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家用太阳能热水器智能控制系统 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途摘 要如何很好的节约和利用能源，特别是可持续能源,一直是人类所面临的问题。所以研究智能化家庭住宅里的能源如何被更有效地节约和利用,也有着十分现实和长远的意义.而家用太阳能热水器就是一个节约能源,有效利用能源的典型。该太阳能热水器智能控制系统主要是由AT89C51单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、LED数码管和报警系统五大部分组成.该系统能测量并显示水温、设置水温的范围，如果水温不处于所设置水温的范围则报警.同时还能对水位进行设置及加水，预先设置好需要加水的水位段数,单片机会根据这个数来进行判别是否需要加水。通过Protues软件仿真以上所述的功能都能正常实现。关键词 太阳能热水器，传感器，AT89C51，温度控制,水位控制IABSTRACTTo economize and utilize energy resource，especially the lasting energy resource,is a problem that humankind has faced。So it is so realistic and significant to research how to economize and utilize energy resource is home using.And the Solar Heater is a good example in economizing and utilizing energy resource.The design of solar water heaters intelligent control system is mainly composed of singlechip AT89C51，DS18B20 temperature sensor, an independent keyboard, LED and alarm system。The system can measure and display water temperature，set the range of water temperature,if the water temperature is not in the range of setting temperature is alarming.At the same time, you can set the water level and add water， first, need to set up the water level above the water，single-chip will determine whether add the water or not according to the number. The uses of Protues software can imitable come true the functions。 文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络Key words Solar Energy Heater, Sensor, AT89C51, The Temperature Control， The Control of Water LevelII目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论12 太阳能热水器介绍22。1 太阳能热水器的概述22.2 太阳能热水器的分类22。3 我国太阳能热水器发展历史33 系统方案设计43。1 方案一43.2 方案二43.3 方案比较44 硬件设计64。1 AT89C51介绍64.2 测温电路设计84.3水位监测电路设计124.4 键盘电路设计134。5 显示电路设计174。6加热和加水电路的设计194.7 报警电路设计214。8 电源电路设计225 软件设计235.1 程序设计分析235。2 程序流程图236 仿真及调试276。1 程序编译27 6.1.1 KEIL C51介绍27 6.1.2 编译过程27 6。2 电路仿真28结论30参考文献29附录A:电路仿真图30附录B：源程序30致 谢3711 绪论随着全球人口和经济的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因逐渐为人所认识，“低碳经济”这一概念开始进入人们的视野.人们在大力发展太阳能产业。能源问题将更为突出：（1)从长远来看，全球已探明石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能持续二三百年。（2）环境污染。（3）温室效应引起全球气候变化。因此，人类在解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生洁净能源。太阳能具有：（1）储量的“无限性”。（2）太阳能对于地球上的绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。（3)开发利用时几乎不产生任何污染。鉴于此,太阳能必将在世界能源结构转换中担纲重任，成为理想的替代能源。在世界范围内，太阳能热水器技术已经很成熟,并已形成行业,正在以优良的性能不断的冲击电热水器市场和燃气热水器市场。2000年太阳能热水器取代47000套家用电热水器；2000年日本太阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定,所有新建房屋必须配备太阳能热水器.目前,我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。能源问题与安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一.目前市场上存在三种样式的热水器：电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。近年来,在一氧化碳中毒事故中,由燃气热水器造成的约占1/3；电热水器的大规模用电，并不能给人们的正常生活带来便利，作为后来者的太阳能热水器，因其安全性好、节能、绿色环保等优点，近几年呈现出爆发式的发展趋势.