基于单片机的太阳能热水器控制系统设计(共63页).doc

《基于单片机的太阳能热水器控制系统设计(共63页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的太阳能热水器控制系统设计(共63页).doc（63页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上学号毕 业 设 计（论 文）基于单片机的太阳能热水器控制系统设计教 学 系： 信息工程系 指导教师： 专业班级： 自动化 学生姓名： 二零一四年六月毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级自动化指导教师工作单位华夏学院信息工程系设计(论文)题目基于单片机的太阳能热水器控制系统设计设计（论文）主要内容：太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显。太阳能热水器控制系统能测量并显示水温，同时还能对水位进行设置，可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。以单片机为核心器件按照太阳能热水器的不同功能对电路模块

2、进行设计，再进行软件设计，其主要功能包括：1. 系统具有水温显示功能，显示范围099；2. 系统具有水位显示功能；3. 系统具有加水功能；4. 系统具有报警功能。要求完成的主要任务：1. 查阅资料,写出不低于10篇参考文献（其中至少有2篇外文文献）的参考文献摘要；2. 进行方案论证，写出开题报告； 3. 进行总体设计和详细设计，完成软、硬件设计；4. 完成系统的调试，按系统设计要求，能独立运行演示程序；5. 撰写论文并准备答辩，要求论文语言通顺，整篇论文不少于10000字。时间安排：第13周：收集资料，完成开题报告。第46周：查阅文献，进行系统总体设计，做出布局。第711周：做出硬件和软件上的

3、整体设计，撰写毕业论文初稿，并定期交指导老师审查。第1214周：完成相关调试，在软件上进行仿真，同时对论文进行修改。第1516周：准备论文答辩。必读参考资料: 1 何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,2001.2 王幸之.单片机应用系统抗干扰技术.北京:北京航空航天大学出版社,2000.3 张毅刚.MCS51单片机应用设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.4 窦振中.PIC系列单片机应用设计与实例M.北京:北京航空航天大学出版社,1999.5 王化祥.传感器原理及应用M.天津:天津大学出版社,1998. 指导教师签名： 教研室主任签名： 毕业设计

4、(论文)开题报告题目基于单片机的太阳能热水器控制系统设计1 目的及意义（含国内外的研究现状分析）：国外对太阳能热水器的研究始于20世纪50年代初，美国、瑞典、澳大利亚、日本等发达国家纷纷投入了大量人力、物力对太阳能热泵进行深入研究与开发，在各地实施了多项太阳能热泵示范工程，如宾馆、住宅、学校、医院、图书馆以及游泳馆等，取得了一定的经济效益和良好的社会效益。目前，太阳能热水器的应用已比较普遍，在国外，许多国家通过政府补贴的式鼓励居民应用太阳能热水器，欧洲还采用了“工程项目法”等措施来加强太阳能热水器的推广。我国在没有政府补贴的情况下，太阳能热水器的销售和普及的速度也十分迅速，据统计，1999年我

5、国销售的太阳能热水器的面积近300万平方米,其数量居世界首位,并且销售的产品都是国产产品，销售的区域主要在经济比较发达地区，而这些区域很多并非是太阳能资源丰富的地区。若能在全国范围内推广使用太阳能热水器,其节能潜力和环保效益将是十分巨大的。近年，我国部分地区严重的能源短缺推动了太阳能热水器的广泛使用，这项环保而节能的新型产品在市场上迅速得到发展，到2002年底，我国太阳能热水器的总产量已达到1000万平方米总产值110多亿元，总保有量高达4000万平方米。有关专家预测，在未来的10年中，太阳能热水器将以15%每年的速度增长，到2010年将达到1亿平方米。总体来看，我国太阳能热泵热水技术还处于发

6、展阶段，太阳能热水器装置在我国尚难实现商品化，仍有许多问题需要解决。随着技术的不断更新，将会有越来越多、越来越完善的太阳能热水器产品出现，太阳能热水供应系统也会越来越完善。太阳能技术的推广使用，节约了能源改善了环境、提高了人们的生活质量，为人类的文明和进步作出了巨大的贡献。能源问题与安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一。目前市场上存在三种样式的热水器：电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。近年来，在一氧化碳中毒事故中，由燃气热水器造成的约占1/3；电热水器的大规模用电，并不能给人们的正常生活带来便利，作为后来者的太阳能热水器，因其安全性好、节能、绿色环保等优点，近几年呈现出爆发式的发展趋势。

