太阳能设计报告完结

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摘 要

太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应用，在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于DS1302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。

目前，国内的太阳能热水器还处于研发阶段，这种控制器只具有温度和水位的显示功能，不具有温度控制功能。由于加热时间不能控制而导致过烧，从而浪费大量电能。本设计是以89C51单片机为检测控制中心，采用DS1302实时时钟，实现了温度，水位，时间三种参数的实时显示功能。太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应用，在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于DS1302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。

关键词：单片机；太阳能热水器；智能控制；水位；温度；时间；

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第一章 绪论 .......................................................................................................................................... 3 1.1 太阳能热水器的发展概况 .............................................................................................................. 3 1.2 太阳能热水器的应用与意义 .......................................................................................................... 3 第二章 系统总体思路设计 ................................................................................................................... 5 2.1系统结构和功能 .............................................................................................................................. 5 2.2 主要芯片的结构与特点.................................................................................................................. 5 2.2.1单片机结构和特点...................................................................................................................... 5 2.2.2 DS18B20数字是温度传感器 .................................................................................................... 6 2.2.3 锁存器74LS373.......................................................................................................................... 8 2.2.4 I/O接口电路8255A ................................................................................................................... 8 2.2.5 DS1302串行时钟芯片 .............................................................................................................. 10 第三章 太阳能热水器的硬件设计 ..................................................................................................... 11 3.1传感器选用 .................................................................................................................................... 11 3.2 8255A与单片机的接口设计 ......................................................................................................... 12 3.3 水位检测和温度检测接口电路 .................................................................................................... 13 3.3.1 水位检测部分的硬件链接 ....................................................................................................... 13 3.3.2 DS1302与单片机的连接及时间读取方法 .............................................................................. 13 3.4上水阀的控制 ................................................................................................................................ 14 3.4.1 达林顿管的原理与应用 ........................................................................................................... 14 3.4.2 上水阀的驱动电路及分析 ....................................................................................................... 15 3.5 ADC0809与单片机的接口设计 ................................................................................................ 16 3.6键盘和显示器的接口设计 ............................................................................................................. 16 3.7 LED的工作原理 ............................................................................................................................ 17 3.8 看门狗电路的设计........................................................................................................................ 18 3.9 单片机时钟电路的设计................................................................................................................ 18 3.10 系统原理综诉 ............................................................................................................................. 19 附录 ...................................................................................................................................................... 26 心得体会 .............................................................................................................................................. 27 参考文献 .............................................................................................................................................. 28

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第一章 绪论

1.1 太阳能热水器的发展概况

目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能， 而且为分段显示，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%。这种显示器(还称不上控制器)不具有温度控制功能，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。本文设计的太阳能热水器控制器以80C51单片机为检测控制核心，采用DS12887 实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和FUZZY控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制， 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在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。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，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷晒式。

当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器 克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。新建商住楼安装热水器，已是房屋开发公司计划之内的事，配套热水器的商品房销势更好[5]。 此款热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上大部分热水器所不能比拟的。

1.2 太阳能热水器的应用与意义

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）。

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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：

1.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。

2.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1.5～2.0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，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户1-3年即收回投资，在这以后提供的热水是免费的。设计可以参考以下的几个意见：

1.在设计民用建筑时，若此地区没有集中热水供应，可给用户安装太阳能热水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水管线预埋，以平均每套住宅建筑面积65平方计算，工程造价大约每平方米增加18-20元，

2.设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方采光面积产热水100升计算，100平方米太阳能热水系统可产热水10吨，每人每次标准用水40升，可解决250人的洗浴用水。作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设计。

3.作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设计，

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太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器累计安装使用总量已达300万平方米以上。所以该控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。

第二章 系统总体思路设计 2.1系统结构和功能

(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2-1

2.2 主要芯片的结构与特点

2.2.1单片机结构和特点

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

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20脚AT89C1051。

AT89C51结构和功能： 1．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。

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

VCC

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

RST/VPD

RXDTXD

P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL1XTAL2GND

EA/VPP

ALE/PROG

INT0PSEN

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0

INT1

T0T1

WR

RD

图2-2

2.2.2 DS18B20数字是温度传感器

1、DS18B20内部结构图 3.3所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度

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传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图 3.4所示，DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图 3.9）。

图2-3

2、 DS18B20与单片机的典型接口设计

DS18B20 “一线总线”数字化温度传感器是DALLAS最新单线数字温度传感器， 同DS1820一样，DS18B20也 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.062可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数

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值需要取反加1再乘于0.0625

即可得到实际温度。

图2-4

2.2.3 锁存器74LS373

74LS373是一种8D锁存器，具有三态驱动输出，其引脚电路图如下： .

