太陽能熱水器溫控上水系統(tǒng)設計畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p>　　太陽能熱水器溫控上水系統(tǒng)設計</p><p>　　The Design of Temperature Control Water Supply System of the Solar Water Heater</p><p>　　2013 屆 電氣工程 系</p><p>　　?！　I(yè) 自動化

2、 </p><p>　　學　　號 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導老師 </p><p>　　完成日期　2013年5月27日</p><p><b>　　畢業(yè)設計成績單

3、</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在21世紀中，人們越來越認識到環(huán)境的重要性，而且目前越來越倡導低碳生活出行，而太陽能

4、憑借其綠色、源源不斷的特性被人們所青睞。人們生活中對太陽能應用最廣泛的就是太陽能熱水器。太陽能熱水器隨著時代的進步不斷進行著改進和優(yōu)化，本篇論文就設計了一種溫控的自動上水的太陽能系統(tǒng)。</p><p>　　本文結合太陽能熱水器的具體應用，設計了以AT89C51單片機為核心，AD590為溫度傳感器，ADC0832為轉換芯片等元器件為基礎的太陽能熱水器的智能控制系統(tǒng)，詳細描述了它的工作原理和設計方案。而且設計了溫度控

5、制電路，水位檢測電路，上水電路和溫度顯示電路，并利用C語言編寫了A/D轉換程序和溫度顯示程序，可以直觀的觀測太陽能水箱的溫度和水位。</p><p>　　通過系統(tǒng)的控制可以對太陽能熱水器進行溫度的測量和顯示，當溫度較低時，可以進行加熱，并且對水箱的水位顯示，當不到規(guī)定水位時，開啟自動上水。這樣以保證用戶的正常的生活熱水的使用。</p><p>　　關鍵詞：AT89C51 太陽能熱水器

6、AD590</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In twenty-first Century, more and more people come to realize the importance of environment, and now more and more advocate low carbon life tr

7、ip, and the solar energy with its green, everfount is favored by people. People living in the solar energy is the most widely used solar water heater. Solar water heater with the progress of ongoing improvement and optim

8、ization, this paper designs a temperature control automatic water of the solar system.</p><p>　　Combining with the practical application of the solar water heater, design of the AT89C51 single-chip microcomp

9、uter as the core, the temperature sensor AD590, ADC0832 conversion chips and other components of solar energy water heater based on intelligent control system, describes in detail its working principle and design scheme.

10、 And design a temperature control circuit, water level detection circuit, water supply circuit and temperature display circuit, and using C language to write the A/D con</p><p>　　Through control system to te

11、mperature measurement and display of solar water heater. When the temperature is low, it can be heated, and according to the water level in the tank, it can open the automatically water supply syetem, when it is less tha

12、n regulation water level. So that to ensure the normal life of the user the use of hot water.</p><p>　　Key word: AT89C51 Solar water heater AD590</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

13、t;p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 太陽能熱水器的概況1</p><p>　　1.1.1 選題的背景和意義1</p><p>　　1.1.2 國內外研究現狀1</p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案設計2</p><p>　　第3章 系

14、統(tǒng)元件選型3</p><p>　　3.1 主要元器件介紹3</p><p>　　3.1.1 單片機AT89C513</p><p>　　3.1.2 數碼管5</p><p>　　3.1.3 AD5906</p><p>　　3.1.4 ADC08327</p><p>　　

15、3.1.5 OP078</p><p>　　第4章 硬件設計10</p><p>　　4.1 單片機電路10</p><p>　　4.2 電源電路11</p><p>　　4.3 數碼管顯示電路11</p><p>　　4.4 溫度測量電路及加熱電路12</p><p>

16、　　4.5 水位顯示及上水電路13</p><p>　　第5章 硬件制作14</p><p>　　5.1　protel 99 SE簡介14</p><p>　　5.2　新建數據庫文件16</p><p>　　5.3　原理圖設計步驟18</p><p>　　5.3.1　原理圖常見錯誤18</p>

17、;<p>　　5.4　PCB的制作18</p><p>　　5.4.1　PCB制作的常見錯誤19</p><p>　　第6章 軟件部分20</p><p>　　6.1 Keil uVision4軟件20</p><p>　　6.1.1 Keil uVision4的主要功能20</p><p&g

18、t;　　6.1.2　項目的創(chuàng)建和調試21</p><p>　　6.2 主程序22</p><p>　　6.3 水溫控制程序23</p><p>　　6.4 溫度顯示程序24</p><p>　　第7章 結論與展望25</p><p><b>　　參考文獻26</b></p

19、><p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　附錄28</b></p><p>　　附錄A 外文資料28</p><p>　　附錄B 電路原理圖39</p><p>　　附錄C PCB板圖40</p><p>　　附錄

