太阳能热水器水温水位测控仪的设计--毕业论文.doc

密级：

NANCHANG UNIVERSITY
学士学位论文
THESIS OF BACHELOR
（2011—2015年）

题 目 太阳能热水器水温水位测控仪的设计

学 院： 信息工程学院 系 电气与自动化工程系
专业班级： 测控技术与仪器
学生姓名： 学号：
指导教师： 职称：
起讫日期： 2015年3月 至 2015 年6月

南昌大学学士学位论文原创性申明
本人郑重申明：
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摘要
太阳能热水器水温水位测控仪的设计
专业： 测控技术与仪器 学号：5801211040
学生姓名：白金成 指导教师：谢建宏
摘 要
随着人类社会的不断发展，环境污染、能源危机已经日渐明显，因此清洁能源、可再生能源已经成为人们关注的焦点。太阳能作为一种清洁的可再生能源受到人们的青睐，近年来太阳能在各领域也得到了广泛的应用，太阳能热水器就是太阳能利用的一个典型例子。随着人们生活水平的提高，近些年太阳能热水器已经走进了千家万户成为人们生活中必不可少的家用设备。
本设计是以STC89C52单片机为核心部件，采用单片机最小系统加外围设备构成的一个整体系统。单片机最小系统接受温度传感器DS18B20、水位传感器和一体化红外接收器送来的信号，并把其中的模拟信号通过ADC0809转换器转换成数字信号后经过单片机处理并通过输出端口将输出信号送到电磁继电器、液晶显示器、蜂鸣器，以控制这些执行部件，电磁继电器用以控制自动上水和加热的开关闭合，蜂鸣器用以缺水报警等，液晶显示器用以显示当前的工作情况，时钟芯片DS1302提供精准时间，红外遥控可以进行时间调节、自动上水和辅助加热等功能。
软件部分采用C语言对整个系统进行模块化编程，并通过Proteus对系统进行仿真、调试。经仿真、调试后，系统各部分运行正常，能达到预期效果。
关键字：STC89C52；ADC0809；红外遥控；DS18B20；模块化编程
I

Abstract
Abstract
With the continuous development of human society, environmental pollution, energy crisis has become increasingly obvious, so clean energy, renewable energy has become the focus of attention.Solar energy as a clean renewable energy favored by people,in recent years, the solar energy in various fields has been widely used, a typical example is the use of solar energy solar water heater.With the improvement of living standards,in recent years, the solar water heater has entered thousands of households and become an indispensable household equipment in people's lives.
This design is based on the microcomputer of STC89C52 as the core component, using an integrated system with microcomputer system composed of peripheral equipment..The smallest single-chip system receives signals of DS18B20 temperature sensor, water level sensor and integrated infrared receiver sent, and put the analog signals into digital signals by ADC0832 converter through the single-chip processing and through the output port to the output signal to the electromagnetic relay, liquid crystal display, buzzer, to control the executive component of electromagnetic relay to control automatic switch water supply and heating closed to water, buzzer alarm, liquid crystal display is used to display the current situation of the work, the clock chip DS1302 provides precise time.Infrared remote control can adjust time, automatic water supply and auxiliary heating function.
The software adopts C language modular programming of the whole system, and through Proteus simulation, the system debugging.After simulation and debugging, the system runs normally, and can achieve the expected results.
Keywords: STC89C52; ADC0809; Infrared remote control; DS18B20; Modular programming
I

目录
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题的设计内容及目标 2
1.4本章小结 2
第二章 系统设计的相关技术 3
2.1水位检测技术 3
2.2温度检测技术 3
2.3红外遥控技术 4
2.4自动上水和辅助加热技术 4
2.5本章小结 5
第三章 系统硬件设计 6
3.1系统总体方案 6
3.2采集电路 6
3.2.1水位采集电路 6
3.2.2温度采集电路 7
3.2.3AD转换电路 8
3.3主控电路 11
3.3.1STC89C52芯片简介 11
3.3.2接口电路 11
3.4液晶显示电路 12
3.5蜂鸣器报警电路 13
3.6时钟模块 14
3.7自动上水和辅助加热 14
3.8红外通信模块 15
第四章 软件部分设计 18
4.1系统软件总体设计 18
4.2信息采集单元软件设计 18
4.2.1水位采集 18