OE L L L L H

LEH H L L ³

DnH L L H

QnH L L H Z

³

图2-5 图2-6

引脚图中 Dn----输入端；Qn-----输出端；OE、LE为控制端，该片如何工作由功能表定，表中L为低电平、H为高电平、Z为高阻抗（相当开路）³为任意电平，一般将OE 接低电平，LE接ALE就能正常工作。

2.2.4 I/O接口电路8255A

1、总线接口部分

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/CS —— 片选线

A1、A0 ——端口选择线 （选片内四个端口寄存器）

/RD ——读信号线 /WR ——写信号线

2、8255A的端口操作 A1 A0 选中 0 0 PA口 0 1 PB口 1 0 PC口 1 1 控制寄存器

3、8255A的工作方式及方式选择 8255A的工作方式

（1）方式0 ——基本输入/输出方式

A口、B口、C口均有此方式，无选通， 是单片机与外部设备之间的直接数据通道。

（2）方式1 ——

仅PA口、PB口有此方式，PC口中若干位作联络信号线。 各联络信号线的意义： /STB ——

IBF —— 输入选通信号，外设发来。

INTR 输入缓冲器满信号，发给外设（通知外设数据未被取走，暂不能接收新数据） —— 中断请求信号，外部设备发给单片机 INTE 中断允许信号

—— 输出缓冲器满信号，发给外设（单片机将数据已送到指定口，外部设备可以/OBF 取走）

—— 外设响应信号，由外部设备发来（数据已送到外部设备） /ACK ——

输入

选通输入/输

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（3）方式3 ——双向方式

仅PA口有此方式。PC3 ~ PC7作联络线

此时，PB口可以是方式0；也可以是方式1（PC0 ~ PC1作联络线）。 2、8255A的方式控制字

用编程方法向8255A的控制口写控制字，可决定它的工作方式。有两个控制字：

（1）方式选择控制字

“1”——方式控制标志位

D6、D5——决定A组的工作方式，0 0 —— 方式0 0 1 —— 方式1 1 ³ —— 方式2

D4 —— A口的传输方向，1 —— 入，0 —— 出。 D3 —— PC7 ~ PC4的传输方向，1 —— 入，0 —— 出。 D2 —— 决定B组的工作方式，0 —— 方式0，1 —— 方式1。 D1 —— B口的传输方向，1 —— 入，0 —— 出。 D0 —— PC3 ~ PC0传输方向，1 —— 入，0 —— 出。 （2）PC口置位/复位控制字

“0”—— 标志位。 D6、D5 —— 不使用位。

D3、D2、D1—— 位选择位，000 ~ 111 分别对应PC7 ~ PC0。 D0 —— 位状态位，1 —— 置位，0 —— 复位。

2.2.5 DS1302串行时钟芯片

实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力，318 位暂存数据存储RAM，串行I/O 口方式使得管脚数量最少， 宽范围工作电压2.0 ~5.5V， 工作电流2.0V 时,小于300nA，读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式， 8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配， 简单3 线接口，与TTL 兼容Vcc=5V[8]。

2．管脚功能描述

图4-2为DS13028脚封装管脚图。

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图2-8 DS13028脚封装管脚图 DS1302 内部寄存器

CH: 时钟停止位 寄存器2的第7 位12/24 小时标志 CH=0 振荡器工作允许； bit7=1,12 小时模式； CH=1 振荡器停止； bit7=0,24 小时模式； WP: 写保护位 寄存器2 的第5 位:AM/PM 定义 WP=0 寄存器数据能够写入； AP=1 下午模式； WP=1 寄存器数据不能写入； AP=0 上午模式 TCS: 涓流充电选择 DS: 二极管选择位 TCS=1010 使能涓流充电； DS=01 选择一个二极管; TCS=其它 禁止涓流充电； DS=10 选择两个二极管; DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充电功能也被禁止 表2 RS位功能表

第三章 太阳能热水器的硬件设计 3.1传感器选用

本系统采用接触式温度传感器DS18B20 “一线总线”数字化温度传感器是DALLAS最新单线数字温度传感器， 同DS1820一样，DS18B20也 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。

可以采用外接电源与寄生电源供电（就是供电电源从数据线上得到）：

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图3-9

图3-10

3.2 8255A与单片机的接口设计

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图3-1

3.3 水位检测和温度检测接口电路

3.3.1 水位检测部分的硬件链接

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。要实现辅助加热提前时间的精确计算，最好是采用连续液位传感器，但考虑系统成本，本设计仍采用分段式液位传感器(通过软件来提高精度)，在水位显示上也仍采用分段显示。水位检测部分的硬件连接如图3-2所示。

