基于单片机的太阳能热水器控制器的设计文档 附程序与电路图

随着社会的进步，人类文明在不断提高的同时，却面临着一个非常严峻的问题：世界上的不可再生能源——煤炭、石油、天然气的存储量在以极快的速度减少，在不久的将来，这些宝贵的资源将逐渐从地球上消失。与此同时，使用这些能源给我们周围的环境带来了巨大的破坏。蓝藻爆发、臭氧空洞、二噁英事件等环境问题在不断的出现，生态平衡遭到了严重的破坏。所以，人类急需发现更多无污染的可再生资源，在这时，太阳能这个无穷无尽的绿色资源得到了人们的青睐。使用它不仅可以解决能源短缺的问题，而且不用担心它会消耗尽，只要太阳 升起，人们就可以得到储量丰富的太阳能；另外，太阳能的使用不会产生CO2等有害气体，绝对不会对环境产生任何的污染，有效地缓解了现存的环境问题。太阳能技术也因此得到了飞速的发展，太阳能汽车、太阳能电池、太阳能热水器等新型产品不断出现在市场上，其中，以太阳能热水器发展的最为广泛，也得到了大众的认可。根据不完全统计，太阳能热水器的销售量已远远超过了其他种类的热水器。随着太阳能技术的不断改革，此款热水器会有一个更广阔、更长远的发展。

太阳能热水器给人们提供着安全、绿色、节能的热水，而且造价比较低廉，在技术上也比较成熟，因此受到人们的喜爱。在整个太阳能热水器系统中，除了热水器本身之外，还有一个系统也起到了及其重要的作用，即控制器。它是用户与热水器之间的交流介质，通过控制器，可以将热水器的水位水温信息及时反馈给用户，而用户也可以通过控制器对热水器进行操作，比如，当热水器的水箱没水时，用户可以选择自动上水功能来加水，当雨雪天气时，没有足够的热量来满足水的温度，用户就可以启动辅助加热功能，通过加热棒来加热水，这样，无论何时用户都可以使用到热水。

太阳能热水器的销量一直成增长趋势，十几年前，市场的主导还是电加热型的热水器，太阳能热水器寥寥无几，而如今，几乎每家每户都在使用太阳能热水器，以其廉价、节能、环保的优势占领了绝大部分市场。随着人们越来越浓厚的环保意识，对这种绿色的太阳能热水器的需求会越来越大。但是与之配套的控制器却一直没有达到成熟的阶段。目前，大多数控制器只具有简单的检测、显示功能，还需要人为的上水，当水温达不到满意的温度时，用户束手无策。因此，一个多功能的控制器一旦问世，一定会得到人们的喜爱。这种控制器的市场前景非常广阔。

这种控制器以单片机为核心器件，单片机的价格低廉、工作稳定、设计简单，非常适合这种控制器的生产，智能化的单片机还能够根据不同的需求作出相应的调整，满足了不同用户的多方面需求。另外，单片机系统耗能较少，能够最大程度的节约能源，保护设备，增加设备的使用寿命。它适用于各个地方的各种需求，且安装快捷，使用方便，所以它的市场前景广阔，是目前市面上其他热水器种类的升级产品。总之，无论从价格还是技术来说，太阳能热水器及其控制器都具有很大的优势。

    太阳能热水器的组成很简单，包括存储热水的保温水箱、用于吸收太阳光能量并把它转换为热量的集热器、冷水和热水循环流动的水管，再加上几个阀门，用来控制水的流向。其结构图如下所示：

图2-1太阳能热水器结构原理图

太阳能热水器产生热水的过程也非常简单，利用冷热水密度不同的原理就可以完成水循环，集热器可以很好的保留太阳光的能量，从而将其转换为水的热量，当有水从集热器中流过时，冷水被加热为热水，再流向保温水箱储存起来，以供用户随时使用，直到水温达到设定值，循环阀门关闭。水循环过程如下图所示：

图2-2太阳能热水器水循环原理图

控制器的核心器件为SST89E58单片机，下图中T1代表保温水箱中的温度传感器DS18B20，由它负责实时温度值的检测，再发送给单片机进行显示；T2负责水位的检测，并完成自动上水功能；F1、F4分别代表冷水阀门和热水阀门；冷水和热水分别经F2、F3循环流动，最终存储在保温水箱中；电加热系统负责在雨雪天气进行加热，来达到设定温度；控制器还应有报警功能，当数据超过了正常范围，报警器启动，提醒用户。

图2-3控制系统结构简图

工作原理：

白天集热器工作时，打开阀门F2、F3，冷水从水箱流向集热器，经过加热后的热水经F3流向保温水箱。温度传感器T1实时检测水温，当温度达到设定值时，关闭阀门F2，F3。用户使用水时，打开阀门F4。没有水时，打开阀门F1上水。当阳光不足的阴雨天气时，水温达不到设定值，可以启动辅助加热系统。