V

4.2.2温度采集 19
4.2.3AD转换 20
4.3显示部分软件设计 20
4.3.1液晶1602部分 20
4.3.2DS1302部分 21
4.4执行部分软件设计 22
4.5红外遥控部分 23
4.6本章小结 25
第五章 系统的调试及测试 26
5.1系统程序仿真调试 26
5.2系统硬件电路的测试 28
5.2.1水位、温度自动控制及时间显示测试 28
5.2.2红外遥控测试 30
第六章 总结与展望 31
6.1总结 31
6.2展望 31
参考文献 32
致谢 33

V

第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
随着人类社会的高速发展，能源危机、环境污染日渐明显，已经成了全球性的危机，清洁能源、可再生能源已经成了人们关注的焦点。太阳能是一种可再生的清洁能源，其能源丰富，即可免费使用，又不需要运输，而且对环境无污染。在倡导节能减排的二十一世纪，开发和利用太阳能这样的绿色能源有着重要的意义。因此太阳能热水器的使用对促进可再生能源的开发利用、改善能源结构、促进节能减排、实现经济社会的的可持续发展起到积极的作用[1]。随着我国经济的高速发展，人们的生活水平有了很大的提高，太阳能热水器也成了家家户户必备的家用设备。人们已经开始对太阳能热水器的功能产生更高的要求，人们更渴望它的便捷性、智能化。基于此关于太阳能热水器的智能化控制的研究具有十分重要的意义。
1.2 国内外研究现状
太阳能热利用，以其易于实现而在世界各地得到迅速发展，应用规模越来越大[2]。近年来太阳能热利用的发展较为迅速，利用太阳能发热产生能量已经推翻了传统的加热方式，并且随着太阳能热水器不断的研究，已经出现了多种加热技术。从过去的选择性涂层为集成加热到现在的利用真空管集热器，太阳能热水器的发展不断的进行改革创新，太阳能热水器行业已经保持了十年的快速发展[3]。我国太阳能热水控制器经历了燃气热水器、电热水器和今天的太阳能热水器三个阶段，太阳能控制器经历了很长时间历史的转变才达到了今天的技术。中国的太阳能热水器市场发展很快，2005年，我国太阳热水器年生产量已经突破1500万，居世界第一[2]。我国的家用太阳能热水器的研发始于20世纪70年代后期，到20世纪90年，它不单可以为家庭和各事业单位等供给洗澡、洗衣等所需的热水同时还可用于空调、海水淡化等[4]。随着科学技术的进步，太阳能热水器也在不断的进行改进，通过收集和储存热作为一个整体，逐步变为独立的传热和蓄热，并且采用先进的太阳能集热器，先进的保温材料和冬季防冻技术及其他辅助设备等[5]。如今我国生产的先进的太阳能热水器基本已经实现了全年运行，极大的提高了太阳能热水器的热效率。现在我国的太阳能热水器生产和研究能力在世界上已经具有领先水平。太阳能产业将成为21世纪的新兴产业。国际上也对太阳能热水器技术非常重视。各国纷纷制定太阳能热水器技术产业的发展规划，大大加快了该行业的发展[6]。美国的“百万太阳能屋顶计划”实施将带动大批相关工业的发展。欧盟提出到2010年安装1亿m2太阳能热水器的规划，欧洲太阳能学会预算2020年欧洲太阳能热水器应用高达14亿m2[2]。英国政府推行“绿色住宅”方案，以色列的民用建筑太阳能利用率是最高的，达到了90%以上，人均太阳能使用面积位于世界之首[3]。韩国，东南亚国家都制定了相关的优惠政策，支持太阳能热水器的发展，积极吸收外商投资来支持国内太阳能企业。
目前太阳能热水器产品处于生命周期的成长期，市场需求量大和用户群体不断增加[7]，又符合世界上所倡导的环保理念，加之各国又出台了相关的法律政策[8]，将会大幅度的提高太阳能技术，这样看来，太阳能热水器将会有更为广阔的发展空间。
1.3 课题的设计内容及目标
本课题是设计并制作一个太阳能热水器水位、水温的测控系统，该系统以STC89C52单片机作为控制器的核心部件，采用C语言编程控制软件，对太阳能热水器的水位、温度进行监测和控制。
1. 系统具有水位测定与控制功能，水位显示为5档水位显示，分别为0水位、25%水位、50%水位、75%水位、100%水位。当水位低于25%水位时能够自动报警，同时能够自动上水至预置水位或最高水位；
2. 系统具有水温测定与控制功能，水温显示：0－99℃，分辨率1℃，可以实现45－80℃水温自动控制；
3. 具有防干烧保护、实时时钟显示等功能；
4. 具有非接触式红外短距离遥控功能。利用红外遥控可实现时间设定、手动上水、辅助加热等功能；
1.4本章小结
本章主要阐述了太阳能热水器研究的背景及意义，介绍了太阳能研究的国内外现状和本课题的设计内容和目标。