20、D 程序41</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 太陽能熱水器的概況</p><p>　　1.1.1 選題的背景和意義</p><p>　　太陽能是由內部氫原子發(fā)生核聚變釋放出巨大核能而產生的能，來自太陽的輻射能量。人類的發(fā)展和自然界的生存都離不開太陽，而現在人類社

21、會的的發(fā)展對與能源的需求也越來越大?，F在社會的能源主要有風能，水能，核能，太陽能等，而太陽能憑借其廣泛的分布性和無污染性越來越得到了人們的青睞。</p><p>　　從最簡單的生活用水來說，人們每天都需要使用熱水，用熱水洗衣服，洗澡等，而目前，市場上有三類熱水器，燃氣熱水器，電熱水器以及運用最為廣泛的太陽能熱水器。太陽能熱水器以其簡單的安裝，簡便的使用方法和安全可靠而被廣泛應用于城市和農村。太陽能的廣泛應用不僅可

22、以方便自己，還能保護環(huán)境，為現在的環(huán)境極度惡化的社會貢獻一份力量。而且太陽能極大優(yōu)越于燃氣，燃煤等能源，減少了對地球的開發(fā)，給子孫后代留下了一片藍天。</p><p>　　1.1.2 國內外研究現狀</p><p>　　中國太陽能熱利用起源于上世紀70年代。20世紀80年代，由于能源緊張引起國家和社會重視，國內許多科研院所、大專院校開始從事太陽能熱利用的研究工作，以平板太陽熱水器、悶曬熱

23、水器產品為主的一些生產制造企業(yè)相繼誕生，但發(fā)展比較緩慢。從“七五”至“十五”的科技攻關，將一大批科研成果轉化為生產力，如：銅鋁復合平板太陽集熱器、全玻璃真空管太陽集熱器及熱水器，熱管式真空管熱水器等，尤其是立式單靶磁控濺射鋁-氮/鋁全玻璃真空太陽集熱管技術的成功轉化，全面帶動了我國太陽能熱利用的產業(yè)化進程。1996年以前，太陽熱水器產品以平板型為主，占70%以上。1996年后，真空管型太陽熱水器逐步成為市場主導產品，現已經占到87.5%

24、以上。</p><p>　　國外的太陽能應用早于中國，例如美國、日本、法國、德國、澳大利亞、英國等發(fā)達國家也擁有相當先進的太陽能建筑應用技術。著名的集熱蓄熱墻采暖方式即是法國人菲利克斯·特朗勃的專利，法國的奧代洛太陽房是該采暖理論轉化為實際應用的第一個樣板房。英國利物浦附近的沃拉西的圣喬治郡中學，則是直接受益式太陽房最大和最早的樣板之一。因此國內發(fā)展太陽能有很大的前景。</p><p

25、>　　第2章 系統(tǒng)方案設計</p><p>　　系統(tǒng)主要采用的是AT89C51單片機對數據進行處理。溫度傳感器采集到的數據經過A/D轉換電路處理后輸入給單片機，單片機接受數據后，運行數碼管顯示電路。顯示溫度，同時判斷是否開啟驅動電路對水箱內進行加熱。同時單片機還處理水位監(jiān)測到的數據，并根據不同的水位輸入信號覺定是否開啟驅動電路對水箱進行上水。系統(tǒng)結構框圖如圖2-1所示。</p><p&

26、gt;　　(1)時鐘電路：為CPU提供時鐘脈沖。</p><p>　　(2)復位電路：使單片機在工作狀態(tài)之前所有部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。</p><p>　　(3)電源電路：為系統(tǒng)各個部件供電。</p><p>　　(4)驅動電路：驅動加熱電路和上水電路。</p><p>　　(5)傳感器檢測和A/D轉換電路：檢測水

27、箱內的水溫并將數據放大后輸入A/D轉換芯片。</p><p>　　(6)數碼管顯示電路：顯示水箱內的溫度。</p><p>　　(7)水位監(jiān)測電路：監(jiān)測水箱內的水位。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)元件選型</p><p>　　3.1 主要元器件介紹</p><p>　　3.1.1 單片機AT89C51<

28、/p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機. AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙

29、工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位 [1]。單片機引腳圖如圖3-1所示。</p><p><b>　　(1)主要引腳功能</b></p&

30、gt;<p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在FIASH編程時，P0

31、 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。</p><p>　　P2

32、口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FL

33、ASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p>&

34、lt;p><b>　　P3口管腳備選功能</b></p><p>　　P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p>　　P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p>　　P3.2 /INT0(外部中斷0)</p><p>　　P3.3 /INT1(外部中斷)</p><p>　　P3.4

35、 T0(計時器0外部輸入)</p><p>　　P3.5 T1(計時器1外部輸入)</p><p>　　P3.6 /WR(外部數據存儲器寫選通)</p><p>　　P3.7 /RD(外部數據存儲器讀選通)</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復位輸入，當振