控制器通过显示电路能够及时的反映出热水器的实时状态，包括水的温度、水箱中剩余的水量，它的辅助加热系统使人们在阴雨天气也能够使用到热水，报警功能能够督促人们去改变热水器的状态，使之处于正常的工作范围。总之，控制器为人们使用太阳能热水器带来了方便。对本课题进行分析之后，拟出了三个方案，如下所示：

方案一：以FPGA为基础设计系统

本方案以VHDL语言和EDA技术为基础，设计了一款太阳能热水器控制器，该系统的实现基于FPGA,控制器的硬件电路和软件程序相结合，完成了对水箱中的水温、水位等信息的采集和显示。

方案二：以CPLD为基础设计系统

本方案以芯片EPMl270作为核心器件，将控制器的外接电路检测得到的水温水位信息进行处理和分析，并从LCD液晶显示屏上展示给用户，有效地解决了使用太阳能热水器过程中遇到的问题。

方案三：以单片机SST89E58为基础设计太阳能热水器控制系统

本方案以SST89E58作为中心环节，它与80C51完全兼容，选择DS18B20为温度传感器、8155作为接口芯片，再加上键盘、显示电路，实现了对太能热水器的水温水位的检测和控制。控制器还有一套辅助加热的从系统，以继电器作为启动从系统的开关。

通过对以上三个方案的优缺点的分析，从实际的可行度，个人的知识掌握情况以及节约成本考虑，本设计选用第三种方案。

本设计的核心器件为SST89E58单片机，由它控制所有的功能完成运行，温度的检测需要用到温度传感器，这里选用DS18B20，水位的检测需要用到水位传感器，为了方便实验，本设计中用四个按键来模拟不同的水位，不同的按键按下会得到相应的水位信息，显示用到数码管，并由芯片8155作为接口电路，还需要由蜂鸣器和LED组成的报警电路来实现声光报警，辅助加热系统必须要用到继电器，以此来控制开关。根据以上设计，得到控制系统方框图如下：

图3-1 控制系统方框图

基于单片机设计的电路简单，I/O口扩展方便，因此可以外接多个电路，完全满足了控制器的需求，对单片机的编程也可使用汇编和C语言，编程方便；此外，单片机价格低廉、工作稳定、耗能较少，非常适合实验使用。

单片机是一个集成在芯片上的计算机，SST89E58与80C51完全兼容，编程方便，程序被保存在ROM中，因此具有掉电保存功能，单片机拥有大量的I/O口和外扩I/O口，可以基于单片机设计很多电路，它的总线结构负责片内所有部件的通信，提高了工作过程中的可靠程度。片内有256个数据存储空间，绝对能够满足控制器的需求。在本设计中只使用到了单片机的某些引脚，例如外接石英晶体和电容的X1、X2等，单片机引脚图如下所示：

图3-2 单片机引脚排列图

部分引脚功能介绍：

表3-1 芯片引脚介绍      

时钟电路提供了系统所需要的时钟信号，控制着单片机的工作节奏。其电路图如下所示，图中X1为石英晶体振荡器，C1、C2是两个值为30pF的反馈电容，它们构成的外部电路从XTAL1 、XTAL2端输入，与片内的反相器相结合，产生震荡脉冲，再经过分频电路，得到需要的时钟信号，以供单片机使用。本设计中晶振的频率为11.0592MHz。

图3-3 晶振电路

单片机的复位电路用于产生复位信号，并从RST端输入，当单片机检测到RST端有超过2个周期的高电平后，系统进行复位，本设计采用手动复位，如图3-4所示，当按下图中的按键时，RST电平变高，单片机复位。

图3-4 手动复位电路

控制器的显示电路可以显示水箱中水的剩余量以及水的温度，使人们及时的了解热水器的工作状态，采用数码管与8155的结合来显示，这样便有效的节省了大量的I/O端口，功耗低，应用非常广泛，且设计方便，硬件电路也较为简单。

为了对采集到的水温和水位的进行显示，要用到4个数码管。其中2个用来显示水位的高低，另外2个用来显示实时的水温。

发光二极管的缩写字母是LED，它是能够将电信号转换为光信号的发光器件。数码管就是由多个LED按照数字8的形状排列而成的。本设计中使用的是8段数码管，其发光二极管的排列形状如图3-5（a）。

