【正文】 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　目錄基于AT89S52太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 課題背景 1 課題研究意義 1 國內(nèi)外研究水平 1 本課題發(fā)展趨勢 22 方案的分析與選擇 4 方案的分析 4 4 5 方案的選擇 63 硬件設(shè)計 7 系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理 7 溫度傳感器 7 電磁繼電器 13 單片機(jī)控制系統(tǒng) 14 AT89S52的主要性能 15 AT89S52的引腳說明 16 LED顯示 18 按鍵電路設(shè)計 194 軟件設(shè)計 21 軟件設(shè)計架構(gòu) 21 主控程序 23 應(yīng)用程序 23 DS18B20的驅(qū)動設(shè)計 23 按鍵控制的軟件設(shè)計 26 LED顯示程序的設(shè)計 285 電路仿真 30 keil的使用 30 proteus的仿真 34 系統(tǒng)的仿真 35 仿真結(jié)果的分析 38 PCB的制作 386 系統(tǒng)的調(diào)試 39 硬件的調(diào)試 39 硬件的調(diào)試 40結(jié) 論 41參考文獻(xiàn) 42附錄A：系統(tǒng)原理圖 43附錄B：系統(tǒng)程序 46致 謝 5453攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　緒論1 緒論 課題背景目前，中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能熱水器的生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國的之和，已經(jīng)有一百多家的太陽能熱水器生產(chǎn)廠家。但是與它配套的太陽能熱水器的控制器卻一直處于研究與開發(fā)階段，當(dāng)由于天氣的原因而光照強(qiáng)度不足的時候，就會給用戶帶來很多不便；即便熱水器具有輔助的加熱功能[12]，由于加熱的時間不能控制因而產(chǎn)生過燒，導(dǎo)致浪費大量的電能。溫度控制采用的是模糊控制，控制器根據(jù)天氣情況利用輔助加熱的裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定的時間達(dá)到設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時供用熱水的目的。太陽能熱水器是太陽能的利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟(jì)的效益明顯，正在迅速地推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能[10]，供應(yīng)生產(chǎn)和生活使用。它主要是由平板集熱器、蓄水器與連接管道等部件組成，可以分循環(huán)式、直流式和悶曬式。 課題研究意義太陽能熱水器是環(huán)保的、無污染的，人們用著安全放心的。利用的太陽能源，可以大量節(jié)約現(xiàn)有的能源，更是以后能源發(fā)展的趨勢。原有的燃?xì)鉄崴?、電熱水器，雖然加熱的速度比較快，但是所用的煤和氣都會對空氣造成污染，而且使室內(nèi)的空氣變得不清新，電熱水器的功率比較大，對長期使用的一般的家庭來說必定會帶來一定的經(jīng)濟(jì)上的困難，是一筆不小的開銷。而太陽能熱水器安全、環(huán)保、又經(jīng)濟(jì)，而且?guī)в休o助加熱功能的熱水器，可在全年任何時候使用，設(shè)計一個控制器幫助人們了解水的溫度、熱水器中的水位的高低，使人們清楚的使用。 國內(nèi)外研究水平 先前國內(nèi)外的大多數(shù)家庭，使用的只是純粹的太陽能加熱的熱水器，還沒有其他的智能控制部位，沒有太陽的天氣中就沒有足夠的能源能夠使水箱中的水加熱。其次是對熱水器中的水位沒有記錄，因而人們不能夠及時知道水箱中的當(dāng)前水量，以便補(bǔ)充，缺乏了自動性。如今的大多數(shù)家庭的太陽能都裝有水位監(jiān)測、水溫測量、顯示功能，使用時更加方便。近年來，利用太陽能和其它清潔能源的結(jié)合，使太陽能熱水器更加的完善，在任何的天氣情況下都能夠使用到熱水。此款熱水器由主、從兩大系統(tǒng)構(gòu)成：主系統(tǒng)的特點是在晴朗的天氣利用太陽能為熱水器加熱；而從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無光照情況下利用電而輔助加熱。它的設(shè)計充分利用太陽能豐富免費的資源優(yōu)勢，也同時考慮到在陰天和夜間都無法利用太陽能的缺點，充分的發(fā)揮了太陽能熱水器與電熱水器的各自優(yōu)勢[13]。當(dāng)今的社會發(fā)展日新月異，人們的衣食住行也在不斷提高?，F(xiàn)有電熱型的熱水器費用昂貴而且燃?xì)庑偷牟话踩?，加上排放二氧化碳污染大氣，北方用的煤氣取暖造成了城市的空氣環(huán)境污染，這些是太陽能熱水器良好外部的生存環(huán)境。太陽能熱水器能夠克服了上述的缺點，它是綠色且環(huán)保的產(chǎn)品。它使用簡單而且方便。太陽能熱水器順著時代的發(fā)展要求，滿足了人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類的文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代的文明社會最佳的選擇。應(yīng)該注意到，特別是集體單位對太陽能熱水器的用量很大。大家都知道，太陽能是取之不盡，用之不竭的，沒有污染的巨大的能源。