【正文】 ...... 8 水位檢測(cè)模塊 ...................................................................................................... 8 水 位測(cè)量原理 ............................................................................................. 8 ...................................................................................... 9 溫度檢測(cè)模塊 ....................................................................................................10 LCD 液晶顯示模塊 .............................................................................................13 12864 液晶 [8] .............................................................................................13 LCD 液晶顯示電路設(shè)計(jì) .............................................................................15 IX 鍵盤(pán)控制模塊 ....................................................................................................16 報(bào)警模塊 ............................................................................................................17 電 磁閥控制模塊 .................................................................................................17 雙機(jī)通信及其他電路設(shè)計(jì) ....................................................................................18 ．其他電路設(shè)計(jì) ...................................................................................................19 ............................................................................................19 復(fù)位電路 ...................................................................................................20 設(shè)計(jì)總電路圖 ............................................................................................20 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .....................................................................................................23 設(shè)計(jì)思路 ............................................................................................................23 溫度測(cè)量子程序 ..................................................................................................23 水位 測(cè)量 子程序 ..................................................................................................24 液晶顯示子程序 ...........................................................................................25 結(jié)束語(yǔ) ............................................................................................................................26 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................27 致謝 ................................................................................................................................27 1 第 1 章 緒論 前言 地球上的不可再生能源總有一天會(huì)消耗殆盡，所以開(kāi)發(fā)和有效利用太陽(yáng)能這樣的環(huán)保且資源豐富的能源有著重要的意義。