图3-5 8段LED显示器

在使用过程中，为了给发光二极管提供电压使其发光，会把8个二极管的一端相连，给予高电平或是接地，连接方式有以下2种：

?共阳极。此方法给8个发光二极管的阳极端提供高电平，如图3-5（b)所示，另一端提供低电平的二极管会被点亮，否则灭。

?共阴极。此方法将8个发光二极管的阴极端接地，如图3-5（c)所示，另一端提供高电平的二极管会被点亮，否则灭。

本设计中用到的是共阴极接法，所以给阳极引脚加上高电平二极管就会发光。

本设计中用8155作4位数码管的接口芯片。如图3-6所示，其中PA口为位码输出口，PA4～PA7为输出位控线，由于8155的高电平输出电流很小，数码管会很暗，所以在每个数码管的位控线上要加入一个三极管来放大电流。PB口控制段码的输出值。

                       图3-6 显示电路

    使用8155作数码管的接口芯片时，8155只能输出显示的段码，而不能够控制输出的内容，动态控制的实现要依靠软件程序。在程序设计的时候，需要设置一个显示缓冲区，将要显示的数值存放到这个区域，本设计中用到4个数码管，因此设置了4个单元，地址为30H～33H。在每一个数码管被点亮之后，应加一段延时程序，以保证该数码管有足够的显示亮度。

温度检测电路可以实时的反映出当前的水温，选择DS18B20主要由于其硬件电路简单，只需一条数据线与单片机相连即可，成本较低，误差小，非常适用于热水器温度的检测。

DS18B20的主要特征如下表所示：

表3-2 DS18B20的主要特征

DS18B20芯片封装结构：

图3-7 DS18B20芯片封装

DS18B20引脚功能：

·引脚1：GND 电压地   ·引脚2：DQ 单数据总线   ·引脚3：VDD 电源电压

DS18B20的工作原理：

DS18B20一个芯片即可完成温度的检测和数字数据的输出， 增强了其抗干扰能力。它的一个工作周期可分为温度检测和数据处理这两个部分。18B20共有三种存储器，它们分别是：ROM 、RAM 和EEPROM。

控制器对18B20操作流程：

在DS18B20工作之前，先要进行一段时间的复位。复位结束后，单片机给出高电平，以便接收一个存在脉冲。至此，单片机和18B20达成了基本的通信协议，接下来将完成两者间的数据通信。之后控制器发送ROM指令，一共有5条指令，由5个工作周期完成，当单片机只外接一个DS18B20时，可以跳过ROM指令，在本设计中就跳过了ROM指令。接下来控制器发送存储器操作指令，该指令包括写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。当存储器操作指令结束后，将执行温度转换指令或读数据指令。

若要读出实时的水温数据则需要执行两个工作周期，第一个周期为复位、跳过ROM指令、执行温度转换存储器操作指令、等待500uS温度转换时间。接下来执行第二个周期，为复位、跳过ROM指令、执行读RAM的存储器操作指令、读数据。至此，DS18B20的工作完成，之后单片机便可以对数据做相应的处理。

单片机和温度传感器的电路图：

图3-8 温度检测电路

如上图所示，DS18B20的数据端口与单片机的P1.0相连，硬件电路非常简单，温度数据经过处理后会送到数码管显示。

蓄水箱的水位也是控制器需要检测的一个重要数据，最好是采用连续液位传感器，这样测得的数据可以准确的反映出蓄水箱的真实水位，但是为了简化实验，本设计采用分段式液位传感器，并用四个按键来代替水位。由于单片机实验板上独立按键个数有限，这里采用矩阵键盘中的部分按键来设计电路。KEY1按下代表水位为0%，KEY5按下代表水位为30%，KEY9按下代表水位为60%，KEY13按下代表水位为90%。键盘上有行线和列线之分，本矩阵电路有4条列线4条行线。在行线和列线的交点处放置了一个按键，由于行线和列线分别连接着按键的不同端，当按钮没有被按下时，行线和列线是不相通的。当有按键按下时，对应的行线变为低电平。这样就能采集到是哪个键按下。矩阵键盘原理图如下：

图3-9 矩阵键盘电路

    将图中P2.0～P2.4连接到单片机后，在软件编程时，只需将P2.4清0，水位检测电路就完成了，当按键1按下时，数码管会显示00，当按键5按下时，数码管会显示30，当按键9按下时，数码管会显示60，当按键13按下时，数码管会显示90。

当蓄水箱没水时，希望通过一个按键的控制来实现自动上水。在实际应用中，应用一个按键来控制电磁阀的开闭，以调整水位的多少，而在实验中，电磁阀的开闭难以实现，只能通过数码管显示水位来假设水位的上升。在软件设计时，需要用到外部中断1，并由INT1引脚引入中断请求。当芯片检测到有中断信号时，进入中断程序，数码管自动显示为“00→30→60→90”，然后退出中断，返回到主程序，自动上水功能至此完成。