36、蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在

37、SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現[2]。</p><p>　　/EA/VPP：當/EA

38、保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。<

39、/p><p>　　3.1.2 數碼管</p><p>　　數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為八段四位</p><p>　　數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都

40、接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)

41、定的顯示數據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低[3]。數碼管如圖3-2所示。</p><p>　　3.1.3 AD590</p><p>　　AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內，該器件可充當一個高阻抗、恒流調節(jié)器，調節(jié)系數為1µA

42、/K。片內薄膜電阻經過激光調整，可用于校準器件，使該器件在298.2K (25°C)時輸出298.2 µA電流。AD590適用于150°C以下，前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，使它成為許多溫度測量應用的一種很有吸引力的備選方案。應用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結補償。除溫度測量外，還可用于分立器件的溫度補償或校正、與絕

43、對溫度成比例的偏置、流速測量、液位檢測以及風速測定等。AD590可以裸片形式提供，適合受保護環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量。AD590特別適合遠程檢測應用。它提供高阻抗電流輸出，對長線路上的壓降不敏感。任何絕緣良好的雙絞線都適用，與接收電路的距離可達到數百英尺。這種輸出特性還便于AD590實現多路復用：輸出電流可以通過一個CMOS多路復用器切換，或者電源電壓可以通過一個邏輯門輸出切換[4]。AD590如</p><p

44、><b>　　主要特性：</b></p><p>　　(1)流過器件的電流(μA)等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度(開爾文) 度數；</p><p>　　Ir/T=1，Ir—流過器件(AD590)的電流，單位為μA；T—熱力學溫度，單位為K；</p><p>　　(2)AD590的測溫范圍為- 55℃~+150℃；</p>&l

45、t;p>　　(3)AD590的電源電壓范圍為4～30 V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；</p><p>　　(4)輸出電阻為710 MΩ；</p><p>　　(5)精度高，AD590在- 55℃~+-150℃范圍內，非線性誤差僅為±0.3℃。</p><p>　　3.1.4 ADC0832</p&g

46、t;<p>　　ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎。ADC0832引腳如圖3-4所示。</p><p>　　ADC0832 具有以下特點： </p><p>　　(1)8位分辨率； </p><p>　　(2)雙通道A/D轉換； </p>

47、;<p>　　(3)輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； </p><p>　　(4)5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間； </p><p>　　(5)工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS； </p><p>　　(6)一般功耗僅為15mW； </p><p>　　(7)8P、14P—DIP(雙列直插)、PICC 多種

48、封裝； </p><p>　　(8)商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°C to +85°C； </p><p><b>　　芯片接口說明： </b></p><p>　　(1) CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 </p><p>　　(2) CH0

49、模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 </p><p>　　(3)CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 </p><p>　　(4)GND芯片參考。 </p><p>　　(5)DI數據信號輸入，選擇通道控制。 </p><p>　　(6)DO數據信號輸出，轉換數據輸出。 </p><p>　　(7)CLK芯

50、片時鐘輸入。 </p><p>　　(8)Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入(復用)。 </p><p>　　ADC0832 為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉換時間僅為32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸

51、入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇[5]。 </p><p>　　單片機對ADC0832 的控制原理： </p><p>　　正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用

52、。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能，當此2 位數

53、據為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉換。當2位數據為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2位數據為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數據為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此</p><p>　　作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸

54、入電壓是0~5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬度。但值得注意的是，在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉換后的數據結果始終為00H。</p><p>　　3.1.5 OP07</p><p>　　OP07是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器。由于OP0

55、7具有非常低的輸入失調電壓，所以OP07在很多場合不需要而外的調零措施，OP07同時具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點，這種低失調，高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。OP07引腳如圖3-5所示。</p><p>　　輸入電壓范圍與高達110DB的共模抑制比和高輸入阻抗的結合，在同向電路阻態(tài)中提高了很高的精度，即使在很高的閉環(huán)增益下，也能保持極好的線性和增益精度。

56、</p><p>　　下面是OP07參數資料的簡明說明：</p><p>　　產品型號:OP07CP</p><p><b>　　通道數:1</b></p><p><b>　　關斷功能:No</b></p><p>　　工作電壓Max. (V):36</p>

57、<p>　　工作電壓Min. (V):6</p><p>　　每通道IQ(典型值)(mA):5</p><p>　　帶寬GBW(典型值)(MHz):0.600</p><p>　　轉換速率(典型值)(V/us):0.300</p><p>　　輸入失調電壓(25℃)(Max.)(mV):0.150</p><p&

58、gt;　　失調漂移(典型值)(uV/℃):0.500</p><p>　　輸入偏置電流(Max.)(pA):7000</p><p>　　共模抑制比(Min.)(dB):100</p><p>　　噪聲電壓(典型值):9.800</p><p><b>　　單電源供電:No</b></p><p>

