水温控制系统

目 录
第一章 设计方案
1.1 设计目的
1. 加深对单片机理论知识的理解
2. 掌握DS18B20控制方法和工作原理
3. 熟悉水温控制系统知识
4. 增强实际操作能力
1.2 任务与要求
1.任务
设计制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。
2.基本要求
（1）测温和控制范围 室温---80度
（2）控制精度+3度
（3）用十进制数码管显示水的实际温度
1.3系统硬件电路设计方案图
1.电路方框图


2.硬件电路总图











第二章 行列式键盘及接口
独立式按键电路每一个按键开关占一根I/O口线，当按键数较多时，要占用较多的I/O口线，因此通常多采用行列式又称矩阵式键盘接口电路。
2.1 行列式键盘工作原理
行列式键盘的结构如图所示。

设键盘中有m X n个键盘，采用矩阵式结构后，需要m+n条接口，如4X4=16个键盘，需要4+4=8条接口线。这个键盘为4行X 4列，如果键4按下则第一行的行线与第三行的列线接通。如果第一行若为低电平，则第一列也输出低电平，而没有按下的列输出都为高电平。根据行、列信号的电平，就可以判断出按下键所在的行、列位置。
2.2 键的识别
键的识别功能，就是判断键盘中是否有键按下，若有键按下则确定其所在的行、列位置和确定该键的键值。如图所示AT89c51与4X4键盘的接口电路，按键识别时通过P1.0~P1.3（X3~X0）分别输出低点平，检测P1.4~P1.7（Y0~Y3）的状态是否为低点平来确定是否有键按下，通常X3~X0称为行扫描输出线，Y0~Y3称为列检测输入线。具体识别过程如下。
（1）判断键盘上有无键闭合。其方法是扫描X0~X3输出全为“0”，读Y0~Y3的状态，若全为“1”（键盘的列线全为高电平）则键盘上没有 闭合键，若Y0~Y3不全为“1”则有键处于闭合状态。
（2）去除键的机械抖动。起方法是判别到键盘上有键闭合后，可才用软件延迟一段时间（一般为10ms）再判别键盘的状态，若仍有键闭合状态，则认为键盘上有一个确定的键按下，否则人为是键的抖动。
（3）判别键闭合的的键号。方法是为对键盘的列线进行检测。扫描口X0~X3每位依次分别输出低电平，其他的三位为高电平，相应的顺次读Y0~Y3的状态，若Y0~Y3为全“1”，则行线为0的这一行上没有键闭合，否则这一行有键闭合。闭合键的键号等于为低电平的列号加上为高电平的首键号。例如，X0~X3输出为1101时，读出Y0~Y3为1101，则2行2列相交的键处于闭合的状态，第2行 的首键号为8，列号为
N=为低电平的行首键号+为低电平的列号=8+2=10
（4）使CPU对键的依次闭合仅作一次处理。闭合键一次仅进行一次键功能操作，采用的方法为等待闭合键释放以后再把键值送入A中，然后执行键功能操作。
2.3 键盘工作方式
单片机应用系统中键盘扫描只是CPU工作的内容之一。CPU在忙于各项工作的任务时，如何兼顾键盘扫描，既保证不失时机的响应键操作，有不过多占用CPU时间。因此要根据应用系统中CPU的忙、闲情况选择好键盘的工作方式。讲盘的工作方式有编程扫描方式、中断扫描方式。
（1）编程扫描工作方式 编程扫描工作方式是月度年个 CPU在完成其他工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键输入要求。在执行键功能程序是，CPU不再响应键输入要求。下面是按图编写的键扫描的程序
BEGIN： MOV R4， #00H ；R4寄存器清零
MOV P1， #0F0H ；P1口高四位置1
MOV A， P1 ；输入P1口数据
ANL A， #0F0H ；屏蔽低四位
CJNE A， #0F0H，DELAY ；判断有没有键按下，若有条延时
SJMP RETU ；转返回
DELAY： ACALL DL10 ；10ms延时消除抖动
MOV A， P1 ；重新输入P1口数据
ANL A， #0F0H ；屏蔽低四位
CJNE A， #0F0H；DELAY ；再次判断是否真有键按下
SJMP RETU ；没有返回
PROG： MOV R2， #04H ；向R2送行扫描次数
MOV R3， #01H ；向R3送行扫线初值
SCAN： MOV A， R3
CPL A ；行扫值取反
MOV P1， A ；输出行扫描
MOV A， P1 ；输入扫描结果列值
ANL A， #0F0H ；屏蔽第四位
CJNE A， #0F0H，FN ；判断是否本行键，是转键处理
MOV A， R3
RL A ；修改扫描行
MOV R3，A ；保存修改后的值
DJNZ R2，SCAN ；扫描次数减1，若没完成继续扫描
SJMP RETU
FN： CPL A ；得到列值
ADD A， R3 ；列值加首行键值得按键值
MOV R4， A ；按键送R4保存
RETU： RET
DL10 …
本程序执行后R4内容为键值，其中高四位列值，低四位为行值。若无键按下，R4内容为00H。采用延时10 ms去抖动。
在程序扫描法中，CPU的空间时间必须扫描键盘，否则当有键按下是CPU就无法知道。但多数时间里CPU处于空扫描状态，CPU的时间开销太大，也不利于监控程序的块化。
（2）中断扫描方式 中断扫描方式又分为两种定时器中断扫描方式和键盘按键中断扫描方式。
定时器中断扫描方式是利用单片机内部定时器产生定时中断（例如100ms），CPU响应中断请求时，对键盘进行扫描和键值识别。若所识别按键为功能键，则输入功能程序。定时中断扫描方式的键盘接口电路与程序扫描法的接口电路相同。
定时器中断扫描程序，实际上作为定时器中断服务程序。这种方式虽然可以改善程序结构，但是多数扫描仍然可能为“空扫描”，CPU效率提高大。
另外一种中断扫描方式是键盘按键中断扫描方式。如图是按键中断扫描方式的8031与键盘的接口电路。
在键盘按键中断扫描方式下，当键盘上有键时，线中必有一个为低电平，经与门输出“0”，向8031发中断请求信号。CPU响应中时，在中断程序中进行键的识别处理。在这种方式下，键盘程序仅作为监控的一个功能模块。在没有键按下的时间里CPU不扫描键盘，这种方式大大提高了CPU的效率。