太陽(yáng)能熱水器就是太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)和利用的一大產(chǎn)業(yè)，所以完善太陽(yáng)能熱水器也成為最近的研究熱門(mén)課題。目前太陽(yáng)能熱水器效率和功能上還存在著比較多的問(wèn)題：例如不可缺水，空曬情況下上水會(huì)爆炸；春、秋天，水溫升高造成水變成水蒸氣蒸發(fā)，造成熱能損失；冬天水溫 不夠，導(dǎo)致熱水器成為了擺設(shè)?，F(xiàn)在人們對(duì)家用電器的要求越來(lái)越趨向數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化。很多國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱水器商家為了使自己的產(chǎn)品能在市場(chǎng)上有一席之地，在不斷提高太陽(yáng)能熱水器性能的同時(shí)，也不斷加大力度滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)于太陽(yáng)能使用方便的要求，于是太陽(yáng)能熱水器的智能化程度也一年比一年高。但是大部分太陽(yáng)能熱水器還是存在著使用不便和小毛病多等問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)是針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)，由 AT89S52 單片機(jī)和一些外圍設(shè)備，充分運(yùn)用軟件和硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前水位高度顯示、水箱溫度顯示，以及當(dāng)水位下降到最低刻度線(xiàn)時(shí)自 動(dòng)上水三種主要功能，很好的解決了一些太陽(yáng)能熱水器的通病。 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 我國(guó)在太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展迅猛，已經(jīng)一躍成為太陽(yáng)熱水器第一生產(chǎn)大國(guó)，但現(xiàn)狀是我國(guó)很多企業(yè)生產(chǎn)的太陽(yáng)熱水器仍然有著功能單一、數(shù)字化低、智能化低的不足。近幾年來(lái)，市場(chǎng)上陸續(xù)出現(xiàn)了一些太陽(yáng)能熱水器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定：比如檢測(cè)誤差大、顯示器亂碼，還有的與電輔助加熱裝置不能很好配合和太陽(yáng)能利用率較低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了用戶(hù)的日常使用也從而影響到太陽(yáng)熱水器的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)慘淡。所以我認(rèn)為太陽(yáng)熱水器，有著廣闊的發(fā)展前景，一款好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能讓整個(gè)太陽(yáng)熱 水器提高不止一個(gè)檔次，讓企業(yè)樂(lè)開(kāi)了花，也給百姓生活帶去了方便，是一種雙贏的研究。因此，在太陽(yáng)能熱水器水位監(jiān)測(cè)水溫檢測(cè)方面的研究發(fā)，應(yīng)引起足夠重視，加大投入一定力量研究開(kāi)發(fā)高質(zhì)量、性能好的測(cè)控產(chǎn)品。 在西方，尤其是美國(guó)、德國(guó)、以色列這些國(guó)家在太陽(yáng)能熱水器方面的研發(fā)一直比較活躍。以美國(guó)歐沃斯利諾依斯公司的發(fā)明的全玻璃真空管太陽(yáng)集熱器最為普及，使用了高真空技術(shù)，使集熱器的熱損失比普通平板式太陽(yáng)能集熱器的熱損失降低了一大塊（該集熱器選擇性吸收涂層的吸收陽(yáng)光的效率 83%）。另一方面還設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了用于太陽(yáng)能熱水器的先 進(jìn)的應(yīng)用軟件，從而使太陽(yáng)能熱水器技術(shù)水平領(lǐng)先我國(guó)不少。 太陽(yáng)能熱水器智能水位控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹 、水溫測(cè)量電路。這部分用于采集水位水溫信號(hào)給單片機(jī)，是太陽(yáng)能熱水器控制 器最關(guān)鍵的部位。 2．時(shí)間、水位、溫度顯示和鍵盤(pán)電路。這部分用于系統(tǒng)和人的信息交互。 3．驅(qū)動(dòng)電路。上水電磁閥、報(bào)警電路，是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部分。 2 第 2 章 方案論證 和單片機(jī)的選擇 方案論證和方案的選擇 方案一：利用單片機(jī)進(jìn)行水位檢測(cè)和控制，基于數(shù)字電路的全自動(dòng)控制，其工作過(guò)程是被測(cè)水位經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)采集模塊進(jìn)行 采樣，然后把采樣得到的模擬信號(hào)送入 ADC0804 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換讀如單片機(jī)，再由單片機(jī)進(jìn)行處理，得出結(jié)果是否啟動(dòng) /停止控制電路執(zhí)行信號(hào)以達(dá)到水位的控制，具體硬件流程框圖入圖 所示。 圖 方案一具體流程框圖 方案二：采用 AT89S52 單片機(jī)為核心控制器的電路。