[工学]热水器控制器的设计论文.doc

摘 要本课题研究的目的是设计一个太阳能热水器控制器，利用单片机实时监测水温及水位，实现热水器温度、水位实时在OCMJ4X8C液晶显示模块上显示。该系统通过液位传感器、温度传感器对液位和水温信号进行采集。AT89S52单片机根据采集的信号对上水设备和加热设备进行控制，同时利用LCD对温度和液位信号进行显示。该太阳能热水器控制器系统以AT89S52为检测控制核心,这控制器具有时间、温度、水位设定与控制功能。基本实现目标为：（1） 通过按键设置自动模式和手动模式；（2） 显示水温和水位，手动模式下，手动上水和电加热可随时启动；（3） 关于自动模式，可通过键盘设置时间，温度，水位参数；（4） 设置参数后，自动控制电辅助设备加热。太阳能热水器控制器弥补了太阳能自身不足而及时提供辅助能源补充加热，通过智能控制实现全天候不间断提供热水。太阳能热水器控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高的特点，对太阳能热水器的进一步推广具有积极意义。关键词：太阳能热水器 单片机 自动控制 显示 传感器AbstactThe purpose of this research is to design a solar water heater controller, using microcontroller to real-time monitor water temperature and water level, realizing real-time display of water heater temperature and water level on OCMJ4X8C LCD module. The system gather the liquid level signal and water temperature signal through the liquid level sensor and the temperature level sensor . AT89S52 SCM controlled water filling equipment and heating equipment according to collected signal, at the same time used LCD to display temperature signals and level signals. The solar energy water heater used AT89S52 devices as the control system of inspection control core, this controller has time, temperature, water level set and control function. Basic goals are: (1) setup automatic mode or manual button mode through button ;(2) display water temperature and water level, under the manual mode and manual water filling, electrical heating may at any time launched; (3) about automatic mode, via keyboard setup time, temperature, water level parameters; (4) after parameters, automatic control electric auxiliary equipment heating.Solar water heater controller compensated for the lack of solar itself with providing auxiliary energy complement heating, realizing 24-hour uninterrupted hot water provided through intelligent controller. Solar energy water heater controller has the characteristics of easy to use, cost-effective and reliable work and high precision ,the further expansion of solar energy water heater has positive significance. Key words: Solar water heater SCM Automatic control Display Sensor目 录摘要IAbstactII绪论11 控制器系统组成及工作原理41.1 控制系统的组成41.2 控制系统的工作原理42 芯片介绍62.1 OCMJ4X8C62.1.1 OCMJ4X8C芯片介绍62.1.2 OCMJ4X8C的工作原理62.1.3 OCMJ4X8C的数据显示原理82.1.4 