【正文】 ...... 8 水位檢測模塊 ...................................................................................................... 8 水 位測量原理 ............................................................................................. 8 ...................................................................................... 9 溫度檢測模塊 ....................................................................................................10 LCD 液晶顯示模塊 .............................................................................................13 12864 液晶 [8] .............................................................................................13 LCD 液晶顯示電路設(shè)計 .............................................................................15 IX 鍵盤控制模塊 ....................................................................................................16 報警模塊 ............................................................................................................17 電 磁閥控制模塊 .................................................................................................17 雙機通信及其他電路設(shè)計 ....................................................................................18 ．其他電路設(shè)計 ...................................................................................................19 ............................................................................................19 復(fù)位電路 ...................................................................................................20 設(shè)計總電路圖 ............................................................................................20 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .....................................................................................................23 設(shè)計思路 ............................................................................................................23 溫度測量子程序 ..................................................................................................23 水位 測量 子程序 ..................................................................................................24 液晶顯示子程序 ...........................................................................................25 結(jié)束語 ............................................................................................................................26 參考文獻 .........................................................................................................................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消耗殆盡，所以開發(fā)和有效利用太陽能這樣的環(huán)保且資源豐富的能源有著重要的意義。太陽能熱水器就是太陽能開發(fā)和利用的一大產(chǎn)業(yè)，所以完善太陽能熱水器也成為最近的研究熱門課題。目前太陽能熱水器效率和功能上還存在著比較多的問題：例如不可缺水，空曬情況下上水會爆炸；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)在人們對家用電器的要求越來越趨向數(shù)字化、自動化、智能化。很多國內(nèi)外太陽能熱水器商家為了使自己的產(chǎn)品能在市場上有一席之地，在不斷提高太陽能熱水器性能的同時，也不斷加大力度滿足消費者對于太陽能使用方便的要求，于是太陽能熱水器的智能化程度也一年比一年高。但是大部分太陽能熱水器還是存在著使用不便和小毛病多等問題。 本設(shè)計是針對上述問題設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)，由 AT89S52 單片機和一些外圍設(shè)備，充分運用軟件和硬件結(jié)合的方法實現(xiàn)了當前水位高度顯示、水箱溫度顯示，以及當水位下降到最低刻度線時自 動上水三種主要功能，很好的解決了一些太陽能熱水器的通病。 