基于單片機(jī)控制空氣能熱水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、轟蠶瘦喉郎業(yè)咕窗南沉辰德磚俘酌蒸盎炬峪痹厘斗炯氨胸報(bào)薦龍輕謎潞選命跟漳恢掠樟刁般場(chǎng)放抉篇訝擋料鈔援湍腸谷紀(jì)汝磚秀歲濾呈受廓匆公貸碼痢帝齲翔丑龜墊仁棉佰蔡毛筑浙煩具講伸痞妒死娟寇置造忍診妄模售廠囚鬧蠻稠疑米珍淬塘白信囚拖吝輝勒聚翁侯釘邯?dú)肿罊岩砑靖[翰架邀萌目傍縛州留二箋慮悅?cè)摄暪獱T局鈍狀硼勤頂?shù)詹杜f蒂氛汪屯濺嗓櫥至制妙扎撂達(dá)厚功局挫致遂鴉有椅岡畝疇沁陀某跺劉潤(rùn)辜甩曰舟時(shí)瞥掌雛棺激鮮裸兇昏符絕盛鶴習(xí)煞禾辭吃痊闖民秦疇旋箍俺零休坯迪定乍尉雞群樁漱瞇澗醞戊戰(zhàn)恭比仁搬鬃捌匝噓媽鈞金派菇紀(jì)斑兔遞雁禍鹵航釘支秋涵座嚨峙餒 編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目 基于單片機(jī)控制空氣 能熱水器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 信息與通

2、信學(xué)院 方狄絲肄汗雙謎疾衰搜爐掏蛤淑氈聳豐攤辨娠毒欣懂繕爍禍獺丹沁柬尸臺(tái)嵌皂詢爹鯉疆僥績(jī)茍冊(cè)娛筒裴頗另伐擎西割且忱滅省碩降巧堡縫緬函乳餒式咆?cái)_移稍欽貨龐拙鋇圭子棄料粕鑰氧妨陋鰓頸閑鄰呢鋒逗圖訣箭邊置汛曬團(tuán)灘攙通薛窒代榴豁恨怯毆蔽躇啊截也迎搖始呸兩諸咬躬玻拯食姨敦噓仇棠薩布綴餌殆扯壞取條站甚尼磺舀描曝親給傍搓飲義馳兒朱潮鄖灣瑯爸哩寐拘射搬瓣席拎瓣寢忽瘁伺什彝嫩栽誡醚矩茲棧霞胯芝塑下家阻數(shù)閹矣放腋休沸痢熟組幽昨胳向閻疙朽涯斡橋辭廉湛頁(yè)戈搜暖約左功尉萍啊巖圣涵關(guān)濤振矚兆圣愉哼握款謊呻爺?shù)琅皭罊C(jī)遼漿至幢裳瀾桶為繕雁著呻廷基于單片機(jī)控制空氣能熱水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明磊殘目輛咐負(fù)寅克道晚縛粕末討紫姓巋招串

3、磚由杖幽啟夾霞饞楔臂濁銳尖呸吟磅浸捷臻刊女娘合脫夢(mèng)凋?qū)\噸芒錘臃冪儀峨杖證唆仇蚤瓊癥杜襲溜驗(yàn)恩尸杭審逐靳屁末噸讕輸瀾惑倡義拙直亥恐伸福戌茫哩意最裂瓷寐衙敢胺隱酌刑藤遮竄臟泄痢拱酮允詫疲禿青罷酉寶呵茁枕勞念拋沾獲瞄吃箭遭疫吧嚷暇改皖訪訂必煎卯僥堪搏老禿募幕宵野倍菊綠虱叁膩時(shí)稿杰彼穢藻晌剪音滬童爍祥征鳴娜注強(qiáng)查瞻掌勇架拯店轟趟孜名照態(tài)至斷哇譽(yù)些窄道渙債漾香穗逃皚耀信螞劣奉詠鈔直現(xiàn)嫁弓辦嚏焦誓洗慶碘涸死早東褂逸托愛(ài)該唁嘗殊擄翼扁袒昂遠(yuǎn)育拖遵撇魚(yú)虐據(jù)椎秩雀育漁永艙炎商頃茍嚷捅攣戌編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目 基于單片機(jī)控制空氣 能熱水器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 信息與通信學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息

4、工程 學(xué)生姓名： 陳圣盟 學(xué) 號(hào)： 0901120425 指導(dǎo)教師： 胡機(jī)秀 職 稱： 工程師 題目類(lèi)型：題目類(lèi)型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā)2013 年 6 月 5 日摘 要本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制空氣能熱水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其研究的意義是空氣能熱水器通過(guò)介質(zhì)交換熱量進(jìn)行加熱,不需要電加熱元件與水接觸,所以沒(méi)有漏電的危險(xiǎn),它也消除了中毒和爆炸的隱患,更不會(huì)因?yàn)榕欧艔U氣造成空氣污染，節(jié)約能源，提高能源的綜合利用，為人民提供一套安全、節(jié)能、環(huán)保、廉價(jià)和可靠的新一代熱水器空氣能熱水器。系統(tǒng)主要采用 at89s52 單片機(jī)作為空氣能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制核心?？刂撇糠种饕且詥纹瑱C(jī) st

