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1、太阳能热水器温控上水系统设计The Design of Temperature Control Water Supply System of the Solar Water Heater 2013 届 电气工程 系专业 自动化 学号 学生姓名 指导老师 完成日期2013年5月27日 毕业设计成绩单学生姓名学号班级专业自动化毕业设计题目太阳能热水器温控上水系统设计指导教师姓名 指导教师职称教授助教评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书题 目太阳能热水器温控上水系统设计学生姓名学号班级专业自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名冯国胜
2、导师职称教授一、主要内容通过单片机AT89C51和温度传感器等一些元器件设计一套能够根据水温水位的控制系统对热水器内的水进行上水以及加热。使水箱水位保持最低警戒水位，不出现空管现象。使水箱内的水保持最低温度，达到随时用水目的。使在日照不够的情况下进行辅助加热，解决日照不足时用水难的问题。二、基本要求(1)选择合适的单片机。(2)通过数字温度传感器和数码管显示器对水温进行测量和显示。(3)对水温和水位信息进行处理，当达到设定值时对水箱内的电加热和上水管路电路进行控制。(4)保证阴雨天的情况下有50度的水使用。(5)设计显示电路、水位测量电路、水温测量电路、加热电路和加水电路。(6)设计报警电路，
3、水位低于最低限时声光报警。(7)设计电源电路，为单片机供电。(8)编写软件程序，实现系统功能。三、主要技术指标(或研究方法)(1)系统供电电源DC12V。(2)单片机选用AT89C51，DIP40封装。(3)温度传感器建议选用AD590。四、应收集的资料及参考文献1 单片微型计算机原理与接口技术 科学出版社2 单片机原理及应用 高等教育出版社五、进度计划第1-2周: 搜集资料，设定方案第3周: 开题报告 第4-7周: 系统设计第8周: 中期答辩 第9-14周: 整理、撰写、编辑论文(打印) 第15-16周: 答辩 教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目太阳能热水器温控上水系统设计学
4、生姓名田宇江学号班级专业自动化一、选题的背景太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能量，来自太阳的辐射能量每年源源不断的提供给地球。人类的发展和自然界的生存都离不开太阳，而现在人类社会的的发展对与能源的需求也越来越大，尤其是那些可持续使用的，绿色的能源。现在社会的能源主要有风能，水能，核能，太阳能等，而太阳能凭借其广泛的分布性和无污染性越来越得到了人们的青睐。 从最简单的日常生活用水来说，人们每天都需要使用热水，用热水洗衣服，洗澡等，而目前，市场上有三类热水器，燃气热水器，电热水器以及运用最为广泛的太阳能热水器。太阳能热水器凭借其简单的安装，简便的使用方法和安全可靠稳定的使用性而被
5、广泛应用于城市和农村。太阳能的广泛应用不仅可以方便人类生活，还能保护环境，为现在的环境极度恶化的社会贡献一份力量。而且太阳能极大优越于燃气，燃煤等能源，减少了对地球的开发，给子孙后代留下了一片蓝天。二、国内外发展状况中国太阳能热利用起源于上世纪70年代。20世纪80年代，由于能源紧张引起国家和社会重视，国内许多科研院所、大专院校开始从事太阳能热利用的研究工作，以平板太阳热水器、闷晒热水器产品为主的一些生产制造企业相继诞生，但发展比较缓慢。从“七五”至“十五”的科技攻关，将一大批科研成果转化为生产力，如：铜铝复合平板太阳集热器、全玻璃真空管太阳集热器及热水器，热管式真空管热水器等，尤其是立式单靶
6、磁控溅射铝-氮铝全玻璃真空太阳集热管技术的成功转化，全面带动了我国太阳能热利用的产业化进程。1996年以前，太阳热水器产品以平板型为主，占70%以上。1996年后，真空管型太阳热水器逐步成为市场主导产品，现已经占到87.5%以上。国外的太阳能应用早于中国，例如美国、日本、法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯特朗勃的专利，法国的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学，则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。因此国内发展太阳能有很大的前景。三、所要进行的主要工作 (1
7、)选择AT89C51型单片机和一些电路元器件组成主控制电路。(2)温度测量电路采用温度传感器AD590组成，用以测量水箱内温度，并通过数码管显示出来。当阴天下雨时，水箱内温度较低时，启动加热模式，对水箱内温度进行加热，并开启加热指示灯，使水箱内温度保持在50摄氏度 。(3)水箱内有水位测量传感器，当水位较低时如水位少于水箱的50%时，启动报警电路，会有红色灯光提醒，同时启动自动上水电路，给水箱上水，当水箱水位达到90%时，关闭上水电路和报警电路。(4)编写软件程序，实现系统功利用protel绘制电路图并形成PCB图，制作出实物；利用C语言或者汇编语言完成软件设计。四、 预期达到的结果太阳能热水