第三章　 AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.1 主要特性：
•与MCS-51 兼容
•4K字节可编程闪烁存储器
寿命：1000写/擦循环
数据保留时间：10年
•全静态工作：0Hz-24Hz
•三级程序存储器锁定
•128*8位内部RAM
•32可编程I/O线
•两个16位定时器/计数器
•5个中断源
•可编程串行通道
•低功耗的闲置和掉电模式
•片内振荡器和时钟电路
3.2 管脚说明：
VCC：供电电压。
GND：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。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
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。
3.3 振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.4 芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3.5 电路图




第四章 显示部分
4.1、显示部分程序如下：
ORG 0000H
LJMP DISP
ORG 0030H
DISP: MOV R1,#78H
MOV R5,#0FEH
PLAY: MOV P0,#0FFH
MOV A,R5
ANL P2,A
MOV A,@R1
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DL1MS
INC R1
MOV A,P2
JNB ACC.1,ENDOUT
RL A
MOV R5,A
MOV P2,#0FEH
AJMP PLAY
ENDOUT: MOV P2,#0FFH
MOV P0,#0FFH
RET
TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH
DL1MS:
MOV R7,#235
LOOP1:NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZ R7,LOOP1
RET
DL500MS:
MOV R6,#245
LOOP2:
LCALL DL1MS
DJNZ R6,LOOP2
RET
END
4.2 显示部分电路图如下：




第五章 数字温度传感器DS18B20的原理与应用
5.1 引言
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
5.2 DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图4）。
ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

图1DS18B20的内部结构

图2DS18B20的管脚排列

（a）初始化时序

（b）写时序

（c）读时序
图3DS18B20的工作时序图

（a）寄生电源工作方式
（b）外接电源工作方式
图4DS18B20与微处理器的典型连接图
DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。
23 22 21 20 2－1 2－2 2－3 2－4
温度值低字节
MSBLSB
S S S S S 22 25 24
温度值高字节
高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下：
0 R1 R0 1 1 1 1 1
MSBLSB
R1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。
　 高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。
5.3 DS18B20温度传感器的存储器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。

该字节各位的意义如下：
TM R1 R0 1 1 1 1 1
低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）
分辨率设置表:
R1 R0 分辨率 温度最大转换时间
0 0 9位 93.75ms
0 1 10位 187.5ms
1 0 11位 375ms
1 1 12位 750ms
根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