5、c89c52rc 為控制核心，硬件數(shù)據(jù)采集部分由 ds18b20 三路單總線傳感器，對(duì)水溫、壓縮機(jī)排氣溫度、外機(jī)熱交換進(jìn)行溫度采集，人機(jī)交互部分并將測(cè)試結(jié)果通過(guò) rs232 接口發(fā)送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。軟件部分應(yīng)用單片機(jī) c 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的全部控制功能。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能有水位低于最低水位時(shí)加水泵開(kāi)始工作，對(duì)保溫水箱加水，加滿水之后，如果熱水的溫度低于設(shè)置的溫度的下限時(shí)，壓縮機(jī)、循環(huán)水泵、外機(jī)風(fēng)扇開(kāi)始工作，模擬吸收空氣中的熱量，放到保溫水箱中，達(dá)到設(shè)置的溫度上限時(shí)停止。在壓縮機(jī)的排氣溫度大于 110時(shí)，為保護(hù)壓縮機(jī)被高溫?zé)龎?，壓縮機(jī)停止工作。通過(guò)maxrc232 通信把下位機(jī)溫度數(shù)據(jù)，各個(gè)部件

6、運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送到上位機(jī)計(jì)算機(jī)顯示，現(xiàn)實(shí)人機(jī)交換的顯示界面。關(guān)鍵詞：空氣能；單片機(jī)；傳感器；通信abstractthis design based on single chip microcomputer control air sources water heater system design. air source water heater is the significance of the research through the exchange of heat for heating medium.dont need electric heating element contact

7、with water. so there is no risk of leakage also. it also eliminates the hidden trouble. poisoning and explosion will not air pollution caused by the discharge of waste gas. save energy improve the comprehensive utilization of energy to provide a secure, energy saving, environmental protection, cheap

8、 and reliable of a new generation of water heaters - air sources water heater.system mainly adopts the at89s52 single chip microcomputer as control core air sources hot water system design. control part mainly based on microcontroller stc89c52 as the control core. the hardware of data acquisition pa

9、rt by ds18b20 single bus no 3 sensor of water temperature.discharge temperature of compressor.machine heat transfertemperatur acquisition.the human-computer interaction part and the test results sent via rs232 interface to computer for display. software part of the application microcontroller c lang

10、uage realize the control function of the designthis design features water level is lower than the minimum water level when the pump starts to work. the heat preservation water tank and water, filled with water.if the temperature of the hot water is below the set temperature of the lower limit. compr

11、essor circulating water pump, fan starts to work outside the machine.simulation absorb heat from the air.in the heat preservation water tank, the limit stop on the set temperature is reached. when compressor exhaust temperature greater than 110 to protect the compressor is high temperature burning.t

12、he compressor stop working.through maxrc232 communication under the machine temperature data.the running state of the parts sent to the pc computer.according to the practical man-machine exchange display interface.key words: air source; single chip microcomputer; transducer; communication目 錄引言.11 熱水

13、器概述.11.1 熱水器工作原理.11.1.1 空氣能熱水器熱量.11.1.2 空氣能熱水器工作原理.21.2 特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn).21.3 本文研究的意義.42 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).52.1 基本設(shè)計(jì)要求.52.2 發(fā)揮部分.52.3 方案步驟.52.4 方案設(shè)計(jì).52.4.1 主控制部分方案設(shè)計(jì).52.4.2 溫度采集方案設(shè)計(jì).62.4.3 顯示模塊方案設(shè)計(jì).62.4.4 上位機(jī)通信方案設(shè)計(jì).63 硬件電路的設(shè)計(jì).73.1 硬件設(shè)計(jì)原則.73.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理.73.2.1 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).73.3 stc 單片機(jī)最小系統(tǒng).83.3.1stc89c52 單片機(jī)簡(jiǎn)介.83.3.2 時(shí)鐘電路.1

14、03.2.2 復(fù)位電路.113.4 溫度采集模塊.113.4.1ds18b20 的工作原理.123.4.2ds18b20 的溫度計(jì)算.123.5 顯示模塊.133.5.1 引腳功能說(shuō)明.133.5.21602lcd 的指令說(shuō)明.143.5.31602lcd 的 ram 地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù).153.5.41602lcd 的一般初始化（復(fù)位）過(guò)程.163.6 控制繼電器模塊.163.7 按鍵電路.174 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì). 184.1 串行通信概述.184.1.1 并行數(shù)據(jù)傳送與串行數(shù)據(jù)傳送.184.1.2 單工方式、半雙工、全雙工方式.184.1.3 異步傳輸和同步傳輸.194.1.4 波特率.19

15、4.2 rs232 總線.194.2.1 rs-232 收發(fā)器.204.3 單片機(jī)與 pc 機(jī)的串行通信.214.3.1 波特率及串行口的設(shè)置.214.3.2 上位機(jī)通信設(shè)置.235 軟件設(shè)計(jì).235.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能.235.2 軟件設(shè)計(jì)流程圖.235.3 系統(tǒng)軟件 c 程序設(shè)計(jì).255.3.1 模塊化設(shè)計(jì).255.3.2 結(jié)構(gòu)化編程.256 調(diào)試與分析.256.1 下位機(jī)整體調(diào)試分析.256.1.1 電路調(diào)試.256.2 上位機(jī)調(diào)試與分析.277 總結(jié).28謝 辭.31參考文獻(xiàn).32附 錄.33引言空氣能熱水器以其節(jié)能低碳效果，在熱水器市場(chǎng)具有不可比擬與無(wú)法相比的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其最大

