【正文】 .. . . ..摘 要本文設(shè)計了一個太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)。它以89C52單片機為核心，配合電阻型4檔水位傳感器、負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻溫度傳感器、8255A擴展鍵盤和顯示器件 、驅(qū)動電路（電磁閥、電加熱、報警）等外圍器件， 完成對太陽能熱水器容器內(nèi)的水位、水溫測量、顯示；時間顯示；缺水時自動上水，水溢報警；手動上水、參數(shù)設(shè)置；定時水溫過低智能電加熱等功能。其中本文第一章主要說明了太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和本課題的主要任務(wù)，第二章對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)作了簡單介紹，第三章重點介紹了水位水溫測量電路，第四章介紹了時鐘電路，第五章介紹了顯示和鍵盤電路，第六章對其他電路作了介紹，第七章是對水位測量電路的硬件調(diào)試。本系統(tǒng)對于水位傳感器、水溫傳感器的電阻數(shù)據(jù)的處理均采用獨特的RC充放電的方法。它與使用A/D轉(zhuǎn)換器相比，電路簡單、制造成本低。特別適用于對水位、水溫要求不精確的場合。關(guān)鍵詞：太陽能，熱水器，控制器，89C52，RC充放電AbstractThis article has designed a intelligence control system for solarpowered water heater. It take the 89C52 microcontroller integrated circuit as the core, the coordinate 4 grades of waters level resistance sensor, the negative temperature coefficient NTC thermistor temperature sensor,the 8255A expansion keyboard and the demonstration ponent, the actuate circuit (solenoid valve, electric heating, warning) and other periphery ponent, pletes to the water level and temperature measure and demonstrate。 the time demonstrate。 lack of water automatically upstream, the water overflow warn。 fixed time intelligencely electric heat.The first chapter of this article mainly explained the research situation of the solarpowered water heater intelligence control system and the primary mission of this topic. The second chapter has made the simple introduction to the overall construction of the system .The third chapter introduced with emphasis on the water level and water temperature metering fourth chapter introduced the clock circuit .The fifth chapter introduced the demonstration and the keyboard circuit,.The sixth chapter has made the introduction to other circuits. The seventh chapter is the hardware debugging of the water level measuring circuit.Regarding the process of the water level sensor and water temperature sensor resistance data this system uses the method of the unique RC electric sufficient and discharging. Compared to using the A/D converter, the electric circuit is simple, the production cost is low. Specially it is suitable for the water level and the water temperature measuring requested unprecise situation.Key word: Solar energy, water heater, controller, 89C52, RC electric sufficient and discharge 學習好幫手.. . . ..目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III第一章 引 言 1 課題的背景意義 1 太陽能熱水器和其控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 1 課題的研究內(nèi)容 3第二章 太陽能熱水器智能水位控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹 4第三章 水位和水溫測量電路硬件設(shè)計 5 水位測量電路 5 方案比較選擇 5 水位測量電路的具體設(shè)計及優(yōu)化 8 水溫測量電路 15 方案比較選擇 15 水溫測量電路的設(shè)計及溫度計算方法 16 水位、水溫測量電路的整體設(shè)計 20第四章 顯示電路 21 方案選擇 21 8255A芯片介紹 21 8255A在太陽能熱水器控制電路中的作用 24 顯示電路工作原理 25 8255A顯示電路的硬件結(jié)構(gòu)。 25 8255A實現(xiàn)顯示方法 27第五章 其他硬件電路設(shè)計 30 上水電磁閥、電加熱、報警等驅(qū)動電路 30 上水控制電路 30 電加熱控制電路 30 報警控制電路 30 水位顯示電路 30 電源電路 31參考文獻 33致 謝 34附 錄 35.. . . ..