33

第二章 系统设计的相关技术
第二章 系统设计的相关技术
2.1水位检测技术
水位检测的方法有很多种，具体如表2.1所示
表2.1水位检测传感器种类
电子类液位传感器
雷达液位传感器
超声波液位传感器
液压类液位传感器
电阻式水位传感器
雷达探测器
超声波探测器
压力传感器
方便且便宜
价格较贵
价格贵
有点贵
雷达、超声波、压力传感器与电阻传感器相比价格比较昂贵，而且由于太阳能热水器水箱不是较大没有必要采用雷达、超声波、压力这类传感器，压力传感器在测量水位较低时容易引起误差，所以选择电阻式传感器性价比更高，因此本设计选用电阻式水位传感器。
电阻式水位传感器[9]结构简单、使用方便。将电阻串联起来并把串联节点处的引线引出置于水箱的水位检测处，在水箱底部放一根探针，当水位没过一个位置时，由于水的导电性就会将水箱底部的探针与水位节点处导通，从而引起总的电阻阻值的变化，传感器总的电阻阻值的变化与没入水的高度有关系，会引起电压的不同，我们可以根据电压的变化来推测水的位置，从而得到水位信息。考虑到电阻探针长时间放置在水里会有大量的水垢，为了防止这种情况，我们用石墨将探针包起来就起到防护的作用，因为石墨在水里导电且不生锈。利用电阻式水位传感器能够很大程度的节约成本、降低了复杂性、易于更换维护。
2.2温度检测技术
根据测温原理的不同，测温技术如表2.2所示
表2.2温度检测技术种类
热电式
膨胀式
热阻式
数字式
热偶式和PN结式如AD590
水银、玻璃温度计、双金属温度计
金属和半导体热阻式如热敏电阻
如DS18B20
由于DS18B20温度传感器为数字式传感器，它输出的是数字信号，故可与单片机直接相连进行信号传输，而其他温度传感器大多都是输出模拟信号，要经过转换之后才能与单片机进行通讯，而且后续电路复杂、易受到干扰。DS18B20抗干扰性好、功能可靠。因此本系统采用DS18B20温度传感器。
DS18B20是美国达拉斯半导体公司最新推出的一种智能温度传感器，它可将温度信号直接转换成数字信号，实现了与单片机的直接接口，从而省去了信号调理和A/D转换复杂模/数转换电路。DS18B20连接电路简单、测温效率高，与传统测温方法相比具有集成度高、抗干扰性好、测温温差小等优点，可广泛用于测控系统的温度测量。采用DS18B20可为整体电路设计带来很大方便，又能满足系统温度测量的要求。
2.3红外遥控技术
红外遥控技术就是以红外线为载体进行传输的一种方式，无需实体连接，简单实用方便快捷。红外遥控波长较短，穿透能力较差，故不同房间的电器可用通用的遥控器而不发生干扰，且红外遥控不影响周边环境、不会对其他电子设备造成干扰。其电路简单，按照设定的电路连接无误，一般不用调试即可工作，编解码容易，可进行多路遥控。红外遥控技术所需要传输数据量较小，非常适合家庭室内使用。目前红外遥控技术已经普遍应用于家电和其它电子领域。
表2.3红外遥控组成
红
外
遥
控
红外发射设备
矩阵键盘、红外发射二极管等器件
红外接收设备
红外接收二极管
遥控处理系统
基于单片机的编程系统
目前大多数红外遥控器都是利用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进行调制，接收端再去掉载波，取到信息[10]。红外遥控为了增强抗干扰性和降低电源消耗，红外线一般用二进制码作为载波进行传输。通常的红外遥控器是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在 38KHz 的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的[19]。要想具体了解红外遥控技术还需进一步了解红外遥控具体的编码方式和具体的载波方式。
2.4自动上水和辅助加热技术
由于本设计要实现水温、水位的自动控制，所以在系统中就要引进自动上水、辅助加热技术来实现温度、水位的自动控制。自动上水技术和辅助加热技术类似，都是主要由单片机根据水位或温度情况自动输出一个高低电平，通过驱动芯片来控制电磁继电器的导通，从而控制上水电磁阀的开关来实现自动上水功能或是加热。本技术的关键在于单片机如何自动控制电磁继电器的开关，由于单片机输出的电压不足以驱动继电器工作，所以采用了驱动芯片来驱动电磁继电器工作，至如何实现自动控制则具体由软件来控制实现。
2.5本章小结
本章主要介绍了系统设计采用的相关技术，包括水位测量技术、温度测量技术、红外遥控技术和自动上水、辅助加热技术。

