太阳能智能控制器的软件设计毕业设计.docx
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太阳能智能控制器的软件设计毕业设计
*******学院
电子信息工程系
毕业设计说明书
题目：
太阳能热水器智能控制器的软件设计
姓名：
学号：
专业：
指导教师：
2017年月日
摘要
太阳能是现在社会巨大的能源，人们利用太阳能可以节省好多的能源，所以要好好利用太阳能，发挥它应有的作用。
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倍受人们的青睐，得到很好的发展。
C语言对单片机编程有诸多优点，例如：
便于移植、句法检查时错误少、坚固性好、头文件种类诸多，能够方便快捷使用各种函数等。
本设计以AT89C51单片机作为控制器，使用C语言编写程序，设计了一款智能太阳能热水器。
通过数字温度传感器检测当前水的温度，由于是数字信号就直接送入单片机AT89C51内，通过单片机的处理在LED数码管上显示当前的温度值。
另外一路是在水箱中的四个电极分别代表不同的水位从而得到水位的高低，并且通过LED灯显示水位的高低。
按键用来设定想要控制的温度值，单片机在内部通过比较设定的温度和当前温度，当前温度小于设定温度时就会闭合电磁开关，开启加热装置。
高于设定温度时断开开关停止加热。
自动上水方面是设置水位的上限和下限，水位低于下限时就会闭合电磁开关，开始上水，当水位高于上线时就会自动断开电磁开关，停止上水。
温度和水位值在时时检测，达到控制目的。
关键词：
太阳能热水器、C语言、单片机、传感器、智能控制
第1章绪论
1.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析
未来，我国热水器行业发展将呈现三大趋势：
一是热水器产业是传统产业，竞争比较激烈，城市市场已经十分普及，加之受到房地产调控政策的出台的影响，热水器市场增长放缓。
但随着人们的需求不断提高，新型热水器将逐渐受到人们的青睐。
未来，热水器市场的主要增长点将主要集中在人机互动的高技术含量、节能环保的新型热水器产品上。
而随着农村城镇化、国家家电下乡、节能补贴等政策的出台，农村市场需求将放量，未来有很大的增长空间。
二是近些年人们对热水器需求量不断增长，热水器潜力巨大，这一产业将成为国内热水器行业下一个阶段的另一热点。
另一方面，当前，智能化、个性需求化等新型热水器市场整体拥有率比较低，未来，热水器生产企业应抓住升级换代的契机，加快新型产品概念的推广。
未来，更多种类的智能化热水器将不断进入消费者的家庭。
三是热水器品牌格局已经初步形成，二线品牌生存压力十分明显，各热水器企业对细分市场的建设仍需努力。
随着科学技术的发展及人们的需求，热水器日渐趋于高端化和智能化。
未来几年热水器行业将进入发展的黄金时期。
但值得注意的是，当前智能化热水器发展迅猛，但缺乏统一规划和协调，因此热水器未来发展的主要方向是智能化。
在太阳能利用技术中，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。
1.2课题背景及意义
随着太阳能热水器的迅速推广，广大消费者对太阳能热水器特别是太阳能热水器控制器的要求越来越高，太阳能热水器商家为使自己的产品能在市场上生存和发展，在不断提高太阳能热水器热水性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度越来越高。
本系统完全跟随太阳能热水器本身智能化程度和成本的要求，为太阳能热水器提供了一套智能化程度高、性能良好、使用方便、经济实惠的智能控制系统。
第二章系统总体设计与部分原理介绍
2.1系统总体硬件框图与工作原理
经过对所要设计的控制系统的功能要求进行分析，可以得到系统的总体硬件设计框图，如图2-1所示。
由系统的总框图可以看出该系统的工作原理为：
单片机89C51作为控制核心并协调整个系统的工作，通过数字温度传感器检测当前水的温度，由于是数字信号就直接送入单片机89C51内，通过单片机的处理在LED数码管上显示当前的温度值。
另外一路是在水箱中的四个电极来得到水位的高低，并用LED灯显示水位的高低。
按键用来设定想要的温度值，单片机在内部通过比较设定的温度和当前温度，当前温度小于设定值时就会闭合电磁开关，开启加热装置。
自动上水方面是设置水位的上下限，水位小于下限时就会闭合电磁开关，就会开始上水，水位到达上限时就会自动断开电磁开关，停止上水。
温度和水位值在时时检测，达到控制目的。
并且当加热和上水的时候，会有相应的LED灯亮显示正在加热或者上水。
图2-1系统总体硬件框图
2.280C51单片机结构与特点
2.2.1单片机的组成
单片微型计算机简称单片机，它在一块芯片上集成了各种功能部件：
中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时器/计数器、和各种输入/输出（I/O）接口（如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器）等。
它们之间相互连接图如图2-2，构成一个完整的微型计算机。
图2-2单片机结构框图
2.2.280C51单片机的引脚描述及片外总线结构
CHMOS制造工艺的80C51单片机采用40引脚的双列直插封装（DIP方式），在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。
图2-380C51引脚图
下面按其引脚功能为四部分叙述这40条引脚功能
（1）电源引脚VCC和VSS。
其中：
VCC（40脚）接+5V电压。
VSS（20脚）接地。
（2）接晶体引脚XTAL1和XTAL2。
XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部振荡器时，对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。
XTAL2（18脚）接外部晶体的另一端。
在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。
采用外部振荡器时，对CHMOS单片机，该引脚悬浮。
（3）控制或与其他电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP。
ST/VPD（9脚）：
当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