8、器能在阳光下安全稳定的工作，当水箱内水位较低时，低于警戒水位时，会有红色灯光提醒上水。在阴天下雨时，水箱内温度低时，低于30摄氏度，启动加热电路，使水箱内温度保持在50摄氏度。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要在21世纪中，人们越来越认识到环境的重要性，而且目前越来越倡导低碳生活出行，而太阳能凭借其绿色、源源不断的特性被人们所青睐。人们生活中对太阳能应用最广泛的就是太阳能热水器。太阳能热水器随着时代的进步不断进行着改进和优化，本篇论文就设计了一种温控的自动上水的太阳能系统。本文结合太阳能热水器的具体应用，设计了以AT89C51单片机为核心，AD590为温度传感器，ADC0832为转换芯片等元
9、器件为基础的太阳能热水器的智能控制系统，详细描述了它的工作原理和设计方案。而且设计了温度控制电路，水位检测电路，上水电路和温度显示电路，并利用C语言编写了A/D转换程序和温度显示程序，可以直观的观测太阳能水箱的温度和水位。通过系统的控制可以对太阳能热水器进行温度的测量和显示，当温度较低时，可以进行加热，并且对水箱的水位显示，当不到规定水位时，开启自动上水。这样以保证用户的正常的生活热水的使用。关键词：AT89C51 太阳能热水器 AD590AbstractIn twenty-first Century, more and more people come to realize the impo
10、rtance of environment, and now more and more advocate low carbon life trip, 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 optimization,
11、 this paper designs a temperature control automatic water of the solar system.Combining with the practical application of the solar water heater, design of the AT89C51 single-chip microcomputer as the core, the temperature sensor AD590, ADC0832 conversion chips and other components of solar energy w
12、ater heater based on intelligent control system, describes in detail its working principle and design scheme. 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 converter program and tem
13、perature display program. It can be intuitive observation of the temperature of the solar water tank and water level. Through control system to temperature 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 c
14、an open the automatically water supply syetem, when it is less than regulation water level. So that to ensure the normal life of the user the use of hot water.Key word: AT89C51 Solar water heater AD590目 录第1章 绪论11.1 太阳能热水器的概况11.1.1 选题的背景和意义11.1.2 国内外研究现状1第2章 系统方案设计2第3章 系统元件选型3 3.1 主要元器件介绍33.1.1 单片机AT
15、89C5133.1.2 数码管53.1.3 AD59063.1.4 ADC083273.1.5 OP078第4章 硬件设计10 4.1 单片机电路10 4.2 电源电路11 4.3 数码管显示电路11 4.4 温度测量电路及加热电路12 4.5 水位显示及上水电路13第5章 硬件制作145.1protel 99 SE简介145.2新建数据库文件165.3原理图设计步骤185.3.1原理图常见错误185.4PCB的制作185.4.1PCB制作的常见错误19第6章 软件部分20 6.1 Keil uVision4软件206.1.1 Keil uVision4的主要功能206.1.2项目的创建和调试
16、21 6.2 主程序22 6.3 水温控制程序23 6.4 温度显示程序24第7章 结论与展望25参考文献26致谢27附录28附录A 外文资料28 附录B 电路原理图39 附录C PCB板图40 附录D 程序41II石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章 绪 论1.1 太阳能热水器的概况1.1.1 选题的背景和意义太阳能是由内部氢原子发生核聚变释放出巨大核能而产生的能，来自太阳的辐射能量。人类的发展和自然界的生存都离不开太阳，而现在人类社会的的发展对与能源的需求也越来越大。现在社会的能源主要有风能，水能，核能，太阳能等，而太阳能凭借其广泛的分布性和无污染性越来越得到了人们的青睐。从最简单的生活用