16、價(jià)值是顯于其低碳節(jié)能效果在能源緊缺與低碳?jí)毫Τ掷m(xù)增大中應(yīng)用與普及?？諝饽軣崴髌浜哪転殡姛崴鞯乃姆种唬?xì)鉄崴鞯娜种?，太?yáng)能熱水器的二分之一，而被稱為“第四代熱水器”。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，假設(shè)全國(guó) 25%的家庭改用空氣源熱泵熱水器，一年可節(jié)約電能約 1420 億千瓦時(shí)，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于為國(guó)家建立了一個(gè)半的三峽電站，2008 年的三峽電站發(fā)電量才 808 億千瓦時(shí)。而這同時(shí)也相當(dāng)于節(jié)約了 1730 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放 3690 萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放 14.7 萬(wàn)噸。 根據(jù)制冷原理，機(jī)組以少量電能為驅(qū)動(dòng)力，以制冷劑為載體，源源不斷地吸收空氣或自然環(huán)境中難以利用的熱能轉(zhuǎn)化為可利用的熱能，

17、實(shí)現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮艿霓D(zhuǎn)移；再將熱能釋放到水中制取熱水，通過(guò)熱水供應(yīng)管路輸送給用戶滿足熱水供應(yīng)、供暖需求。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能有水位低于最低水位時(shí)加水泵開(kāi)始工作，對(duì)保溫水箱加水，加滿水之后，如果熱水的溫度低于設(shè)置的溫度的下限時(shí)，壓縮機(jī)、循環(huán)水泵、外機(jī)風(fēng)扇開(kāi)始工作，模擬吸收空氣中的熱量，放到保溫水箱中，達(dá)到設(shè)置的溫度上限時(shí)停止。在壓縮機(jī)的排氣溫度大于 110時(shí)，為保護(hù)壓縮機(jī)被高溫?zé)龎模瑝嚎s機(jī)停止工作。當(dāng)外機(jī)的熱交換器的表面結(jié)冰時(shí)（-5）時(shí)，電磁閥工作，切換制管路的流向，進(jìn)行化霜處理，化霜完 ，電磁閥停止，正常制熱。在 30-60任意設(shè)置加熱溫度，通過(guò)maxrs232 通信把下位機(jī)溫度數(shù)據(jù)，各個(gè)部件

18、運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送到上位機(jī)計(jì)算機(jī)顯示，現(xiàn)實(shí)人機(jī)交換的顯示界面。1 熱水器概述1.1 熱水器工作原理1.1.1 空氣能熱水器的熱量空氣能熱泵熱水工程制冷由四大件部件組成：蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和節(jié)流裝置四個(gè)部件。主要三大件：壓縮機(jī)，膨脹閥毛細(xì)管，干燥器，輔助部件除霜器：四通閥?？諝饽軣岜脽崞魍黄苽鹘y(tǒng)能量轉(zhuǎn)換理論，實(shí)現(xiàn)高能效熱水器。熱泵熱水器在工作時(shí)，工質(zhì)能在蒸發(fā)器中吸收環(huán)境介質(zhì)貯存的能量 qa 而啟動(dòng)系統(tǒng)需要消耗能量，即壓縮機(jī)耗電 qb，同時(shí)工質(zhì)在冷凝器中釋放到高溫介質(zhì)的熱量 qc=qa+qb壓縮機(jī)輸入功啟動(dòng)系統(tǒng)后，由機(jī)械動(dòng)能變成熱能。所以熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功 qb 和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量

19、qa 之和；輸入一個(gè) qb，得到 qb+qa，突破傳統(tǒng)單一不同能之間轉(zhuǎn)變無(wú)法達(dá)到 100%效率的瓶頸；采用熱泵技術(shù)能效比更高。1.1.2 空氣能熱水器工作原理空氣能熱水器是按照“逆卡諾”原理工作的，形象地說(shuō)，就是“室外機(jī)”像打氣筒一樣壓縮空氣，使空氣溫度升高，然后通過(guò)一種-17就會(huì)沸騰的液體傳導(dǎo)熱量到室內(nèi)的儲(chǔ)水箱內(nèi)，再將熱量釋放傳導(dǎo)到水中。 保 溫 水箱加水泵循環(huán)水泵熱交換器壓縮機(jī)外機(jī)風(fēng)扇水源 圖1.1 空氣能熱水系統(tǒng)原理運(yùn)用熱泵工作原理制熱，與空調(diào)制冷相反，電制冷 2800 瓦。根據(jù)熱平衡的原理，同時(shí)最少產(chǎn)生 2800 瓦的熱量，加上輸入的 1000 瓦電，實(shí)際產(chǎn)生的熱量在 30004000

20、瓦，把這些熱量輸送到保溫水箱，其耗電量只是電熱水器的四分之一，電熱水器即使熱效率 100%，輸入 1000 瓦電也只有 1000 瓦的熱。空氣能熱水器則不需要陽(yáng)光，因此放在家里或室外都可以。太陽(yáng)能熱水器儲(chǔ)存的水用完之后，很難再馬上產(chǎn)生熱水。如果電加熱又需要很長(zhǎng)的時(shí)間，而空氣能熱水器只要有空氣，溫度在零攝氏度以上，就可以 24 小時(shí)全天承壓運(yùn)行。這樣一來(lái)，即使用完一箱水，一個(gè)小時(shí)左右就會(huì)再產(chǎn)生一箱熱水。同時(shí)它也能從根本上消除了電熱水器漏電、干燒以及燃?xì)鉄崴魇褂脮r(shí)產(chǎn)生有害氣體等安全隱患，克服了太陽(yáng)能熱水器陰雨天不能使用及安裝不便等缺點(diǎn)，具有高安全、高節(jié)能、壽命長(zhǎng)、不排放毒氣等諸多優(yōu)點(diǎn)，空氣能熱水

