基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的軟件設計及調(diào)試分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u96641.1軟件介紹 1310121.2軟件設計任務與要求 377141.2.1主程序設計 4217861.2.2溫度檢測子程序設計 8297071.2.3加熱子程序設計 9272891.2.3上水子程序設計 10286741.2.4顯示子程序設計 12151032仿真與調(diào)試 13176802.1仿真軟件 13122062.2系統(tǒng)仿真與設置 15142202.2.1按鍵設置 16251482.2.2溫度調(diào)試 1738412.2.2水位調(diào)試 191系統(tǒng)軟件設計1.1軟件介紹uVision是美國Keil軟件公司生產(chǎn)的集成開發(fā)軟件，它集編輯、編譯、仿真調(diào)試功能于一體。具有當代典型嵌入式處理器開發(fā)的典型界面?？梢杂脜R編程序及C51語言編程。與匯編語言相比，C語言不僅易學易用，即使是初學者，也可以快速上手，而且大大提高了工作效率，縮短了項目開發(fā)周期。同時，它還能嵌入?yún)R編，保留了匯編代碼高效、快速的特點。軟件擁有豐富的庫函數(shù)，生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼簡潔易懂，在開發(fā)大型軟件時，可以體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢，是一種強大的集成開發(fā)調(diào)試工具。整個集成開發(fā)環(huán)境包括編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和仿真調(diào)試器。軟件界面如圖4-1所示。圖4-1軟件界面其工作步驟大體可分為5步：創(chuàng)建工程建立原程序文件并加入工程工程參數(shù)設置編譯源文件調(diào)試程序1.2軟件設計任務與要求1.2.1主程序設計本設計主控模塊為AT89C51單片機，以AT89C51為核心控制整個控制系統(tǒng)的運行，再利用單片機上各個引腳連接其他模塊，從而分別控制其他模塊，實現(xiàn)預定的功能。系統(tǒng)正常工作時，集熱管利用太陽能將儲水箱內(nèi)的水加熱到一定的溫度。此時，單片機控制系統(tǒng)初始化，開始工作。首先，水箱內(nèi)的溫度傳感采集溫度信息發(fā)送給單片機，單片機將信號處理發(fā)送至液晶顯示屏，顯示當前水溫、定時時間等信息。通過按鍵設定水溫上、下限與定時時間。單片機先將測量水位與水位下限進行比較，若測量水位低于下限水位，缺水指示燈亮起，單片機將改變輸出電平來驅(qū)動加水繼電器觸頭閉合，使加水裝置所在電路閉合，開始向水箱內(nèi)注水，缺水指示燈滅，直到水位達到上限水位，回路斷開；若測量水位高于下限水位單片機不發(fā)送指令。水位檢測后，檢查是否達到預約時間，若未達到預約時間，將不執(zhí)行加熱程序；若達到預約時間，將進入下一步進程。未設定預約時間的，默認達到預約時間。預約時間達到后，將測量水溫與水溫下限進行比較，若測量溫度低于下限溫度，蜂鳴器報警，單片機將改變輸出電平來驅(qū)動加熱繼電器觸頭閉合，使加熱裝置所在電路閉合，將水箱內(nèi)的水加熱到上限溫度后，蜂鳴器報警，回路斷開；若測量溫度高于下限溫度、低于上限溫度，單片機不發(fā)送指令；若測量溫度高于上限溫度，蜂鳴器報警。應當注意，先進行水位檢測后再進行溫度檢測，防止熱水器干燒而發(fā)生危險。這樣無論在哪種天氣條件下，都能給用戶提供達到預期的使用體驗。程序流程如圖4-2。圖4-2主程序流程圖1.2.2溫度檢測子程序設計溫度檢測功能由DS18B20實現(xiàn)，包括對DS18B20的初始化、讀取溫度、溫度轉(zhuǎn)換等操作。流程如圖4-3。圖4-3溫度檢測子程序流程圖1.2.3加熱子程序設計檢測DS18B20測得的溫度是否達到限定值，以此來判斷是否開啟輔助加熱裝置。