【正文】 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)控制電路 ， 該電路用于太陽 能熱水器 ,能實(shí)現(xiàn)在用水時(shí) ， 若 水位不夠可以自動(dòng)供水， 若日曬水溫達(dá)不到設(shè)定值 ， 則電加熱自動(dòng)補(bǔ)溫 。 從而 實(shí)現(xiàn)了熱水器的自動(dòng)及節(jié)能 。 太陽能熱水器自動(dòng)控制 硬件電路，輔以相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)， 來 實(shí)現(xiàn)溫度和水位參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示 ， 而且具有溫度設(shè)定、水位設(shè)定與控制功能 ， 停電后再來電時(shí)也不用重新設(shè)定 ， 具有故障報(bào)警和故障自處理功能 ，良好的穩(wěn)定性和抗干擾性能。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理， 工作穩(wěn)定可靠、溫度測(cè)量精度高。同時(shí)給出了溫度測(cè)量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)；自動(dòng)控制；太陽能熱水器；軟件調(diào)試 。 II The Design of Solar Water Heater Automatic Control System for Based on AT89C51 Abstract ： Along with the enhancement of life standard, application of some kinds of water heater is quite mon .Controllers in match with the water heaters turn up .However ,the control circuits applied in each kind of water heaters in market are far away from the ideal requests at want real “auto “to simplify the use .Just as the televisions and refrigerators,what we need do is just connecting the power and setting. This graduation project is one kind of automatic control circuit using at89C51 ,designed in the solar water heater which could realize the water supply timely .If water level is beyond ,it can supply water automatically。if the solar water temperature does not reach the setting data ,it can heat automatically by electricity .It realizes the automation and energy saving .The automatic control hardware circuit in the solar water heater ,bined with corresponding software design,can display the temperature and water level parameters ,set the temperature and water level and control the process .There being no need to reset the temperature when the failed power regains ，it has functions such as failure alarm ,failure autoprocessing,good stability and resistance to interference. The experiment results show that the system has the reasonable design,the good dependability and high measurement precision. Key words: Singlechip 。Automatic control。 Solarpowered water heater。 Software debugging. 1 引 言 當(dāng)前能源緊缺 ， 用電緊張 ， 太陽能是綠色能源 ， 得到廣大用戶的喜愛。使用太陽能熱水器時(shí)存在的問題 ： 不可缺水，空曬情況下 上水會(huì)爆炸；春、秋天 ， 水溫升高蒸發(fā)，造成熱能損失；冬天水溫不夠 ， 須用電等等。采用太陽 能熱水器智能儀（儀稱太陽能熱水器水溫水位測(cè)控儀），能解決上述問題。使用戶省心，使用方便，智能運(yùn)行，用戶不必作任何操作。 太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，與常規(guī)能源有很大的區(qū)別，這就對(duì)太陽能的收集和利用提出了較高的要求。在太陽能熱利用中，為了得到中高溫?zé)崮?，必須使集熱器從日出到日落跟蹤太陽，而在太陽能光電中，相同條件下，自動(dòng)跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高 35%，成本下降 25%。因此在太陽能利用中，進(jìn)行跟蹤裝置的控制方式進(jìn)行 研究 是一項(xiàng)很有意義的工作。 