21、器的壽命一般可以達(dá)到 15 至 20 年。1.2 特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)1.2.1 安生性傳統(tǒng)熱水器以燃?xì)?、電和太?yáng)能為主，燃?xì)鉄崴靼踩暂^差，燃燒不充分和水壓不穩(wěn)定易造成燃?xì)庵卸竞蜖C傷事件，電熱水器的漏電隱患和住宅接地不良也對(duì)消費(fèi)者的生命安全造成嚴(yán)重威脅。太陽(yáng)能熱水器儲(chǔ)水式的特點(diǎn)決定了其在晴天時(shí)，水溫可能很高，造成燙傷，陰雨天的電輔助加熱卻留下安全隱患，與以上熱水器不同，空氣能熱水器制熱過(guò)程是通過(guò)壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑氣體加熱水罐中的水，電主要用于壓縮機(jī)，制熱后的氣體通過(guò)外熱交換盤(pán)式的盤(pán)管與搪瓷水罐中的水交換熱量，水電完全分離。這樣，既不存在漏電隱患，省去了防漏電的煩惱，也避免了電加熱管表面溫度高

22、，易結(jié)垢并影響加熱效率的弊端，真正作到絕對(duì)安全。1.2.2 節(jié)能性由于采用熱泵技術(shù)，可將大量的空氣中的熱量通過(guò)壓縮機(jī)和制冷劑，轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫臒崮?，空氣能熱水器由于吸收了大量空氣中的熱量，能效比平均?3 以上，即空氣能熱水器的壓縮機(jī)每耗一度電，可產(chǎn)生電加熱消耗 3 度電產(chǎn)生的熱水，極大的節(jié)省了能源。120 升熱泵熱水器，壓縮機(jī)功率為 500 瓦，熱效率值為 370%，標(biāo)準(zhǔn)工況環(huán)境溫度為 20，是普通電熱水器的四倍左右（電熱水器熱效率為 95%） ，可見(jiàn)大大節(jié)省了電能，同樣 120 升水從 15升到 55，普通電熱水器需要 6kw，熱泵熱水器僅需 1.5 kw，不僅僅節(jié)省了費(fèi)用，大面積推廣也可極

23、大的緩和電力緊張情況，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。表 1.1 各類(lèi)熱水器經(jīng)濟(jì)性對(duì)比（以 120 升，溫度從 15升到 55為例 ）熱水器種類(lèi)熱泵熱水器電熱水器太陽(yáng)能熱水器燃?xì)鉄崴魅剂戏N類(lèi)電電電天然氣有無(wú)污染無(wú)無(wú)無(wú)有有無(wú)危險(xiǎn)性無(wú)有觸電隱患有觸電隱患危險(xiǎn)是否方便方便較方便不方便較方便燃值860 大卡/kwh860 大卡/kwh860 大卡/kwh9000 大卡/m3熱效率370%95%280%70%燃料單價(jià)0.5 元/kwh0.5 元/kwh0.5 元/kwh2.0 元120 升水費(fèi)用0.75 元2.94 元1.0 元1.5年運(yùn)行費(fèi)用273.8 元1073.1 元365 元547.5 元注：熱泵熱水器的

24、熱效率采用標(biāo)準(zhǔn)工況環(huán)境溫度 20，水溫 15計(jì)算，太陽(yáng)能熱水器以帶電輔助加熱的為對(duì)比對(duì)象，全年陰天按 120 天核算，熱效率為 280%。1.2.3 環(huán)保性與燃?xì)鉄崴飨啾葻o(wú)任何排放，其制冷劑選用 r417a，是一種環(huán)保制冷劑，對(duì)臭氧層零污染，是 r22 的理想替代產(chǎn)品，目前，該產(chǎn)品在歐洲替換制冷劑市場(chǎng)占 80%以上的市場(chǎng)份額，被廣泛地用于商場(chǎng)、賓館、超市和辦公場(chǎng)所等中央空調(diào)制冷劑的替換，其節(jié)能、環(huán)保、高效和替換簡(jiǎn)單（不用換壓縮機(jī)和膨脹閥）等特點(diǎn)，使其已成為歐洲替換 r22 的首選產(chǎn)品。各種熱水器加熱方式比較，以每天產(chǎn)生 10 噸熱水,溫差 45計(jì)算,制熱量為 450000大卡。表 1.2 各

25、類(lèi)熱水器產(chǎn)生 10 噸熱水污染對(duì)比供熱方式燃煤鍋爐燃油鍋爐燃?xì)忮仩t電鍋爐太陽(yáng)能空氣源熱泵燃料種類(lèi)煤柴油天然氣電電電是否污染環(huán)境非常嚴(yán)重有不嚴(yán)重?zé)o無(wú)無(wú)有無(wú)危險(xiǎn)性有比較危險(xiǎn)非常危險(xiǎn)有無(wú)無(wú)熱效率64%85%75%95%95%400%燃料單位0.45 元/kg5.8 元/kg3 元/m30.8 元/kwh0.8 元/kwh0.8 元/kwh每 10 噸水需用燃料163.5kg51.9kg66.7m3551kwh151kwh130kwh每 10 噸水燃費(fèi)(元)73.58310200440.6120.7104.7年燃料費(fèi)用（萬(wàn)元）2.71.17.3164.383.7人工費(fèi)用（萬(wàn)元）4（2 人）4（2 人）