59、;<b>　　滿幅:No</b></p><p>　　封裝/溫度(℃):PDIP-8/0~70</p><p>　　描述:精密,低噪聲運放</p><p><b>　　第4章 硬件設計</b></p><p>　　4.1 單片機電路</p><p>　　單片機復位電路使用

60、按鍵復位，復位電路由電阻R19和C7組成，在按鍵的瞬間產生一個脈沖將AT89C51單片機復位。為了保證可靠復位脈沖寬度應該大于兩個機器周期，這取決于R、C的時間常數，取C=10μF，R=10K。單片機的震蕩頻率取11MHz，機械周期是1μS。P00~P07接入的是數碼管，用以控制四位八段數碼管的段選，P20~P24接入的是數碼管的位選。RXD和TXD和A/D模塊的ADC0832連接，用以控制ADC0832和接受數據，WR端口用以給ADC

61、0832提供脈沖。P24和P25兩個引腳分別連接上水驅動電路和加熱驅動電路，當單片機輸出低電平時，三極導通，啟動上水和加熱電路。單片機的供電由電源電路提供5V直流電壓。單片機最小系統(tǒng)電路如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 單片機最小系統(tǒng)電路</p><p><b>　　4.2 電源電路</b></p><p>　　電源電路采用1

62、2V電路轉5V電路，給單片機供電。當有電源時，電源指示燈亮，通過整流濾波電路，輸出5V電壓，供電給單片機AT89C51。電源電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 電源電路</p><p>　　4.3 數碼管顯示電路</p><p>　　數碼管顯示電路采用4位的共陽極數碼管，用來顯示當前水箱內的溫度和水箱規(guī)定的限定溫度，其中前兩位用以顯示30攝氏度，

63、表示當水溫低于30度時會啟動加熱電路，后兩位時時顯示當前水箱內的水溫，當水箱內的溫度高于50攝氏度時，會關閉加熱電路。位選用低電平控制，段選用高電平控制。數碼管顯示電路如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 數碼管顯示電路</p><p>　　4.4 溫度測量電路及加熱電路</p><p>　　本設計溫度傳感器選用AD590。AD590屬于半導體集成電路

64、溫度傳感器，測溫范圍-55℃- +150℃，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性關系為1μA/K，誤差有幾種等級:±1、±0.5、±0.3℃，本設計中選取±0.5℃品種。OP07高精度運算放大器，AD590電流流經R20、RP21轉換為電壓信號，R23、RP22為運算負反饋電阻，構成反相比例放大器，將溫度信號電壓放大約1.4倍后變成0-5V的電壓信號，輸入給ADC0832，再將其

65、轉換為數字信號，輸入單片機。ADC8032的SDATA接口與單片機RXD口相連，SCLK與TXD相連，CS與WR相連。溫度測量電路如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 溫度測量電路</p><p>　　當溫度檢測低于30度時，輸出低電平，三級管導通，使繼電器線圈通電，從而使繼電器常開觸頭關閉，常閉觸頭斷開，D3加熱表示燈點亮，D2不加熱表示燈熄滅。加熱電路如圖4-5所示。<

66、;/p><p>　　圖4-5 加熱電路</p><p>　　4.5 水位顯示及上水電路</p><p>　　實驗證明，純凈水幾乎是不導電的，但自然界存在的以及人們日常使用的水都會含有一定的Mg2+、Ca2+等離子，它們的存在使水導電。本控制裝置就是利用水的導電性來完成的。水位顯示電路，采用電極法測量水位，將電極至于水箱的90%和50%位置同時在水箱底部安放接地電極，

67、當水位不足50%時，電極W2和水面脫離，致使電極由低電平變成高電平，單片機接受這一脈沖后，用P25引腳輸出低電平，使三極管導通，從而繼電器吸合，水箱上水。當水位達到90%時，W1電極由高電平變成低電平，單片機接收到后使P25引腳輸出高電平，三極管截止，繼電器復位，上水停止。其中上水電路中D4表示水箱水位在正常水位，D5表示水箱水位不足。水位檢測及上水電路如圖4-6和4-7所示。</p><p><b>

68、　　第5章 硬件制作</b></p><p>　　5.1　protel 99 SE簡介</p><p>　　Protel是在我國流行最早的電子設計自動化軟件之一，一直以易學易用而深受廣大電子設計者的喜愛，Protel 99 SE 作為一款簡單易用的板卡級設計軟件，以Windows XP的界面風格為主，同時獨一無二的DXP技術集成平臺也為設計系統(tǒng)提供了所有工具和編輯器的相容環(huán)境

69、，友好的界面環(huán)境及智能化的性能也可以為電路設計者提供最優(yōu)質的服務。</p><p>　　Protel 99 SE由兩大部分組成：電路原理圖設計(Advanced Schematic)和多層印刷電路板設計(Advanced PCB)。在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設計者的首選軟件，它較早就在國內開始使用，在國內的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設了課程來學習它，幾乎所