隨著世界上的煤、石油、天然氣存儲量日益的減少，能源的危機(jī)已日益增長，環(huán)境污染危機(jī)已威脅著生態(tài)的平衡，太陽能的開發(fā)利用課題已提到人類面前。有人預(yù)測：二十一世紀(jì)的太陽能將由輔助的能源上升為主要的能源。但是由于地區(qū)的不同和季節(jié)的不同又給太陽能的利用帶來的重重困難，有些技術(shù)的難點尚未得到突破，產(chǎn)品的造價偏高，所以還沒有被人們普遍的使用。 本課題發(fā)展趨勢在太陽能產(chǎn)品的利用中，太陽能熱水器的制造在技術(shù)的層面是成熟的，同時由于它的能源的消耗比較低、對環(huán)境的保護(hù)有著重要的作用，而且用水比較安全，所以受到了世界人們的熱捧。世界各國太陽能熱水器的生產(chǎn)發(fā)展速度也很快。例如：澳大利亞的政府規(guī)定，在北部的地區(qū)新建的房屋必須要設(shè)置太陽能熱水器，已經(jīng)有26％的新住宅都安裝了太陽能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝的太陽能熱水器將近50萬臺，計劃今后額普及率將更高。有些國家的法令規(guī)定所有的新建筑物必須要配備太陽能熱水器。太陽能熱水器的推廣應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全的統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器的累計安裝使用總量已經(jīng)達(dá)到300萬平方米以上。所以該控制器的設(shè)計具有使用時方便、性價比高、工作度可靠、精度高等等特點，為太陽能熱水器的進(jìn)一步的推廣具有積極推動的作用。 本課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計主要是利用AT89S52單片機(jī)為核心，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅髯鳛樾盘柕牟杉瘉碓碵15]：溫度傳感器選擇數(shù)字式的DS18B20。并通過LED數(shù)碼管來顯示溫度與水位。要經(jīng)過幾部分的設(shè)計來完成：LED數(shù)碼管顯示部分的設(shè)計 水位采集部分的設(shè)計溫度采集部分的設(shè)計控制加熱和上水電路的設(shè)計從系統(tǒng)需要和研究內(nèi)容可以看出，本設(shè)計需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。查閱元器件資料，掌握器件工作原理和硬件實現(xiàn)方法。利用電腦仿真，對設(shè)計的電路進(jìn)行模擬檢測。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）　　　　　　　　　　　　　　　2　方案的論證與選擇攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）　　　　　　　　　　　　　　　2　方案的論證與選擇2 方案的分析與選擇 方案的分析溫度傳感器的選擇。熱敏電阻，它的組成是半導(dǎo)體陶瓷。它與普通的電阻不同，它是具有與一般的電阻相反的溫度的特性，也就是說當(dāng)溫度升高的時候，它的電阻值減小。它的阻值～溫度的特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性的比例較大，因而在使用時候要進(jìn)行線性化地處理。但是改善熱敏電阻的特性曲線可以用線性化的處理，但是方式比較復(fù)雜。所以，在要求不是很高的一般的應(yīng)用中，常做出在一定溫度范圍內(nèi)的溫度和阻值成線性關(guān)系的假設(shè)，從而簡化了計算。使用為了感知溫度，給熱敏電阻通過恒定電流，電阻的兩端就可以測到一個電壓，然后通過下面的公式可以求得溫度： T=T0KVTT和T0分別表示被測量的溫度和電阻的特性有關(guān)溫度參數(shù)；K是與熱敏的特性有關(guān)的系數(shù)；VT為電阻的兩端電壓。根據(jù)公式，測得的電阻的兩端的電壓，了解到了參數(shù)T0和K，通過這樣來計算出電阻所處的環(huán)境溫度，這樣就能把熱敏電阻隨著溫度的變化，變化為電壓隨著溫度的變化。這種設(shè)計還需用到A/D轉(zhuǎn)換的電路，而且在測量過程中，由于環(huán)境影響更會帶來較大的誤差。水位采集系統(tǒng)的選擇。該水位的采集系統(tǒng)是把采集到的信號通過A/D轉(zhuǎn)換器，傳送到單片機(jī)中[14]。I為恒流源，該電流流過一個電阻產(chǎn)生的壓降為IR。當(dāng)K1,K2……K8均打開時，V0=8IR,現(xiàn)取IR=1V，則V0=8V。當(dāng)水位上升到Kn處時，浮子推動磁體M移動到干簧管Kn，Kn接通。經(jīng)過OP緩沖，輸出電壓V0=(n1)V。輸出端經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后直接輸入到單片機(jī)。當(dāng)水位達(dá)到最高的位置時候，單片機(jī)會控制電磁閥停止向水箱加水，并且在LED顯示“水已滿”字樣。 方案一 溫度傳感器的選擇。傳感器DS18B20，它和微處理器連接時僅需要一采用一條總線，它是由美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度條口線，即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。全部的傳感元件和轉(zhuǎn)化電路都集成在一只形如三極管的集成電路內(nèi)。我們可采用DS18B20采集溫度，然后在LED顯示電路上顯示。該設(shè)計外圍的電路比較簡單，只需通過DS18B20進(jìn)行采集的溫度，一個LED顯示的電路，軟件設(shè)計的部分只需要采集溫度，再對溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最后用顯示電路將它顯示出來。