第三章 系统硬件设计
第三章 系统硬件设计
3.1系统总体方案
本系统硬件设计选用STC89C52作为控制芯片，其硬件部分如图3.1所示，主要包括以下几个部分：水位模拟电路、温度传感器信息采集电路、AD转换电路、报警电路、时钟显示电路、驱动执行电路及红外遥控接收电路。水位模拟电路模拟水位变化信息，温度传感器采集温度信息，AD转换电路负责将水位模拟电路采集的水位信息模拟信号转化为数字信号传给单片机进行处理，时钟芯片提供精准时间，显示电路负责将水位、温度和时间等信息通过液晶显示出来，蜂鸣器报警水电路用以缺水报警，单片机将处理后的信息送往执行部分以驱动执行部件实现自动上水和辅助加热，红外遥控可以进行时间调节、自动上水、辅助加热等。

图3.1 系统总框图
3.2采集电路
3.2.1水位采集电路
图3.2中标有各种颜色水位点的地方为导电触电，将电阻串深入到水里，并计算水箱的深度，分别标好25%、50%、75%水位的位置，并将导电触电放到对应的位置上，利用水的导电性就会将不同触电导通，改变接入电路总的电阻值。当水位低于黄色水位时显示为0，当水位高于黄色水位低于蓝色水位时，将显示25%，当水位高于蓝色水位低于绿色水位时，将显示50%，当水位高于绿色水位低于白色水位时，将显示75%水位，当水位高于白色水位时显示100%。

图3.2 水位采集电路图
IN0触电接入到ADC0809的一个输入端，当水箱内的水到达不同的高度时就会改变电阻值，从而改变水位传感器输出的电压值。根据输出电压值的变化就可以检测到不同的水位变化。表3.1为各水位的电压值。
表3.1 分段式水位的电压值
0水位
25%水位
50%水位
75%水位
100%水位
4.00V
3.75V
3.33V
2.50V
0V
3.2.2温度采集电路
温度采集选用的是DS18B20温度传感器，其数据通讯口与单片机P2.3口相连，电路图如图3.2所示

图3.3 温度采集电路图
DS18B20温度传感器的精度为用户可编程的9、10、11或12位，分别以0.5oC、0.25oC、0.125oC和0.0625oC增量递增。在上电状态下默认的精度为12位，本设计采用的精度也为12位，以便于可以完全满足系统温度精度要求。DS18B20启动后保持低功耗状态，当DS18B20接到单片机发出的温度转化指令后，开始执行温度测量和AD转换，转换完成后的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态，当DS18B20接到读数据指令时，单片机可以通过单线接口P2.3读出数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625oC/LSB形式表示。温度格式如表3.2所示。
表3.2 温度数据格式
LS Byte
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
MS Byte
S
S
S
S
S
26
25
24
温度数据关系如表3.3所示。
表3.3 温度/数据关系
温度 oC
数据输出（二进制）
数据输出（十六进制）
+125
0000 0111 1101 0000
07D0h
+85
0000 0101 0101 0000
0550h
+25.0625
0000 0001 1001 0001
0191h
+10.125
0000 0000 1010 0010
00A2h
+0.5
0000 0000 0000 1000
0008h
0
0000 0000 0000 0000
0000h
-0.5
1111 1111 1111 1000
FFF8h
-10.125
1111 1111 0101 1110
FF5Eh
-25.0625
1111 1110 0110 1111
FF6Eh
-55
1111 1100 1001 0000
FC90h
3.2.3AD转换电路
本系统采用经济实用的ADC0809[11]来完成模数转换。ADC0809是8位逐次逼近式A/D转换器，可以直接单片机相连。
① ADC0809芯片内部结构如图3.4所示