70、有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現今的PROTEL已發(fā)展到PROTEL99，是個龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板

71、級全方位電子設計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印制電路板設計(包含印制電路板自動布線)、可編程邏輯器件設計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server(客戶/服務器</p><p>　　Protel 99 SE主要特點。集成設計管理系統(tǒng)：(1)Protel 99 SE 設計管理系統(tǒng)的外觀，與Windows的資源管理器相似，使用非常方便。(2)使用

72、了智能工具技術，在設計環(huán)境中集成了所有設計所用到的工具。(3)使用了智能文檔管理技術，把所有設計使用到的文檔，都保存在一個數據庫中，在工作中可以使用可中文檔。(4)使用了智能組管理技術，允許多個設計者通過網絡安全的為同一工程工作。通過集成的設計組管理系統(tǒng)，可以方便的管理用戶，設置訪問權限等。(5)Protel 99 SE提供了功能強大的各種文檔的快速瀏覽工具，使用戶可以快速方便的查詢，定位，修改文檔。(6)提供了全面而方便使用的幫助系統(tǒng)

73、。</p><p>　　下面介紹 Protel 99 SE的主要優(yōu)點。方便靈活的編輯功能：(1)Protel 99 SE有交互式全局編輯功能。在任何設計對象上，只要雙擊鼠標左鍵，就可以對其屬性進行設置，并將之一修改擴展到同一類型的所有其它對象，即進行全局修改。(2)有型號齊全的元件庫。在原理圖，PCB封裝庫，仿真元件庫中提供了大量原件，可以滿足用戶的絕大部分要求。(3)Protel 99 SE提供了多種方便，使用

74、的選取對象的方法，及拷貝，粘貼，排列，對齊和重新編號等多種編輯命令。(4)提供了豐富的右鍵菜單功能，使用非常方便。(5)提供了集成的向導功能，使用戶可以輕松完成許多復雜的工作。(6)設置無限制的撤銷、重復功能，允許用戶恢復到以前的任意狀態(tài)。</p><p>　　功能強大的自動化設計：(1)Protel 99 SE功能強大的自動布局、布線功能，提供了許多布線策略，在電路非常復雜的情況下也可以完成高質量的布線。(2)

75、功能完備的ERC(電器規(guī)則檢查)和DRC(設計規(guī)則檢查)，可以大大提高用戶設計電路的可靠性和正確性，節(jié)約用戶的檢查時間。(3)提供了能力強大的數/?；旌闲盘柗抡嫫鳎褂脩艨梢栽陔娐吩O計階段，就可以預計電路的性能。(4)提供了高級PCB信號完整性分析仿真器，能分析 PCB設計和檢查設計參數，測試過沖、下沖，阻抗和信號斜率等。(5)完全支持層次結構的原理圖設計，能夠采用自上而下或自下而上不同的設計方法，自動生成相應的原理圖出入口。(6)對P

76、CB設計，具有智能化敷銅功能，可以方便的進行敷銅參數設置。</p><p>　　完善的庫管理功能：(1)用戶不僅可以打開任意數目的設計庫，而且不需要離開原來的編輯環(huán)境，就可以訪問元件庫。(2)元件可以在線瀏覽，也可以直接從庫編輯器中放置到設計圖紙上。(3)Protel 99 SE元件庫編輯功能和原件封裝編輯功能，可以很方便的生成新的元件，并且可以方便的添加到庫中使用。</p><p>　　

77、良好的開放性：(1)Protel 99 SE可以識別、調用多種格式的原理圖。如其他版本的Protel 、TANGO等(2)還可以接受多種網絡表格。(3)可以輸出多種報表形式(4)采用的數據庫結構，可以方便網絡管理。它具有強大設計能力，可完整的實現電子產品從電學概念設計，到生成物理生產數據的全過程，以及包含著中間的所有設計分析、電路仿真和驗證。</p><p>　　Protel 99 SE的主要功能模塊：原理圖設計

78、模塊：該模塊用于設計電路原理圖、制作電路元件、進行電路規(guī)則檢查等。主要包括：用于原理圖設計的原理圖編輯器SCH，用于管理、制作元器件的元件編輯器SCHLIB，和產生各種相關報表的報表生成器等。</p><p>　　印刷電路板設計模塊：該模板用于設計印刷電路板PCB。包括：印刷電路板編輯器，用于制作、管理元件封裝的元件編輯器PCBLIB,電路板組件管理器和各種相關報表生成器等。</p><p&g