7、 选择太阳能热水器这个课题，可以让我更好的认知可持续发展问题，看清目前的能源现状，以及各国在节约能源上的措施，在太阳能革新上运用的新技术。此外，太阳能热水器已经走进千家万户,控制系统是太阳能的核心,可以尽可能做到节能环保,作这样一个设计,不仅可以考察自己大学四年的专业课的理论与动手实践能力，产品也具有一定的市场前景。本文设计的太阳能热水器是以89C52单片机为检测控制核心，不仅实现了温度、水位两种参数的实时显示功能，而且具有温度设定与控制功能。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达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。实际应用结果表明，该控制器和以往的显示仪相比具

8、有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点，提高了我国太阳能应用领域控制水平，具有可观的经济效益和社会效益。太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。本设计介绍了一种以89C52单片机为核心构成的太阳能热水器智能控制器的设计方法,给出了系统硬件设计及软件实现方法。本设计以单片机89C52为核心，将来自温度和水位的信号直接送入单片机，一方面通过LCD显示当前温度和水位值，另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算，根据结果发出相应的上水、加热指令，对热水器的温度和水位进行控制。2 基本内容和技术方案：太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种

9、装置，经济效益明显。太阳能热水器控制系统能测量并显示水温，同时还能对水位进行设置，可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。以单片机为核心器件按照太阳能热水器的不同功能对电路模块进行设计，再进行软件设计，其主要功能包括：1. 系统具有水温显示功能，显示范围099；2. 系统具有水位显示功能；3. 系统具有加水及加热功能(通过调节滑动电阻器改变电阻大小来模拟加水功能和加热功能)；4. 系统具有报警功能。设计的主要内容包括：1. 总体设计：主要由温度水位数据采集模块、单片机控系统及LCD显示模块组成。2. 温度、水位检测电路设计：该部分是实

10、现温度及水位控制的重要环节,只有准确检测出温度和水位,才能通过软件实现辅助加热。3. 单片机控制系统设计：在经过广泛的比较之后，确定采用ATMEL 公司的AT89C52 FLASH单片机。它不仅具有8031单片机的一切功能，还有许多功能是8031所没有的。4. 模拟/数字转电路设计：设计中应用的是A/D转换的中断方式，这种方式使A/D转换器与处理器的工作时间同时进行，因而节省机时，常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。5. LCD显示电路设计：本设计中采用的是LCD1602,1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。6. 软件部分设计：

11、根据要求，控制器软件设计采用模块化结构，包括主程序、显示子程序等。要求完成的主要任务：1. 查阅资料,写出不低于10篇参考文献（其中至少有2篇外文文献）的参考文献摘要；2. 进行方案论证，写出开题报告； 3. 进行总体设计和详细设计，完成软、硬件设计；4. 完成系统的调试，按系统设计要求，能独立运行演示程序；5. 撰写论文并准备答辩，要求论文语言通顺，整篇论文不少于10000字。 主要结构框图：控制器测量元件执行元件控制对象3进度安排：第13周：收集资料，完成开题报告。第46周：查阅文献，进行系统总体设计，做出布局。第711周：做出硬件和软件上的整体设计，撰写毕业论文初稿，并定期交指导老师审查

12、。第1214周：完成相关调试，在软件上进行仿真，同时对论文进行修改。第1516周：准备论文答辩。4指导老师意见：指导教师签名： 年 月 日郑 重 声 明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： 日期： 目 录摘 要1ABSTRACT21 绪论31.1太阳能热水器的概述31.2太阳能热水器的发展31.3太阳能热水器的研究现状52 系统设计62.1主要任务及内容62.2系统的主要功能62.3 系统总体结构框图的设计72.4