图3-2

这里选用74L S244 作为状态输入缓冲器。蓄水箱温度检测电路采用DS18B20芯片使其换成脉冲信号，送到80C51的I/O 口(编程为计数器工作模式)，通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号。

3.3.2 DS1302与单片机的连接及时间读取方法

DS1302的管脚按前面的说明进行连接，SCLK同步时钟口接P1.5口，I/O数据输入输出口接P1.6口，RET复位引脚接P1.7口，VCC2接+5V电源，VCC1接+5V备用电池，X1、X2接32.768MHZ晶振。单片机与DS1302的连接方式如图4-3所示。

读取DS1302的时钟时间是主程序的一部分，首先要定义日期时间等全局变量，然后在主程序中调用时间读取程序，时间程序编程如下。DS1302为串行时钟芯片，每次传送一位数据，通过P1.5给DS1302发同步脉冲实现数据传输的同

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步。P1.6口与DS1302 I/O引脚相连，将要读取值的控制字串行写入到DS1302中，每写一位，发送一个同步脉冲，控制字为8位，读出的时、分数据也是8位，写完8位控制字，DS1302随后就通过I/O引脚将该值送给单片机。I/O引脚上的数据在SCLK的上升沿串行输入(写数据到DS1302)，在SCLK的下降沿串行输出(读数据)。为了启动数据传输，引脚RST应为高电平。DS1302有多种功能的控制字，其中读时和分的控制字分别为0x85和0x83。

图3-3

3.4上水阀的控制

3.4.1 达林顿管的原理与应用

由8051输出的控制信号要经过光电隔离后去控制上水阀进行工作，但由于控制信号太小，需要接驱动电路将信号适当放大，在这里，我采用的是达林顿管。达林顿管采用复合连接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成。达林顿管具有增益高、开关速度快、能简化设计电路等优点。本系统采用的是由两只NPN型晶体管构成的达林顿管，其基本电路如下所示：

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图3-4 达林顿管基本电路

3.4.2 上水阀的驱动电路及分析

单片机8051的P1.6利用OC门与光电耦合器4N25相连，4N25的输出接达林顿管作为上水阀的驱动电路。P1.6为低电平时，4N25有电流流入，达林顿管驱动上水阀打开，向热水器充水。

具体连接电路如下图所示：

图3-5

光电隔离器主要用于电信号的隔离和传输，它通常把发光器件和受光器件置于同一壳体内，在发光器件端口加入控制电信号，使得发光器件发光，受光器件受光，产生光电效应，输出电信号，从而可以实现电—光—电的信号传输和控制。 本设计采用的光电隔离器是4N25。

4N25由发光二极管和光敏三极管组成。当发光二极管流有一定电流时，发光二极管就发光，发出的光照射到光敏三极管上，就会产生一定的基极电流，使光敏三极管导通。若没有电流（或电流非常小）流过发光二极管，则其不发光，光敏三极管就处于截止状态。

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3.5 ADC0809与单片机的接口设计

本系统采用中断控制法。89C51与ADC0809接口电路图如图3-3所示。 将ADC0809作为外扩的并行I/O口，由P2.7和WR端的脉冲同时有效时启动A/D转换，通道选择端与A、B、C分别与地址线A0、A1、A2相连。其端口地址为7FF8H—7FFFH。A/D转换结束后，EOC向89C51的INT1端输入一个高电平，既向单片机产生一个外部中断1信号。

.

图3-6

3.6键盘和显示器的接口设计

键盘接口的工作原理

常见的键盘接口分为独立式键盘接口和矩阵式键盘接口两种。本系统采用矩阵式键盘接口。矩阵式键盘接口是适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。矩阵式4*4键盘如图3-4所示。从图中可以看出，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立式按键相比，要节省很多I/O口线。

1

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图3-7

按键设置在行、列线的交叉点上，行、列线分别连接开关的两端。行线通过上拉电阻接到正+5V。平时无按键时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态键由此行线相连的列电平决定。列线如果为低电平，这行线电平为低；列线电平如果为高，则行线电平也高。这是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在的电平。因此各按键彼此间互相发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。

3.7 LED的工作原理

系统键盘显示接口采用8279芯片，用硬件完成键盘与显示器扫描。键盘由0-9数字键，报警值设定键，时钟设定键，左位移键，确认键，运行键等组成，采用4³4键盘。用户可以通过键盘完成人机接口的各种操作。键盘以中断方式工作。当有按键时，8279申请中断CPU响应中断后转入键盘监控处理程序。显示器采用4个LED数码管，系统检测数据经AT89C51单片机处理后通过I/O口送到驱动电路，LED显示甲烷气体现场浓度。

