基于51单片机的智能热水器控制系统..

处理，当判断到有水时，芯片输出与电源电压相同的高电平，当判断到无水时，芯片输出0V，产品正常供电后，与单片机通过数据线和地线连接。 1.3.4 其它模块

为了实现准确的定时功能，本系统采用了专门的时钟芯片DS1302，来提供详细的日期和时间基准。同时，设置3个LED灯和蜂鸣器，组成其声光提示和报警模块。

DS1302是一款涓流充电时钟保持芯片，由DALLAS公司出品，可以通过简单的串口同单片机进行通信，芯片内部有自己的独立时钟电路和一个31字节的静态RAM，能够向单片机提供详细的时钟信息，如日期年月日，时间时分秒等，对于每月的天数和闰年能够自动进行处理，保证日期记录的准确性。在硬件连接上，其使用三个数据线同单片机的相应端口进行连接，分别为复位、数据和串行时钟。其芯片正常工作的功率极低，在日期时间数据的保持和记录时消耗的功率不足1mW。其封装形式和管脚定义如下图1.6所示。

图1.6 DS1302的封装和管脚定义

在使用时，该芯片要外接32.768KHz的晶振，需要简单的外围电路。如下图1.7所示为其一种典型的应用电路。

图1.7 一种典型的DS1302应用电路图

声光报警模块所采用的LED灯和小型的蜂鸣器就比较常见，电路特性也很

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容易掌握，在LED灯的使用时，要注意选择合适的颜色，同时要根据最大电流限制，加上合适的限流电阻，从而保护LED灯工作在正常的电压电流条件下。蜂鸣器的驱动无法靠单片机的端口直接完成，要使用相应型号的三极管进行放大，如9012、8550等型号，通过三极管驱动蜂鸣器，才能正常发声。

1.4 本章小结

本章对系统的总体方案进行了设计，同时详细确定了系统所应该具有的功能模块，对控制模块、显示模块、输入模块等模块的主要实现方案和元器件的选择方案进行了分析与比较，从而确定了系统所需要使用的各个元器件。同时，根据元器件的资料和数据手册，对主要元器件的硬件连接、使用和操作方法进行了重点研究，为硬件电路的搭建和软件编程提供了基础。

2 硬件电路的设计与实现

2.1 单片机最小系统硬件电路设计

单片机最小系统包括晶振、复位电路等。单片机内部已经具有时钟震荡电路，因此，我们搭建单片机最小系统，只需要在其XTAL1和XTAL2两个引脚之间加入反馈电路，就可以让单片机得到时钟信号。一般的反馈电路就是石英晶体振荡器和两个30uf的旁路电容，电容值的大小是根据其晶振频率高低进行调整的。

在单片机的最小系统的电路中，石英晶体振荡器的频率越高，单片机内部时钟信号的周期就越短，单片机的指令执行速度就越快。本设计中在单片机时钟频率的设置方面采用12MHz，同时对单片机的复位引脚设置相应的复位按键，以供用户在必要的时候对单片机进行重启操作。对于本系统的各个传感器接口，也要进行引出，以供各个传感器、电源、数据线接口使用。最小系统可以在万用板上手工搭建，也可以直接使用PCB板上焊接好的成品模块，其硬件原理图如下图2.1所示。

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图2.1 单片机最小系统及其接口电路设计

2.2 显示模块硬件电路设计

本设计选用字符型液晶LCD1602为显示器件，将LCD1602的数据引脚都接入单片机的P0端口，即P0.0~P0.7分别对应地和1602显示屏的8根数据线DB0~DB7相连接。如图2.2所示，特殊功能端RS、RW、E通过网络标号，分别接P1.0，P1.1和P1.2。模块的VEE端可以调节显示模块显示字符的亮度和对比度，在实际电路中采用10K欧姆蓝白卧式可调电阻102，通过拧动，可以改变显示字符的效果。

图2.2 显示模块及其接口电路设计

2.3 温度传感器DS18B20电路设计

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DS18B20温度传感器与单片机的连接比较简单，直接将其数据线连接到单片机的P2.1端口上，即网络标号DQ，电源和地线也连接到单片机主板上，同时数据线用电源电压通过4.7K的电阻上拉。

图2.3 温度传感器及其接口电路设计

2.4 电子式水位开关硬件电路设计

缺水判断由电子式水位开关完成，有水时输出高电平，无水时输出低电平。高电平等于电源电压，因此其供电选择为5V，数据线和地线接入单片机主板，如下图2.4所示，网络标号WATER对应单片机的P2.2端口。

图2.4 电子式水位开关接口电路设计

2.5 时钟芯片电路设计

时钟芯片DS1302的RST、SCLK和I/O三个端口与单片机相连，进行数据交换，如下图2.5所示，网络标号分别为RST、SCK和IO，分别与单片机的P3.7、P3.5和P3.6相连，实现与单片机的通信。通过参考DS1302时钟芯片的经典电路设计方案，设计本系统所需要电路结构。DS1302具有涓流充电功能，可以设置双电源，其中VCC1为备用电源，在电路中另外引出，接一块型号为CR2302

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