选择太阳能热水器这个课题，可以让我更好的认知可持续发展问题，看清目前的能源现状，以及各国在节能能源上的措施,在太阳能革新上运用的新技术。此外,太阳能热水器已经走进千家万户，控制系统是太阳能的核心，可以尽可能做到节能环保，作这样一个设计,不仅可以考察自己大学四年的专业课的理论与动手实践能力，产品也具有一定的市场前景。2 太阳能热水器介绍2.1 太阳能热水器的概述太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器是由全玻璃真空集热管、储水箱、支架及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠玻璃真空集热管。集热管受阳光照射面温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。2.2 太阳能热水器的分类(1)从集热部分来分：真空玻璃管太阳能热水器：目前吸热效率最高的集热部分，优点在于不需要在集热部分在增加保温层，而且现在的真空玻璃管无论在抗高温，抗打击和保温上，性能都是一流的,也被绝大部分太阳能热水器生产厂家所采用.其缺点在于体积比较庞大，管中容易集结水垢.金属平板太阳能热水器：是在传热性能极佳的金属片上，覆盖上吸热涂层,利用金属的传热性，将吸收的热量传于水箱中.其有点是 外观美观，安装方便，可以做成平板，而且不容易损坏.缺点在于：保温要花很大的代价,成本高,间接的就是增加消费者负担。（2）从结构分：普通式太阳能热水器：就是将真空玻璃管直接插入水箱中，利用加热水的循环，使得水箱中的水温升高，这是目前厂家都采用的。也是一只流行到现在的最常规的热水器。一般改类热水器只有顶层能用，除非顶层用户和你楼下的关系特铁,而且屋顶的面积是有限的。 分体式热水器：分体式热水器是为了解决不是顶层用户也能使用太阳能热水器而诞生的。分体式循环有2种，一种是靠水的自然循环，这种热水器热交换效率很低,远远不能满足用水要求；另一种是靠泵循环热交换,这也是为了解决自然循环效率低的问题，使用泵循环，可以明显改善水的热交换。（3)从水箱受压来来分：承压式太阳能热水器:目前，无论是哪一种分体式热水器，都有一个致命的缺点，必须使用承压式水箱，这是所有分体式热水器的基本思路，这就直接考验你的集热部分的密封性能;还有制造承压水箱成本极高，也存在安全性问题，一般要求耐压7个大气;而且循环效果不是很理想。虽然解决了水的循环问题和使用水时的方便性。 非承压式太阳能热水器：目前装在屋顶的普通太阳能热水器都是属于非承压式热水器，它的水箱有一根管子与大气相通，是利用屋顶和家里的高度落差，使2用水时产生压力。其安全性，成本，使用寿命都比承压式要显著得多。2.3 我国太阳能热水器发展历史我国自78年引进全玻璃真空集热管样管以来,经过20多年努力，攻克了热压封等许多技术难关，已经建立了拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管产业，用于生产集热管的磁控溅射镀膜机已有745台，产品质量达到世界先进水平，产量雄居世界首位。 1978年中国诞生第一台太阳能热水器,到1986年卧式磁控溅射镀膜机的设计制造，是在政策扶持下的研究开发阶段. 1987年，我国制造了第一支全玻璃真空集热管。在之后的几年里，全玻璃和热管式真空管集热器实现了产业化，产业规模达到中试水平，为下一阶段产业的规模化奠定了良好的基础，成为产业的孕育发展阶段。 1993年太阳能产业进入初级发展阶段：由于成果转化需要很长一段时间的磨合，特别是受技术人员缺乏的影响，此阶段的产品质量有待于进一步提高，整体来讲,发展速度较为缓慢。这时候以山东力诺集团为主的真空管生产企业的产品占了真空管生产绝大部分市场。 1997-2001年太阳能产业得到高速发展，逐渐形成北京、鲁东、泰安、扬州、海宁等5个产业基地,并以此向周围不断辐射，产能得以迅速提升。继2004年，太阳雨将中国的真空管太阳能产品第一次带出国门,到2008年上半年出口80个国家、销量继续以两倍速增长，力诺瑞特、桑乐、皇明等中国太阳能光热行业的龙头企业们也纷纷进军国际市场.除这些龙头企业外，以生长于常州和浙江一带为代表的部分中小企业，也在循着早年“浙商闯荡世界的模式，携真空管产品的独有优势和他们惯有的的低价思维,早已经“漂洋过海”,在国际太阳能光热市场上形成了一定的冲击力；还有一些原来只专注于国内市场的企业,也开始参加广交会或不惜成本参加国外的一些专业性展会，以寻求在国际市场分得一杯羹。33 系统方案设计3。1 方案一系统温度采集选用PTl000铂电阻温度传感器,PT100是铂热电阻，阻值随温度变化而改变.PT后的100表示它在0时阻值为100欧姆，在100时它阻值约为138.5欧姆。工业原理：当PT100在0的时候他的阻值为100欧姆，阻值会随着温度上升成匀速增涨。采集的电压信号经集成运放LM324放大到2。O一5.0伏,转换结果由单片机处理。水位检测采用XYC-1型压力水位变送器进行液位值连续采集。XYC-1型压力式液位变送器内部采用进口高精度扩散硅敏感元件作为测量元件，敏感测量元件封装在全不锈钢探头里,通过高强度防水通气电缆与外部放大电路连接,采用直接驱动四位七段数码管显示，通过独立式键盘进行温度和水位控制，通过软件手段实现按键消抖。报警电路由一个蜂鸣器构成，结构简单。加热部分采用光电隔离与辅助加热电路。3。2 方案二系统的温度采集选用采用温度传感器DS18B20，它是美国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DS18B20，它支持“一线总线”接口的温度传感器,全部传感元件及转化电路集成在形如一只三极管的集成电路内。我们可以采用DS18B20采集温度,再进行温度数值转化,再在显示电路上显示。外围电路只需通过DS18B20进行接收温度,一个显示电路，一个报警电路.软件部分只需要采集温度,对温度进行转换，再用显示电路将其显示出来。很明显，环境对DS18B20影响不是很大，同时DS18B20的测量精度稳定并可用软件设置，接线简单,大大的为单片机节省了数据口。3。3 方案比较本设计主要是从温度传感器进行考虑。传统的测温元件有热电偶和热电阻，但它们测出的一般都是电压,再转换成对应的温度，需要较多的外部硬件，电路及软件的调试较为复杂，制作难度高.从以上两种方案中，很容易看出采用方案二所设计的电路相对来说较为简单， 采用一种智能温度传感器DS18B20作为检测元器件，测温范围55125，分辨率最大可达0.0625.DS18B20可以直接读出被测温度值。采用3线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点.4本设计对水位检测要求不高，只须知道大概水位就可以了，因此从功能、材料、价格多方面考虑,只需用水位传感器检测出水位段即可。