79、t;　　無網格布線模塊(ROUYE)：布線模塊用于電路板布線。主要有：電路板連線編輯器、電路布線器組成，可實現電路的自動布線、手動布線。</p><p>　　可編程邏輯器件設計模塊(PLD)：該模塊包括具有語言意識的文本編輯器、用于編譯和仿真設計結果的PLD和用于觀察仿真結果的Wave。</p><p>　　電路仿真模塊：該模塊包括一個功能強大的數字/模擬混合信號電路仿真器，及用于仿真結果

80、顯示、測量的波形顯示器，可提供A/D信號進行電路仿真。</p><p>　　高級信號完整性分析模塊(SIGNAL)：該模塊主要包括一個高級信號完整性分析仿真器，能分析PCB的設計效果的檢查設計參數等。</p><p>　　5.2　新建數據庫文件</p><p>　　雙擊Protel 99 圖標，點擊File(文件)中new項，新建設計數據庫。在Browse選項中選取

81、需要存儲的文件夾，然后點擊OK即可建立自己的設計數據庫。設計數據庫包括設計組、回收站、設計管理器。 </p><p>　　(1)設計組(Design Team) </p><p>　　我們可以先在Design Team 中設定設計小組成員，Protel 99可在一個設計組中進行協(xié)同設計，所有設計數據庫和設計組特性都由設計組控制。定義組成員和設置他們的訪問權 限都在設計管理器中進行，確定其網

82、絡類型和網絡專家獨立性不需要求助于網絡管理員 。 </p><p>　　無限制數量的設計組成員能同時訪問相同的設計數據庫。每個組成員都能看到什么文件當前是打開的以及誰在編輯，并能鎖定文件以防止意外重寫。 </p><p>　　訪問設計數據庫可以通過建立設計組成員和指定其權限來控制。設計組成員建立在成員文件夾中。在成員文件夾中單擊右鍵就會彈出浮動菜單，選擇新成員。為保證設計安全，為管理組成員

83、設置一個口令。這樣如果沒有注冊名字和口令就不能打開設計數據庫。 </p><p>　　(2)回收站( Recycle Bin) </p><p>　　相當于Windows 中的回收站，所有在設計數據庫中刪除的文件，均保存在回收站中，可以找回由于誤操作而刪除的文件． </p><p>　　(3)設計管理器(document.) </p><p>

84、;　　所有Protel99設計文件都被儲存在唯一的綜合設計數據庫中，并顯示在唯一的綜合設計編輯窗口。在Protel99中與設計的接口叫設計管理器。使用設計管理器，可以進行對設計文件的管理編輯、設置設計組的訪問權限和監(jiān)視對設計文件的訪問。 </p><p>　　組織設計文件過去組織和管理40個或更多的原理圖、PCB、Gerber、Drill、BOM和DRC文件，要花費幾天的時間，而Protel99把設計文件全部儲存

85、在唯一的設計數據庫。 </p><p>　　在設計數據庫內組織按分層結構文件夾建立的文件顯示在右邊的個人安全系統(tǒng)設計數據庫有一文件夾叫設計文件，這個文件夾中是主設計文件(原理圖和PCB)，還有許多的子文件夾，包括了PCB裝配文件、報告和仿真分析。這里對在設計數據庫中創(chuàng)建文件夾的分層深度沒有限制。 </p><p>　　設計數據庫對存儲Protel設計文件沒有限制你能輸入任何類型的設計文件進

86、入數據庫，如在MS Word書寫的報告、在MS Excel準備的費用清單和AutoCAD中制的機械圖。簡單雙擊設計數據庫里的文件圖標，在適當的編輯器打開文件，被更新的文件自動地保存到設計數據庫。MS Word和Excel文件可以在設計管理器中直接編輯。 </p><p>　　在綜合設計數據庫中用Protel99的設計管理器管理設計文件是非常輕松的。設計管理器的工作就象MS Windows的文件管理器一樣，可用它來

87、導航和組織設計數據庫里文件。使用設計管理器在設計數據庫創(chuàng)建分層結構的文件夾，使用標準文件操作命令來組織這些文件夾內設計文件。 </p><p>　　設計管理器的心臟就是左邊的導航面板。面板顯示的樹狀結構是大家熟悉的Protel軟件特性。在Protel99中，這個樹不僅僅顯示的是一個原理圖方案各文件間的邏輯關系，它也顯示了在設計數據庫中文件的物理結構。在導航樹中活躍的文件夾是PCB裝配文件夾。如同Windows文件

88、管理器，設計管理器在右邊顯示這個文件夾的內容。 </p><p>　　設計管理器與Windows文件管理器的不同之處是在右邊還顯示已經打開的文件。 </p><p>　　打開文件只要在導航樹中單擊所要編輯的文件名，或者雙擊右邊文件夾中的圖標。 </p><p>　　在設計數據庫中打開的各個文件用卡片分隔顯示在同一個設計編輯窗口，使得非常容易知道當前工作到哪里，特別在