13、 温度检测电路设计72.5 水位控制电路设计132.6 模拟/数字转换电路132.7 单片机的控制系统162.8 LCD显示电路设计233 软件部分设计283.1 程序流程图设计283.2 软件程序设计314 分析和总结34参 考 文 献35附录A 仿真电路图36附录B 程序清单37致 谢54专心-专注-专业摘 要本文设计的太阳能热水器是以89C52单片机为检测控制核心，不仅实现了温度、水位两种参数的实时显示功能，而且根据温度和水位的高低，设置了报警电路，当温度及水位达到某一设定值时，报警电路发出警报，从而达到保护热水器的目地，并防止温度过高对人体造成伤害。太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使

14、用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。本设计给出了系统硬件设计及软件实现方法。以单片机89C52为核心，将来自温度和水位的信号经A/D转换后直接送入单片机，一方面通过LCD显示当前温度和水位值，另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算，根据结果发出相应的上水指令，对热水器的温度和水位进行控。关键词:太阳能热水器；单片机AT89C52；LCDABSTRACT Solar water heater is designed in this paper is based on 89C52 microcontroller as the control core, the real-time

15、display function not only of the temperature, the water level of two kinds of parameters, and according to the temperature and water level, set the alarm circuit, when the temperature and the water level reaches a set value, the alarm circuit alarm, to protect the water heater. Thus, high temperatur

16、e and prevent damage to the human body.太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。本设计给出了系统硬件设计及软件实现方法。以单片机89C52为核心，将来自温度和水位的信号经A/D转换后直接送入单片机，一方面通过LCD显示当前温度和水位值，另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算，根据结果发出相应的上水指令，对热水器的温度和水位进行控。 The solar water heater due to use of solar energy, no pollution, convenient use, long-term

17、 use of inputs and low cost highly favored by people. This design gives the realization method of the system hardware design and software. 89C52 single-chip microcomputer as the core, signal from the temperature and water level by the A/D converted directly into a single chip, a display of current t

18、emperature and water level value through the LCD, on the other hand, with the water level and temperature setting value is compared, computing, sends out the corresponding water order according to the results, the water heater temperature and water level control.Key words：Solar water heater； single-

19、chip； LCD1 绪论随着社会的发展,对能源的需求在快速增长，使不可再生能源的贮量不断减少，同时燃用不可再生能源而带来的全球性污染和生态环境的破坏日益严重，开发利用新型清洁能源的问题越来越受到世界各国的重视。太阳能作为一种取之不尽的清洁能源，经过了几起几落的开发、研究之后，现在又进入了一个新的开发利用阶段，各种太阳能转换设备层出不穷，其中太阳能热水器就是其中的一种主要的转化设备，其核心部分是集热器，目前，太阳能热水器上使用的集热器有平板型、真空集热管和热管真空管三种类型。平板型集热器的价格相对较低，普通平板集热器的热效率受工质温度和环境温度的影响比较大，冬季不能正常使用1.1太阳能热水器的

20、概述太阳能热水器将太阳光能转化为，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和，真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把转换成热能主要依靠集热管，集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。太阳能热水器是一种技术成熟、应用广泛的可再生能源产品，在全球很多国家得到了广泛的应用，在提供热水供应、提高人民的生活水平、减少常规能源消耗等方面发挥了巨大作用。通常，太阳能热水器也称太阳热水装置或太阳热水系统(或工程)，但严格来说是有区别的。按国

21、标GB/T187l3和行标NY/T513的规定太阳热水器储热水箱的容水量在06t以下的称为家用太阳能热水器大丁06t则称为太阳热水系统或太阳热水工程。为叙述方便，在本文中统称太阳能热水器。 在我国、希腊、以色列等国家，太阳能热水器主要供应生活和沐浴热水；在欧洲、澳大利亚等国家，太阳能热水系统主要是作为辅助热源与常规能源系统联合运行，既能供应生活和洗浴热水，还为建筑供暖；在美国，太阳能热水器主要是用于游泳池加热。我国的太阳能热水系统市场已完全商业化运行，而其他国家的太阳能热水系统的发展仍依靠政府的补助和优惠政策，尚未实现商业化运行。1.2太阳能热水器的发展1.2.1 国外太阳能热水器的发展历程1