5.4 DS18B20的工作时序
　　DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3（a）（b）（c）所示。
5.5 DS18B20与单片机的典型接口设计
图4以MCS－51系列单片机为例，画出了DS18B20与微处理器的典型连接。图4（a）中DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GND端均接地，图4（b）中DS18B20采用外接电源方式，其VDD端用3V～5.5V电源供电。
假设单片机系统所用的晶振频率为12MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写了3个子程序：INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。
DATEQUP1.0
……
INIT:CLREA
INI10:SETBDAT
MOVR2,＃200
INI11:CLRDAT
DJNZR2,INI11；主机发复位脉冲持续3μs×200=600μs
SETBDAT；主机释放总线，口线改为输入
MOVR2,＃30
IN12:DJNZR2,INI12；DS18B20等待2μs×30=60μs
CLRC
ORLC,DAT；DS18B20数据线变低（存在脉冲）吗？
JCINI10；DS18B20未准备好，重新初始化
MOVR6,＃80
INI13:ORLC,DAT
JCINI14；DS18B20数据线变高，初始化成功
DJNZR6,INI13；数据线低电平可持续3μs×80=240μs
SJMPINI10；初始化失败，重来
INI14:MOVR2,＃240
IN15:DJNZR2,INI15；DS18B20应答最少2μs×240=480μs
RET；
WRITE:CLREA
MOVR3,＃8；循环8次，写一个字节
WR11:SETBDAT
MOVR4,＃8
RRCA；写入位从A中移到CY
CLRDAT
WR12:DJNZR4,WR12
；等待16μs
MOVDAT,C；命令字按位依次送给DS18B20
MOVR4,＃20
WR13:DJNZR4,WR13
；保证写过程持续60μs
DJNZR3,WR11
；未送完一个字节继续
SETBDAT
RET；
READ:CLREA
MOVR6,＃8；循环8次，读一个字节
RD11:CLRDAT
MOVR4,＃4
NOP；低电平持续2μs
SETBDAT；口线设为输入
RD12:DJNZR4,RD12
；等待8μs
MOVC,DAT
；主机按位依次读入DS18B20的数据
RRCA；读取的数据移入A
MOVR5,＃30
RD13:DJNZR5,RD13
；保证读过程持续60μs
DJNZR6,RD11
；读完一个字节的数据，存入A中
SETBDAT
RET；
主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，可写出完成一次转换并读取温度值子程序GETWD。
GETWD:LCALLINIT
MOVA,＃0CCH
LCALLWRITE；发跳过ROM命令
MOVA,＃44H
LCALLWRITE；发启动转换命令
LCALLINIT
MOVA,＃0CCH；发跳过ROM命令
LCALLWRITE
MOVA,＃0BEH；发读存储器命令
LCALLWRITE
LCALLREAD
MOVWDLSB,A
温度值低位字节送WDLSB
LCALLREAD
MOVWDMSB,A
温度值高位字节送WDMSB
RET
程序GETWD读取的温度值高位字节送WDMSB单元，低位字节送WDLSB单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。
5.6 DS18B20控制方法
在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。
DS18B20有六条控制命令，如表所示：
指 令 约定代码 操 作 说 明
温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换
读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容
写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
CPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
5.7 DS1820使用中注意事项
　　DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：
　　(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。
　　(2)在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。
　　(3)连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。
　　(4)在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。