17、水来说，人们每天都需要使用热水，用热水洗衣服，洗澡等，而目前，市场上有三类热水器，燃气热水器，电热水器以及运用最为广泛的太阳能热水器。太阳能热水器以其简单的安装，简便的使用方法和安全可靠而被广泛应用于城市和农村。太阳能的广泛应用不仅可以方便自己，还能保护环境，为现在的环境极度恶化的社会贡献一份力量。而且太阳能极大优越于燃气，燃煤等能源，减少了对地球的开发，给子孙后代留下了一片蓝天。1.1.2 国内外研究现状中国太阳能热利用起源于上世纪70年代。20世纪80年代，由于能源紧张引起国家和社会重视，国内许多科研院所、大专院校开始从事太阳能热利用的研究工作，以平板太阳热水器、闷晒热水器产品为主的一些生
18、产制造企业相继诞生，但发展比较缓慢。从“七五”至“十五”的科技攻关，将一大批科研成果转化为生产力，如：铜铝复合平板太阳集热器、全玻璃真空管太阳集热器及热水器，热管式真空管热水器等，尤其是立式单靶磁控溅射铝-氮/铝全玻璃真空太阳集热管技术的成功转化，全面带动了我国太阳能热利用的产业化进程。1996年以前，太阳热水器产品以平板型为主，占70%以上。1996年后，真空管型太阳热水器逐步成为市场主导产品，现已经占到87.5%以上。国外的太阳能应用早于中国，例如美国、日本、法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯特朗勃的专利，法国
19、的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学，则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。因此国内发展太阳能有很大的前景。1第2章 系统方案设计系统主要采用的是AT89C51单片机对数据进行处理。温度传感器采集到的数据经过A/D转换电路处理后输入给单片机，单片机接受数据后，运行数码管显示电路。显示温度，同时判断是否开启驱动电路对水箱内进行加热。同时单片机还处理水位监测到的数据，并根据不同的水位输入信号觉定是否开启驱动电路对水箱进行上水。系统结构框图如图2-1所示。(1)时钟电路：为CPU提供时钟脉冲。(2)复位电路：使单片机在工作状态之前所有部件处
20、于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。(3)电源电路：为系统各个部件供电。(4)驱动电路：驱动加热电路和上水电路。(5)传感器检测和A/D转换电路：检测水箱内的水温并将数据放大后输入A/D转换芯片。(6)数码管显示电路：显示水箱内的温度。(7)水位监测电路：监测水箱内的水位。数码管显示时钟电路驱动电路温度传感器器水位监测图2-1 系统结构框图A/D转换水位监测单片机电源模块DC12V2第3章 系统元件选型3.1 主要元器件介绍3.1.1 单片机AT89C51AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read
21、 Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机. AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位 1。单片机引脚图如图3-1所示。图3-1 AT89C51引脚图(1)
22、主要引脚功能VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2
23、口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内
24、部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管脚备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断)P3.4 T0(计时器0外部输入)P3.5 T1(计时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入，当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当
25、访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，
26、这两次有效的/PSEN信号将不出现2。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.2 数码管数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为八段四位图3-2 数码管数码
27、管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的