流程如圖4-4。圖4-4加熱子程序流程圖1.2.3上水子程序設計檢測液位傳感器測得的液位是否達到限定值，以此來判斷是否開啟加水裝置。流程如圖4-5。圖4-5上水子程序流程圖1.2.4顯示子程序設計采用液晶顯示器LCD1602顯示檢測得到的水溫、上、下限水溫，定時時間。流程如圖4-6。圖4-6顯示子程序流程圖2仿真與調(diào)試2.1仿真軟件Proteus軟件是由英國LabCenterElectronics公司開發(fā)的EDA工具軟件。Proteus軟件的功能強大，它集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，具有原理布圖、PCB自動或人工布線、電路仿真等功能，不僅可以設計和分析涉及電氣和電子技術(shù)學科的電路，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M行設計和仿真。Proteus軟件界面如圖5-1所示：圖5-1Proteus軟件界面仿真調(diào)試方法原則有兩種。第一種是邊安裝邊調(diào)試的方法，它是把復雜的電路按原理框圖上的功能分成單元進行安裝和調(diào)試，在單元調(diào)試的基礎上逐步擴大安裝和調(diào)試的范圍，最后完成整機調(diào)試，這種方法在新設計的電路中比較常用，可以及時糾正錯誤，避免造成更大的失誤。第二種整體測試的方法，即整個電路系統(tǒng)全部安裝完畢后，進一次性調(diào)試，這種方法節(jié)約時間，縮短工期，比較適用于電路相對來說比較簡單，系統(tǒng)不復雜的電路調(diào)試。2.2系統(tǒng)仿真與設置系統(tǒng)硬件上主要是用AT89C51芯片，用以控制整個控制系統(tǒng)的運行，再利用單片機上各個引腳連接其他模塊，從而分別控制其他模塊，實現(xiàn)預定的功能需要。從DS18B20溫度傳感器中讀入溫度，在LCD1602液晶屏上實時顯示；以但單刀雙擲開關模擬導電式液位傳感器在水箱內(nèi)的浸沒狀態(tài)，以此反映水位高低。同時，可以通過四個按鍵設置水溫上、下限，預約時間。當溫度、水位超出限定值時，繼電器驅(qū)動模塊啟動，繼電器觸頭閉合，二極管模擬的上水、加熱電路導通，達到預值后繼電器復位斷開，電路斷開。仿真電路圖如圖5-2所示。圖5-2仿真電路圖2.2.1按鍵設置圖5-3按鍵設置電路圖圖5-3是按鍵設置電路，四個按鍵用以設定水溫上、下限，定時時間。SET按下一次，進入設置模式，每按一次，分別進入定時時間設置、水溫上限設置、水溫下限設置，并通過ADD“+”數(shù)值，SUB“-”數(shù)值；OK確認設置并返回到工作界面。2.2.2溫度調(diào)試圖5-4溫度調(diào)試電路圖圖5-4是溫度調(diào)試電路，其中系統(tǒng)溫度上限為35℃，下限為29℃，數(shù)值可通過按鍵模塊調(diào)節(jié)。當調(diào)節(jié)DS18B20降低溫度為27℃，此時，測量溫度超出溫度下限，蜂鳴器報警一次，單片機P1.0端口輸出為低電平，三極管導通，繼電器得電，吸引常開觸頭閉合，D2模擬加熱裝置所在電路導通，開始加熱水箱；當加熱一段時間后，水箱水溫達到溫度上限，蜂鳴器報警一次，單片機P1.0端口輸出為高電平，三極管關斷，繼電器觸頭復位，加熱電路斷開，停止加熱，此時溫度為35℃。這樣可以避免過度燃燒而造成浪費。當調(diào)節(jié)DS18B20溫度高于溫度下限時，加熱模塊不啟動。設計時，規(guī)定上限溫度始終大于下限溫度，若強行設置，按鍵模塊不執(zhí)行相關操作。2.2.2水位調(diào)試圖5-5水位調(diào)試電路圖圖5-5是水位調(diào)試電路，其中水位上、下限是由液位傳感器的安裝位置決定的。上、下液位傳感器將儲水箱分為三個部分，低水位、正常水位和高水位，通過分析傳感器是否浸沒在水中來判斷水位高低。SW1和SW2均斷開表示上、下液位傳感器均未浸入水中，此時為低水位，測量水位超出下限水位，單片機P1.3端口輸出為低電平，D1缺水指示燈亮，三極管導通，繼電器得