國內(nèi)外研究動態(tài) 我國在太陽能熱水器的發(fā)展迅猛，已經(jīng)一躍成為太陽熱水器第一生產(chǎn)大國，但現(xiàn)狀是我國很多企業(yè)生產(chǎn)的太陽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，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些太陽能熱水器監(jiān)測系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定：比如檢測誤差大、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能利用率較低等問題，嚴重影響了用戶的日常使用也從而影響到太陽熱水器的銷售業(yè)績慘淡。所以我認為太陽熱水器，有著廣闊的發(fā)展前景，一款好的監(jiān)測系統(tǒng)能讓整個太陽熱 水器提高不止一個檔次，讓企業(yè)樂開了花，也給百姓生活帶去了方便，是一種雙贏的研究。因此，在太陽能熱水器水位監(jiān)測水溫檢測方面的研究發(fā)，應(yīng)引起足夠重視，加大投入一定力量研究開發(fā)高質(zhì)量、性能好的測控產(chǎn)品。 在西方，尤其是美國、德國、以色列這些國家在太陽能熱水器方面的研發(fā)一直比較活躍。以美國歐沃斯利諾依斯公司的發(fā)明的全玻璃真空管太陽集熱器最為普及，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光的效率 83%）。另一方面還設(shè)計專門開發(fā)了用于太陽能熱水器的先 進的應(yīng)用軟件，從而使太陽能熱水器技術(shù)水平領(lǐng)先我國不少。 太陽能熱水器智能水位控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹 、水溫測量電路。這部分用于采集水位水溫信號給單片機，是太陽能熱水器控制 器最關(guān)鍵的部位。 2．時間、水位、溫度顯示和鍵盤電路。這部分用于系統(tǒng)和人的信息交互。 3．驅(qū)動電路。上水電磁閥、報警電路，是整個系統(tǒng)的執(zhí)行部分。 2 第 2 章 方案論證 和單片機的選擇 方案論證和方案的選擇 方案一：利用單片機進行水位檢測和控制，基于數(shù)字電路的全自動控制，其工作過程是被測水位經(jīng)過模擬信號采集模塊進行 采樣，然后把采樣得到的模擬信號送入 ADC0804 進行 A/D 轉(zhuǎn)換讀如單片機，再由單片機進行處理，得出結(jié)果是否啟動 /停止控制電路執(zhí)行信號以達到水位的控制，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 單片機為核心控制器的電路。因為單片機電路結(jié)構(gòu)簡單成本低廉、可靠性高，便于實現(xiàn)各個控制功能能很好的完成設(shè)計任務(wù)。水位檢測由本設(shè)計使用的 RC 充放電水位傳感器通過檢測來實現(xiàn)水位的改變。然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換把信號輸入到單片機， 獲得當前水位顯示。水溫檢測由單片機根據(jù)溫度傳感器（ DS18B20）的操作指令和時序讀取溫度，并送達顯示電路顯示當前水溫。本設(shè)計再用三個按鍵來控制上水的水量，本方案智能化、數(shù)字化的太陽能熱水器控制系統(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)計分為房頂和房間，利用兩個單片機 AT89S52 分別控制。樓上的 AT89S52 主要利用 DS18B20 進行水溫的測量，另一方面 RC 充放電水位傳感器獲取的信號經(jīng)過電壓 比較傳送給單片機 [1]，得出結(jié)果，由單片機給出命令來控制電磁閥的開與關(guān)，另一方面信號通過雙機通信傳給樓下的單片機來控制顯示電路和報 警 。 同時房間可以通過鍵盤控制手動控制電磁閥開關(guān)、蜂鳴停止和液晶屏幕的開關(guān)。 具體流程框圖如圖 2. 3。 A/D 轉(zhuǎn)換 輸 出 控 制 單 片 機 控 制 水 位 水 位 傳 感 器 鍵盤控制輸入快 顯示電路 控制電磁閥 水溫檢測 水位檢測 蜂鳴報警 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模塊，而水溫也是影響太陽能熱水器很重要的一方面：比如說水箱中水溫度過高導(dǎo)致水沸騰這時候雖然水所在刻度不是滿的，實際上已經(jīng)溢出，這樣說來方案一的設(shè)計算不上智能。 方案二在思路上沒有任何問題，可在實際生活中比較不切實際，因為顯示器在樓頂，倘若用戶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)品放在房頂風吹雨淋長此以往如果沒妥善保護很容易壞掉。方案三是在方案二的基礎(chǔ)上完善和加強的，采用單片機鍵的雙邊通信，用戶只要在樓下的房間里或者衛(wèi)生間門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用戶在使用熱水器時，水箱中水位下降到一定刻度值時，單片機會發(fā)指令給報警電路，同時打開電磁閥水箱內(nèi)會水自動上水，水位達到的最高刻度 時單片機會控制電磁閥進行放水。當水位下降到低于設(shè)定的最低刻度線時，單片機接受此信號并開始執(zhí)行指令，報警電路工作，同時電磁閥打開，水位不斷升高，當達到最高水位時便給單片機發(fā)出中斷請求，此時電磁閥關(guān)閉，停止加水。在上水過程中，在樓下的 LCD 既可以顯示水箱的水位值又可顯示水箱內(nèi)水的當前溫度，不僅直觀方便，而且精確度高，實用性強。此系統(tǒng)解決了熱水器上水時需人工守候和過量溢水的問題，達到了省時、環(huán)保、節(jié)水的目的。加設(shè)的缺水報警系統(tǒng)和液晶顯示部分，使整個系統(tǒng)更實用，更趨向數(shù)字化、智能化。 水位傳感器的選擇 方案一 排阻分檔鍵盤式水位傳感器 [2]：一種類似鍵盤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 根銅針分別置于水箱內(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；若銅針與其對應(yīng)水面接觸時則輸出為低電平，輸出接至電子開關(guān)，經(jīng)過 CD4069 反向并經(jīng) 74LS244驅(qū)動后分別接到 AT89S52 的 P1． 0~P1． 3 引腳。單片機對這些引腳進行判斷后 ，顯示相應(yīng)的水位值。顯示共分 4 檔 ，每檔為滿水位的 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 也有個缺點就是精度不高。 房頂 AT89S52 房間 AT89S52 水 溫 檢 測 水 位 檢 測 電 壓 比 較 鍵 盤 輸 入 控制 電磁閥 顯 示 電 路 蜂 鳴 電 路 雙機通信 4