热水器控制器(软件)-大学毕业设计.doc
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1、金 华 职 业 技 术 学 院J I N H U A P O L Y T E C H N I C毕业教学环节成果 (2014届)题 目 热水器控制器(软件)学 院 信息工程学院 专 业 电气自动化技术 2014年 5月 20日金华职业技术学院毕业教学成果 目 录摘 要1英文摘要1引言21 方案选择与论证21.1控制器方案选择21.2 显示方案选择22 硬件设计32.1 硬件结构32.2 温度采集电路设计33 软件总设计43.1 控制软件总设计43.2 中断程序设计63.3 按键设计73.3.1功能按键设计73.3.2上调按键功能设计83.3.3下调按键功能设计103.4 DS18B20温度测量
2、设计113.5 LCD1602液晶程序设计133.5.1 1602液晶初始化程序设计133.5.2 LCD写命令程序设计153.5.3 LCD写数据程序设计163.5.4 LCD检测忙碌程序设计164调试与仿真18结论与谢辞21参考文献22附件1.硬件电路图23附件2.程序清单24热水器控制器(软件)摘 要:本设计是以AT89C51为核心的热水器控制器。以温度传感器DS18B20作为温度采集器,DS1302作为实时时间控制元件,使该控制器具有定时开机关机功能,方便用户使用。同时该控制器具有在一定温度范围内自动加热功能。文中详细介绍了软件设计部分,主要有:时间控制模块、温度采集程序设计模块、按键
3、程序设计模块、显示程序设计模块等。实践证明该系统具有价格低廉,抗干扰性好,结构简单,操作方便等特点,对其他类似系统有一定的借鉴作用。关键词:AT89C51单片机 DS18B20温度采集芯片 温度控制 Water Heater Controller(software)Abstract:This design is the water heater controller based on AT89C51. The temperature sensor DS18B20 as the temperature collector, DS1302 as the real time control elem
4、ent, so that the controller has the timing on-off function, user-friendly. At the same time, the controller with automatic heating function in a certain temperature range. This paper introduces in detail the software design part, mainly has: time control module, temperature acquisition program desig
5、n module, key program design module, display module program design. The practice proves that the system has the advantages of low cost, good anti-interference performance, simple structure, convenient operation, and has certain reference function to other similar systems.Keywords: AT89C51 microcontr
6、oller DS18B20 temperature acquisition core temperature control引言热水器是一种可供浴室,洗手间及厨房使用的家用电器。目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器。在生活中热水器的使用与温度息息相关。温度高了就需要降温,温度低了要提高温度。因此温度的控制就非常的重要,因此研究温度的控制器也有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段:1.传统的分立式温度传感器;2.模拟集成温度传感器;3.智能集成温度传感器。目前,国际上新型温度传感器正从模拟式转向数字式,从集成化向智能化、网络化的方向飞
7、速发展。本论文阐述了智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法,用温度传感器DS18B20、AT89C51单片机为控制器构成温度控制器装置的工作原理做了详细介绍。1 方案选择与论证1.1控制器方案选择方案1:采用FPGA(现场可编程门阵列)作为系统的控制器。FPGA可以实现系统的各种复杂的逻辑功能,规模大,密度高,它将所有的器件集成在一块芯片上,减小了体积,提高了稳定性,并且可以利用EDA软件仿真、调试,易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入方式,提高了系统的处理速度,适合作为大规模实时系统的控制核心。但是由于本设计对数据处理的速度要求不是很高,FPGA高速处理的优势得不到充分的体
8、现,并且由于其集成度高,使其成本偏高,同时由于芯片的引脚较多,实物硬件电路板布线复杂,加重了电路设计和实际焊接的操作。方案2:采用ATMEL公司的AT89C51作为系统的控制器。单片机算术运算功能强,软件编程灵活,自由度大,可用软件编程实现各种算法,并且具有功耗低,体积小,技术成熟,成本低廉等有点,使其在各个领域应用广泛。综上所述介绍中由于设计对数据处理的速度要求不是很高。FPGA比AT89C51的成本高,AT89C51单片机算术运算功能强,软件编程灵活,自由度大。所以选择方案2。1.2 显示方案选择 方案1:LCD显示LCD液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点,在袖珍
9、式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。目前字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。LCD1602液晶显示模块,它可以显示两行,每行16个字符,采用单+5V电源供电,外围电路配置简单,价格便宜,具有很高的性价比。方案2:LED显示LED数码管有静态显示和动态显示2种,静态显示不用另加外界驱动直接与单片机输出口相连,不需要单独的程序来完成显示;动态显示需加外部驱动以此增加输出电流来更好的驱动数码管显示,电路简单,成本稍高,需要特定的编程来完成动态刷新。从上述的比较中LCD更符合设计的需求。2 硬件设计2.1 硬件结构设计要求热水器控制器要有定时开机、定时关机等功能的时钟电路
10、,要求能测量温度的温度采集电路,测量出的温度要显示在液晶显示屏上的显示电路,要有控制键能控制温度的按键电路,有加热指示的加热指示电路。图2-1 系统硬件框图2.2 温度采集电路设计DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。根据D
11、S18B20的通讯协议,主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤:(1)每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,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。(2)复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待1660微秒左右,后发出60240微秒的存在脉冲。(3)主CPU收到此信号表示复位成功。特点独特的一线接口,简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电,电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源 测量温度范围为-55至+125。相当于华氏的67F到257华氏度。-10 至+85范围内精度为0