综上所述，最终决定采用方案二作为设计方案。本设计方案系统可由主控制器(AT89C51)、显示电路、测温器件（DS18B20）、抽水电动机、发光二极管报警、按键、水位显示组成.总体结构框图如图3.1所示：图3.1 总体设计结构框图54 硬件设计4.1 AT89C51介绍AT89C51是带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（EPEROM）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器（俗称单片机）.该单片机与工业标准的MCS-51型机的指令集和输出引脚兼容。AT89C51将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,为很多嵌入式控制提供了灵活性高且价格低廉的方案。AT89C51的主要特性如下：（1）寿命达1000写/擦循环；（2）数据保留时间:10年；（3）全静态工作:0Hz24MHz;(4)三级程序存储器锁定；(5）128 8位内部RAM;（6）32可编程I/O线；（7）2个16位定时器/计数器；(8)5个中断源;（9）可编程串行通道;(10)低功耗闲置和掉电模式；(11）片内振荡器和时钟电路;AT89C51引脚排列如图4.1所示：图4.1 AT89C51引脚图VCC（40）：+5V。GND（20):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P1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/地址的第八位。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外部必须被拉高。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口作为第八位地址接收。 P2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。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地位字节.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，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /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.本文为互联网收集,请勿用作商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途4.2 测温电路设计（1）DS18B20的引脚图及方框图DS18B20的外形及管脚排列图如下图4.2所示。GND 地信号。DQ 数据输入/输出引脚。用在寄生电源下，可向器件提供电源。VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。图4.2 DS18B20外形及引脚排列 DS18B20的方框图如图4。3所示：图4。3 DS18B20方框图（2)DS18B20主要性能和功能特性描述1）DS18B20主要性能 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 测温范围 55125，固有测温分辨率0。5。 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温。 工作电源: 35V/DC。 在使用中不需要任何外围元件. 测量结果以9-12位数字量方式串行传送。 不锈钢保护管直径6。 用于DN1525,DN40-DN250各种介质工业管道、小空间设备测温。 标准安装螺纹M10X1，M12X1。5,G1/2任选。 PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线，便于与其它设备连接。2）DS18B20功能特性描述 DS18B20温度传感器内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性可电擦除的EERAM。高速暂存RAM结构为9字节存储器，结构如表4.1所示。头2个字节包含测得温度信息，第3、4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑第9字节读出前面所有8字节CRC码,可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。第5字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值.该字节各位的定义如表4.2所示。低5位都为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0,用户可改动,R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率.如表4.3所示：表4。1 高速暂存RAM字节数123456789存储信息温度LSB温度MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC表4。2 第5寄存器R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表4.3 DS18B20温度转换时间表TMR1R011111由表4。2、4.3可见,DS18B20分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长.当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换后,温度值就以16位带符号的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节.单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示.DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例.其中S为符号位。DS18B20的温度值格式如表4。