22、767年瑞士科学家贺瑞斯发明了第一台太阳能集热器。 1891年，美国马里州的肯普发明了世界上第一台闷晒式太阳热水器，被他命名为“顶峰”热水器，它的特点是集热器和贮水箱合二为一，水在容器中不能流动，依靠容器壁吸收太阳辐射能加热水。闷晒式太阳热水器的优点是结构简单，成本低。缺点是装置保温性能差，热水必须在当天傍晚及时用完，因此应用范围受到很大限制。 1936年，美国天体物理学家Charles Greeley Abbott 发明了太阳能开水器。 1941年，在佛罗里达州大约有6万套太阳能热水器被使用。 到20世纪70年代末期，全世界大约装有太阳热水器300多万台。太阳热水器的开发利用在美国、澳大利亚

23、、日本、德国、以色列等国都有很大的发展。 日本在19801985年间，政府对1000万套家庭住宅配上太阳热水器，为居民提供生活用热水。 1990年，日本东京大约有150万栋建筑使用了太阳能热水器，以色列大约30%的房屋安装了太阳能热水器系统，所有的新房子都要求安装太阳能热水系统。法国在1990年安装太阳热水器的住宅达200万座，相当于70万吨石油提供的热能。美国有500万幢以上的住宅安装有太阳热水器。 在欧洲，过去10年来太阳能热水器的增长率一直保持在18%左右，预计未来十年增长率会达到23%。欧盟提出到2010年安装1亿平方米太阳能热水器的规划，欧洲太阳能学会预算2020年欧洲太阳能热水器运

24、用高达14亿平方米。1.2.2 中国太阳能热水器发展历程太阳能热水器的发展历史在我国可以追溯历史在1958年，天津大学有12.6平米的太阳能浴室。70年代兴起开发利用太阳能热潮，开始以平板式和闷晒式为主，生产规模较小，技术水平较低。1979年我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器，但是太阳热水器的产量仅十万。 1987年，我国从加拿大引进铜铝复合（SUNSTRIP）生产线，制造了第一支全玻璃真空集热管，使我国平板集热器产品质量跨上一个新台阶，我国太阳能热水器产业开始进入以现代化生产手段制造国产优质平板集热器的历史新阶段。 90年代，我国建立了全玻璃真空集热管和热管真空管集热器工业，使我国太阳能

25、热水器推广应用上了一个新台阶。 进入90年代，随着技术进步和企业规模的扩大，技术和企业都逐步成熟，太阳能热水器逐步形成了真空管、平板和闷晒三种技术系列，实现了产品的系列化和规模化生产。90年代后期，住宅商品化的发展以及家庭对热水需求的大幅度增长，为太阳能热水器的发展提供了巨大的市场空间。 自上世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业保持了10多年的快速增长。据权威资料显示1992年，我国太阳能热水器产业年生产量只有50万平方米，而到2005年，我国太阳能热水器年产量已突破1500万平方米，是2000年640万平方米的2倍多。行业总产值已逾150亿元。 2006年国家统计局的资料表明中国太阳能热水

26、器年产量已突破1800万平方米，行业总产值已逾200亿元。 2007年我国太阳能热水器产量已突破2300万平方米，整个太阳热水器行业市场销售额达到320亿元。 有关权威专家统计2008年产量达到2800万平方米，产值达到400多亿元，与2007年同期相比增长超过20%其中出口约为1000万美元。出口欧洲、美洲、非洲、南非、韩国、东南亚等100多个国家。 目前我国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，该产业也成为我国惟一在生产能力和利用规模上处于世界领先水平的可再生能源产业。1.2.3 太阳能热水器的总体发展近年来，随着全玻

27、璃真空管及其太阳能热水器生产技术的不断完善以及生产装备逐步实现专业化，越来越多的小企业进入太阳能热水器产业，再加上产业管理滞后，市场不够规范，使规范经营的大中型太阳能热水器企业面临小型企业的不公平竞争。 国际太阳能市场始终以平板型太阳能热水器为主，而中国平板型太阳能热水器的产量和市场份额近年来却逐年减少，这就使得中国太阳能市场与当前世界太阳能市场主流形成了较大的反差。 太阳能热水器产品的质量监督和管理力度不够，国家级太阳能热水器产品质量检测中心至今尚未建成，太阳能热水器产品质量认证工作也尚未开展，一部分企业的产品以次充好，在一定程度上影响了太阳能热水器在消费者中的声誉。 太阳能与建筑一体化的工