第六章 固体继电器
6.1概述
固体继电器（SSR）是继电器技术发展的一大趋势，也是近几年市场需求增长最快的继电器，在全球继电器中的比例约为8%。据预测，2001-2004年世界固体继电器年均增长率约为8.4%。受测试设备、工业控制系统及PC应用的刺激，2003年对工业用SSR的需求增长两倍左右。通讯、微处理器控制及安全设备用的SSR需求增长20%以上。据Frost & Sullivan报告，有从机电继电器转向较贵的固体继电器趋势。
固体继电器的主要优点是：
（1） 无运动零部件，无机械磨损，无动作噪声，无机械故障，可靠性高；
（2） 无燃弧触点，无触点间的火花、电弧，无触点抖动和磨损，对外干扰小；
（3） 开关速度迅速，动作时间可达10-3S以下；
（4） 灵敏度高，控制功率小，可达10-3以下，能很好地与TTL、CMOS电路兼容；
（5） 抗冲击振动性能优良，容易实现“零”压切换；
（6） 一般用绝缘材料灌封成全封闭整体，所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也极佳；
（7） 半导体器件作为开关工作，寿命长；
（8） 易实现附加功能。
正因为SSR具有上述突出优点，其应用在不断扩大。
与电磁断电器相比，SSR有以下弱点：
（1） 固体“触点”导通时有一定的压降，可达1-2V，消耗一定的功率，直接影响SSR所控制的最大负电流和所允许的最高环境温度，过载能力差，易导致热损坏；
（2） 固体“触点”断开时存在一定的漏电流，使输出回路不能真正断电；
（3） 易受温度和幅射影响，参数稳定性能差。由于它对瞬态失误极敏感，有时要求附加保护器件；
（4） 一般来说，体积比机电式继电器大，价格贵，对功率负载，还要加装散热片，进一步增加了空间与成本；
（5） 实现多组和多组转换较为困难；
（6） 直流SSR一般分正极和负极输出端，使用中通用性差；
（7） 通、断阻抗比远小于有触点开关，抗干扰能力差。
这些弱点的存在，使SSR的应用在一些方面受到限制。因而，SSR和机电继电器将会较长期共存，互为补充、相互促进、结合发展，两者将以各自的独特的优点，在其最适合的领域里得到广泛的应用。
SSR在美国和日本发展较快。在美国SSR占其继电器市场份额达10%以上。而我国仅占继电器市场1%左右，市场潜力较大。据预测，我国SSR市场将以每年20%的速度递增，主要在电信、航空电子、数据处理、工业控制系统、办公设备、汽车控制开关和测试设备、仪表等领域应用。
6.2固体继电器使用中应注意的问题
SSR性能参数测试时应注意以下几点：
1）测试直流SSR接通和关断电压时，输入电压不能长时间处于接通与关断之间，否则输出端功耗急剧上升，容易烧坏输出开关元件。
2）测试中不要随意加快动作速率（一般输入信号的一个周期长应为接通和关断时间之和的10倍以上）,否则因动态开关损耗大无法工作，甚至烧坏输出开关元件。
3）测试时，首先要了解输出电流与壳温（环境温度）之间的关系曲线（壳温上升或不带散热器时额定输出电流会下降），避免过载引起永久性失效。
4）SSR在关断状态下输出两端不能实现完全的隔离，存在一定的漏电流,在较高电压下测试介质耐压和绝缘电阻在使用时，易发生触电事故。输出两端绝不可测试绝缘电阻或耐压。
SSR使用中应注意的问题
1）在实际使用时，必须使产品的实际使用条件完全符合产品各项参数和特性曲线的要求。
2）SSR受温度影响较大，使用时要考虑好散热(一般负载电流>5A时应装散热片)，当环境温度高时，SSR的负载能力必然相应下降，因此选用SSR时须留有一定的余量。
3）当继电器处于导通状态时，将承受P=V（管压降）×I（负载）的耗散功率。因此必须根据实际工作环境，合理选用散热器的尺寸或降低负载电流使用。
4）SSR不允许过压过流工作。由于白炽灯、电炉等负载的“冷阻”特性，将导致开通瞬间的浪涌电流（一般为额定负载电流的7倍或更大）。对此类负载，负载能力应留有充分的余量。
5）在实际运行中负载短路极易造成继电器损坏。应采用快速熔断器和空气开关保护，避免因负载短路造成继电器损坏。
6）输入工作电压的波动系数应保证在5%以内。
7）为了确保继电器正常工作，环境温度较低时应适当增大输入电流，温度较高时应适当减小输入电流值。
8）若输入电压过高，接近或超过极限时，可外接限流电阻。
9）若用IC直接驱动继电器输入时，应有足够的负载能力和尽可能低的“0”电平输入。
6.3 输出端工作条件：
为确保SSR可靠工作，必须正确使用继电器的最大极限参数和采取必要的保护方法。
1） 峰值电压选择：对于不同性质的负载应正确选择继电器的最大峰值电压。
电感负载：应选取线路电压（有效值）的2-3倍。
纯电阻负载：应选取线路电压（有效值）的1.5-2倍。
2） 输出端RC浪涌吸收回路：继电器的内部装有RC浪涌吸收网络。可根据实际需要外接RC吸收网络。
3） 电源端使用RC浪涌吸收回路：以消除电网在切换时产生的瞬变电压对继电器造成的损坏。
4） SSR开路时，开路电阻不是无穷大，产生一定的漏电流，设计线路时要注意到。
6.4 SSR常见失效及原因分析
1）、继电器不断开：
（1） 负载电流大于SSR的额定切换电流，这样会使继电器永久短路，此时应使用额定电流较大的SSR。
（2） 在继电器所处的环境温度下，对于所承受的电流来说如散热不良，会损坏输出半导体器件，此时应使用较大的或更有效的散热片。
（3） 线电压瞬变引起SSR输出部分穿通，此时应使用额定电压较高的SSR或提供额外的瞬态保护电路。
（4） 使用的线电压高于SSR的额定电压。
2）、切断输入后SSR才断开：
在SSR应该断开的时候，测量输入电压，如果测得的电压低于必须释放电压，表明断电器的释放电压太低，应更换继电器如果测得的电压高于SSR的必须释放电压，则是SSR输入端前面的线路有问题，必须改正。
3）、继电器不导通
（1） 在继电器应该导通时，测量输入电压，如果该电压低于必须动作电压，表明SSR输入端前面的线路有问题；如果输入电压高于必须动作电压，查对电源极性并在必要时加以更正。
（2） 测量SSR的输入电流，如无电流，则系SSR开路，该继电器有故障；如果有电流，但低于继电器的动作值，是SSR前面的线路有问题，必须改正。
（3） 检查SSR的输入部分，测量SSR输出两端的电压，如果电压低于1V，表明继电器以外的线路或负载开路并应进行修理；如果存在线电压，则可能是负载短路，使电流过大引起继电器失效。
6.5 固体继电路工作原理
固体继电器与通常的电磁继电器不同：无触点、输入电路与输出电路之间光(电)隔离、由分立元件．半导体微电子电路芯片和电力电子器件组装而成，以阻燃型环氧树脂为原料，采用灌封技术持其封闭在外壳中、使与外界隔离，具有良好的耐压、防腐、防潮抗震动性能。
固体继电器由输入电路、驱动电路和输出电路三部分组成。
这里仅以应用较多的交流过零型固体继电器为例，介绍其工作原理。该电路采用了过零触发技术，具有电压过零时开启，负裁电流过零时关断的特性，在负载上可以得到一个完整的正弦波形，因此电路的射频干扰很小。
此主题相关图片如下：