89、大的設計中。要一起觀察不同的文件可以將設計編輯窗口拆分為多區(qū)域。 </p><p>　　5.3　原理圖設計步驟</p><p>　　原理圖設計工作主要包括：創(chuàng)建原理圖、設置原理圖設計環(huán)境和電路原理圖的設計、編輯處理及報表生成等。</p><p>　　(1)在指定路徑上創(chuàng)建設計數據庫，新建原理圖文檔，并進行命名。</p><p>　　(2)設置

90、原理圖的設計環(huán)境，如圖紙的大小、顏色、標題、光標設置。</p><p>　　(3)加載電路原理圖常用的元件庫。</p><p>　　(4)放置話原理圖需要的各種電器元器件和非電器元器件，并對各元件的相關屬性進行設置。使用Wiring Tools(電路工具欄)來放置元件、網絡編號、端口等。使用Drawing Tools(繪圖工具欄)，放置各類非電器元器件，可以利用原理圖元件編輯器進行制作。&

91、lt;/p><p>　　(5)元件布局是指對電氣元件和非電器元件，在原理圖上的位置進行手工調整，移動元件、編排整齊、布局合理。</p><p>　　(6)用Wiring Tools(電路工具欄)中的導線工具，對整個電路圖進行連線，連線時要注意捕捉元件的電氣節(jié)點，在電路圖中的連線一般要橫平豎直，分布均勻。</p><p>　　(7)原理圖連線中，對某些元件的位置、導線走向

92、等，可在進行調整，使布局合理，電路導線整齊、美觀。</p><p>　　(8)完成連線后，對原理圖要進行電氣規(guī)則檢查(ERC檢查)、修改，進行必要的后期編輯、生成相關的報表等。</p><p>　　(9)最后，保存文件。</p><p>　　5.3.1　原理圖常見錯誤</p><p>　　ERC報告管腳沒有接入信號：創(chuàng)建封裝時給管腳定義了I/

93、O屬性；創(chuàng)建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性，管腳與線沒有連上；創(chuàng)建元件時pin方向反向，必須非pin name端連線。元件跑到圖紙界外：沒有在元件庫圖表紙的中心創(chuàng)建元件；創(chuàng)建的工程文件網絡表只能部分調入PCB：生成Netlist時沒有選擇為global。</p><p>　　5.4　PCB的制作</p><p>　　印刷電路板的設計即我們通常所說的PCB設計，它是電路原理圖轉化

94、成的最終形式。在電路原理圖的設計完成的基礎上進行電氣檢測及元件的封裝，然后生成網絡報表。網絡報表就是顯示電路原理與中各個元器件的鏈接關系的報表，它是連接電路原理圖設計與電路板設計(PCB設計)的橋梁與紐帶，通過電路原理圖的網絡報表，可以迅速地找到元器件之間的聯系，從而為后面的PCB設計提供方便。印刷電路板提供了對電阻、電容、集成電路等各種電子器件進行固定裝配的機械支撐，提供了實現集成電路等各種電子元器件之間的布線、電氣連接或電氣絕緣所要

95、求的電氣特性，同時為自動焊錫提供阻焊圖形；為元件的插裝、粘裝、檢查、維修提供識別字符標記圖形等。具體涉及步驟如下：</p><p>　　(1)畫原理圖和創(chuàng)建網絡表格。</p><p>　　(2)建立PCB文件和規(guī)劃電路板。 </p><p>　　(3)設置參數(工作層面參數，PCB編輯器的工作參數，元件布局，PCB布線參數)。</p><p>

96、;　　(4)加載元件封裝庫，裝入網絡表及元件封裝。</p><p><b>　　(5)元件的布局。</b></p><p><b>　　(6)PCB布線。</b></p><p>　　(7)手動調整布線。</p><p>　　(8)DRC檢查及報表。</p><p><

97、b>　　(9)保存及打印。</b></p><p>　　5.4.1　PCB制作的常見錯誤</p><p>　　(1)網絡載入時報告NODE沒有找到： 原理圖中的元件使用了PCB庫中沒有的封裝；原理圖中的元件使用了PCB庫中名稱不一致的封裝； 原理圖中的元件使用了PCB庫中pin number不一致的封裝。如三極管：SCH中pin number 為E,B,C, 而PCB中為

98、1，2，3。</p><p>　　(2)打印時總是不能打印到一頁紙上：創(chuàng)建PCB庫時沒有在原點；多次移動和旋轉了元件，PCB板界外有隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符，縮小PCB 然后移動字符到邊界內。</p><p>　　(3)DRC報告網絡被分成幾個部分：表示這個網絡沒有連通，看報告文件，使用選擇CONNECTEDCOPPER查找。</p><p><b&

99、gt;　　第6章 軟件部分</b></p><p>　　6.1 Keil uVision4軟件</p><p>　　程序編寫使用的是Keil uVision4軟件，Keil uVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)