推荐在此引脚与VSS引脚接一个约8.2K的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10uf的电容，以保证可靠地复位。
（4）VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部RAM的数据不丢失。
当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围内，VPD就向内部RAM提供备用电源。
（5）ALE/PROG（30脚）：
当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。
然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。
对于EPROM型的单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。
（6）PSEN（29脚）：
此脚的输出是外部程序存储器的读写选通信号。
在从外部程序存储器取令（或常数）期间，每个机器周期两次PESN有效。
但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现，PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。
（7）EA/VPP：
当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序，当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器，对于常用的80C51来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。
对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21伏的编程电源（VPP）。
输入/输出I/O引脚P0、P1、P2、P3共32根。
a）P0口（39脚～32脚）：
是双向8位三态I/O口，外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。
由于其内部没有上拉电阻，为高阻状态，不能正常的输出高/低电平，因此在使用时务必加上拉电阻，一般我们选择接入10K的上拉电阻。
b）P1口（1脚～8脚）：
是8位准双向I/O口由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能琐存，故不是真正的I/O口。
门口能驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL负载，对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。
对EPROM编程和程序验证时，它的接收低8位地址。
c）P2口（21脚～28脚）：
是8位准双向I/O口。
在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址，在对EPROM编程和程序验证期间，它的接收高8位地址。
P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL负载。
d）P3口（10脚～17脚）：
是8位准双向I/O口，在80c51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口，P3能驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL负载。
作为第一功能用时，就作为普通的I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。
表2.1
口线引脚第二功能
P3.010RXD（串行输入口）
P3.111TXD（串行输出口）
P3.212INT0（外部中断0）
P3.313INT1（外部中断1）
P3.414T0（定时器0外部输入）
P3.515T1（定时器1外部输入）
P3.616WR（外部数据存储器写脉冲）
P3.717RD（外部数据存储器读脉冲）
值得强调的是，P3口的每一条引脚都可以独立定义第一功能的输入输出或第二功能。
2.3数码管显示
2.3.1数码管简介
单片机系统中常用的显示器有：
发光二极管LED（LightEmittingDiode）显示器、液晶CD（LiquidCrystalDisplay）显示器、CRT显示器等。
LED、LCD显示器有两种显示结构：
段显示（7段、米字型等）和点阵显示（5×8、8×8点阵等）。
使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。
为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。
七段数码管加上一个小数点，共计8段。
因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。
本设计采用的是共阴LED显示器，根据电路连接图显示十六进制数的编码见表2.6所示。
表2.6十六进制数的编码
十六进制编码
数码管显数值
十六进制编码
数码管显数值
十六进制编码
数码管显数值
0x3f
0
0x7d
6
0x39
C
0x06
1
0x07
7
0x5e
D
0x5b
2
0x7f
8
0x79
E
0x4f
3
0x6f
9
0x71
F
0x66
4
0x77
A
0x00
无显示
0x6d
5
0x7c
B
2.3.2数码管的实现方法
数码管的显示由P0口完成控制。
有两点需要注意，第一点是要哪一个数码管亮，第二点是亮的数码管显示什么数字。
所以数码管有位选和段选之分，位选在程序中用wei表示，单片机上是P2^7端口，即对位选操作时使P2^7呈现高电平，这时P0的八个端口对数码管的操作决定了那几个数码管亮，P0操作完成后使P2^7呈现低电平，这样位选就已锁定。
段选在程序中由duan表示，单片机上是P2^6端口，与位选相同，操作时使P2^6呈现高电平，这时P0的八个端口对数码管的操作决定了亮的几个数码管显示什么数字，P0操作完成后使P2^6呈现低电平，这样段选就已锁定。
见图2-10所示由于单片机仅仅起到控制的作用，其输出电流十分小，所以P0端需要接上
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