OCMJ4X8C的绘图显示原理82.2 AT89S52单片机介绍92.2.1 主要性能92.2.2 功能特性描述92.2.3 引脚结构102.3 TLC0832芯片介绍122.3.1 TLC0832 主要性能122.3.2 TLC0832 特点132.3.3 TLC0832 引脚分配132.3.4 TLC0832 的时序图143 系统硬件设计153.1 系统硬件电路设计153.2 单元电路设计153.2.1 时钟电路设计153.2.2 电源电路设计163.2.3 传感器电路设计163.2.4 显示电路设计173.2.5 按键电路设计183.2.6 复位电路设计193.2.7 上水电路设计194 系统软件设计214.1 主程序流程图214.2 LCD显示程序235 系统的调试245.1 软件调试245.2 硬件调试24结论28致谢30参考文献3131绪 论太阳能热水器应用较好的国家有西班牙、以色列、意大利、希腊、德国、荷兰、澳大利亚、日本、美国等国家。一些国家利用太阳能热水器除了提供家庭热水外，还用于采暖、空调及泳池加热等领域，其中美国的太阳能热利用主要用于泳池加热。目前太阳能热水器已在我国城乡开始推广使用，主要供应生活和洗浴热水，我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和应用国。太阳能热水器节能减排，实现能源替代，效果显著。经过两年多的实践，人们认识到太阳能热利用是投资少、见效快、经济实用、节能减排，实现我国能源替代的一个好产业，国家也正大力扶持和支持，学校、宾馆、饭店、洗浴中心纷纷建设太阳你洗浴系统，太阳能热水器的市场存在扩大空间。新农村建设与建筑节能也为太阳能热水器的应用推广带来机遇。但是市面上绝大多数的控制器结构简单，功能单一，智能化程度低下，用户界面不人性化，只具有水位显示功能，不具有温度显示功能。并且当水位加到一定的程度的时候也没什么措施，只能通过手动的方法来控制水位的高度。因此根据以上要求为核心，开发出一种太阳能热水器智能控制系统，解决了目前市面上太阳能热水器控制系统存在的问题。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。太阳能热水器是以太阳能光热转换，利用温室效应和虹吸原理使水加热的装置，此装置分为两个不同的概念：太阳能热水工程系统，这种系统由太阳能集热器、储水箱管线、补水箱组成不同形式的热水系统，包括自然循环式、定温放水式等等，可构成提供热水10吨到100吨的装置，大多提供集体单位使用。太阳能热水器是指将上述各种不见组装成一个小系统，提供家庭或需要产热水1吨以下的单位使用，此种装置算为太阳能热水器。太阳能热水器（或系统）均以其采光面积作为计量单位，一般1平方米光面积可产热水100升，采光面积每种型号不同，一般在1.52.0平方米。我国从“六五”计划期间开始推广太阳能热水器，到目前全国已有250万平方米采光面积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有180家左右，是目前世界上推广最大的国家之一，而且形成了规模，形成了中国特色的太阳能企业，有中国太阳能协会为中心的学术中心，以中国农村能源企业协会太阳能热利用专业委员会为中心，制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发等一系列措施。世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如：澳大利亚政府规定，在北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有25%的新住宅安装了太阳能热水器。日本现在每年安装太阳能热水器近50万台，现在有20%的家庭安装了太阳能热水器，计划今后普及率达到25%，按照日本的“阳光计划”还将为公寓，办公楼安装6500套太阳能热水系统，为工厂安装1900套工业用太阳能热水系统。以色列的法令规定所有新建筑物必须配备太阳能热水器，目前普及率已超过60%。英、法、德、意、希腊五国到2000年底推广热水器600万平方米，比1990年增长2倍多。国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本原因是：能源问题、环保问题是当今世界各国面临的主要问题之一。太阳能热水器是节能、环保产品，故受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以15%20%的速度发展。根据理论计算及实际应用证明，太阳能热水器每平方米光面积一年可节约标准煤200-300公斤节电1500度，或节约液化气180公斤。采用本热水器与电热水器、燃气热水器相比，还具有绝对安全，最为卫生的特点。本课题设计的太阳能热水器的智能控制器是一款兼具实用性与方便性的太阳能热水器控制器，具有良好的市场前景。利用单片机技术的控制器系统以其功能强、成本低、测温精度高等特点而被广泛采用，采用单片机技术可以使热水器的控制更准确、灵活、直观。该太阳能热水器控制器系统以AT89S52为检测控制核心，采用温度传感器实现温度检测，水位传感器实现液位检测，用LCD实时显示温度和水位，设计了一种太阳能热水器智能控制器。这控制器具有时间、温度、水位设定与控制功能。