28、作尚处于起步阶段，目前还没有太阳能热水器与建筑一体化成功的可供学习的样板，更缺乏这方面的设计安装规范，因而不少房地产开发商和建筑设计单位对此不敢轻易投资，也不敢贸然采用。然而，尽管太阳能热水器产业面临上述种种挑战，在各方面存在诸多障碍，但太阳能热水器产业同时又面临很多机遇。1.3太阳能热水器的研究现状近年，我国部分地区严重的能源短缺推动了太阳能热水器的广泛使用，这项环保而节能的新型产品在市场上迅速得到发展，到2002年底，我国太阳能热水器的总产量已达到1000万平方米总产值110多亿元，总保有量高达4000万平方米。有关专家预测，在未来的10年中，太阳能热水器将以15%每年的速度增长，到201

29、0年将达到1亿平方米。目前中国太阳能热水器品牌基本上分为三类：一是拥有全国销售网络的企业，如皇明等一两家；二是正处在由地方网络向全国过渡的企业，有华阳与清华阳光等几家；第三类是数量庞大的地方小太阳能热水器企业。有数字显示，这样的小太阳能热水器生产企业全国有3000多家。基本上每个省份都有近百家这样的小企业。这些间接导致了我国太阳能热水器行业整体技术水平的落后，在国际市场上缺乏竞争力。据权威部门统计，100亿的产业规模，年出口量仅1000万美元左右，不及总量的1%。总体来看，我国太阳能热泵热水技术还处于发展阶段，太阳能热水器装置在我国尚难实现商品化，仍有许多问题需要解决。2 系统设计2.1主要任

30、务及内容 太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。本设计以单片机AT89C52为核心，将来自温度和水位检测的信号经过调理、A/D转化后送入单片机，一方面通过LCD显示当前温度和水位值，另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算，根据结果发出相应的上水、加热指令，对热水器的温度和水位进行控制。本次设计的主要内容：（a） 温度、水位检测电路的设计 （b） A/D转换器及AT89C52的接口设计（c） 软件设计（d） 总体设计2.2系统的主要功能太阳能热水器自动控制系统具有以下功能：(1)、水温显示：水温用LCD显示,测温范围099；精度2。(2)、水位显

31、示：本系统利用水位检测电路可以检测5个水位,包括4个正常水位20、50 、80、100,和一个底水位。2.3 系统总体结构框图的设计太阳能热水器控制器主要由温度水位数据采集模块、单片机控系统和键盘显示电路及电机控制部分组成。本次设计选用的是AT89C52单片机作为核心控制器，组成热水器微控制系统。传感器采用的是ADC0803和ADC0831传感器，并负责将检测到的水压转换成05V的模拟信号，然后通过ADC0803及ADC0831模数转换器把检测到的温度电压信号转换成数字信号，一方面由单片机AT89C52完成最终完成太阳能热水器控制器的控制功能，另一方面通过LCD显示当前温度和水位值，另外一方面

32、与温度和水位设定值进行比较、运算，根据结果发出相应的上水、加热指令，对热水器的温度和水位进行控。系统框图如图2-1所示：AT89C52温度检测A/D转换水位控制A/D转换水量设置温度设置显示电路LCD1602显示报警电路图2-1 太阳能热水器控制器系统框图2.4 温度检测电路设计温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节,只有准确地检测出温度,才能通过软件实现辅助加热。其性能的好坏直接影响系统的性能，对于温度检测，采用的是温度传感器DS18B20，DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20的管脚排列如图2-2所示。图2-2 DS18B20

33、引脚图引脚定义：DQ：数字信号输入/输出端； GND：电源接地； VDD：外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。2.4.1 DS18B20技术性能描述 1、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 2、测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。 3、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温 4、工作电源: 35V/DC 5、在使用中不需要任何外围元件 6、测量结果以912位数字量方式串行传送 2.4.2

34、 DS18B20的初始化 1、先将数据线置高电平“1”。2、延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）3、数据线拉到低电平“0”。4、延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。5、数据线拉到高电平“1”。6、延时等待（如果初始化成功则在15到60微妙时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。7、若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。8、将数据线再次拉高到高电平“1”后结