4所示：表4.4 DS18B20温度值格式表LSByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0MSByteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS当符号位S0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S1时，表示测得的温度值为负值。表4.5是部分温度值对应的二进制度数据.表4。5 部分温度对应值表温度二进制表示十六进制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25。062500000001100100000191H+10。125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H10。1251111111101011110FF5EH-25。0251111111001101111FE6FH3）DS18B20供电方式DS18B20寄生电源供电方式电路DS18B20寄生电源供电电路,如图4。4所示，要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，靠上拉电阻是无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，只适用于单一温度传感器测温，也不宜采用电池供电系统，并且电源电压必须保证是5V。当电源电压下降时，会使测量的误差变大. 图4.4 DS18B20 寄生电源供电电路 DS18B20的外部电源供电方式DS18B20外部供电有单点测温电路和多点测温电路，单点测温电路如图4.5所示。此时I/O线不需要强上拉电压，同时在总线上可以挂接多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。但要注意在外部供电的方式下DS18B20的GND引脚不能悬空,否则读取的温度总是85。 图4.5 DS18B20 外部供电单点测温电路比较上述两种供电方式后认为外部电源供电方式对电源要求比电源供电方式优越些且稳定性好,由于是家用，温度精度不需太过精准，故在此设计中采用外部电源供电方式供电单点测温电路。（3）测温电路的总成DS18B20是智能温度传感器，它的输入/输出采用数字量,以单总线技术，接收主机发送的命令,根据DS18B20内部的协议进行相应的处理，将转换的温度以串口发送给主机.主机按照通信协议用一个IO口模拟DS18B20的时序，发送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）给DS18B20，并读取温度值,在内部进行相应的数值处理，用图形液晶模块显示各点的温度。当某点温度超过设置值时，报警器开始报警,从而实现了对各点温度的实时监控.如图4.6所示：图4。6 测温电路的设计4.3水位监测电路设计水位控制器是指通过机械式或电子式的方法来进行高低水位的控制，可以控制电磁阀、水泵等，成为水位自动控制器或水位报警器，从而来实现半自动化或者全自动化,方法有多种,根据选用不同的产品而不同。下面对电子式水位开关和浮球开关加以介绍。电子式水位开关原理是通过电子探头对水位检测，再由水位检测专用芯片对检测到信号进行处理,当被测液体到达动作点时,芯片输出高或低电平信号，再配合水位控制器,实现对液位控制。不需浮球和干簧管，外部无机械动作,耐污耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安装，竖向安装有一定防波浪功能，适宜长时间浸在水中,工作电压是直流524V，很安全。这种方式较实用,耐污，寿命长，安全.浮球控制开关基本上有两种方式：一种是浮球开关带着一个大的金属球,浸在水中时浮力大，可以控制两个水位,比如水满了，浮球因为浮力而上升，带动球阀运动，使阀门关闭，停止进水,当水少了,浮球下降，阀门打开，又再进水，如此循环。这种方式较多应用在煮开水器和卫生间的冲水器上。还有一种是带干簧管的微型浮球开关,由外面带有磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合,从而控制水位，多数应用在清水的水位控制，一般十几块钱就有交易了，但易受污物影响，不适用在污水上。第二种是电缆式浮球开关,该装置通过一弹性电线与水泵连接,可用于水塔、水池水位高低的自动控制和缺水保护，允许接的用电器是220V，10A左右，平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线长度，决定水位的高低.这种水位开关价格便宜，对于一些要求不太严格的场合适用，有一定耐污能力.但存在这样的问题:浮球易受外界杂物影响其稳定性，特别是纤维状的杂物缠绕而有失误，同一小水箱里不宜使用多个,否则会相缠绕。使用寿命相对短些,而且多数直接接220V,存在一定的安全隐患，终有一天因为电线破损而漏电电人。所以电缆式浮球开关一般有这样的警告：电源线是本装置的完整部分，一经发现电线受损，本装置应被替换,不准对电线进行修理。文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理,勿做商业用途综上所述，由于是家用热水器，对水位控制不要求那么精确，因此决定采用浮球控制开关。在此设计中有两个水位段,分别是低水位、高水位。其中水位的检测是通过两个单刀单掷开关的闭合得知的并且同时用两个数码管表示出来,其结构简单明了，如图4.7所示:图4。7 水位监测电路的设计4。4 键盘电路设计键盘是若干个按键的集合，它是单片机系统中极常见的输入设备。（1）键盘分类键盘可以分为非编码（独立式）键盘和编码（矩阵式）键盘.矩阵式按键单片机系统中，若使按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式)键盘。矩阵式键盘由行线和列线组成,按键位于行、列线的交叉点上.矩阵式键盘中,行、列线分别连接到按键开关两端,行线通过上拉电阻接到5V上.当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通,此时行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。独立式按键单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路,其特点是每个按键单独占用一根I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用.