28、，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低3。数码管如图3-2所示。3.1.3 AD590AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4V至30V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1A/K。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在298.2K (25C)时输出298.2 A电流。AD590适用于150C以下，前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电
29、阻测量电路和冷结补偿。除温度测量外，还可用于分立器件的温度补偿或校正、与绝对温度成比例的偏置、流速测量、液位检测以及风速测定等。AD590可以裸片形式提供，适合受保护环境下的混合电路和快速温度测量。AD590特别适合远程检测应用。它提供高阻抗电流输出，对长线路上的压降不敏感。任何绝缘良好的双绞线都适用，与接收电路的距离可达到数百英尺。这种输出特性还便于AD590实现多路复用：输出电流可以通过一个CMOS多路复用器切换，或者电源电压可以通过一个逻辑门输出切换4。AD590如图3-3所示。主要特性：(1)流过器件的电流(A)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数；Ir/T=1，Ir流过器件(
30、AD590)的电流，单位为A；T热力学温度，单位为K；(2)AD590的测温范围为- 55+150；(3)AD590的电源电压范围为430 V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；(4)输出电阻为710 M；(5)精度高，AD590在- 55+-150范围内，非线性误差仅为0.3。图3-3 AD5903.1.4 ADC0832ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎。ADC0832引脚如图3-4所示。图3-4 ADC0832ADC0832 具有以下特点： (1)
31、8位分辨率； (2)双通道A/D转换； (3)输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； (4)5V电源供电时输入电压在05V之间； (5)工作频率为250KHZ，转换时间为32S； (6)一般功耗仅为15mW； (7)8P、14PDIP(双列直插)、PICC 多种封装； (8)商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C； 芯片接口说明： (1) CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 (2) CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 (3)CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 (4)GND芯片参考。 (5)DI数据信号输入，选择通道控制。 (6)DO数据
32、信号输出，转换数据输出。 (7)CLK芯片时钟输入。 (8)Vcc/REF电源输入及参考电压输入(复用)。 ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择5。 单片机对ADC0832 的控制原理： 正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO
33、、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0
34、 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节
35、的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了6。 作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3.1.5 OP07OP07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多
36、场合不需要而外的调零措施，OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调，高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。OP07引脚如图3-5所示。图3-5 OP07引脚图输入电压范围与高达110DB的共模抑制比和高输入阻抗的结合，在同向电路阻态中提高了很高的精度，即使在很高的闭环增益下，也能保持极好的线性和增益精度。下面是OP07参数资料的简明说明：产品型号:OP07CP通道数:1关断功能:No工作电压Max. (V):36工作电压Min. (V):6每通道IQ(典型值)(mA):5带宽GBW(典型值)(MHz):0.600转换速率(典型值