我們知道，環(huán)境對DS18B20的影響不大，同時DS18B20測量的精度穩(wěn)定并且可用軟件設(shè)置、接線非常簡單，從而節(jié)省了單片機(jī)數(shù)據(jù)的串口。 水位采集系統(tǒng)的選擇。使用5根不銹鋼針置于水箱中5種不同高度的位置上，當(dāng)某根鋼針不接觸水面的時候，輸出為高電平；當(dāng)它與水面接觸的時候則輸出為低電平[11]。它們的輸出信號接五個反向器CD4069。單片機(jī)將對這些引腳進(jìn)行判斷之后，在LED上顯示相對應(yīng)的值。顯示總分為5檔，每檔為滿水位的20%。 方案的選擇本設(shè)計主要從溫度傳感器的選擇考慮。傳統(tǒng)測溫的元件有熱電偶和熱電阻，它們測出的一般是電壓，然后轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，這就需要較多的外部硬件的支持，電路及軟件的調(diào)試比較復(fù)雜，制作難度比較高，成本相對也比較高。從以上兩種的方案中，可以看出采用方案二，所設(shè)計的電路較簡單，采用的溫度傳感器DS18B20作為檢測溫度的元器件，測溫范圍為55℃~125℃，℃。DS18B20可以直接讀出被測的溫度值。采用單線制與單片機(jī)相連，極大的減少了外部硬件電路，具有低成本與易使用的特點。方案2比方案1的設(shè)計原理簡單，硬件要求較少，成本較低，而且方案2省去了方案1中的A/D轉(zhuǎn)換器，操作起來比較方便，方案2在軟件的設(shè)計中也比方案1來得更加的簡潔明了。因此水位的采集系統(tǒng)選擇采用方案2。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3　硬件設(shè)計3 硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理經(jīng)對所要設(shè)計控制系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行分析，可得到系統(tǒng)的總體的硬件設(shè)計框圖。從系統(tǒng)的總的框圖，可看出該系統(tǒng)的工作原理為：以單片機(jī)89S52作為控制核心，并且協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作，通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測當(dāng)前的水溫，由于是數(shù)字信號就可以直接送入單片機(jī)89S52內(nèi)[13]，經(jīng)過單片機(jī)的處理在LED七段數(shù)碼管上顯示所測的當(dāng)前的溫度值。另外一路是在水箱中的五根不銹鋼針，它們輸出的信號經(jīng)過反向并通過驅(qū)動再送入單片機(jī)89S52進(jìn)行處理，在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的水位值。按鍵用來設(shè)定溫度顯示和水位顯示的轉(zhuǎn)換，可以進(jìn)行手動加熱和手動加水，自動上水方面是通過設(shè)置水位的上下限，當(dāng)水位小于下限的時候就會閉合電磁開關(guān)，開始上水，當(dāng)水位達(dá)到上限時就會自動斷開電磁開關(guān)，停止上水。溫度與水位的值在時時檢測，達(dá)到控制目的。 按鍵 單片機(jī) LED顯示 溫度采集加熱控制繼電器上水控制 水位采集繼電器 電源 系統(tǒng)框圖 溫度傳感器DS18B20的主要特性 DS18B20有三個主要部件，分別為64位激光刻制的唯一ROM序列號、溫度傳感器及非易失性溫度報警觸發(fā)器TH、和TL。DS18B20通過單總線結(jié)構(gòu)，僅需一個引腳即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。另外，用于DS18B20的供電電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無線外部電源，每個DS18B20在出廠時,都有唯一的一個ROM序列號，可以將多個DS18B20同時連接在一根單總線上，從而實現(xiàn)多點分布溫度測量。DS18B20以其簡單方便的接口，廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度控制、數(shù)字溫度計和熱感測系統(tǒng)中。DS18B20的主要特點如下：1）1——wire單總線接口，通信僅需要一個I/O端口引腳；2）每個器件具有唯一的、儲存在片內(nèi)ROM的64位序列碼；3）多節(jié)點檢測功能簡化了分布式溫度檢測應(yīng)用；4）使用簡單方便，無需外部原件；5）——，可選擇由數(shù)據(jù)線供電；6）可測量的溫度范圍55——+125攝氏度；7）9位數(shù)字溫度計分辨率；8）在10——+；9）最大溫度轉(zhuǎn)換時間為750ms；10）用戶可編程的非易失性報警設(shè)置；11）報警搜索命令能夠自動識別和尋址溫度超出設(shè)定門限之外的器件；12）適合于包括溫度測量、溫度調(diào)節(jié)裝置控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費類產(chǎn)品、溫度計及任何溫度敏感系統(tǒng)的應(yīng)用。DS18B20的外形 DS18B20的封裝引腳圖GN地信號DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。VDD 當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。DS18B20的結(jié)構(gòu)