768Hz 的内部晶体，所以，DV0 =“0”，DV1 =“1”，DV2 =“0”，即只有一种010的组合选择即可启动RTC。(3)RS3、RS2、RS1、RS0：周期中断可编程方波输出速率选择位。各种不同的组合可以产生不同的输出。程序可以通过设置寄存器B的SQWF 和PIE 位控制是否允许周期中断和方波输出。其寄存器A输出速率选择位如表3-5（见17页）所列。寄存器B的控制字的格式如表3-3所列
38、。表3-2 DS12887 控制寄存器B各布尔位定义BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SETPIEALEUIESQWEDW24/21DSE(a) SET 位：当该位为“0”时，芯片处于正常工作状态，每秒产生一个更新周期来更新时标寄存器为“1”时，芯片停止工作，程序在此期间可初始化芯片的各个时标寄存器。(b)PIE、AIE、UIE 位：分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断允许位。各位为“1”时，允许芯片发相应的中断。(c)SQWE 位：方波输出允许位。SQWE“1”，按寄存器A 输出速率选择位所确定的频率输出方波；SQWE =“0”，脚SQW保持低电平。(d)
39、 DM 位：时标寄存器用十进制BCD 码表示或用二进制表示格式选择位。DM =“0”时，为十进制BCD码；DM =“1”时，为二进制码。(e) 24/ 12 位： 24/ 12 小时模式设置位。24/12位=“1”时，为24 小时工作模式；24/ 12 位=“0”时，为12 小时工作模式。(f)DSE位：夏令时服务位。DSE=“1”，夏时制设置有效，夏时制结束可自动刷新恢复时间；DSE=“0”，无效。寄存器C的控制字的格式如表4所列。该寄存器的特点是程序访问读该寄存器后，该寄存器的内容将自动清零，从而使IRQF 标志位变为高电平，否则，芯片将无法向CPU 申请下一次中断。表3-4所示的为控制寄
40、存器C各布尔位定义：表3-3 DS12887 控制寄存器C各布尔位定义BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0IRPFPFAFUF0000(a) IRQF位：中断申请标志位。该位逻辑表达式为：IRQF = PFPIE +AFAIE+UFUIE。当IRQF位变“1”时，引脚将变低电平引发中断申请。(b) PF、AF、UF 位：这三位分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断标志位。只要满足各中断的条件，相应的中断标志位将置“1”。(c) BIT3BIT0 ：未定义的保留位。读出值始终为0 。寄存器D为只读寄存器。寄存器D的控制字的格式如表3-5所示。表3-4 DS1288
41、7 控制寄存器D 各布尔位定义BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0VRT0000000(a) VRT 位：芯片内部RAM 与寄存器内容有效标志位。该位为“1”时，指芯片内部RAM 和寄存器内容有效。读该寄存器后，该位将自动置“1”。(b) BIT6BIT0 位：保留位。读出的数值始终为0。表3-5 DS12887 控制寄存器A 输出速率选择位定义寄存器A输出速率选择位32768Hz时基RS3RS2RS1RS0中短周期SQWF输出频率(Hz)0000无无00013.90625ms25600107.8125ms1280011122.0us8.192k0100244.14
42、1us4.096k0101488.281us2.048k0110976.5625us1.024k01111.953125ms51210003.90625ms25610017.812ms128101015.625ms64101131.25ms32110062.5ms161101125ms81110250ms41111500ms2注释：寄存器B允许读写，主要用于控制芯片的工作状态。3.3.2 时钟电路DS12887时钟芯片与AT89C52单片机的接口电路见下图3-6。图3-6 DS12887与单片机接口电路模式选择脚MOT接地， 选择IN TEL时序。DS12887 的高位地址用89C52的P14
43、 选择，则时钟芯片的高8位地址为EFH，而其低8 位地址则由芯片内部各单元的地址来决定(00H80H)，DS12887 的中断输出端IRQ 接上拉电阻，同89C52中断线IN TO相连，为单片机提供中断信号。SQW端口编程为2Hz方波输出，经二分频后，驱动两个LED发光二极管作为时钟的秒闪烁示3。3.4温度检测电路设计为了实现对水箱内水温的实时检测，蓄水箱温度检测电路采用DS18B20芯片，该芯片将采集到的温度信号转换成脉冲信号，送到AT89C52的I/O 口(编程为计数器工作模式)，通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号。3.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性一线式数字温度传
44、感器DS18B20是DS1820的更新换代产品(由美国DA IIAS公司生产)。它具有体积小，分辨率高，转换快等优点。由于每片DS18B20 含有唯一的硅串行数， 所以在一条总线上可以挂接多达248 2181014只DS18B20，再加上DS18B20 独特的单线总线结构，决定了DS18B20 特别适合于大型的多路温度实时测控系统的温度检测。温度实时测控集装箱的设计， 在实现测控系统的温度检测方面就较好地利用了DS18B20 的独到特点，使系统得到了极大的简化。DS18B20的特性如下：(1) 独特的单线接口方式。DS18B20 在I/O处理器连接时，仅需要一个I/O 口即可实现微处理器同DS
45、18B20的双向通讯。(2) DS18B20支持组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的单线上，实现多点测温。(3) DS18B20 的测温范围为： - 55+125，在-10+ 85时， 其精度为+ 015。(4) DS18B20的测温结果的数字量位数从912位，可编程进行选择。(5) DS18B20内含寄生电源，器件既可以由单线总线供电，也可用外部的电源(310V515V )供电。数字化温度传感器DS1820测温范围为- 55+125 ，增量值为0。5 (9位温度读数)，它主要由4个数据部件部分组成：64位ROM；温度传感器；非易失性的温度告警触发器TH 和TL；高速便笺存储器64 位
46、ROM用于存储序列号，其首字节固定为28H，表示产品类型码，后6个字节是每个器件的编码，最后1个字节是CRC 校验码。 温度告警触发器TH和TL 存储用户通过软件写入的报警上下限值，高速便笺存储器由9个字节组成，其中有2个字节RAM单元用来存放温度值前1个字节为温度值的补码低8位，后1个字节为符号位和温度值的补码高3位。DS18B20在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只需将DS18B20 信号线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测。DS18B20传感器精度高、互换性好；它直接将温度数据进行编码，可以只使用一根电缆传输温度数据，通信方便，传输距离远且抗干扰性好：与用传统温度传感器组成的多点测温系统相比可节省大量电缆，而且系统得以简化，系统扩充维护十分方便。DS18B20 可以广泛用于工厂工业过程、大型粮仓、酿酒厂，食品加工厂的温度检测以及宾馆、仪器仪表室等处的温度检测和控制。3.4.2温度检测电路设计具体电路如图3-7所示：图3-7 温度检测电路工作原理：DS18B20的数据口与单片机相连，单片机P13口通过读口线数据，经处理后送LCD12864显示4.5。3.5水位检测及键盘电路设计水位检测电路与键盘均是由按键开关组成，由于所用按键数量不多，只用单片机自身口线寂静足够