独立式按键软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态,如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。本设计所用到的按键极少,故采用独立式键盘。（2）键盘控制程序键盘控制程序应具备以下功能： 检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。 有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间对任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。 准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响,通常伴随有一定时间的触点机械 抖动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的长短与开关的机械特性有关,一般为5-10ms.在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错。即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖,而当键数较多时，采用软件去抖.(3）按键消抖通常按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时,电压信号小型如下图。由于机械触点弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定接通,在断开时也不会一下断开。因而在闭合及断开瞬间均伴随有一连串抖动,如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。按键抖动如如图4.8所示： 图4.8 按键抖动按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理.按键的抖动，可用硬件或软件两种方法。由于本次设计按键极少,所以采用硬件消抖.在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。图4.9所示的RS触发器为常用的硬件去抖。图中两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时,输出为1;当键按下时，输出为0。此时即使用按键的机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开(抖动跳开B），中要按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变，输出保持为0，不会产生抖动的波形.也就是说，即使B点的电压波形是抖动的，但经双稳态电路之后，其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。在单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一.CPU对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作,又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种,即编程扫描、定时扫描和中断扫描。 1)编程扫描方式 编程扫描方式是利用CPU完成其它工作的空余调用键盘扫描子程序来响应键盘输入的要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求,直到CPU重新扫描键盘为止. 键盘扫描程序一般应包括以下内容： 判别有无键按下。 键盘扫描取得闭合键的行、列值. 用计算法或查表法得到键值。 判断闭合键是否释放,如没释放则继续等待。 将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。2）定时扫描方式： 定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如10ms）的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描,并在有键按下时识别出该键，再执行该键的功能程序.3)中断扫描方式 采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否按键,CPU都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时,并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态，为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时,CPU处理自己的工作，当有键按下时,产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。图4.9 硬件消抖利用电容的放电延时，采用并联电容法,也可以实现硬件消抖。如图4.10所示:图4。10 硬件消抖(4）键盘电路总成综上所述，采用浮子式开关和硬件消抖电路设计出的键盘电路如图4.11所示：图4。11 键盘电路的设计4。5 显示电路设计LED发光二极管，是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料的禁带宽度决定的.本文为互联网收集,请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏.用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所,作为公共信息显示工具。 第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶.LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。 第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代. 随着LED原材料市场迅猛发展，表面贴装器件从2001年面世，主要用在室内全彩屏,并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间距，被不同价位需求者所接受,在短短两年多时间内,产品销售额已超过3亿元,表面贴装全彩色LED显