太阳能热水器智能控制毕业论文

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控制灵活的控制器。

第二章 系统总体方案设计

随着计算机在各种智能控制系统应用中的不断深入与蓬勃发展, 单片机更以其小巧的外形、较高的性价比、灵活的控制方式广泛地应用在这一领域。文章所介绍的太阳能热水器自动控制系统, 将低价位的单片机引入太阳能热水器中, 以单片机作为核心部件,实时采集温度和水位数据, 并设置报警系统，当水位不符合某一标准时发出报警信号，还有定时提醒加水的电路。本系统实现了多重功能的有机结合和智能控制。

2.1 系统任务和功能

(1) 多点水温水位输入及显示功能。

(2) 辅助能源加热控制功能: 定时加热、自动加热控制。 (3) 上水控制功能: 自动上水、定温上水控制。

(4) 报警控制功能: 高、低温及高、低水位报警控制。 (5) 检测控制功能: 手动输出检查。

图一系统结构图

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2.2 AT89C51结构和特点

AT89C51是MCS- 51单片机的基础上精心设计，由美国ATMEL公司生产的高性能八位单片机。内置2KBEPROM的20脚AT89C2051以及内置1KBEPROM的20脚AT89C1051。

AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4K字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器，能重复写入擦除解1000 次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4KB，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需10ms，仅为87C51的擦除时间的百分之一，与87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽2. 7V～6V，全静态工作，工作频率宽，在0Hz～24MHz内，比8751及87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有灵活性，系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。

另外，AT89C51还具有MCS51系列单片机的所有优点。128×8位内部RAM，32位双向输入输出线，两个十六位定时/计时器，5个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等[5]。

AT89C51结构和功能： 1．特点：

·AT89C51与MCS51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容； ·片内有4K字节在线可重复编程快擦写程序存储器； ·全静态工作，工作范围：0Hz～24MHz； ·三级程序存储器加密； ·128×8位内部RAM ； ·32位双向输入输出线；

·两个十六位定时器/计数器； ·五个中断源，两级中断优先级； ·一个全双工的异步串行口； ·间歇和掉电工作方式。 2．管脚功能：

AT89C51单片机为40引脚芯片如图2-2所示。

1) I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个口P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0口也

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用以输出外部存储器的低8位地址。由于是分时输出，故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用ALE的P1口是专门供用户使用的I/O口，是准双向口。P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时，P2口也可以作为用户I/O口线使用，P2口也是准双向口。P3口是双功能口，该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1 口。P3口的第二功能如表2-1所示。

2) 控制口线：PSEN (片外取控制)、ALE( 地址锁存控制)、EA (片外储器选择)、RESET (复位控制)。

3) 电源及时钟:VCC、GND、XTAL1、XTAL2。

AT89C51有间歇和掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的，当外围器件仍然处于工作状态时，CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态，内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。掉电模式是VCC电压低于电源下限，振荡器停振，CPU停止执行指令。该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变，直到掉电模式被终止。只有VCC电压恢复到正常工作范围而且在振荡器稳定振荡后，通过硬件复位掉电模式可被终止。

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.712345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7RST/VPDRXDTXDP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.789C51EA/VPPALE/PROGINT0INT1T0T1PSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0WRRDXTAL1XTAL2GND

图2-2 AT89C51管脚图

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表2-1 P3双功能口功能表

P3.0 P3.1 P3. 2 P3. 3 P3. 4 P3. 5 P3. 6 P3. 7

第一功能标记

RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WD RD

第二功能 串行输入口 串行输出口 外部中断0输入 外部中断1输入 定时/计时器0外部输入 定时/计时器0外部输入 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通

89C51单片机的中断系统有5个中断请求源，用户可以用软件屏蔽所有的中断请求，也可以用软件使CPU接收中断请求，每一中断源可用软件独立地控制为开中断或关中断。当所有中断源设为开中断时，89C51中的中断源优先级如表2-2所示：

表2-2 中断优先级及入口地址

中断源 外部中断0 定时器/计数器T0 外部中断1 定时器/计数器T0 串行口中断

优先级 1 2 3 4 5

人口地址 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H

2.3 通用四运算放大器LM324

LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图

所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图2.1所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的 引脚排列见图2.2

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（图表2.1） （ 图表2.2）

2.3.1 LM324作反相交流放大器

电路见附图2.11。此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音

机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电, 由R1、R2组成1/2V+偏置,C1是消振电容。

（图2.11）

放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负

号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值, Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。

2.3.2 LM324应用作测温电路

感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。硅晶体管

发射结电压的温度系数约为-2.5mV/℃，即温度每上升1度，发射结电压变会下降2.5mV。运放A1连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。

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