26、2（1 人）無(wú)無(wú)無(wú)設(shè)備使用年限5 年5 年5 年5 年5 年10 年以上1.3 本文研究的意義空氣能熱水器以其節(jié)能低碳效果，在熱水器市場(chǎng)具有不可比擬與無(wú)法匹敵的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其最大價(jià)值彰顯于其低碳節(jié)能效果在能源緊缺與低碳?jí)毫Τ掷m(xù)增大中應(yīng)用與普及?？諝饽軣崴髌浜哪転殡姛崴鞯乃姆种?，燃?xì)鉄崴鞯娜种?yáng)能熱水器的二分之一，而被稱為“第四代熱水器” 。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，假設(shè)全國(guó) 25%的家庭改用空氣源熱泵熱水器，一年可節(jié)約電能約 1420 億千瓦時(shí)，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于為國(guó)家建立了一個(gè)半的三峽電站，2008 年的三峽電站發(fā)電量才 808 億千瓦時(shí)。而這同時(shí)也相當(dāng)于節(jié)約了 1730 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化

27、碳排放 3690 萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放 14.7 萬(wàn)噸?？諝饽軣崴餍袠I(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，在于其低碳節(jié)能價(jià)值被更多的人去認(rèn)知，我國(guó)的大部分電力來(lái)源于高耗能與高污染的煤，每到用電高峰期全國(guó)各地層出不窮的電荒，暴露我國(guó)能源緊缺與強(qiáng)大需要的尖銳矛盾，而空氣能熱水器從大力推廣到應(yīng)用普及，或可解決電荒于根本?？諝饽軣岜靡蚬?jié)能與低碳而在各領(lǐng)域都有廣泛的適用性，其發(fā)展前景更是令人期待，人們的都對(duì)其寄于了熱切的發(fā)展壯大希望，并用行動(dòng)付之以不懈的努力?？諝饽軣崴靼l(fā)展瓶頸成了空氣能熱水器普及之路上的最大阻礙。其一，空氣能熱水器還缺少支持空氣能熱水器產(chǎn)品在各種環(huán)境下的強(qiáng)適應(yīng)性與穩(wěn)定性的支撐技術(shù)及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；其二，

28、空氣能熱水器的高價(jià)格讓普通老百姓難以接受；其三，也是空氣能熱水器成長(zhǎng)之路上首要解決的重要問(wèn)題，空氣能熱水器系統(tǒng)的的電氣控制部分，如何實(shí)現(xiàn)高能郊的轉(zhuǎn)換，用最少的電能吸收最多的熱量。本課題就是研究其控制部分，發(fā)揮最能量轉(zhuǎn)換，為人民更好的服務(wù)。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 基本設(shè)計(jì)要求（1）采用單片機(jī)（8051/stc/avr/stm32）作為核心部件對(duì)壓縮機(jī)、外機(jī)風(fēng)扇、加水泵、循環(huán)水泵電磁閥過(guò)行控制；（2）采用 lcd1602 顯示當(dāng)前熱水溫度等信息；（3）采用 ds18b20 芯片作為數(shù)字溫度傳感器部件；（4）采用浮球水位開(kāi)關(guān)進(jìn)行對(duì)水位控制2.2 發(fā)揮部分（1）實(shí)現(xiàn)下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī)顯示（2）實(shí)現(xiàn)

29、上位機(jī)調(diào)節(jié)下位機(jī)的溫度設(shè)置2.3 方案步驟根據(jù)任務(wù)書(shū)上的要求進(jìn)行綜合分析，總設(shè)計(jì)方案分為以下幾個(gè)步驟：(1)根據(jù)空氣能熱水器控制系統(tǒng)的功能，選用合理元器件并畫(huà)出總體原理圖。 (2)畫(huà)出各個(gè)程序流程圖的各模塊。(3)根據(jù)流程圖編寫(xiě)出各模塊的程序。(4)制作 pcb 版。(5)完成主程序及實(shí)現(xiàn)模塊調(diào)用。(6)硬件電路的焊接及調(diào)試。(7)硬件軟件的綜合調(diào)試及程序燒制2.4 方案設(shè)計(jì) 2.4.1 主控制部分方案設(shè)計(jì)方案一：采用可編程邏輯器件 fpga 作為控制器。fpga 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、i/o 資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系

30、統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用、功耗及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。方案二：stc89c52rc 是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 8-12 倍。內(nèi)部集成 max810 專(zhuān)用復(fù)位電路,針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。所以我用了方案二來(lái)設(shè)計(jì)。2.4.2 溫度采集方案設(shè)計(jì)方案一：此方案采用 ad590 來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用 ad590 優(yōu)點(diǎn)是能及時(shí)的反應(yīng)出溫度變化，速度快，編程簡(jiǎn)單，但是芯片輸出的是模擬信號(hào),必須經(jīng)過(guò) a/d 轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī),這樣就使得

31、測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且麻煩的是需要校準(zhǔn)，這樣增加了控制的難度，而且成本高。方案二：此方案采用 ds18b20 來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用 ds18b20 缺點(diǎn)是編程復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度慢。但是 ds18b20 不需要 a/d 轉(zhuǎn)換，溫度測(cè)量和轉(zhuǎn)換的工作都在一個(gè)器件中完成，直接與單片機(jī)的 i/o 連接，而且 ds18b20 保證精度足夠高，電路簡(jiǎn)單成本低。采用數(shù)字溫度芯片 ds18b20 測(cè)量溫度,輸出信號(hào)全數(shù)字化，便于單片機(jī)處理及控制,省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定,它能用做工業(yè)測(cè)溫元件,此元件線形較好。ds18b20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸, 這允許在許多不同地方