第一章 引 言 課題的背景意義隨著太陽能熱水器的迅速推廣，廣大消費者對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，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越來越高。本設(shè)計追蹤科技應(yīng)用前沿，跟蹤市場，根據(jù)論文資料及市場現(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)濟實惠的配套控制系統(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80年代，當時的市場定位是農(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)展以及家庭對熱水需求的大幅度增長為太陽能熱水器的發(fā)展提供了市場空間, 太陽能熱水器的生產(chǎn)規(guī)模進一步擴大，形成了一些有一定知名度的產(chǎn)品和品牌。自上世紀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 ,2005年 太陽能熱水器年生產(chǎn)量為1 500萬平方米，是2000年640萬平方米的2倍多，到2005年底，我國太陽能熱水器保有量超過7500萬平方米是2000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，同時也擁有世界上最大的太陽能熱水器市場。至2005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150多億元，出口創(chuàng)匯2000萬美元，全行業(yè)提供約30多萬個就業(yè)機會，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益[1]。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?？傊柲軣崴饕咽且患碗娨暀C、洗衣機一樣必不可少的家用電器。進步源于競爭，在我國太陽能擁有廣闊的市場，當然也有更大的競爭，各大商家為了使自己的產(chǎn)品在市場上立足并長遠發(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爭的熱點。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者的需求。許多太陽能熱水器的功能有：開機自檢、溫控上水、強制上水、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、缺水報警、自動防溢流、 缺水上水、手動上水、故障提示等許多貼近客戶需求的功能。目前太陽能控制器的控制器基本實現(xiàn)數(shù)字化，以單片機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。在市場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，太陽能控制單片機的型號較多，其中應(yīng)用最多的是51系列和PIC系列單片機。其基本框圖如圖11所示。圖11 市場太陽能熱水器基本框圖[2]太陽能熱水器控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)水位顯示、水位控制、溫度顯示、防凍等多種功能，其中對水位的檢測、控制，實現(xiàn)水位顯示、自動上水、超限報警是太陽能熱水器控制系統(tǒng)的核心。目前大多數(shù)太陽能熱水器的水位傳感器都采用分段式水位傳感器，因為太陽能熱水器對水位精確度的要求不高，并且分段式傳感器的成本很低。圖12是常用的一種分段式熱水器傳感器的基本原理。對于溫度的檢測便于用戶的使用和控制電加熱。目前，溫度傳感器的應(yīng)用種類較為繁雜，有直接使用熱電阻、熱電偶的，也有使用數(shù)字溫度變送器（如MAX6674）的。在顯示方面多采用LED顯示或LCD液晶顯示。圖12 一種分段式水溫傳感器[3] 課題的研究內(nèi)容本課題主要是對市場現(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。本課題以89C52單片機為核心配合傳感器、顯示器件、電磁閥、電加熱器、報警器等外圍器件，采集熱水器儲水箱中的水位、水溫信號，通過控制電動機的運轉(zhuǎn)、電加熱器加熱來控制儲水器的水位、溫度，并完成水位、水溫顯示，時間顯示，水溢報警等功能。另外配有鍵盤，可以實現(xiàn)手動上水、手動電加熱、設(shè)置水位、設(shè)置溫度等功能。.. . . ..第二章 太陽能熱水器智能水位控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹太陽能熱水器整體結(jié)構(gòu)大致可以分為四大部分：1．水位、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，有對太陽能熱水器狀態(tài)的直觀顯示，也有用于人對系統(tǒng)控制的鍵盤電路。3．時鐘電路。給系統(tǒng)提供時間顯示和參考時間。4．驅(qū)動電路。包括電加熱、上水電磁閥、報警電路，是整個系統(tǒng)的執(zhí)行部分。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖21所示。圖21 太陽能熱水器控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖.. . . ..第三章 水位和水溫測量電路硬件設(shè)計水位測量和水溫測量是太陽能熱水器控制系統(tǒng)的最重要部分，是實現(xiàn)其他功能的基礎(chǔ)，此部分性能好壞將關(guān)系到整個系統(tǒng)的優(yōu)良程度，所以設(shè)計一個性能良好的水位、水溫測量系統(tǒng)是本設(shè)計的重點。 水位測量電路水位測量可以有多種方法，需從性能和成本兩方面進行考慮，選擇合適的方案。 方案比較選擇1．排阻分檔鍵盤式水位傳感器在許多資料中都介紹了一種類似鍵盤電路的分檔水位傳感器，其原理圖如圖31所示。圖31 排阻式水位測試電路示意圖[4]它的工作原理類似于鍵盤的工作原理，用 5根不銹鋼針分別置于水箱內(nèi)的 四種不同高度的位置，當某個鋼針不接觸水面時，其輸出為高電平；當其與水面接觸時則輸出低電平。它們的輸出接至電子開關(guān)CD4069，經(jīng)過CD4069反向并經(jīng)74LS244驅(qū)動后分別接入89C52的 P1．0~P1．3引腳。CPU對這些引腳進行判斷后 ，送去顯示相應(yīng)的水位值。顯示共分 4檔 ，每檔為滿水位的25% 。這種方法簡單，易實現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)的 A／D轉(zhuǎn)換器，成本低，雖然不精確但可以滿足使用要求[4]。2．RC充放電式水位傳感器測量電路這種電路資料較少，但我們在市