图3.4 ADC0809内部逻辑结构图
由图3.4可知，ADC0809片内有一个8路模拟开关，可对八路模拟电压通过A/D转换器进行分时转换；一个地址锁存与译码器，用来选择8路模拟量中的一路进行转换；一个三态输出锁存器，用于锁存A/D转换完的数字量。
② 引脚结构如图3.5所示

图3.5 ADC0809引脚结构
由图3.5知芯片共有8路模拟量输入通道为IN0-IN7，当地址锁存允许输入线ALE为高电平时，通过A，B和C三条地址输入线来选通一路进行转换，由于本系统只需要一路转换通道，所以将A、B、C直接接地，始终选通IN0通道。
对于模拟量的输入，ADC0809对其有一定的要求，一般信号电压为0－5V，当信号电压太小时必须进行放大之后才能进行转换，输入的模拟量若是变化太快，应该在输入之前增加样采保持电路，以保证输入的模拟量在转换过程中能够保持不变。
通道选择表如表3.5。
表3.5 通道选择
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
ADC0809与单片机引脚连接电路如图3.6所示。

图3.6 ADC0809接线图
由图3.6知，本系统通过单片机的P3.0引脚来控制启动转换引脚ST，ST在A/D转换期间应保持低电平。P3.1引脚与转换结束信号EOC连接，用以检测转换结束是否结束，当EOC为高电平时表示转换结束，否则，则表示正在进行A/D转换。P3.4引脚与输出允许信号OE相连，当OE为高电平时，输出转换得到的数据；当OE为低电平时，输出数据线呈高阻状态。D0－D7为数字量输出线，与单片机P1.0-P1.7相连。P3.3引脚与时钟输入信号线相连，ADC0809本身内部没有时钟电路，所以本系统通过单片机定时器来提供时钟信号，频率为500KHZ。
3.3主控电路
3.3.1STC89C52芯片简介
STC89C52是一个低功耗、高性能COMS的8位单片机。片内含有40个引脚（如图3.7所示），4KB程序存储器Flash ROM，256字节的数据存储器（RAM），4个8位并行I/O端口，两个16位的定时器/计数器，5个中断源，2个中断优先级，一个全双工串行通信口和片内时钟振荡器。

图3.7 STC89C52引脚图
3.3.2接口电路
①复位电路
本设计采用按键电平复位方式，结构如图3.8所示。

图3.8 复位电路
②时钟产生电路
STC89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为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[12]，电路如图3.9所示。

图3.9 晶振电路
③电源指示电路
本设计的电源指示电路由开关、LED灯、和电阻组成。具体电路图如图3.10所示。

图3.10 电源指示电路
3.4液晶显示电路
液晶是一种高分子材料，由于其材料的特殊性，20 世纪开始应用于波形显示器上，液晶显示屏的原理主要是通过电流促发液晶分子产生点、线、面，并配合灯管使用[3]。1602液晶也叫1602字符型液晶，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。1602可以显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个字符。1602液晶显示器的驱动电压为5伏，内置128个ASCII字符集字库，只有并行，无串行。1602端口分配，具体连接电路如图3.11所示。

图3.11 液晶显示屏接线电路
1602液晶显示器共有16个引脚，每个引脚都有其特定的功能。具体各引脚功能如表3.6所示。
表3.6 液晶端口分配
1
2
3
4
5
6
7-14
15-16
GND
VCC
调节对比度
数据/命令
读写选择
使能信号
数据端口D0-D7
背光电源正负极

3.5蜂鸣器报警电路
水位过低时蜂鸣器警报[13]，提示水位过低进行上水。本系统所用蜂鸣器为有源蜂鸣器，给蜂鸣器加一定频率的方波，蜂鸣器就会发出一定频率的响声，并通过三极管降压开关特性，然后单片机进行控制，单片机输出端口高低电平取反即可控制蜂鸣器发出响声。蜂鸣器连接电路如图3.12所示。