温度的设定是利用单片机的计数中断功能，按键按下，进入相应的中断，温度值相应改变。声光报警电路利用LED灯和蜂鸣器的组合，成本低廉，设计方便，电路简单。

在太阳能热水器控制器使用过程中，用户会根据自身需求设定一个温度值，当处于加热状态时，达到这个温度就会停止加热，温度不再上升。温度设定需要用到2个定时器中断，分别用来完成温度的加1和温度的减1。这样用户就可以根据实际需求来设定0～99中的任意一个数。

将4个定时器TL0、TH0、TL1、TH1的初始值设置为FFH，这样，当有按键按下时，相当于从T0或T1中输入了脉冲，对应的定时器的值加1，进入中断服务程序，完成中断工作后，返回到主程序。在软件设计时，只需将定时器方式选择寄存器(TMOD)中的C/设置为1即表示在计数工作方式，计数脉冲由2个按键负责提供。那么当采集到一个按键按下时就会进入相应的中断，对温度值进行加减。

当水温、水位过高或过低时，系统应该发出警告信号来提醒用户，考虑到自然水本身温度只有几度，如果设置低温报警，那么一上水系统就会报警，这是不希望出现的状况，所以本设计只设置一个高温报警值，这个值可以由用户随意设定。水位报警值分别为没水时的00%和溢水时的90%。在控制器的工作过程中，单片机会不断的将实时水温和水位与报警设定值进行比较，一旦到达这个值，报警灯会启动，蜂鸣器响，当实时数据下降到正常范围内，报警灯会灭掉，蜂鸣器不响。此部分电路设计非常简单，只需由P1.1和P1.2引脚分别控制一个蜂鸣器和1个LED灯，当需要报警时，将对应的引脚设置成需要的值即可。报警电路图如下所示：

图3-10 报警电路图

辅助加热由继电器来控制，继电器是一种很好的控制开关，价格低，控制方便，配合一个LED灯来模拟加热过程，使电路简单易行。

当天气晴朗时，阳光很充足，热水器水箱中的水能够被加热到满意温度，但是当雨雪天气，集热器吸收的能量无法使温度达到设定值，所以控制器还需要一套辅助加热系统，当水温满足不了用户的需求时，可以通过按键开启加热系统，水箱中的加热棒便开始发热工作，当水被加热到设定值时，加热系统自动关闭。

本设计中使用的继电器的型号是SRD-05VDC-SL-C。电磁继电器一般由衔铁、线圈、铁芯、触点簧片等几部分组成。当给继电器两端加上一个电压时，电磁效应就此产生，开关打到常开触点。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，开关打到常闭触点。

辅助加热的电路图如下所示：

在仿真时，由于软件中没有SRD-05VDC-SL-C型号的继电器，所以用G2R-14-AC120型号的继电器代替，两者的工作原理相似。

图3-11 辅助加热电路图

辅助加热功能由外部中断0实现，当采集到按键按下时，进入中断。当辅助加热时，单片机的P2.6口输出的是高电平，三极管导通，开关打到常开状态，发光二极管被点亮，当不需要辅助加热时，P2.6口输出的是低电平，三极管未导通，开关在常闭状态，发光二极管不亮。图中的D1为一个续流二极管，当线圈突然断电后，电流不会立刻消失，剩余的能量会损坏线圈，为了防止这种现象发生，用一个二极管构成一个回路，使能量慢慢释放完，保护了线圈，增加了它的寿命。

当蓄水箱中没水时，是严禁启动辅助加热的，否则加热器会烧坏。在软件设计的时候，当进入辅助加热中断后，应先判断是否有水，即33H中的值是否为0，当为0时，跳出中断，不对P2.6的状态做任何改变，当不为0时，P2.6输出高电平，即开启辅助加热系统。

控制器的功能比较多，代码也有几百行，为了方便修改和设计，这里采用模块化结构，包括主程序、温度检测子程序、水位检测子程序、报警子程序、显示子程序以及4个中断程序：辅助加热子程序、自动上水子程序和温度设定子程序。由主程序调用不同的子程序来实现控制器的所有功能。

在编写系统初始化程序时需要注意以下几点：

?设置4个单元的显示缓冲区30H～33H，数码管显示的数字存放在这里。

?在50H、51H中存放温度设定的初始值。

?程序会使用到中断，所以在初始化时必须对与中断相关的寄存器进行一些设置。

主程序流程图如下所示：

图4-1 主程序流程图

将采集到的温度值转换成数字数据后送到单片机进行处理，得到一个3位数的值，由于实际生活中显示的温度只需要2位就可以满足，这里放弃了百位值的显示，处理后的数据送到33H、32H保存并通过数码管显示。