100、境來開發(fā)應用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。2011年3月ARM公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境RealView MDK開發(fā)工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其編譯器、調試工具實現與ARM器件的最完美匹配[7]。</p><p>　　6.1.1 Keil uVision4的主要功能</p><p>　　(1)集成了項目管理，源代碼編輯、編譯鏈接、模擬

101、仿真和程序調試等諸多功能；</p><p>　　(2)內嵌的編譯器和模擬調節(jié)器支持C51、匯編語言和PL/M51程；</p><p>　　序設計，可以混合使用這些程序語言進行程序設計；</p><p>　　(3)內嵌的C51和A51編譯均可產生可充定位的目標文件，BL51則將各編譯器產生的可重定位目標文件鏈接成絕對目標文件；</p><p>

102、　　(4)內嵌LIB51能將用戶的目標文件轉換成可以被鏈接器使用的庫文件，以便不斷豐富用戶的程序資源；</p><p>　　(5)OH51可以講目標文件轉換成Intel HEX格式的十六進制文件，該文件可以直接下載到目標系統(tǒng)中運行；</p><p>　　(6)提供FULL和TINY版本的RTX-51實時操作系統(tǒng)，簡化了復雜系統(tǒng)和實時系統(tǒng)的軟件設計，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；</p>

103、<p>　　(7)為目標系統(tǒng)的C51應用程序提供啟動代碼，存放在Keil的Keil\C51\LIB的目錄下，啟動代碼的文件名和當前項目所選的單片機有關，可以自動加入到當前項目；</p><p>　　(8)借助于MON51和ISD51，目標系統(tǒng)的調試期間可以充當在線仿真器，從而實現聯機調試；</p><p>　　(9)支持目前流行的所有MCS-51系列單片機；</p>

104、<p>　　(10)界面風格始終保持一致，但內嵌的C51、A51等均以較快的速度更新和優(yōu)化，內嵌的功能和支持單片機的型號也在不斷地增加[8]。</p><p>　　6.1.2　項目的創(chuàng)建和調試</p><p>　　(1)打開工具欄里的“Project”。</p><p>　　(2)打開“New Project”。選擇保存的路徑，輸入工程文件的名字，例如

105、保存到C盤文件夾C51目錄里，工程文件的名字為C51。</p><p>　　(3)這時會彈出一個對話框，要求你選擇單片機的型號，然后點擊確定即可。使用比較多的Atmel的89C51來說明。</p><p>　　(4)打開“File”菜單，再在下拉菜單中單擊“New”選項。</p><p>　　(5)把程序輸入新文件。</p><p>　　(6

106、)保存文件，左擊工具欄的保存工具。</p><p>　　(7)在“文件名”欄右側的編輯框中輸入文件名，同時，必須鍵入正確的擴展名。在點保存。輸入的文件是C語言，則擴展名為(.c)，然后點擊“保存”按鈕。</p><p>　　(8)回到編輯界面后，單擊“Target 1”前面的“+”號，然后在“Source Group 1”上單擊右鍵，單擊下拉菜單中的“Add Files to Gro

107、up‘ Source Group 1’”選中Test1.c，然后單擊“Add”即可。</p><p>　　(9)單擊“Project”菜單，再在下拉菜單中單擊“Built Target”選項(或使用快捷鍵F7)，編譯成功后，再單擊“Project”菜單，在下拉菜單中單擊“Start/Stop Debug Session”(或者使用快捷鍵Ctrl+F5)。</p><p>　　(10)單擊

108、“Debug”菜單，在下拉菜單中單擊“Go”選項，(或者使用快捷鍵F5)，然后再單擊“Debug”菜單，在下拉菜單中單擊“Stop Running”選項(或者使用快捷鍵Esc)，再單擊“View”菜單，再在下拉菜單中單擊“Serial Windows#1”選項，就可以看到程序運行后的結果[9]。</p><p>　　在使用Keil uVision4軟件時有時會出現許多問題，所以在使用過程中應該注意：</p&

109、gt;<p>　　(1)在新建工程時候，要新建一個文件夾，將你新建的工程放進這個文件夾中，以免和其他工程混在一起。</p><p>　　(2)新建的文件要先保存再加入組，保存的文件名稱后綴必須是(.c)。</p><p>　　(3)在找不到Project window窗口時，可以在菜單欄的view中尋找，第三個打上勾即可。</p><p>　　(4)在

110、完成程序編寫后要進行編譯，沒有錯誤后才算程序編寫完成。</p><p>　　(5)在工程文件家中找不到HEX文件時，應該打開菜單欄中Project的Options for target，將out put選項中的生成HEX文件選項打上勾，再編譯保存即可生成HEX文件。</p><p><b>　　6.2 主程序</b></p><p>　　程序