8279与单片机AT89C51的硬件接口电路图如图3-13所示。8279芯片外接4³8键盘和4位显示器，工作于4位显示和键盘输入工作方式，均为编码扫描，

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图3-8

3.8 看门狗电路的设计

本系统采用微处理器监控器MAX690A完成硬件“看门狗”电路。

10113029

39383736353433322122232425262728

图3-9MAX690A与89C51的接口电路

本电路有复位电路和看门狗电路功能，R1、R2选取说明如下：

R1R1 R2

1.25V4.5V

13.6

（3-1）

当R1=1kΩ，R2=2.6 kΩ，使+5V电压跌落到4.5V，PFI的输出电压低于1.25V时，PFO输出高电平作为单片机的中断信号。单片机正常工作时，P1.0口定期(小于1.6 s)改变WDI输入端的电平，使看门狗电路不发出复位电路。当出现“死机”，单片机将不能定期改变WDI电平，看门狗电路便会在1.6 s后产生一个复位信号，使单片机复位，待经过200ms复位脉冲宽后，单片机复位结束，程序从0000H开始重新执行，保证了系统的正常运转。

3.9 单片机时钟电路的设计

本系统采用内部时钟方式。

89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，用于构成振

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荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是89C51的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。89C51内部时钟方式的振荡电路如图3-9所示。晶体的振荡频率范围通常在1.2MHz到24MHz 之间。晶体的频率越高，则系统的频率越高单片机的运行速度越快。本系统选择振荡频率为24MHz的石英晶体。

图3-10AT89C51内部时钟方式电路

3.10 系统原理综诉

系统硬件原理如原理图（附）所示。通过原理图，我们可以分析出系统的原理，于是系统主要原理如下：

温度的测量通过温度传感器输出正比于不同温度的电压值来实现，在和8255A接口相连的pc中，通过二极管分别显示四个不同的水位情况。

通过两个按键s2和s3来实现加热和加水的功能，当s2按下时，就触发外部中断0，进入中断子程序，执行加热功能。当s3按下时，就出发了外部中断1进入中断子程序，执行手动加水功能。

单片机通过P0口用一个8255A扩展芯片实现8位LED显示，Po口和74LS373相连锁存地址信号，P2.0~P2.3和水位检测传感器接口电路连接，P2.6和P2.7分别接有加水继电器和加热继电器。作为8255A的PC口接有6个二极管，分别用来显示水位1、2、3、4状态，还有加水状态和加热状态的提示信号。再通过接口电路8255A反映到显示屏上。

单片机其余I/O口线安排： ²VCC：接+5V电源。 ²GND：接地。

²RST：接MAX690A的RESET。

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²P3.0(ALE)：与8255H的ALE脚相连提供时钟信号。 ²XTAL1、XTAL2：通过晶振实现单片机内部时钟。 ²PSEN：允许程序存储器输出控制端。 ²EA：内外程序存储器选择控制端。 ²P1.7：接MAX960的WDI端。 ²RD：接8255H的RD端。 ²WR：接8255H的WR端。

第四章 太阳能热水器中央控制器的软件设计

4.1 系统总体软件设计

本系统主要是完成由89C51为核心控制器来实现对太阳能热水器水位和水温的检测，并在适当的时候报警，并把温度数据体现在8位数码管上。

主程序首先完成对串口，定时器，中断源的初始化设置，初始运行参数，开中断，然后循环读取键盘状态，检测系统是否漏电。一旦检测到系统漏电，立即进行声音和显示报警，并切断所有执行机构电源；若系统不漏电，则根据存储的键盘状态和检测的水温，水位等状态信号进行相应的处理并等待中断服务程序的执行。其主要的软件原理图如图1和2。

系统正常控制时，首先显示水温和水位，若检测到水流开关打开用水时，自动断开上水阀和电加热体电源，即实现水电联动，用水停电。当检测到水位过低时，控制单片机在8255A的PC3口的二极管提示加水，然后手动加水。达到最高水位时同样提醒停止加水。在水位超过第二档时，将检测到的实际水温和设置水温进行比较，若实际水温低于设置水温时，则加热体通电进行辅助电加热；若水温高于设置水温时，切断加热体电源；若检测到水位低档，不管温度设置高低，总是停止加热，防止加热体干烧，在加热功能中将最高水温控制在适当的温度，超温时停止加热并报警。

根据系统设计要求，软件设计应具备以下功能：

²对水的温度数据的读入；

²对数码管显示子程序的实现； ²通过键盘输入实现数据采集；

²将数据存入EPROM中实现掉电保护； ²将采集到的数据通过LED显示。

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图一系统主程序流程图

4.2 数据采集软件设计

4.2.1中断服务子程序

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