51单片机太阳能热水器的控制系统设计+仿真图+硬件电路图(3)
电源电路对单片机进行上电，让单品机保持工作状态，水位测量电路和水温测量电路测得的水位和水温信息传达到单片机内部，由LCD显示器显示出水温信息，再由单片机决定是否启动温度控制和水位控制电路。当水位或水温低于设置值时，自动控制电路工作，还可以根据天气用键盘电路控制温度和水位的初始值，具体系统原理框图如图2所示。
图2 系统原理框图
3. 硬件电路设计
要完成太阳能热水器的控制系统方案设计要求，硬件需要完成以下几个部分：单片机最小系统、显示电路、水位测量电路、水温测量电路及控制电路等。
3.1 单片机最小系统
单片机最小系统如图3所示，其中EA口接+5V电压，RST为自动接电复位。XTAL1和XTAL2口接晶振电路，保证给单片机时钟脉冲，利用单片机内部时钟电路，保证单片机正常工作。I/O口P0.0~P0.7、P2.4~2.6作为显示屏的驱动电路用来传输数据。I/O口P1.0、P1.1作为自动加热和自动加水的驱动电路用来对加热和加水电路传输数据。P1.3~P1.6口连接水位测量电路，用来接受水位电路传输的数据，P1.7口用来连接水温测量电路，用来接受水温电路传输的数据。P3.0~P3.3口连接按键电路，用来接受按键电路传输的数据[4]。
图3 单片机最小系统
AT89C51是一个低电压、低功耗、高性能的8位单片机，常用于各种控制器中，其主要特征如下[5]：
（1）与MCS51指令系统完全兼容；
（2）4k字节可编程Flash ROM；
（3）32可编程I/O线；
（4）128×8位内部RAM；
（5）可编程的2个16位定时/计数器，可分别实现定时中断；
（6）时钟频率0Hz-24MHz；
（7）2个串行通信口，可实现串行中断；
（8）5个中断源；
（9）具有低功耗空闲和掉电模式，可实现软件设置睡眠和唤醒功能；
3.2 显示电路
显示电路采用LCD1602显示器，通过单片机的引脚连接上拉电阻再连接到显示器的引脚，显示内容包括温度的设定值和当前值。
LCD1602为字符型液晶显示器，能够同时显示16×2即32个字符，其引脚功能如下[6]。
第1脚：Vss为电源地。
第2脚：Vdd接电源正极5V电压。
第3脚：V0为显示器对比度调整端，接地时对比度最高，接正电源时对比度最弱。
第4脚：RS为寄存器选择，低电平0时选择指令寄存器、高电平1时选择数据寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，低电平为0时进行写操作，高电平为1时进行读操作，高电平1时读取信息。
第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端；负跳变时执行指令，高电平1时读取信息。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。
第15～16脚：空脚或背灯电源，15脚为背光正极，16脚为背光负极。
用P0口和LCD1602的D口相连，P0口内部没有上拉电阻所以连接上拉电阻。根据LCD1602的资料表连接引脚，电路如图4所示。
图4 显示电路
3.3 水位测量电路
水位测量模块采用在水箱中不同位置放置电极的方案获取水位测量信号，再通过74LS373锁存器来锁存水位信息，将水位当前值传入单片机进行处理。
电极接触式传感器是利用水的导电性原理制作而成。在传感器上安装多个金属导电电极，两个金属电极用水短路即产生信号，从而显示出水箱中水量的多少。此种传感器在多年实际使用中性能较稳定，在正常情况下一般寿命能达到5年以上[7]。
在水箱内把D4，D5，D6，D7放在不同位置。当水位到达指定值时，电极端变为地，即锁存器74LS373的输入端D接地，输入端数据为0，输出端Q为0，即LED发光二极管接低电平，灯亮；当水位下降时，输入端数据为1，输出端为1，即LED发光二极管负极接高电平，灯灭；锁存器的OE端接地，保持低电平；LE端一直保持高电平。D端的信号直接从输出端Q输出给单片机，Q随数据D而变。通过发光二极管让人得知水位信息，通过锁存器让单片机得到水位信息，电路如图5所示。