因?yàn)閱纹瑱C(jī)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉、可靠性高，便于實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制功能能很好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。水位檢測(cè)由本設(shè)計(jì)使用的 RC 充放電水位傳感器通過(guò)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)水位的改變。然后通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換把信號(hào)輸入到單片機(jī)， 獲得當(dāng)前水位顯示。水溫檢測(cè)由單片機(jī)根據(jù)溫度傳感器（ DS18B20）的操作指令和時(shí)序讀取溫度，并送達(dá)顯示電路顯示當(dāng)前水溫。本設(shè)計(jì)再用三個(gè)按鍵來(lái)控制上水的水量，本方案智能化、數(shù)字化的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)。具體流程框圖如圖 。 圖 方案二流程框圖 方案三：在方案二的整體思路基礎(chǔ)上稍做更改，設(shè)計(jì)分為房頂和房間，利用兩個(gè)單片機(jī) AT89S52 分別控制。樓上的 AT89S52 主要利用 DS18B20 進(jìn)行水溫的測(cè)量，另一方面 RC 充放電水位傳感器獲取的信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓 比較傳送給單片機(jī) [1]，得出結(jié)果，由單片機(jī)給出命令來(lái)控制電磁閥的開(kāi)與關(guān)，另一方面信號(hào)通過(guò)雙機(jī)通信傳給樓下的單片機(jī)來(lái)控制顯示電路和報(bào) 警 。 同時(shí)房間可以通過(guò)鍵盤(pán)控制手動(dòng)控制電磁閥開(kāi)關(guān)、蜂鳴停止和液晶屏幕的開(kāi)關(guān)。 具體流程框圖如圖 2. 3。 A/D 轉(zhuǎn)換 輸 出 控 制 單 片 機(jī) 控 制 水 位 水 位 傳 感 器 鍵盤(pán)控制輸入快 顯示電路 控制電磁閥 水溫檢測(cè) 水位檢測(cè) 蜂鳴報(bào)警 A/D AT89S52 3 圖 方案三流程框圖 綜合以上三種方案，方案一由于缺少溫度檢測(cè)模塊，而水溫也是影響太陽(yáng)能熱水器很重要的一方面：比如說(shuō)水箱中水溫度過(guò)高導(dǎo)致水沸騰這時(shí)候雖然水所在刻度不是滿(mǎn)的，實(shí)際上已經(jīng)溢出，這樣說(shuō)來(lái)方案一的設(shè)計(jì)算不上智能。 方案二在思路上沒(méi)有任何問(wèn)題，可在實(shí)際生活中比較不切實(shí)際，因?yàn)轱@示器在樓頂，倘若用戶(hù)在一樓跑到五樓甚至更高，那肯定不方便，液晶成了擺設(shè)，再如液晶這樣的電子產(chǎn)品放在房頂風(fēng)吹雨淋長(zhǎng)此以往如果沒(méi)妥善保護(hù)很容易壞掉。方案三是在方案二的基礎(chǔ)上完善和加強(qiáng)的，采用單片機(jī)鍵的雙邊通信，用戶(hù)只要在樓下的房間里或者衛(wèi)生間門(mén)口就可以看到水位和水溫的情況，比起方案二更加方便，也更加合理。 其基本工作原理是當(dāng)用戶(hù)在使用熱水器時(shí)，水箱中水位下降到一定刻度值時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)指令給報(bào)警電路，同時(shí)打開(kāi)電磁閥水箱內(nèi)會(huì)水自動(dòng)上水，水位達(dá)到的最高刻度 時(shí)單片機(jī)會(huì)控制電磁閥進(jìn)行放水。當(dāng)水位下降到低于設(shè)定的最低刻度線(xiàn)時(shí)，單片機(jī)接受此信號(hào)并開(kāi)始執(zhí)行指令，報(bào)警電路工作，同時(shí)電磁閥打開(kāi)，水位不斷升高，當(dāng)達(dá)到最高水位時(shí)便給單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，此時(shí)電磁閥關(guān)閉，停止加水。在上水過(guò)程中，在樓下的 LCD 既可以顯示水箱的水位值又可顯示水箱內(nèi)水的當(dāng)前溫度，不僅直觀方便，而且精確度高，實(shí)用性強(qiáng)。此系統(tǒng)解決了熱水器上水時(shí)需人工守候和過(guò)量溢水的問(wèn)題，達(dá)到了省時(shí)、環(huán)保、節(jié)水的目的。加設(shè)的缺水報(bào)警系統(tǒng)和液晶顯示部分，使整個(gè)系統(tǒng)更實(shí)用，更趨向數(shù)字化、智能化。 水位傳感器的選擇 方案一 排阻分檔鍵盤(pán)式水位傳感器 [2]：一種類(lèi)似鍵盤(pán)電路的分檔水位傳感器，其原理圖如圖 所示。 排阻式水位傳感器的工作原理大致是分別用 5 根銅針?lè)謩e置于水箱內(nèi)的四種不同高度的位置。銅若針不接觸水面，其輸出為高電平；若銅針與其對(duì)應(yīng)水面接觸時(shí)則輸出為低電平，輸出接至電子開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò) CD4069 反向并經(jīng) 74LS244驅(qū)動(dòng)后分別接到 AT89S52 的 P1． 0~P1． 3 引腳。單片機(jī)對(duì)這些引腳進(jìn)行判斷后 ，顯示相應(yīng)的水位值。顯示共分 4 檔 ，每檔為滿(mǎn)水位的 20% 。用了這種方法可以省去了傳統(tǒng)的 A／ D 轉(zhuǎn)換器步驟，成本也降低。不過(guò) 也有個(gè)缺點(diǎn)就是精度不高。 房頂 AT89S52 房間 AT89S52 水 溫 檢 測(cè) 水 位 檢 測(cè) 電 壓 比 較 鍵 盤(pán) 輸 入 控制 電磁閥 顯 示 電 路 蜂 鳴 電 路 雙機(jī)通信 4