它弥补太阳能自身不足而及时提供辅助能源补充加热，通过智能控制实现全天候不间断提供热水。太阳能热水器控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高的特点，对太阳能热水器的进一步推广具有积极意义。1 控制器系统组成及工作原理1.1控制系统的组成系统组成 ：本系统主要由控制器、显示电路、水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、电磁阀，按键电路等组成。硬件结构图如下所示：图1-1 太阳能热水器控制器硬件框图各部分功能为：（1） 传感器: 用水温、水位传感器采集连续变化的水温、水位模拟量信号，实现水位水温检测。（2） 电磁阀：完成上水功能。（3） 加热：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。 （4） 按键：这部分是由5个按键来完成相应功能的，分别实现设置、手动加热和上水功能。（5） 显示：实现温度、水位、时间的显示。（6） 控制器：自带AD转换功能，可以处理传感器和按键传来的信号，控制显示，电磁阀和加热模块。1.2 控制系统的工作原理本控制系统分为手动和自动两种控制模式，在系统处于自动状态下，当检测温度高于设置温度，且水位未达到最高时，控制器打开电磁水阀进行上水，同时点亮上水指示灯，当水位上至上一目标水位时，自动停止上水（即关闭电磁水阀），若水箱内无水，则自动上水至最低水位处。在系统处于手自动状态下，可自由上水或停止上水（上水时水箱水位必须未满），若水位达到最高则自动停止上水；若需要启动加热器则必须先设定加热温度，然后按下加热键进行加热；若需洗浴时，则需启动手动上水或加热，系统自动打开电磁水阀，可自由调节水温。 太阳能实物模拟图如下：图1-2 太阳能热水器实物图工作过程：传感器实时检测水温和液位，并在LCD上显示出来；按照系统设定，当自动模式下水箱水位低于设定水位或手动上水启动时，电磁阀打开，水从冷水管进入水箱，空气从水箱中被排出，达到设定水位时停止上水；当自动模式下实际水温低于设定水温或手动加热时，启动加热功能，利用电热丝加热，达到设定温度后停止加热；淋浴时，空气从气孔进入水箱，热水从水箱排出，冷水与热水在混水阀处混合，水温可通过混水阀调节。 2 芯片介绍2.1 OCMJ4X8C2.1.1 OCMJ4X8C芯片介绍该款液晶采用台湾矽创电子公司生产的ST7920中文图形控制芯片。液晶屏幕为128X64点。其可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。内置2M中文字型ROM（CGROM）总共提供8192个中文字型（16X16点阵），16K半宽字型ROM（HCGROM）总共提供126个符号字型（16X8点阵），64X16位字型产生RAM（CGRAM），另外绘图显示画面提供个个64X256点的绘图区域（GDRAM），可以和文字画面混合显示。提供多功能指令：画面清除（Display clear）、光标归位（Return home）、显示打开/关闭（Display on/off）、光标显示/隐藏（Cursor on/off）、显示字符闪烁（Display character blink）、光标移位（Cursor shift）、显示移位（Display shift）、垂直画面旋转（Vertical line scroll）、反白显示（By_line_reverse display）、待命模式（Standby mode）。可以实现汉字字符，英文字母，图形显示。除了上述的静态显示方式外，还可以通过编程来实现字符的动态显示及一些特效（如字符的移动，渐变，闪烁）显示。达到了与内置控制器相同的功能1。主要参数: (1) 工作电压(VDD):4.55.5V (2) 逻辑电平:2.75.5V (3) LCD驱动电压(Vo):07V (4) 工作温度(Ta):055(常温)/-2075(宽温) 保存温度(Tstg):-1065(常温)/-3085(宽温)2.1.2 OCMJ4X8C的工作原理(1) 引脚电器特性第1脚：VSS接地第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生"鬼影"，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线第15脚：PSB 高：并行/低：串行第16脚：NC 无连接第17脚：/RST系统复位 低电平有效第18脚：NC 无连接第19脚：LEDA背光电源+5V第20脚：LEDK背光电源0V2（2）与单片机接口1-VSS 接地GND； 2-VDD 接+5V电源； 3-Vo 4-RS 接P3.0；5-R/W 接P3.1；6-E 接P3.2；7-14 DB0DB7 接P1口； 15-PSB 接P3.316-NC 17-/RST 接P3.518-NC 19-LEDA 接+5V20-LEDK 接GND32.1.3 OCMJ4X8C的数据显示原理显示数据RAM 提供64x2 个字节的空间,最多可以控制4 行16 字(64 个字)的中文字型显示,当写入显示资料RAM时,可以分别显示CGROM,HCGROM 与CGRAM 的字型;本系列模块可以显示三种字型,分别是半宽的HCGROM 字型,CGRAM 字型及中文CGROM 字型,三种字型的选择,由在DDRAM 中写入的编码选择,在0000H0006H 的编码中将选择CGRAM 的自定字型,02H7FH 的编码中将选择半宽英数字的字型,至于A1 以上的编码将自动的结合下一个字节,组成两个字节的编码达成中文字型的编码BIG5(A140D75F) GB(A1A0F7FF),详细各种字型编码如下: (1) 显示半宽字型:将8 位资料写入DDRAM 中,范围为02H7FH 的编码。 (2) 显示CGRAM 字型:将16 位资料写入DDRAM 中,总共有0000H,0002H,0004H,0006H 四种编码。 (3) 显示中文字形:将16 位资料写入DDRAM 中,范围为A140HD75FH 的编码(BIG5)A1A0HF7FFH 的编码(GB).将16 位资料写入DDRAM 方式为透过连续写入两个字节的资料来完成,先写入高字节(D15D8)再写入低字节(D7D0) 4。 2.1.4 OCMJ4X8C的绘图显示原理绘图显示RAM 提供64x32 个字节的记忆空间(由扩充指令设定绘图RAM 地址),最多可以控制256x64 点的二维绘图缓冲空间,在更改绘图RAM 时,由扩充指令设定GDRAM 地址先设垂直地址再设水平地址(连续写入两个字节的数据来完成垂直与水平的坐标地址),再写入两个8 位的资料到绘图RAM,而地址计数器(AC)会自动加一,整个写入绘图RAM 的步骤如下5: (1) 先将垂直的字节坐标(Y)写入绘图RAM 地址.(2) 再将水平的字节坐标(X)写入绘图RAM 地址. (3) 将D15D8 写入到RAM 中(写入第一个Bytes). 2.2 AT89S52单片机介绍2.2.1 主要性能(1) MCS-51 单片机产品兼容；(2) 8K 字节在系统可编程Flash 存储器；(3) 1000 次擦写周期；(4) 全静态操作：0Hz33Hz；(5) 三级加密程序存储器；(6) 32个可编程I/O口线；(7) 三个16 位定时器/计数器；(8) 八个中断源；(9) 全双工UART串行通道；(10) 低功耗空闲和掉电模式；(11) 掉电后中断可唤醒；(12) 看门狗定时器；(13) 双数据指针；(14) 掉电标识符6。2.2.2 功能特性描述AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K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 和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。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，三个16 位定时器/计数器，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0Hz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，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止7。2.2.3 引脚结构图2-1 AT89S52引脚图VCC: 电源。 GND: 地。 P0口：P0口是一个8 位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8 个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表2-1所示。在flash 编程和校验时，P1口接收低8 位地址字节。表2-1 P1口的第二功能引脚号第二功能P1.0T2 （定时器/计数器T2 的外部计数输入），时钟输出 P1.1T2EX（定时器/计数器T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用） P1.6MISO（在系统编程用） P1.7SCK（在系统编程用） P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16 位地址读取外部数据存储时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash 编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）8。P3口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表2-2所示。表2-2 P3口第二功能引脚号第二功能 P3.0RXD（串行输入） P3.1TXD（串行输出） P3.2INT0(外部中断0) P3.3INT0(外部中断0) P3.4T0（定时器0外部输入） P3.5T1（定时器1外部输入） P3.6WR(外部数据存储器写选通) P3.7RD(外部数据存储器写选通) 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。关于/EA(/EA 管脚已内部上拉到Vcc):(1) 如外部不加上拉,或外部上拉到Vcc。