2 第一章 概述 課題的背景意義 隨著太陽能熱水器的迅速推廣， 廣大消費(fèi)者對(duì)太陽能熱水器特別是太陽能熱水器控制器的要求越來越高， 太陽能熱水器商家為使自己的 產(chǎn)品能在市場(chǎng)上生存和發(fā)展，在不斷提高太陽能熱水器熱水性能的同時(shí) ， 也不斷加大力度滿足消費(fèi)者對(duì)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越來越高。 本設(shè)計(jì) 追蹤科技應(yīng)用前沿，跟蹤市場(chǎng)，根據(jù)論文資料及市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品模型，在加上自己的理解和創(chuàng)意，模仿出了一套智能化的太陽能熱水器控 制系統(tǒng)。本系統(tǒng)完全跟隨太陽能熱水器本身智能化程度和成本的要求，為太陽能熱水器提供了一套智能化程度高、性能良好、使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的配套控制系統(tǒng)。 太陽能熱水器和其控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 中國太陽能熱水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展始于上世紀(jì) 80年代， 當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)定位是農(nóng)村或中小城鎮(zhèn)的低收入家庭。 90年代后期，住宅商品化的發(fā)展以及家庭對(duì)熱水需求的大幅度增長(zhǎng)為太陽能熱水器的發(fā)展提供了市場(chǎng)空間 , 太陽能熱水器的生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，形成了一些有一定知名度的產(chǎn)品和品牌。自上世紀(jì) 90年代以來，我國太陽能熱水器行業(yè)保持了 10多年的快速增長(zhǎng) ,2021年 太陽能熱水器年生產(chǎn)量為 1500萬平方米，是 2021年640萬平方米的 2倍多，到 2021年底，我國太陽能熱水器保有量超過 7500萬平方米是2021年 2600萬平方米的近 3倍。目前，我國既是世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，同時(shí)也擁有世界上最大的太陽能熱水器市場(chǎng)。至 2021年，全國有 1000多家有一定規(guī)模的太陽熱水器生產(chǎn)企業(yè)，年總產(chǎn)值達(dá) 150多億元，出口創(chuàng)匯 2021萬美元，全行業(yè)提供約 30多萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。到目前已有許多太陽能品牌為大家耳熟能詳，如皇明、桑樂、四季牧歌 、力諾等。總之，太陽能熱水器已是一件和電視機(jī)、洗衣機(jī)一樣必不可少的家用電器。 進(jìn)步源于競(jìng)爭(zhēng)，在我國太陽能擁有廣闊的市場(chǎng)，當(dāng)然也有更大的競(jìng)爭(zhēng)，各大商家為了使自己的產(chǎn)品在市場(chǎng)上立足并長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，不斷提高太陽能熱水器的性能，其中太陽能熱水器控制器以其靈活、貼近客戶成為商家競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。目前，各大商家紛紛提高太陽能熱水器的智能化程度來滿足消費(fèi)者的需求。 3 課題的研究?jī)?nèi)容 本 設(shè)計(jì) 主要是對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品的仿制 ， 要能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能熱水器的完整功能。本設(shè)計(jì) 以 AT89C51 單片機(jī)為核心配合傳感器、顯示器件、電磁閥、電加熱器、報(bào) 警器等外圍器件，采集熱水器儲(chǔ)水箱中的水位、水溫信號(hào)，通過控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、電加熱器加熱來控制儲(chǔ)水器的水位、溫度，并完成水位、水溫顯示，時(shí)間顯示，水溢報(bào)警等功能。另外配有鍵盤，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上水、手動(dòng)電加熱、設(shè)置水位、設(shè)置溫度等功能 。 4 第二章 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng) 技術(shù)性能要求 許多太陽能熱水器的功能有： 開機(jī)自檢 、 溫控上水 、 強(qiáng)制上水 、 水位預(yù)置 、 水質(zhì)設(shè)置 、 水溫指示 、 低水壓上水 、 水位顯示 、 防高溫空曬 、 缺水報(bào)警 、 自動(dòng)防溢流 、 缺水上水 、 手動(dòng)上水 、 故障提示 等許多功能。 本系統(tǒng)需 要完成的控制系統(tǒng)技術(shù)性能如下： 1） 使用電源 220V AC，功耗 5W。 2） 水溫顯示，測(cè)溫范圍 0～ 99 0C；精度 177。2 0C。 3） 水位分檔顯示 ，分四檔：低、中、高、滿 。 4） 具有 低 水 位 上水、手動(dòng)上水和 循環(huán) 上水等功能。 5） 缺水報(bào)警 ： 出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，缺水指示燈亮。 太陽能控制系統(tǒng) 工作原理 : 系統(tǒng) 原理 利用熱敏 傳感器 和 水 位傳感器檢測(cè)水溫和水位，并加以顯示。根據(jù)水位情況進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)上水控制 。