图3.12 蜂鸣器报警电路
3.6时钟模块
系统要求在显示水位和温度信息的同时还要显示时间，这样人们在洗澡的时候就可以方便看时间。DS1302 以其较小的体积和使用管脚得到大家的认可，DS1302 是美国 DALLS 公司研发的一种实时时钟芯片，性价比高、功率较低，可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时[14]。
DS1302芯片有7个引脚，两个电源引脚，一个是VCC1，另一个是VCC2，VCC1是主电源，VCC2是备份电源，当系统断电时由备份电源进行供电以保证在电源断电的情况下时钟正常走时。X1和X2是外部晶振引脚，外接32768HZ的晶振，为芯片提供记时脉冲，5引脚为输入信号端，在读、写数据期间必须为高电平，为低电平时所有数据停止传送，接单片机P2.0引脚；6引脚为数据I/O口接单片机P2.1引脚；7引脚为串行时钟引脚，控制数据的输入与输出。DS1302接口电路如图3.13所示。

图3.13 DS1302接口电路
3.7自动上水和辅助加热
自动上水和辅助加热控制电路如图3.14所示。

图3.14 自动上水和辅助加热电路
当单片机给P3.7和P3.6口一个高电平时，经过ULN2803驱动后使电磁继电器导通，发光二极管点亮，开关闭合使220V电压导通，进水电磁阀和电加热丝开始工作，实现自动上水和辅助加热功能。当P3.6和P3.7位低电平时，停止上水和辅助加热。自动上水控制电路和辅助加热电路相似，都包括两个方面：继电器驱动和继电器。
⑴继电器驱动
由于单片机输出的电压不能够驱动继电器正常工作，所以需要选用一个驱动芯片来驱动电磁继电器工作，本系统选用ULN2803芯片，ULN2803是八路NPN达林顿晶体管，非常适合低逻辑电平数字电路和较高的电流/电压要求。
⑵继电器
继电器一般由线圈和触点两部分组成。本系统采用的是5V控制220V的继电器JQC-3FF。继电器实际起到一个开关的作用，将电磁阀和加热电阻丝器件接在继电器常开触点上，继电器导通时时常开触点闭合，电磁阀和加热电阻丝工作，相反则常开触点处于断开状态，则电磁阀和加热电阻丝停止工作。
3.8红外通信模块
红外遥控是一种无线、非接触式控制技术，其优点：低功耗、低成本、信息传输可靠、抗干扰能力强等。红外遥控系统由红外发射装置、红外接收装置、红外遥控处理设备组成。红外发射装置主要是红外发光二极管。红外线信号传输协议有ITT协议、NEC协议[15]、NOKIA协议[16]等。本系统采用NEC协议。红外脉冲调制如表3.7所示。
表3.7 红外脉冲调制
协议组成
引导码、用户码、数据码、数据反码、结束码
载波频率
33K、36K、38K、40K等
占空比
1/2、1/3、1/4
调制方式
脉宽调制方式、脉冲调制方式、相应调制方式
红外接收电路由一体化红外接收头、电阻和电容组成。红外传输原理如如图3.15所示

如图3.15 红外传输原理
一体化红外接收头种类很多，各引脚定义也各不相同，一般都是三个引脚，供电引脚、接地脚和信号输出脚。本系统一体化红外接收头采用三引脚形式，型号为IR1308，实物如图3.16所示。

图3.16 一体化红外接收头实物图
红外接收头内部内部解调原理如图3.17所示。

图3.17 红外接收头内部内部解调原理
具体红外接收头连接电路如图3.18所示。

图3.18 红外接收头连接电路
由于红外接收头内部放大器增益很大，容易引起干扰，因此在供电引脚加上电容滤波降低干扰，同时在供电引脚上和电源之间加入电阻进一步降低电源的干扰。

第四章 软件部分设计
第四章 软件部分设计
本系统采用C语言进行程序编写，由于本系统所用单片机为STC89C52芯片，所以编程软件采用Keil uVision4，因为Keil的开发环境简单方便，采用STC_IAP软件进行程序下载。由于本系统功能复杂，所以采用模块化编程，这样条理清晰、易于开发和整理，有助于提高编程效率。这里首先介绍总体编程结构思想，在分别对各模块进行介绍。
4.1系统软件总体设计
系统总体软件设计如图4.1所示。共包括四个部分：信息采集部分、显示部分、执行部分、红外遥控部分。

图4.1 系统总体软件设计图
4.2信息采集单元软件设计
4.2.1水位采集
水位采集主要是通过AD转换而来的数字量与预先设定的水位电压区间进行比较得出具体水位。流程图如图4.2所示。