(2) 如外部下拉到地,上电复位后单片机上电复位后单片机从内部开始执行程序,从外部开始执行程序.RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：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。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，E操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 ：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52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，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。 /VPP：访问外部程序存储器控制信号。为了能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接Vcc。在flash编程期间，也接收12伏Vpp电压。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端9。 2.3 TLC0832芯片介绍2.3.1 TLC0832 主要性能TLC0832是一款8bit二通道三总线的A/D转换器，其特点是体积小巧、占用单片机资源少，且性能优良。TLC0832有两个可多路选择的输入通道，串行输出可配置为和标准移位寄存器或微处理器接口。 TLC0832 的多路器可用软件配置为单端或差分输入，差分的模拟电压输入可以共模抑制和使模拟输入压偏移值为零。另外,输入基准电压可以调整大小，在全8位分辨率下允许任意小的模拟电压编码间隔. TLC0832的工作原理和更多路输入的 TLC0834，TLC0838非常相似，使REF端输入等于最大模拟信号输入值，可以得到满比例尺转换，获得最高的转换分辨率。典型地，REF端设为等于Vcc(TLC0832内部已设定)。TLC0832C 的工作温度范围为07010。2.3.2 TLC0832的特点(1) 8位分辨率  (2) 易于和微处理器接口或独立使用  (3) 满比例尺工作或用5V基准电压  (4) 单通道或多路器选择的双通道， 可单端或差分输入选择  (5) 单5V 供电,输入范围0-5V (6) 输入和输出与TTL和CMOS 兼容 (7) 在FCLOCK =250kHz 时，转换时间为 32 s (8) 设计成可以和国家半导体公司的ADC0831和ADC0832互换,管脚完全兼容 (9) 总非调整误差±1LSB112.3.3 TLC0832 引脚分配TLC0832的CH0和CH1为模拟信号输入端，D0和D1为对应的数字信号输出。输入（CH0，CH1）可通过DI，地址选择脚配置为差分（IN+，IN-）输入。当连到IN+端的输入电压低于IN-端的输入电压时，转换结果为0。TLC0832的基准由内部设定。当CS置为低电平时，方能启动转换，且在整个转换过程中CS必须保持低电平。转换开始后，器件从CPU接收时钟，在一个时钟的时间间隔的前导下，以保证输入多路器稳定。逐次逼近式A/D转换器对从电阻梯形网络输出的逐次信号和输入模拟信号进行比较。在转换过程中，转换数据同时从DO端输出，以最高位（MSB）开头。经过8个时钟周期后，转换完成。当CS变高，内部所有寄存器清零。此时，输出电路变为高阻状态。如果希望开始另一个转换，CS必须做一个从高到低的跳变，后面紧接地址数据等操作12。TLC0832的引脚图如图2-2所示：图2-2 TLC0832的引脚图2.3.4 TLC0832的时序图TLC0832的地址是通过DI端移入来选择模拟信号输入通道，同时也决定输入端是不是差分输入。在每个时钟的上升沿跳变时，DI端的数据移入多路器地址移位寄存器13。时序图如图2-3所示：图2-3 TLC0832的时序图3 系统硬件设计3.1 系统硬件电路设计本课题设计的目的是设计一个太阳能热水器控制器，实现热水器温度、水位实时在LCD屏上显示，该系统利用单片机实时监测水温及水位。该系统通过液位传感器、温度传感器对液位和水温信号进行采集。AT89S52单片机根据采集的信号对上水设备和加热设备进行控制，同时利用LCD对温度和水位信号进行显示。系统框图如上所示图1-1。系统硬件电路设计包括时钟电路，电源电路，传感器电路，显示电路，按键电路，复位电路，上水电路。其中AT89S52的P0口接TLC0832经A/D转换输出的两路数字信号，P1口用作8路数据输入送显到OCMJ4X8C，P2口接按键电路，P3口接液晶屏的驱动。系统硬件设计框图如上图1-1所示。 3.2 单元电路设计3.2.1 时钟电路设计单片机时钟信号的产生，是因为单片机内部有一个高增益反向放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在2030pF，典型值为30pF。外部信号要求为高电平的持续时间大于20ns，且为频率低于12MHz的方波14。时钟电路主要是由两个容量值小的电容和一个频率很高的晶振构成。主要参数在图3-2中可以看出。时钟电路主要是对单片机提供工作频率。产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的脉冲。