4个按键的一端分别接到P2口的4个引脚，当按键按下时，对应的引脚电平变低。判断出哪个按键按下后数码管会显示出对应的值。流程图如下所示：

图4-2 水位检测流程图

将检测到的水温、水位与报警值进行比较，当超出范围时，报警灯亮，当又回到正常范围内时，报警灯暗。报警子程序流程图如下所示：

图4-3 报警流程图

当采集到水温水位的数据后，被保存在30H～33H中，然后调用显示子程序，在每个时间点被点亮的数码管只有一个，但是时间间隔太短，人眼无法分辨出，所以平时看到的都是4个数码管同时亮着。

辅助加热功能由外部中断0实现，当采集到按键按下时，进入中断。进入中断后首先判断是否有水，没水就退出，不需要加热；如果有水，开启加热，当加热到设定值后，停止加热。辅助加热流程图如下：

图4-4 辅助加热流程图

自动上水功能需要用到外部中断1，当检测到相应按键按下时，进入中断，然后控制数码管从00到30到60到90的显示，完成后退出中断。

温度设定需要用到2个定时器中断，定时器中断0用来完成温度加1度，定时器中1用来完成温度减1度。当进入温度加1中断后，判断当前值的个位是否为9，若为9，则十位加1，个位清0；若不为9，则INC 50H即可。调用显示后返回主程序。当进入温度减1中断后，判断当前值的个位是否为0，若为0，则十位减1，个位变为9；若不为0，则DEC 50H即可。调用显示后返回主程序。

程序编译的目的是为了检测编写的程序是否成功，或找出其中错误，以便更好的改善，保证能够正确的实现系统的软件功能。本设计用的开发工具是KeilC,并使用汇编语言进行编程，程序编译后的结果如下图所示：

                    

图5-1 编译后的结果

程序编译正确之后，即可用仿真电路图进行调试。仿真电路图如下所示，由于矩阵键盘的效果与独立按键的效果一样，为了方便仿真，在此仿真时用独立按键代替矩阵键盘，并用80C51代替SST89E58进行仿真：

图5-2 仿真电路图

点击开始按钮，程序开始运行，以下选取几种仿真结果：

• 当按键2按下时，代表此时水位为30%，改变DS18B20的值，使之为22。
  

数码管显示应为3022，如下所示：

图5-3 仿真结果显示

（2）当按键3按下时，代表水位为60%，改变DS18B20的值，使之为40。数码管显示应为6040，如下所示：

图5-4 仿真结果显示

（3）当按键4按下时，代表水位为90%，达到报警值，此时不管温度值为多少，系统都会报警，蜂鸣器会响，LED灯D1亮，如下所示：

图5-5 仿真结果显示

• 当水温达不到设定值时，开启辅助加热系统，按下按键5，继电器打到常开状态，LED灯D3亮，代表正在加热，如下图所示：
  

图5-6 仿真结果显示

• 当按键6按下时，代表正在自动上水，数码管显示00-30-60-90，每个数字停留显示几秒，如下所示：
  

图5-7 仿真结果显示

（6）当按键7按下时，温度的设定值加1，由25变为26，如下所示：

→→

图5-8 仿真结果显示

• 当按键8按下时，温度的设定值减1，由25变为24，如下所示：
  

→→

图5-9 仿真结果显示

硬件实物图如下所示：

图5-10 硬件实物图

提供外部电源后硬件便开始工作，这里选取几种结果演示：

• 当KEY9按下时，代表水位为30%，此时水温为23，则数码管显示结果为：
  

图5-11硬件结果显示

（2）当KEY5按下时，代表水位为60%，此时水温为30，则数码管显示结果为：

图5-12硬件结果显示

（3）当KEY1按下时，代表水位为90%，此时达到报警值，不管水温为多少，系统都会报警，蜂鸣器响，LED灯被点亮，结果如下所示：

图5-13硬件结果显示

• 当KEY17按下时，单片机检测到计数脉冲，进入定时器中断0，用户自己设置的温度值加1，结果如下图所示：
  

→

图5-14 硬件结果显示

• 当KEY18按下时，单片机检测到计数脉冲，进入定时器中断1，用户自己设置的温度值减1，结果如下图所示：
  

→

图5-15 硬件结果显示

• 一开始由于将温度传感器的正负极接反了，导致不管检测到什么温度，数码管显示的都是0，一直修改程序也没有什么作用，仔细的研究了DS18B20的引脚说明后才发现问题的所在，重新焊接了之后，问题得到了解决。
• 在处理温度设置的中断子程序方面，由于先前没有考虑到保护现场的问题，导致退出中断后改变了原先的数值，经过改善后，在刚跳转进入中断子程序的时候就加上PUSH 语句，在中断最后加上POP语句，就很好的阻止了冲突，实现了中断。
• 起初的设计中水位检测电路是选择的电极式水位传感器，其工作原理是：根据水位的不同，传感器输出的电阻就会不同，水位越高，电阻越小，将这个电阻值接入AD转换芯片，经过处理后得到数字信号，传输给单片机进行显示，但实际设计过程中，一直没能处理好芯片TLC1549的工作时序，导致程序频频出错，至此还没有得到解决的方法，所以只能选择用按键来模拟水位。
  