12、.5 。3 软件总设计在此设计中要实现热水器控制器具有定时开机、定时关机等功能,实现测量的温度范围可以在055,误差在2度范围内。用LCD显示。主要包括温度测量模块、LCD液晶显示模块、定时开关模块、按键控制模块。最主要的程序是温度测量和LCD液晶显示部分和按键控制。3.1 控制软件总设计主程序它判断输入的数据是否符合要求。当数据符合要求时则进行下一步的步骤,当所有的数据要求都符合时则加热,当数据不符合要求时则停止加热。开始调用液晶初时化函数,调用初始化DS1302时钟芯片函数调用定时器函数调用键盘处理程序判断当前时间是否大于开机时间如果是判断是否大于关机时间,否则停止加热。判断当前时间是否大
13、于关机时间如果是则停止加热,否的话则判断当前温度是否下限温度如果是则判断当前温度是否小于55度,否的话则停止加热。判断当前温度是否小于55度如果是则加热,否的话则停止加热。实行加热开始则回到键盘处理程序停止加热回到键盘程序,是一个死循环。 图3-1主流程图while(1) /无限循环下面的语句: keyscan(); /调用键盘扫描子函数if(fen=kf) /当前时间分大于开机时间分 if(shi=ks) /当前时间小时大于开机时间的小时 if(flag=sw&flag=gs)/ 当前时间小时大于关机时间小时 led=1; /灯灭 if(shi=gs) /当前时间小时等于关机时间小时 if(
14、fen=gf) /当前时间分大于关机时间分 led=1; /灯灭 3.2 中断程序设计因为要读取当前温度和当前时间,在主程序里没有读取当前温度和当前时间的功能功能。所以要有中断程序。开始读当前温度,读当前时间,显示当前时间,显示当前开机时间,显示当前温度和下限温度,显示开机时间后显示当前温度和下限温度,显示关机时间后返回。图3-2 中断流程图3.3 按键设计本次设计总共设计了3个按键,分别是功能按键,上调按键,下调按键。它们用于切换调节LCD上显示的内容。3.3.1功能按键设计按键1是设置功能键。用于切换光标位置。按下按键1延时抖动,再次按下按键1等待按键释放。按键1被按则按键循环加1。当按键
15、是第1次时关中断器将光标移动到当前时间的时的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第2次时将光标移动到当前时间的分的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第3次时将光标移动到开机时间时的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第4次时将光标移动到开机时间分的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第5次时将光标移动到当前温度的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第6次时将光标移动到设定温度的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第7次时将光标移动到关机时间时的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第8次时将光标移动到关机时间分的位置上,光标闪烁并返回。当按键是第9次时光标不闪烁,打开定时器并返回。 图3-3 功能按键流程图3.3.2上调
16、按键功能设计按键2是设置上调键。用于上调光标所在位置上的数字。当时间的小时大于24时则数字归零当分大于60是则分的数字归零当温度大于55度时则不能上调。按下按键2延时抖动,再次按下按键2等待按键释放。按键2被按则按键循环加1。当按键是第1次时光标在当前时间时的位置上,加小时值判断是否到24小时,是则小时为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将当前小时重置写入DS1302并返回。当按键是第2次是光标在当前时间分的位置上,加分值判断是否到60分,是则分为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将当前分重置写入DS1302并返回。当按键是第3次时光标在当前时间秒的位置上,加分值判断是否到60秒,是则
17、分为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将当前分重置写入DS1302并返回。当按键是第4次时光标在开机时间时的位置上,加小时值判断是否到24小时,是则小时为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将开机小时重置写入DS1302并返回。当按键是第5次时光标在开机时间分的位置上,加分值判断是否到60分,是则分为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。图3-4 上调按键流程图将开机的分重置写入DS1302并返回。当按键是第6次时光标在当前温度位置上,加温判断是否到55度,温度为55度时,送入液晶显示。将当前温度重置写入DS1302并返回。当按键是第7次时光标在设定温度位置上,加温判断是否到55度,是温
18、度为55度,送入液晶显示。否的话送入液晶显示。将设定温度重置写入DS1302并返回。当按键是第8次时光标在关机时间时的位置上,加小时值判断是否到24小时,是则小时为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将关机小时重置写入DS1302并返回。当按键是第9次时光标在关机时间分的位置上,加分值判断是否到60分,是则分为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将关机分重置写入DS1302并返回。3.3.3下调按键功能设计按键3是设置下调键。用于下调光标所在位置的数字当=-1是则归零。按下按键3延时抖动,再次按下按键3等待按键释放。按键3被按 则按键循环加1。当按键是第1次时光标在当前时间时的位置上,加小
19、时值判断是否到-1小时,是则小时为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将当前小时重置写入DS1302并返回。当按键是第2次是光标在当前时间分的位置上,加分值判断是否到-1分,是则分为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将当前分重置写入DS1302并返回。当按键是第3次是光标在当前时间秒的位置上,加分值判断是否到-1秒,是则秒为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将当前分重置写入DS1302并返回。当按键是第4次是光标在当前时间秒的位置上,加分值判断是否到-1秒,是则分为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将当前分重置写入DS1302并返回。当按键是第5次时光标在开机时间时的位置上,加小
20、时值判断是否到-1小时,是则小时为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将开机小时重置写入DS1302并返回。当按键是第6次时光标在开机时间分的位置上,加分值判断是否到-1分,是则分为0,送入液晶显示,否的话送入液晶显示。将开机分重置写入DS1302并返回。当按键是第7次时光标在当前温度位置上,加温判断是否到-1度,是温度为0度,送入液晶显示。否的话送入液晶显示。将当前温度重置写入DS1302并返回。当按键是第8次时光标在设定温度位置上,加温判断是否到-1度,是温度为0度,送入液晶显示。否的话送入液晶显示。将设定温度重置写入DS1302并返回。当按键是第9次时光标在关机时间时的位置上,加小时值
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