图4.2 水位采集流程图
4.2.2温度采集
温度采集程序流程图如图4.3所示。

图4.3 温度采集程序流程图
4.2.3AD转换
本系统对ADC0809转换芯片程序编写时，采用通过查询EOC标志位来检测转换是否结束。具体流程图如图4.4所示。

图4.4 A/D软件流程图
4.3显示部分软件设计
显示部分的设计分为1602液晶显示的设计和时钟显示的设计。时钟芯片DS1302负责产生精准的年、月、日和时间并通过1602显示出来，1602不仅要显示年、月、日和时间还要显示水位和温度信息。
4.3.1液晶1602部分
1602液晶的基本操作状态如表4.1所示。
表4.1 1602基本操作状态
读状态
输入：RS=L;RW=H;E=H;
输出：D0-D7=状态字
写状态
输入：RS=L;RW=L;E=高脉冲；D0-D7=指令码
无
读数据
输入：RS=H;RW=H;E=H;
输出：D0-D7=数据
写数据
输入：RS=H;RW=L;E=高脉冲；D0-D7=数据
无
1602液晶显示程序流程图如图4.5所示。

图4.5 液晶显示软件流程
4.3.2DS1302部分
DS1302[17]时钟芯片是采用SPI三总线驱动方式，三总线方式，不仅要向寄存器写入控制字，还要读取寄存器里面的数据。具体时序如图4.6所示。

图4.6 DS1302时序图
具体流程图如图4.7所示。

图4.7 DS1302软件流程图
4.4执行部分软件设计
执行部分包括自动上水、辅助加热、报警三部分。具体流程图下图所示。

图4.8 自动控制部分软件流程图
4.5红外遥控部分
红外遥控协议由引导码、用户码、数据码、和数据反码组成。引导码由一个9ms的低电平和一个4.5ms的高电平组成，用户码共16bit，其中低8位先输出、高8位则后输出。引导码构成如下图所示。

图4.9 引导码构成
本系统编码采用脉冲调制方式（PPM），利用高低电平之间的时间间隔来区分“0”和“1”。调制方式图如下：

图4.10 脉冲调制方式图
红外接收函数流程图如下图所示。

图4.11 红外接收流程图
按键功能函数流程图如下

图4.12 红外按键函数流程图
4.6本章小结
本章主要介绍了系统的软件设计，首先阐述了系统的总体软件设计，然后对各模块分别进行介绍。这种设计方法的设计思路的清晰、易懂。

第五章 系统的调试及测试
第五章 系统的调试及测试
5.1系统程序仿真调试
⑴Proteus简介
Proteus[18]软件是英国公司Labcenter electronics公司研发的电子自动化（EDA）软件。它不但具备其它EDA软件的仿真效果，而且还有其它软件不具备的功能，还可以仿真单片机系统。是现有同类软件中最为好的电子类仿真平台之一。
⑵系统电路图仿真
①首先，画出具体的电路图，然后设置好相应参数.电路图如下图所示

图5.1 原理图
②将编好的程序导入到单片机中，并开始运行。得到如下图5.2—图5.4几个运行界面。

图5.2 运行界面之一

图5.3 运行界面之二
事先将水位模拟在0水位，温度设定在35oC，图5.2运行结果则显示水位为0水位、温度为35oC，且继电器导通实现自动上水，而加热继电器则处于断开，如图5.3当水位达到预置水位75%水位时，停止自动上水且开始自动加热，虽然系统要求在温度低于35oC是开始自动加热，但是图5.2时由于水位为0水位不可以加热，当水位超过50%水位时则开始加热，这样也就实现了防干烧的功能。从运行结果可以看到水位和温度的程序都没什么问题。

图5.4 运行界面之三
图5.4为时间显示，由于1602液晶显示内容有限，所以本设计将时间和水位、温度分开显示，通过红外遥控可以进行两者之间的切换。上图时间显示没有任何问题，所以程序和基本电路应该没什么问题。
5.2系统硬件电路的测试
将设计的电路用万用板搭建起来，分几个模块搭建。单片机最小系统、AD转换、液晶和蜂鸣器报警放在一个板子上，水位采集、温度采集、DS1302和红外接收放在一个板子上，自动上水和加热放在一个板子上，一共三个部分。
5.2.1水位、温度自动控制及时间显示测试
具体实物如下图5.5所示。

图5.5 实物图
水位、温度显示及自动控制，