當(dāng)水位從高到低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，缺水指示燈亮，電磁閥開始工 作 ， 熱水器容器上水，水位上升超過“低”水位后， 缺水指示燈 熄滅，蜂鳴 器停止報(bào)警。 水 位 至預(yù)置水位 后電磁閥關(guān)閉，停止上水 ；若溫度高于 1000C，不上水 ， 防止出現(xiàn)低水量、高水溫的不合理現(xiàn)象。進(jìn)行缺水上水；若熱水未用完，不上水，以保證熱水充分利用 ；如果要上水可以手動(dòng)控制一鍵上水 ；在上水的過程中，水位過低或停水， 太陽能控制系統(tǒng) 會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低水位上水模式，低水位 時(shí) 聲光報(bào)警 啟動(dòng)提醒用戶注意。特別是在洗澡過程中可以提醒用戶水量不足，啟用家用熱水器，避免冷水洗浴的尷尬。 方案 比較 目前太陽能控制器的控制器基本實(shí)現(xiàn)數(shù) 字化，以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)占領(lǐng)太陽能熱水器的主要市場(chǎng)。在市場(chǎng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，太陽能控制單片機(jī)的型號(hào)較多，其中應(yīng)用最多的是 51系列和 PIC 系列單片機(jī)。 方案一： PIC 系列單片機(jī) 根據(jù)熱水控制器的功能要求 ,并結(jié)合對(duì) PIC16C5X 系列單片機(jī)的資源分析 ,采用此系列中的主流型號(hào) PIC16C57作為電路系統(tǒng)的控制核心。電熱水控制器的總體布局如圖 。 5 圖 21 總體布局圖 在本系統(tǒng)中 ,RA0～ RA3 用于七段碼顯示 ,RB6 控制水閘開關(guān) ,RB7 控制電 加熱管 ,RC3～ RC5 用于按鍵設(shè)計(jì)和讀取水量 ,RC0～ RC2 用于跟 DS1820 通信進(jìn)行水溫測(cè)量 ,RB0～ RB1對(duì)七段碼進(jìn)行掃描 ,RB2～ RB5 LED指示燈顯示 ,RC6漏電檢測(cè) ,RC7控制揚(yáng)聲器用于報(bào)警和指示。 本系統(tǒng)中 ,有四個(gè)功能按鍵：定時(shí)加水、恒溫控制、手動(dòng)加水和手動(dòng)加熱 。三個(gè)七段碼顯示與四個(gè) LED 燈指示。 a) 按下定時(shí)加水按鈕時(shí) ,定時(shí) LED變亮 ,并以當(dāng)前時(shí)間為定時(shí)時(shí)標(biāo) ,每 24 小時(shí)自動(dòng)加水至設(shè)定水量 。若長(zhǎng)按此鈕超過 5秒 ,定時(shí) LED 滅 ,并聽到“嘟”一聲進(jìn)行水量設(shè)定 ,此后每按一下鈕 ,水量顯示加一檔 ,1～ 4檔循環(huán)顯示 ,不按此鈕超過 5秒 ,再次聽到“嘟”一聲 ,水量設(shè)定完畢。系統(tǒng)的定時(shí)功能主要通過軟件完成。 PIC16C5X 內(nèi)帶一個(gè) 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 RTCC,在進(jìn)行 24小時(shí)定時(shí)加水時(shí)采用了該定時(shí)器。 RTCC 工作狀態(tài)由 OPTION 寄存器控制 ,其中 OPTION 寄存器的 RTS 位用來選擇 RTCC 的計(jì)數(shù)信號(hào)源 ,當(dāng) RTS 為“ 1”時(shí) ,信號(hào)源為來自 RTCC 引腳的外部信號(hào) ,RTS 為“ 0”時(shí) ,信號(hào)源為內(nèi)部時(shí)鐘。 OPTION 寄存器的 PSA 位控制預(yù)分頻器分配對(duì)象 ,當(dāng) PSA 為“ 1” ,分配給 RTCC,即外部或內(nèi)部信號(hào)經(jīng)過預(yù)分頻器分頻后 再輸出給 RTCC。預(yù)分頻器的分頻比率由OPTION 內(nèi)的 PS0～ PS2 決定。 OPTION 的 RTE 位用于選擇外部計(jì)數(shù)脈沖的觸發(fā)沿 ,當(dāng) RTE為 1時(shí)下降沿觸發(fā) ,“ 0“時(shí)為上升沿觸發(fā)。 RTCC 計(jì)數(shù)器采用遞增方式計(jì)數(shù) ,當(dāng)計(jì)數(shù)至 FFH 時(shí) ,在下一個(gè)計(jì)數(shù)發(fā)生后 ,將自動(dòng)復(fù)零 ,重新開始計(jì)數(shù) ,以此循環(huán)下去。在實(shí)際設(shè)計(jì)中 ,OPTION 寄存器為“ 00100111“ ,即定時(shí)器的信號(hào)源來自 RTCC 引腳的外部信號(hào) ,電源控制 PIC16C57 揚(yáng)聲器 漏電檢測(cè) 鍵盤和水量檔位 溫度測(cè)量 LED 顯示 6 預(yù)分頻器的分頻比率為 1： 256,上升沿觸發(fā)。 RTCC 引腳信號(hào)的輸入頻率為 1kHz,因此RTCC 計(jì)數(shù)至 FFH 時(shí)需 65536ms。通用寄存器 F0EH、 F0FH 用作定時(shí)暫存。 當(dāng)設(shè)置定時(shí)加水功能時(shí) ,初始化 RTCC、 OPTION、 F0EH、 F0FH,開始進(jìn)行定時(shí) ,每隔256ms 查詢一次 RTCC 的值 ,RTCC 每循環(huán)一次 ,F0EH－ F0FH 增 1,當(dāng)增到 1318 時(shí) ,24 小時(shí)定時(shí)到 ,寄存器復(fù)位 ,自動(dòng)加水。 b) 按下恒溫控制鈕 ,恒溫 LED變亮 ,表示進(jìn)行恒溫控制 ,再按一下 LED 滅 ,取消恒溫控制。與水量設(shè)定類似 ,長(zhǎng)按后 ,進(jìn)行溫度設(shè)定。 c) 按下手動(dòng)加熱鈕時(shí) ,加熱 LED 變亮 ,加熱至 65℃ ,如水量少于 1檔 ,則先加水到1檔 ,再