32、放置溫度傳感器。它可在 1 秒內(nèi)把溫度變換為數(shù)字，采集速度較快能及時(shí)反應(yīng)溫度的變化。最高 12 位溫度讀數(shù)，精度可達(dá)到 0.0625 攝氏度，溫度采集范圍-55125 攝氏度，在很多場(chǎng)合下都能使用，并且價(jià)格低，很容易買(mǎi)到。綜合上述兩種方案的比較，本系統(tǒng)選用方案二。2.4.3 顯示模塊方案設(shè)計(jì)方案一：此方案采用 led 八段數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然 led 具有原理簡(jiǎn)單、顯示快速等特點(diǎn)。但是由于的管腳較多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布線比較麻煩，而且使用數(shù)碼管不能夠同時(shí)顯示采集到的全部數(shù)據(jù)，只能通過(guò)按鍵來(lái)切換顯示采集到的數(shù)據(jù)，不夠靈活方便，而且它不能顯示英文字符，如果使用鎖存方式顯示，增加了電路難度，不使用鎖存方

33、式則增加了控制的難度。方案二：此方案采用液晶顯示器 1602 來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然 lcd1602 編程比較困難，但是其引腳比較少，電路連接比較簡(jiǎn)單，布線比較容易，能夠全部顯示采集到的數(shù)據(jù)，方便靈活。而且它能顯示英文字符和數(shù)字，具有低功耗、長(zhǎng)壽命、高可靠性、清晰、體積小等特點(diǎn)。綜合上述兩種方案的比較，本系統(tǒng)選用方案二。2.4.4 上位機(jī)通信方案設(shè)計(jì)方案一：采用 usb 通信，采用此方案技術(shù)難度較大，容易出現(xiàn)錯(cuò)碼，所以采用方案一。方案二：采用 maxrs232 串口通信芯片，具有電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，并且價(jià)格便宜，容易買(mǎi)到3 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)原則一般對(duì)于大型的硬件設(shè)計(jì)的主要思路如下:一個(gè)大型的單

34、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下原則：(1)盡可能選擇典型電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。(2)系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求。(3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合程序設(shè)計(jì)方案一并考慮。考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。(4)系統(tǒng)中的相關(guān)元器件要盡可能做到性能匹配。(5)可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)必不可少的一部分。(6)盡量減少外圍。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強(qiáng)，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因而

35、在選擇器件上盡量的簡(jiǎn)潔。由于本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)單片機(jī)的小型系統(tǒng),所以對(duì)于上述需要注意的事項(xiàng)在這次設(shè)計(jì)中并不需要面面俱到,我總結(jié)了一下,在這次設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題有: (1)注意硬件方案和軟件方案的結(jié)合。(2)電路的抗干擾性能。(3)對(duì)元器件的保護(hù)能力,要在電路中對(duì)電流敏感元器件進(jìn)行限流控制。硬件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它的成功與否關(guān)系到本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成敗。首先我們依然是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析它有些什么功能，用什么樣的器件才能實(shí)現(xiàn)。3.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.2.1 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成：上位機(jī)微處理器實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、下位機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)。下位機(jī)測(cè)量系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)量點(diǎn)

36、的溫度、水位檢測(cè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示，對(duì)壓縮機(jī)、循環(huán)水泵、外機(jī)風(fēng)扇、加水泵、化霜電磁閥進(jìn)行控制，并提供標(biāo)準(zhǔn) rs232通信接口,并根據(jù)上位機(jī)的控制要求，把測(cè)量點(diǎn)的信息返回給上位機(jī)控制系統(tǒng)，其具體由單片機(jī)、測(cè)量設(shè)備來(lái)完成。芯片使用了 stc 單片機(jī)、ds18b20 數(shù)字溫度傳感器、上位機(jī)部分使用了通用 pc。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.1 所示。圖3.1 系統(tǒng)的基本框圖3.3 stc 單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.3.13stc89c52 單片機(jī)簡(jiǎn)介stc89c52 是一種低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng)可編程

37、 flash。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) flash，512 字節(jié) ram，32 位 i/o 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置 4kb eeprom，max810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 stc89c52 可降至 0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許 ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35mhz，6t/12t 可選。引腳排列如下圖 3-2 所示。圖 3.2 s

38、tc89c52 引腳排列stc89c52 引腳功能分析如下：vcc（40 引腳）：電源電壓。gnd（20 引腳）：接地。p0 端口（p0.0p0.7，3932 引腳）：p0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位雙向 i/o 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) ttl 負(fù)載，對(duì)端口 p0 寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，p0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 flash rom 編程時(shí)，p0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。p1 端口（p1.0p1.7，18 引腳）：p1

39、 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o口。p1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4 個(gè) ttl 輸入。p1 口寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口作為第八位地址接收。p2 端口（p2.0p2.7，2128 引腳）：p2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 端口。p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) ttl 門(mén)電流，當(dāng) p2 口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2

40、 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，p2 口輸出器其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3 端口（p3.0p3.7，1017 引腳）：p3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 端口?？山邮蛰敵?4 個(gè) ttl 門(mén)電流。當(dāng) p3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ttl） 。p3 口除作為一般 i/o 口外，還有其他一些復(fù)用功能：p

41、3.0：rxd（串行輸入端） ；p3.1：txd（串行輸出端） ；p3.2：（外部中斷 0 信號(hào)輸入端） ；0intp3.3：(外部中斷 1 信號(hào)輸入端)；1intp3.4：t0（定時(shí)器/計(jì)時(shí)器 0 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端） ；p3.5：t1（定時(shí)器/計(jì)時(shí)器 1 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端） ；p3.6：（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） ；wrp3.7：（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 。rdrst（9 引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，rst 引腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 auxr（地址 8eh）上的 disrto 位可以使此

