以單片機(jī)AT89C2051為核心控制的電熱水器定時(shí)控制器設(shè)計(jì)

1引言

傳統(tǒng)的大容量電熱水器加熱的時(shí)間比較長(zhǎng)，如果熱水器一直開(kāi)著，則耗能耗電。定時(shí)開(kāi)關(guān)控制器可有效解決這些問(wèn)題，使電熱水器使用起來(lái)更加舒適省電。這樣電熱水器不僅可以充分利用閑置的時(shí)間，避免用戶使用時(shí)長(zhǎng)時(shí)間等待，減少不必要保溫，也可以更加節(jié)約電能，特別對(duì)低谷及高峰用電有差價(jià)地區(qū)，利用晚間低谷用電開(kāi)機(jī)加熱，白天用電高峰關(guān)機(jī)保溫，能大量節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支。本文中的定時(shí)控制器主要是以單片機(jī)AT89C2051作為核心控制元件，通過(guò)外圍電路控制熱水器的電源，以達(dá)到定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)的目的。

2硬件組成及工作原理

本系統(tǒng)加電后即進(jìn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)，用戶可以隨時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)間動(dòng)作以及設(shè)定熱水器開(kāi)關(guān)的時(shí)間，控制器將會(huì)在設(shè)定的開(kāi)關(guān)時(shí)刻通過(guò)單片機(jī)的輸出端口控制輸出繼電器動(dòng)作，進(jìn)而控制熱水器的啟閉。硬件原理圖如圖1所示。

圖1定時(shí)控制器硬件原理圖

系統(tǒng)的核心為單片機(jī)AT89C2051，AT89C2051為20腳300MIL封裝，帶有2KFLASHE2PROM的單片機(jī)，除了少了兩個(gè)并口外，兼容MCS-51系列單片機(jī)所有功能。具備體積小、功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。通過(guò)P3.7口連接一個(gè)鍵盤(pán)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)人工對(duì)參數(shù)的自由設(shè)定。通過(guò)串口連接6位LED數(shù)碼管，分別顯示小時(shí)、分鐘和秒。系統(tǒng)定時(shí)啟動(dòng)是通過(guò)P3.0口完成的。程序開(kāi)始時(shí)這三個(gè)口的輸出狀態(tài)是低電平，892051通過(guò)程序查詢P3.0口輸出的ON或OFF狀態(tài)預(yù)置時(shí)間是否已到，如果已到時(shí)間，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，就完成了對(duì)外部電路的控制。

2.1顯示電路

主要由七段共陽(yáng)顯示譯碼器74LS47、3線-8線譯碼器74HC138、7個(gè)PNP型三極管和六個(gè)數(shù)碼管組成。通過(guò)89C2051的P1.4～P1.7口將要顯示字符的BCD碼輸出到74LS47的四個(gè)輸入端，譯碼后輸出相應(yīng)的筆段驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管（共陽(yáng)）。LED數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，即在某一時(shí)刻，只有一個(gè)數(shù)碼管被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的位選信號(hào)由89C2051的P3.3～P3.5輸出，經(jīng)74HC138譯碼后通過(guò)三極管放大，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)碼管。

2.2鍵盤(pán)電路

鍵盤(pán)電路跟顯示電路一樣，采用掃描方式，利用動(dòng)態(tài)顯示時(shí)的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)位置信號(hào)來(lái)判斷相應(yīng)按鍵的狀態(tài)。單片機(jī)的P3.3～P3.5口輸出的BCD碼經(jīng)譯碼器譯碼后，相應(yīng)Y口呈低電平，而89C2051的P3.7口平時(shí)為高電平（由于有上拉電阻），當(dāng)某一鍵按下時(shí)，P3.7被下拉為低電平，這時(shí)單片機(jī)利用程序查詢P3.7是否為低電平，如果P3.7為低電平，就讀回單片機(jī)P3.3～P3.5口的值（從緩沖區(qū)讀?。?，就可判斷是那個(gè)按鍵按下，然后調(diào)用相應(yīng)的處理程序進(jìn)行處理。

2.3輸出控制電路

單片機(jī)對(duì)控制的輸出是通過(guò)P3.0～P3.2口完成的。程序開(kāi)始時(shí)這三個(gè)口的輸出狀態(tài)是低電平，AT89C2051通過(guò)程序查詢?nèi)份敵龅腛N或OFF狀態(tài)預(yù)置時(shí)間是否已到，如果已到時(shí)間，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，就完成了對(duì)外部電路的控制。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1主程序工作過(guò)程

首先循環(huán)進(jìn)行六個(gè)數(shù)碼管掃描顯示（DISPLY段），然后比較所有預(yù)置時(shí)間（COMP段）是否與當(dāng)前時(shí)間相等，如相等則轉(zhuǎn)向相應(yīng)處理程序。在比較完成（或處理完成）后判斷有無(wú)按鍵（PP2段），沒(méi)有則返回繼續(xù)顯示、比較、判斷;有按鍵則轉(zhuǎn)向相應(yīng)處理程序。按鍵轉(zhuǎn)移采用偏移量加表格跳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移法（KEY段），簡(jiǎn)單、明了。預(yù)置時(shí)間比較則采用逐一比較法，即對(duì)每一個(gè)預(yù)置值進(jìn)行比較，如相等則做相應(yīng)處理。具體比較時(shí)（COMP1段）先比較TH值，如不相等則直接轉(zhuǎn)出并置“時(shí)間到”標(biāo)志CCB為0，如TH、TM、TS全部對(duì)應(yīng)相等，則置該標(biāo)志為1，軟件流程圖如圖2所示。

圖2軟件程序工作流程圖

3.2秒脈沖發(fā)生器

秒脈沖發(fā)生器是由定時(shí)器T0和內(nèi)存空間TT0配合完成的。T0工作于16位計(jì)數(shù)器模式，當(dāng)T0向上計(jì)數(shù)由全1變?yōu)槿?時(shí)產(chǎn)生中斷，本程序中T0的初值為0DC00H，大約0.01s中斷一次。這里使用的晶振頻率為11.0592MHz，由此可計(jì)算出日誤差約為0.78s。工作過(guò)程：如圖2流程圖所示，產(chǎn)生中斷后，首先保存ACC和PSW的值，然后為T(mén)0重裝初值，判斷中斷次數(shù)是否小于100，是則轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)，反之則為秒計(jì)數(shù)器加1，秒計(jì)數(shù)器如果大于59，則為分計(jì)數(shù)器加1，同時(shí)秒計(jì)數(shù)器清0。同樣分計(jì)數(shù)器如大于59則為時(shí)計(jì)數(shù)器加1，同時(shí)分計(jì)數(shù)器清0，時(shí)計(jì)數(shù)器如大于23則清0并轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)。T0中斷100次的時(shí)間剛好為1秒鐘。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以AT89C2051單片機(jī)為核心輔以外圍電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低成本的要求。本控制器為定時(shí)控制并顯示有關(guān)參數(shù)，能夠滿足系統(tǒng)要求的同時(shí)，又具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)之特點(diǎn)。靈活的鍵盤(pán)輸入方式設(shè)定參數(shù)，增加了系統(tǒng)的靈活性。本定時(shí)控制器已經(jīng)經(jīng)過(guò)測(cè)試并投入使用，證明運(yùn)行可靠，操作方便，用在傳統(tǒng)的不帶定時(shí)功能的熱水器上，能夠達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的控制目的，有推廣使用價(jià)值。