通过设计之前所学的知识都得到了广泛的应用，加深了理论与实际的联系。提高了本人的动手能力，自己的创新意识也得到了培养，使自己对单片机的了解更加的全面了。一开始接触这个课题的时候，完全没有思路，虽然很熟悉太阳能热水器，控制器的功能也理解，但要自己动手用软件和硬件来实现，却无从下手。从网上找了很多资料，也借鉴了其他人设计的控制器，在一番深入的了解之后终于得到了一个初步的设计思路，并在之后的代码编写和硬件焊接过程中，不断的完善，最终完成了本次设计。

在这次设计中，接触到了温度传感器，这款芯片是本人从来没有使用过的，虽然它与单片机的连接非常简单，但是硬件的简化导致了软件的开销，所以在软件编程时，温度检测这一模块的代码困扰了本人很久，查了很多资料，对传感器的工作原理也了解了很多，可是编写的代码始终不能运行，经过了三周左右的努力，终于发现了代码中的错误，原因是因为没有给复位足够的时间导致18B20不能工作，修改后成功的将温度检测模块编写完成。设计中另外一个难点是温度设定中断代码的编写，在一开始的设计思路中，进入中断后没有PUSH、POP的内容，在中断子程序中修改温度后回到主程序时发生了冲突，意识到这一点后修改了代码，完成了中断子程序的编写。至于其他模块的代码编写比较简单，过程中并未遇到什么挫折。

硬件电路的焊接也不是非常顺利，设计初的报警电路是由LED灯和蜂鸣器组成的，但是在下程序的过程中不小心把蜂鸣器弄坏了，所以在耽搁了一周之后才完成。本次硬件电路是基于之前课程设计中用过的单片机实验板，因此布局布线比较简单，这为硬件的搭建省了很多事，也为此次设计提供了很多方便。

三个多月的时间很快就过去了，在这段时间里，本人各方面的能力都得到了提升，总之，这次设计让本人学到了很多。

经过几个月的努力，本人的设计已经完成。回想这几个月的学习，从开题到论文的顺利完成，得到了老师和同学们的很多帮助。

首先要感谢本人的指导老师，在设计的过程中，从选题，设计方案，论文修改直至成稿一直给予了很多的指导和帮助，同时也提供了相关的参考资料，为本人解答疑惑，提供了很多关键性的建议。她严谨细致，一丝不苟的作风一直是本人学习、工作中的榜样，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给本人无尽的启迪。

还有本人的室友和很多同学也给了很多的帮助，他们给予鼓励与意见，让本人度过了这段艰辛的时期。特别要感谢寝室的同学们，一直以来都在鼓励本人，在做仿真时一直都在帮助本人，如果没有她们的热心帮忙，此次设计的完成将变得非常困难。

对于这次设计中给予本人帮助的老师和同学致以感谢！

附录
附录1：程序
GE_BIT   EQU 40H
SHI_BIT  EQU 41H
DI_8BIT  EQU 43H
GAO_8BIT EQU 44H
DQ       EQU P1.0                                ;温度传感器I/O口
            
              ORG                0000H
    LJMP              MAIN
    ORG              0003H
              LJMP              HEAT       ;辅助加热               
    ORG 000BH                                                                                   
    LJMP  PLUS       ;温度加1
              ORG              0013H
              LJMP              RISE     ;自动加水                              
    ORG 001BH                             
              LJMP MINUS                     ;温度减1

              ORG              0020H
MAIN:MOV SP,#60H            
              MOV              30H,#0                            ;30H-33H显示缓冲区
              MOV              31H,#0
              MOV              32H,#0
              MOV              33H,#0            
              MOV 50H,#5                               ;存放温度设定值
              MOV 51H,#2
                MOV DPTR,#07100H                            ;选中8155
                MOV A,#3H
                 MOVX @DPTR,A
    MOV              IP,#0FH                                                        ;中断优先级
              MOV              TCON,#05H          ;外部中断脉冲触发有效
              MOV              IE,#8FH                                                        ;中断总允许，允许定时器和外部中断
              MOV              TMOD,#55H                                          ;接通外部技术引脚T0T1
              MOV TH0,#0FFH
              MOV TL0,#0FFH
              MOV              TH1,#0FFH
              MOV              TL1,#0FFH
    SETB TR0                                                          ;启动定时器
    SETB TR1
                 CLR P2.4
              CLR P2.6