35、束。DS18B20时序图如图2-3所示，其内部结构图如图2-4所示。图2-3 DS18B20时序图64位ROM和单线接口存储器控制逻辑存储器温度传感器高温度触发低温度触发8位CRC触发器电源检测图2-4 DS18B20内部结构图2.4.3 DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。DS18B20测温原理如图2-5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲

36、输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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。DS18B20温度数据如表2-1所示。图2-5 DS18B20测温原理框图表2-1 DS18B20温度数据表温度输入输出+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0

37、001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1119FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90h温度检测硬件电路如图2-6所示。图2-6 温度检测电路图2.4.4 温度控制电路设计 通过温度检测电路对温度进行检测后，可以进一步对温度进行控制，利用电阻的大小

38、来模拟相应的温度，通过调节电阻的大小来模拟温度的高低，利用ADC0831对电阻值的大小进行转换，转换后降数据传递至单片机，ADC0831的规格如下：1、 转换器数量1 2、 ADC 输入端数量1 3、 输入类型Voltage（电压） 4、 接口类型Serial（串行输出） 5、 电压参考5 V 6、 电源电压（最大值）6.3 V 7、 电源电压（最小值）4.5 V8、 最大功率耗散0.8 W 10、最大工作温度+ 7011、输入电压5 V ADC0831的管脚图及元件符号如2-7所示：图2-7 ADC0831的管脚图引脚说明：1、CS:片选 2、正输入端 3、Vref:负输入端 4、GND:地

39、 5、参考电压输入端 6、DO:串行数据输出端 7、CLK：时钟输入脚 8、VCC:电源ADC0831时序图如2-8所示：图2-8 ADC0831时序图调节滑动电阻器改变电阻的大小，利用电阻的大小来模拟温度的高低，具体硬件连接图图2-9所示。图2-9 温度控制电路图2.5 水位控制电路设计 在水位控制电路中，利用电阻的大小来模拟水位的高低，对于电阻值的A/D转换，选用的是ADC0803，和温度控制电路一样，也是通过调节滑动电阻器来改变电阻的大小，利用电阻值的大小来模拟水位的高低，具体硬件连接图图2-10所示。图2-10 水位检测电路图2.6 模拟/数字转换电路A/D转换是将传感器输入的模拟量转

40、换成数字量送入单片机内。设计中应用的是A/D转换的中断方式，将转换结束标志信号接到单片机的中断引脚或允许中断的I/O接口的相应引脚上，当转换结束时，即提出中断申请，单片机响应后，在中断服务程序中读取数据，这种方式使A/D转换器与处理器的工作时间同时进行，因而节省机时，常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。 模拟/数字转换电路应用的主要芯片是ADC0803。ADC0803简介7：8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100s左右。图2-11 ADC0803引脚图2.6.1 ADC0803的内部结构 ADC0803的内部逻辑结构图如2

41、-12图所示。图2-12 ADC0803内部逻辑结构图2.6.2 信号引脚 ADC0803芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图2-13。 对ADC0803主要信号引脚的功能说明如下： IN7IN0：模拟量输入通道。 ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0803；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。 A、B、C：地址线。通道端口选择线，A、B、C为低地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。 CLK：时钟信

42、号。ADC0803的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。 EOC：转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 D7D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。 OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。 Vcc+：5V电源。 Vref：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+

43、5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V）。2.6.3 ADC0803与单片机的接口设计AT89C52图2-13 ADC0803与单片机的硬件连接2.7 单片机的控制系统单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。 第一阶段：SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。第二阶段：MCU即微型控制器（Micro Controller Unit）阶段，不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接

44、口电路，突显其对象的智能化控制能力。Intel逐渐变弱，Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势成为最著名的厂家。将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。第三阶段：单片机是嵌入式系统的独立发展之路，寻求应用系统在芯片上的最大化是MCU阶段发展的重要因素。因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 单片机的发展 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个

45、机种。我们将8位单片机的推出作为起点，那单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：第一阶段（1976-1978）：单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。开始探索工控领域，Motorola 、Zilog等公司也参与了探索，都取得了满意的效果。第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它有完善的外部总线、CPU外围功能单元集中的管理模式、具有工控特性的位地址空间及位操作方式、指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令，这些都奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS-51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路功能，强化了智能控制的特征。第四阶段（1990-至今）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发