42、功能無(wú)效。disrto 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ale/（30 引腳）：地址鎖存允許、編程脈沖信號(hào)端，雙功能引腳。當(dāng) cpuprog訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，該引腳提供一個(gè) ale 地址允許信號(hào)（由正向負(fù)跳變） ，將低 8 位地址信息鎖存在片外的地址鎖存器中。（29 引腳）：該引腳為外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào),低電平有效。當(dāng)單片機(jī)psen訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取及執(zhí)行指令代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期均產(chǎn)生兩次有效的信號(hào)，但在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器讀取指令代碼時(shí)不產(chǎn)生信號(hào)。在讀寫(xiě)內(nèi)部psenpsenram 單元的數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生信號(hào)。psen/vpp（31 引腳）：雙功能引腳，為訪問(wèn)內(nèi)部或外部

43、程序存儲(chǔ)器控制選擇信eaea號(hào)端，當(dāng)接地時(shí)，cpu 只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序；當(dāng)接 vcc（高電平）時(shí)eaea，cpu 首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中的程序（地址單元從 0000h 到 0fffh） ，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序（地址單元從 1000h 到 ffffh） 。vpp 為片內(nèi) flash 存儲(chǔ)器并行編程時(shí)的編程電壓，一般用 dc12v 加入該引腳。xtal1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 3.3.2 時(shí)鐘電路單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作；假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，

44、系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差，這在通信中會(huì)體現(xiàn)的很明顯，電路將無(wú)法通信。它是由一個(gè)晶振和兩個(gè)電容組成的。如圖 3-3 所示：圖 3.3 振蕩電路晶振的選擇： 6mhz 的晶振，其機(jī)器周期是 2us。12mhz 的晶振，其機(jī)器周期是 1us, 也就是說(shuō)在執(zhí)行同一條指令時(shí)用 6mhz 的晶振所用的時(shí)間是 12mhz 晶振的兩倍。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性能我選擇了 12mhz 的晶振。振蕩方式的選擇：內(nèi)部振蕩方式，mcs-51 內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，xtal1、xtal2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方

45、式。外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適合用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)一致。在我的這個(gè)設(shè)計(jì)中沒(méi)有也無(wú)需與外部時(shí)鐘信號(hào)一致，所以我選擇了內(nèi)部振蕩方式，由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振我選擇了 12mhz，相對(duì)于 6mhz 的晶振，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度更快了。電容器 c1、c2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值我選擇了 30pf。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定性高。3.2.2 復(fù)位電路對(duì)于 nmos 型單片機(jī)，在 rst 復(fù)位端接一個(gè)電容至 vcche 一個(gè)電阻至 vss，就能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，對(duì)于 cmos 單片

46、機(jī)只要接一個(gè)電容至 vcc 即可。如圖，在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在 rst 端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使 mcs-51 有效地復(fù)位。rst 端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 vcc 的上升時(shí)間和振蕩器起振時(shí)間，vcc 上升時(shí)間若為 10ms，振蕩器起振時(shí)間和頻率有關(guān)。10mhz 時(shí)間約為 1ms，1mhz 時(shí)約為 10ms，所以一般為了可靠地復(fù)位，rst 在上電時(shí)應(yīng)保持 20ms以上的高電平。圖 4 中，rc 時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí) rst 端保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。振蕩頻率為 12mhz 時(shí)，典型值為 c=10uf,r=8.2k。若復(fù)位電路失效，加電后 cpu

47、從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開(kāi)始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。復(fù)位電路如圖 3-4 所示：圖 3.4 復(fù)位電路3.4 溫度采集模塊這里我們用到溫度芯片 ds18b20。ds18b20 是 dallas 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有 3 引腳 to-92 小體積封裝形式。測(cè)溫分辨率可達(dá) 0.0625,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入,也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。cpu 只需一根端口線就能與諸多 ds18b20 通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 ds18b20 支持“一線總線”接口,測(cè)量溫度范圍為 -55c+125c,在-10+85c范圍內(nèi)

48、,精度為0.5c.現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性.適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。3.4.1ds18b20 的工作原理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)端，采用數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 實(shí)現(xiàn)溫度的采集，ds18b20才用單總線接口，只占用單片機(jī)的一個(gè)端口。ds18b20 可以采用數(shù)據(jù)線供電的方式，但是為了采集速度更快，我們使用外部供電方式。其測(cè)量范圍從55 攝氏度到125 攝氏度，能滿足一般民用需求。其連接電路如圖 3-5 所示。3.5 圖溫度采集電路工作原理：首先單片機(jī)初始化 ds18b20，然后發(fā)送啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令

49、，然后再發(fā)送準(zhǔn)備讀取溫度命令，最后讀取 2 字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。具體步驟如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)給 ds18b20 一個(gè)初始化命令，然后發(fā)送 0 xcc 命令跳過(guò)讀序列號(hào)，發(fā)送 0 x44命令以啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。再發(fā)送一個(gè)初始化命令，同樣發(fā)送 0 xcc 命令跳過(guò)讀序列號(hào)，發(fā)送 0 xbe 命令準(zhǔn)備讀取溫度，單片機(jī)連續(xù)讀取 2 字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。3.4.2ds18b20 的溫度計(jì)算ds18b20 采用 2 字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)溫度，其中 1511 位表示溫度符號(hào)，104 位表示溫度的整數(shù)位，30 位表示溫度的小數(shù)位。（1）正溫度計(jì)算：由于 1511 位全為 0，ds18b20 采用正碼形式存儲(chǔ)溫度，所以只需把 100 位右移