TURN:
              LCALL WATER
              LCALL ZHUANHUAN ;调用读温度子程序
              LCALL DISPLAY
              LCALL WARN                            ;水温水位报警
              AJMP TURN

WATER:                              ;水位按键判断
      JNB P2.3 ,LOOP5
                JNB P2.2,LOOP4
                JNB P2.1,LOOP3
                JNB P2.0,LOOP2            
                LCALL DISP
                RET

LOOP2:MOV 32H,#0
      MOV 33H,#0
                LCALL DISP
                RET
LOOP3:MOV  32H,#0
      MOV 33H,#3
                LCALL DISP
                RET
LOOP4:MOV 32H,#0
      MOV 33H,#6
                LCALL DISP
                RET
LOOP5:MOV 32H,#0
      MOV 33H,#9
                LCALL DISP            
                RET

WARN:MOV A,51H                                                           ;水温报警
     SWAP A
     ORL  A,50H                           
     MOV 52H,A                                                                      ;50H和51H 合并
     MOV A,31H
     SWAP A                                                                      ;30H和51H合并
     ORL A,30H
     CJNE A,52H,PD                                                        ;检测到的温度与设定温度比较
     CLR P2.6
     CLR P1.2
              SETB P1.1
     LJMP EXIT
  PD:JC BBB                                                           ;温度<设定值则 跳到BBB
     CLR P2.6
     CLR P1.2
              SETB P1.1
     SJMP EXIT
BBB:LCALL WARNING
EXIT:RET
                              
WARNING:MOV A,#0                                                        ;水位报警
     CJNE A,33H,PD1                                                        ;没水时报警
     CLR P1.2
              SETB P1.1
     AJMP OUT1
PD1:MOV A,#9
     CJNE A,33H,BB                                          ;水满时报警
     CLR P1.2
              SETB P1.1
     AJMP OUT1
  BB:SETB P1.2
     CLR P1.1
OUT1:RET               

/*4个中断*/
PLUS:        ;温度加1中断
    PUSH 30H
    PUSH 31H
    MOV              TH0,#0FFH
    MOV              TL0,#0FFH
    MOV A,50H
              CJNE A,#9,CC
              MOV 50H,#0
              INC 51H
              AJMP CC1
              CC:INC 50H
  CC1:
              MOV 30H,50H
    MOV 31H,51H
              MOV R1,#07FH
CFU:LCALL DISP1                                             ;将设定值显示一段时间
    DJNZ R1,CFU
              POP 30H
    POP 31H
  RETI
MINUS:      ;温度减1中断
    PUSH 30H
    PUSH 31H
    MOV              TH1,#0FFH
              MOV              TL1,#0FFH
    MOV A,50H
              CJNE A,#0,CC2
              MOV 50H,#9
              DEC 51H
              AJMP CC3
              CC2:DEC 50H
  CC3:
              MOV 30H,50H
    MOV 31H,51H
              MOV R1,#07FH
CFU1:LCALL DISP1
    DJNZ R1,CFU1
              POP 30H
    POP 31H
  RETI                                                                     

HEAT:      ;辅助加热中断
    MOV A,33H
              JZ OUT                                                        ;没水时不能打开继电器，JZ累加器判0转移
    SETB P2.6            
OUT:RETI                                                      

RISE: MOV 32H,#0    ;自动上水
      MOV 33H,#0
      MOV R1,#0FFH
CFU2:LCALL DISP
      DJNZ R1,CFU2
                MOV 33H,#3
              MOV R1,#0FFH
CFU3:LCALL DISP
      DJNZ R1,CFU3
                MOV 33H,#6
                MOV R1,#0FFH
CFU4:LCALL DISP
      DJNZ R1,CFU4
                MOV 33H,#9
                MOV R1,#0FFH
CFU5:LCALL DISP
      DJNZ R1,CFU5
   RETI                                                      
/***显示程序***/            
DISP:               
              MOV              A,#40H                            ;水位显示子程序
              MOV              DPTR,#07101H
              MOVX              @DPTR,A
              MOV              A,32H
              MOV              DPTR,#TABLE
              MOVC              A,@A+DPTR
              MOV              DPTR,#07102H
              MOVX              @DPTR,A
              LCALL              DELAY00

              MOV              A,#80H
              MOV              DPTR,#07101H
              MOVX              @DPTR,A
              MOV              A,33H
              MOV              DPTR,#TABLE            
              MOVC              A,@A+DPTR
              MOV              DPTR,#07102H
              MOVX              @DPTR,A
              LCALL              DELAY
   RET

DISP1:
              MOV              A,#10H    ;温度显示子程序
              MOV              DPTR,#07101H
              MOVX              @DPTR,A
              MOV              A,30H
              MOV              DPTR,#TABLE
              MOVC              A,@A+DPTR
              MOV              DPTR,#07102H
              MOVX              @DPTR,A
              LCALL              DELAY00