该电路由信号输人电路、零电压检测控制电路、工作指示电路、双向晶闸管控制电路和吸收电路几部分组成。采用了光电耦合器GD作为输入电路和输出电路之间的隔离元件，VD是防止Vin正负接反烧坏GD。
电路工作过程：当无输入信号时，GD中的光敏三极管裁止，VT1是交流电压零点检测器，通过R3获得基极电流而饱和导通，将VTH的门极箝在低电位而处于关断状态。当有输人信号时，光敏三极管导通，此时VTH的状态由VT1决定，如此电源电压大于过零电压时，分压器R3、R2的分压点P电压大于VBE1，VT1饱和导通，SCR门极因箝位在低电位而截止，TR的门极因没有触发脉冲而处于关断状态。只有当电源电压小于过零电压，P点电压小于VBE1时G1截止，SCR门极获得触发信号而导通。在TR的门极获得触发脉冲，TR就导通．从而接通负载电源。
当输入信号关断后GD中的光敏三极管截止， G1饱和导通使SCR门极箝位在低电位而关断，但是此时TR仍保持导通状态，负载上仍有电流流过，直到负载电流随VAC减小到小于双向晶闸管TR的维持电流才会自行关断，切断负载电源。
由于触发信号方式不同，AC—SSR还分为过零型触发(Z型)和非过零型或随机型(P型)触发两种，如图为其工作波形图。可见过零型和非过零型之间的区别主要在于负载交流电流导通的条件。过零型在输入信号Vin施加的t1时刻，由于此时电源电压处在非过零区，其输出端不导通，只有当电源电压到达过零区t2时，输出端负载中才有电流流过。而非过零型在输入信号Vin施加的t1时刻，不管电源电压处在什么状态，负载立刻导通。这两种类型的固体继电器关断条件则相同。
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