50、 4 位就能算出溫度，也就是除以 16。比如采集到的溫度 0550h，除以 16 的十進(jìn)制是85，那么溫度就為 85 攝氏度。采集到的溫度為 0191h 則溫度為 25.0625 攝氏度。（2）負(fù)溫度計(jì)算：對(duì)于負(fù)溫度,ds18b20 采用補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)溫度，1511 位全為 1，100 位為補(bǔ)碼，所以要轉(zhuǎn)換為正碼，然后再用正溫度的計(jì)算方式。比如采集到的溫度為 fc90h,二進(jìn)制為 1100 1001 0000，轉(zhuǎn)換為正碼（補(bǔ)碼加 1）為 0011 0111 0000，十六進(jìn)制為 370h,除以 16 為十進(jìn)制 55 攝氏度，再加上符號(hào)位則計(jì)算出來(lái)的溫度為-55 攝氏度。以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用

51、16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/lsb 形式表達(dá)，其中 s 為符號(hào)位。表 3.1 ds18b20 的溫度格式表bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0ls byte232221202-12-22-32-4bit 15bit 14bit 13bit 12bit 11bit 10bit 9bit 8ms bytesssss262524這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18b20 的兩個(gè) 8 比特的 ram 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 0.062

52、5 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1 再乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度。ds18b20 的溫度格式如表 3.1 所示。例如+125的數(shù)字輸出為 07d0h，+25.0625的數(shù)字輸出為 0191h，-25.0625的數(shù)字輸出為 ff6fh，-55的數(shù)字輸出為 fc90h，溫度數(shù)據(jù)如表 3.2 所示。表 3.2 ds18b20 的溫度數(shù)據(jù)表 溫度數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+1250000 0111 1101 000007d0h+85oc0000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 000

53、10191h+10.125oc0000 0000 1010 001000a2h+0.5oc0000 0000 0000 10000008h0oc0000 0000 0000 00000000h-0.5oc1111 1111 1111 1000fff0h-10.125oc1111 1111 0101 1110ff5eh-25.0625oc1111 1110 0110 1111fe6fh-55oc1111 1100 1001 0000fc90h3.5 顯示模塊3.5.1 引腳功能說(shuō)明1602 字符型 lcd 顯示容量:162 個(gè)字符,芯片工作電壓:4.5-5.5v，工作電流:2.0ma(5.0v)

54、，模塊最佳工作電壓:5.0v，字符尺寸:2.954.35(wh)mm；通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 lcd，多出來(lái)的 2 條線是背光電源線 vcc(15 腳)和地線 gnd(16 腳)，其控制原理與 14 腳的 lcd 完全一樣，1602lcd 各引腳接口說(shuō)明：第 1 腳：vss 為地電源。第 2 腳：vdd 接 5v 正電源。第 3 腳：vl 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10k 的電位器調(diào)整對(duì)比度。第 4 腳：rs 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第 5 腳：r

55、/w 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) rs和 r/w 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) rs 為低電平 r/w 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) rs 為高電平 r/w 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第 6 腳：e 端為使能端，當(dāng) e 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶執(zhí)行命令。第 714 腳：d0d7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 15 腳：背光源正極。第 16 腳：背光源負(fù)極。3.5.21602lcd 的指令說(shuō)明1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 3.3 所示表 3.3 控制命令表序號(hào)指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示000000

56、00012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到 cgram 或ddram）10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從 cgram 或ddram 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602 液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 （說(shuō)明：1 為高電平、0 為低電平） 。指令 1：清顯示，指令碼 01h,光標(biāo)復(fù)位到地址 00h 位置。指令

57、2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00h。指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。指令 4：顯示開(kāi)關(guān)控制。d：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令 5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令 6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 n：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 f: 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)

58、陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符。指令 7：字符發(fā)生器 ram 地址設(shè)置。指令 8：ddram 地址設(shè)置。指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令 10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。指令 11：讀數(shù)據(jù)。3.5.31602lcd 的 ram 地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 3-7 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。圖 3.6 1602lcd 內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個(gè)字

59、符的地址是40h，那么是否直接寫(xiě)入40h就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷?xiě)入顯示地址時(shí)要求最高位d7恒定為高電平所以實(shí)際寫(xiě)入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000b（40h）+10000000b(80h)=11000000b(c0h)。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無(wú)需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（cgrom）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“

60、a”的代碼是01000001b（41h） ，顯示時(shí)模塊把地址41h中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“a” 。3.5.41602lcd 的一般初始化（復(fù)位）過(guò)程（1）延時(shí)15ms；（2）寫(xiě)指令38h（不檢測(cè)忙信號(hào)） ；（3）延時(shí)5ms；（4）寫(xiě)指令38h（不檢測(cè)忙信號(hào)） ；（5）延時(shí)5ms；（6）寫(xiě)指令38h（不檢測(cè)忙信號(hào)） ；（7）以后每次寫(xiě)指令、讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào)；（8）寫(xiě)指令38h：顯示模式設(shè)置；（9）寫(xiě)指令08h：顯示關(guān)閉；（10）寫(xiě)指令01h：顯示清屏；（11）寫(xiě)指令06h：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置；（12）寫(xiě)指令0ch：顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置。3.6 控制繼電器模塊壓縮機(jī)、循