37、)(V/us):0.300输入失调电压(25)(Max.)(mV):0.150失调漂移(典型值)(uV/):0.500输入偏置电流(Max.)(pA):7000共模抑制比(Min.)(dB):100噪声电压(典型值):9.800单电源供电:No满幅:No封装/温度():PDIP-8/070描述:精密,低噪声运放11第4章 硬件设计4.1 单片机电路单片机复位电路使用按键复位，复位电路由电阻R19和C7组成，在按键的瞬间产生一个脉冲将AT89C51单片机复位。为了保证可靠复位脉冲宽度应该大于两个机器周期，这取决于R、C的时间常数，取C=10F，R=10K。单片机的震荡频率取11MHz，机械周期是
38、1S。P00P07接入的是数码管，用以控制四位八段数码管的段选，P20P24接入的是数码管的位选。RXD和TXD和A/D模块的ADC0832连接，用以控制ADC0832和接受数据，WR端口用以给ADC0832提供脉冲。P24和P25两个引脚分别连接上水驱动电路和加热驱动电路，当单片机输出低电平时，三极导通，启动上水和加热电路。单片机的供电由电源电路提供5V直流电压。单片机最小系统电路如图4-1所示。图4-1 单片机最小系统电路4.2 电源电路电源电路采用12V电路转5V电路，给单片机供电。当有电源时，电源指示灯亮，通过整流滤波电路，输出5V电压，供电给单片机AT89C51。电源电路如图4-2所
39、示。图4-2 电源电路4.3 数码管显示电路数码管显示电路采用4位的共阳极数码管，用来显示当前水箱内的温度和水箱规定的限定温度，其中前两位用以显示30摄氏度，表示当水温低于30度时会启动加热电路，后两位时时显示当前水箱内的水温，当水箱内的温度高于50摄氏度时，会关闭加热电路。位选用低电平控制，段选用高电平控制。数码管显示电路如图4-3所示。图4-3 数码管显示电路4.4 温度测量电路及加热电路本设计温度传感器选用AD590。AD590属于半导体集成电路温度传感器，测温范围-55- +150，在其二端加上一定的工作电压，其输出电流与温度变化成线性关系为1A/K，误差有几种等级:1、0.5、0.3
40、，本设计中选取0.5品种。OP07高精度运算放大器，AD590电流流经R20、RP21转换为电压信号，R23、RP22为运算负反馈电阻，构成反相比例放大器，将温度信号电压放大约1.4倍后变成0-5V的电压信号，输入给ADC0832，再将其转换为数字信号，输入单片机。ADC8032的SDATA接口与单片机RXD口相连，SCLK与TXD相连，CS与WR相连。温度测量电路如图4-4所示。图4-4 温度测量电路当温度检测低于30度时，输出低电平，三级管导通，使继电器线圈通电，从而使继电器常开触头关闭，常闭触头断开，D3加热表示灯点亮，D2不加热表示灯熄灭。加热电路如图4-5所示。图4-5 加热电路4.
41、5 水位显示及上水电路实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的Mg2+、Ca2+等离子，它们的存在使水导电。本控制装置就是利用水的导电性来完成的。水位显示电路，采用电极法测量水位，将电极至于水箱的90%和50%位置同时在水箱底部安放接地电极，当水位不足50%时，电极W2和水面脱离，致使电极由低电平变成高电平，单片机接受这一脉冲后，用P25引脚输出低电平，使三极管导通，从而继电器吸合，水箱上水。当水位达到90%时，W1电极由高电平变成低电平，单片机接收到后使P25引脚输出高电平，三极管截止，继电器复位，上水停止。其中上水电路中D4表示水箱水位在正常水位，D
42、5表示水箱水位不足。水位检测及上水电路如图4-6和4-7所示。 图4-6 水位检测电路图4-7 上水电路14第5章 硬件制作5.1protel 99 SE简介Protel是在我国流行最早的电子设计自动化软件之一，一直以易学易用而深受广大电子设计者的喜爱，Protel 99 SE 作为一款简单易用的板卡级设计软件，以Windows XP的界面风格为主，同时独一无二的DXP技术集成平台也为设计系统提供了所有工具和编辑器的相容环境，友好的界面环境及智能化的性能也可以为电路设计者提供最优质的服务。Protel 99 SE由两大部分组成：电路原理图设计(Advanced Schematic)和多层印刷电
43、路板设计(Advanced PCB)。在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99，是个庞大的EDA软件，完全安
44、装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server(客户/服务器)体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布通率。Protel 99 SE主要特点。集成设计管理系统：(1)Protel 99 SE 设计管理系统的外观，与Windows的资源管理器相似，使用非常方便。(2)使用了智能工具技术，在设计环境中集成了所有设计所用到的工具。(3)使用了智能文档管理技术，把所有设计使用到的文档，都保存在一个数据库中，在工作中可以使用可中文档。(4)使用了智能组管理技术，允许多个设计者通过网络安全的为同一工程工作。通过集成的设计组管理系统，可以方便的管理用户，设置访问权限等。(5)Protel 99 SE提供了功能强大的各种文档的快速浏览工具，使用户可以快速方便的查询，定位，修改文档。(6)提供了全面而方便使用的帮助系统。下面介绍 Protel 99 SE的主要优点。方便灵活的编辑功能：(1)Protel 99 SE有交