通过电容C1和C2取30pF左右，晶体振荡频率范围是1.212MHz。晶振频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也快。时钟电路图如图3-1：图3-1 时钟电路图3.2.2 电源电路设计单片机要工作，必定需要电源，电源的稳定性直接关系到整个系统的稳定性，因此，此部分的设计也是十分重要的。由于单片机系统的工作电压只要5V就可以了，所以可以用最简单的降压电路。其中，电源电路的输入为12V，输出为5V，两个47uF的电解电容，一个瓷片电容105，作用是稳压和滤波。装上液晶屏前必须进行硬件检测，首先必须确认电源电路无误，否则易导致液晶屏烧坏。检测时，输入12V电压，测试输出电压是否为5V，即单片机和液晶屏工作所需电压。电源电路电源电路如图3-2。图3-2 电源电路图3.2.3 传感器电路设计 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输，处理，存储，显示，记录和控制等要求。它是实现制动控制和自动检测的首要环节。蓄水箱水位和温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节，只有准确地检测出水位和温度，才能通过软件计算提前开始辅助加热的预加热时间。此次设计中要求将液位水温信号在LCD上显示，所以必须使用传感器来检测水位和水温信号，而且我选用的传感器是水位传感和水温传感一体的专用太阳能热水器传感器。此传感器是电阻式，因此它的原理就是使之与一个电阻串联，接在5V电压上，传感器一端接地，另一端接在A/D转换器TLC0832的模拟信号输入的端口，随着温度或液位变化，传感器的阻值发生变化，TLC0832检测到的电压值也会发生变化，于是检测到温度和液位信号。温度信号和液位信号都是模拟信号，通过TLC0832进行A/D转换，得到数字信号，送入AT89S52。经过测量温度传感器和液位传感器的电阻变化范围，为了是电压的动态范围最大，计算得出与温度传感器串联的电阻为5K，与液位传感器串联的电阻为50K。CH1通道检测温度，CH0通道检测液位。传感器电路的电路图如图3-3。图3-3 传感器电路图3.2.4 显示电路设计系统采用的是金鹏OCMJ4X8C液晶模块，它是一款内置中文字库,串并可选模块。液晶屏幕为128X64点。其可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。内置2M中文字型ROM（CGROM）总共提供8192个中文字型(16X16点阵)，16K半宽字型ROM（HCGROM）总共提供126个符号字型（16X8点阵），64X16位字型产生RAM（CGRAM），另外绘图显示画面提供个个64X256点的绘图区域(GDRAM)，可以和文字画面混合显示LCD与MCU接口方式基本是标准的，和单片机连接一般有两种方式：直接连接和间接连接。直接连接就是把其口线连接到通用端口上，通过软件模拟访问LCD的读写时序进行访问。间接连接就是把其当成一种标准外设来访问，即用单片机产生的硬读写信号来访问。本系统采用的是第一种连接方式，即直接连接方式。此外，它还可以选择采用8位并行传输或4位并行传输两种方式，以便节省MCU的口线资源。它的控制口线是RS、RW，EN三根15。AT89S52的P1口接OCMJ4X8C的数据端口，OCMJ4X8C与AT89S52的接口原理图如图3-4所示：图3-4 OCMJ4X8C与AT89S52的接口原理图3.2.5 按键电路设计按键电路由5个按键来完成相应功能的，分别实现设置、手动加热和上水功能。AT89S52的P2口的P2.0- P2.4引脚口作为按键的信号输入端。键按下，就执行该键的功能。其电路如图所示。（为了编程简单、方便，采用独立式键盘电路）当按钮按下后，电路与地接通时，I/U口与地面相连为低电平。按钮没有按下时，电路不与地面相接，I/U口与电压高端相连为高电平。键盘电路图如图3-5所示：图3-5 键盘电路图3.2.6 复位电路设计该控制器采用上电复位电路，由R8、C3构成复位电路，在上电瞬间，产生一个脉冲，AT89S52将复位。为保证可靠复位，脉冲宽度应大于两个机器周期，这取决于R、C时间长数。取电容C=10uF，电阻R=1K。复位电路如图3-6.图3-6 复位电路图3.2.7 上水电路设计上水功能是通过电磁阀实现的。电磁阀的主要作用就是接收CPU AT89S52发送的信号，控制是否上水，当AT89S52单片机获得实时水位后，会通过软件与设定值相比较，然后由AT89S52单片机发出指令，电磁阀执行相应的指令；当水位达到设定值时，同样由CPU发出指令停止上水。电磁阀是靠线圈充放电引起阀门的关闭和开启。有永久磁铁参与的，是靠抵消磁性来实现；没有永久磁铁的，靠线圈产生的磁性发生作用。产生磁性的强弱与阀门的功率有关系，控制线圈的电流即可。国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步直动式、先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。直动式电磁阀原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