              MOV              A,#20H
              MOV              DPTR,#07101H
              MOVX              @DPTR,A
              MOV              A,31H
              MOV              DPTR,#TABLE
              MOVC              A,@A+DPTR
              MOV              DPTR,#07102H
              MOVX              @DPTR,A
              LCALL              DELAY
              RET
  /*---------------------延时子程序--------------------                */
DELAY:              MOV R5,#0FH                           
DELAY4:              MOV R4,#0FH
DELAY5:              DJNZ R4,DELAY5
                            DJNZ R5,DELAY4
                  RET
DELAY00:MOV R6,#0AH                           
DELAY8:              MOV R7,#0AFH
DELAY9:              DJNZ R7,DELAY9
                            DJNZ R6,DELAY8
                            RET
               
;这是DS18B20复位初始化子程序
INIT_1820:
     SETB DQ
     NOP
     CLR DQ ;主机发出延时537微秒的复位低脉冲
     MOV R1,#3
DU_1:
     MOV R0,#107
     DJNZ R0,$
     DJNZ R1,DU_1
     SETB DQ ;然后拉高数据线
     NOP
     NOP
     NOP
     MOV R0,#25H
DU_2:JNB DQ,DU_3 ;等待DS18B20回应
     DJNZ R0,DU_2
     LJMP DU_4 ;延时
DU_3:SETB F0   ;置标志位,表示DS1820存在
     LJMP DU_5
DU_4:CLR F0   ;清标志位
     LJMP DU_7
DU_5:MOV R0,#117
DU_6:DJNZ R0,DU_6
DU_7:SETB DQ
     RET
;-------------------------------------------------
;写DS18B20的子程序
WRITE_1820:MOV R2,#8
    CLR C
WR1:CLR DQ
    MOV R3,#6
    DJNZ R3,$
    RRC A
    MOV DQ,C
    MOV R3,#23
    DJNZ R3,$
    SETB DQ
    NOP
    DJNZ R2,WR1
    SETB DQ
    RET

;-------------------------------------------------
;读DS18B20的子程序,
READ_1820:MOV R4,#2     
    MOV R1,#DI_8BIT ;低位存入DI_8BIT,高位存入GAO_8BIT
RE0:MOV R2,#8           
RE1:CLR C
    SETB DQ
    NOP
    NOP
    CLR DQ
    NOP
    NOP
    NOP
    SETB DQ
    MOV R3,#9
RE2:DJNZ R3,RE2
    MOV C,DQ
   MOV R3,#23
RE3:DJNZ R3,RE3
    RRC A
    DJNZ R2,RE1
    MOV @R1,A
    INC R1
    DJNZ R4,RE0
    RET   
;-------------------------------------------------
;读出后转换的温度值
ZHUANHUAN:
    LCALL INIT_1820 ;先复位DS18B20
    JB F0,ZH1
    RET
ZH1:MOV A,#0CCH
    LCALL WRITE_1820
    MOV A,#44H
    LCALL WRITE_1820
    LCALL DISPLAY ;等待AD转换结束,12位的话750微秒
    LCALL INIT_1820
    MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配
    LCALL WRITE_1820
    MOV A,#0BEH ;发出读温度命令
    LCALL WRITE_1820
    LCALL READ_1820
;CHULI
    MOV A,GAO_8BIT
    MOV A,DI_8BIT
    MOV  B,#16
    DIV  AB
    MOV 35H,A ;将DI_8BIT的高四位右移四位,存入35H中（温度值）
    MOV A,B ;将TEMPER_L的低四位X10/16得小数后一位数.
    MOV B,#10
    MUL AB
    MOV B,#16
    DIV AB
    MOV 36H,A ;将小数后一位数.存入36H中
    MOV A,GAO_8BIT ;TEMPER_H中存放高8位数,权重16
    MOV B,#16
    MUL AB
    ADD A,35H ;35H中存入温度值的整数部分
    MOV B,#10
    DIV AB
    MOV GE_BIT,B ;个位存入40H中
    MOV B,#10 ;
    DIV AB ;
    MOV SHI_BIT,B ;十位存入41H中
    RET  
;-------------------------------------------------
DISPLAY:
   MOV A,SHI_BIT   //显示温度十位
   MOV 31H,A
   MOV A,GE_BIT   //显示温度个位
   MOV 30H,A
   LCALL DISP1
   RET  

/*************** 段码缓冲区 **********************************/
TABLE:  DB 0fcH,60H,0daH,0f2H,66H,0b6H,0beH,0e0H,0feH,0f6H
End

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2018-11-1 13:31 上传

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