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精品--太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)-wenkub

2022-12-17 00:51:34 本頁面
 

【正文】 的限制無論陸地或海洋,無論高山或島嶼,都處處皆有,可直接開發(fā)和利 用,且無須開采和運(yùn)輸。但在化石燃料減少下,才有意把太陽能進(jìn)一步發(fā)展。太陽能作為一種可再生的新能源 ,越來越引起人們的關(guān)注。新建商住樓安裝熱水器,已是房屋開發(fā)公司計(jì)劃之內(nèi)的事,配套熱水器的商品房銷勢(shì)更好 [5]。它使用簡(jiǎn)單、方便。他主要由平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成,可分循環(huán)式、直流式和悶曬式。這種顯示器 (還稱不上控制器 )不具有溫度控制功能,當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí),就會(huì)給熱水器用戶帶來不便;即使熱水器具有輔助加熱功能,由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒,從而浪費(fèi)大量的電能。目 錄 1 緒論 ............................................. 1 太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析 .............................. 1 太陽能熱水器的應(yīng)用及意義 .......................................... 2 2 系統(tǒng)組成及工作原理 ................................ 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 ...................................................... 4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................. 4 太陽能熱水器組成及原理 ............................................ 6 系統(tǒng)的組成框圖 .................................................... 7 3 硬件設(shè)計(jì) ......................................... 9 最小系統(tǒng)板設(shè)計(jì) ................................................... 9 按鍵及顯示電路 .................................................. 11 溫度采集模塊電路設(shè)計(jì) ............................................ 11 報(bào)警電路模塊 .................................................... 16 繼電器控制加熱電路 .............................................. 17 水位檢測(cè)接口電路 ................................................ 18 水位控制電路 .................................................... 19 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................... 20 軟件設(shè)計(jì)分析 .................................................... 20 軟件程序設(shè)計(jì)要求 ................................................. 20 主程序模塊 ....................................................... 22 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) ................................................. 22 子程序模塊 ....................................................... 23 5 系統(tǒng)調(diào)試 ........................................ 30 6 結(jié)論 ............................................ 32 參考文獻(xiàn) .......................................... 33 致 謝 ............................................ 34 附錄 A 電路原理圖 ................................... 35 附錄 B PCB 圖 ...................................... 36 附錄 C 程序代碼 .................................... 37 1 1 緒論 況及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)分析 目前,中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國,年產(chǎn)量約為世界各國之和,已有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠。本文設(shè)計(jì)的太陽能熱水器控制器以 80C51 單片機(jī)為檢測(cè) 控制核心,采用 DS12887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘,不僅實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、溫度和水位三種參數(shù)實(shí)時(shí)顯示和 FUZZY 控制功能,而且具有時(shí)間設(shè)定、溫度設(shè)定與控制功能。 當(dāng)今社會(huì)發(fā)展日新月 異,人們衣食住行也在不斷的提高。太陽能熱水器順呼時(shí)代發(fā)展的要求,滿足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。 此款熱水器包括主 、從兩大系統(tǒng):主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣利用太陽光能為熱水器加熱;從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器,它在無光照的情況下利用電輔助加熱。中國蘊(yùn)藏著豐富的太陽能資源,太陽能利用前景廣闊。太陽能的利用有被動(dòng)式利用(光熱轉(zhuǎn)換)和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。 (2)開發(fā)利用太陽能不會(huì)污染環(huán)境,它是最清潔能源之一,在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天,這一點(diǎn)是極其寶貴的。在利用太陽能時(shí),想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率,往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備,造價(jià)較高。 4 2 系統(tǒng)組成及工作原理 本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部份協(xié)調(diào)完成,硬件部分主要完成信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換 及 各種信息的顯示等;軟件主要完成 功能計(jì)算和 控制功能等 。 1. 早晨水溫控制 由于清晨太陽光較弱,所以太陽能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。具體控制過程如下: 打開循環(huán)閥門 F1,關(guān)閉冷水進(jìn)水閥門 F2,熱水閥門 F3處于空控狀態(tài)。具體控制過程如下: 關(guān)閉循環(huán)水閥門 F2,打開冷水閥門 F2,熱水閥門 F3 處于可控狀態(tài)。熱 水箱溫度為 T1,將它和設(shè)定值 N 相比較,從而控制是否打開電加熱,控制時(shí)段為下午 。補(bǔ)給水箱 4供給循環(huán)水箱 3所需的冷水。這樣不斷對(duì)流循環(huán),水溫逐漸提高,直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時(shí),水溫不再升高。 系統(tǒng)的組成框圖 本 次 太陽能熱水器 系統(tǒng)是一種新型的 智能溫控系統(tǒng) 系統(tǒng),該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以AT89C51 為核 心,將傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能控制 相結(jié)合, 整個(gè)系統(tǒng)可分為單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、 DS18B20 檢測(cè)溫度模塊,報(bào)警模塊、檢測(cè)水位模塊、 控制水位模塊和 7279鍵盤顯示模塊。系統(tǒng)的硬件接口電路包括:控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路,蓄水箱溫度和水位檢測(cè)接口電路、設(shè)定鍵和串行顯示接口電路、看門狗和復(fù)位接口電路以及繼電器輸出接口電路等。 以單片機(jī)為核心,配以一定的外圍電路和軟件,實(shí)現(xiàn)某些功能,就組成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 10 復(fù)位電路 圖 時(shí)鐘 振蕩電路 時(shí)鐘電路是為系統(tǒng)產(chǎn)生所需要的時(shí)鐘信號(hào),是計(jì)算機(jī)的心臟,控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。作用有兩個(gè):其一是使振蕩器起振,其二是對(duì)振蕩器的頻率 f 起微調(diào)( C C2 大, f 變?。S捎谙到y(tǒng)自動(dòng)化程度高,所以本系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話并不是很多,大部分功能都是系統(tǒng)按照軟件設(shè)置進(jìn)行。 方案 一:利用 PT100 溫度傳感器通過電橋電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓,經(jīng)由放大電路,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,最終將數(shù)字量送入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一支三極管的集成電路內(nèi),支持“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,具有較強(qiáng)的抗干擾性,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。 13 8) 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào),以 “ 一線總線 ” 串行 傳送給 CPU,同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼,具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 9) 負(fù)壓特性:電源極性接反時(shí),芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作 。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩 頻 率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。 14 圖 DS18B20測(cè)溫原理圖 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì) 圖 DS18B20與單片機(jī)接口電路圖 如 圖采用 外接 電源供電方式 ,在外接電源供電方式下 , DS18B20 從單線信號(hào)線上 15 吸取能量 ,在信號(hào)線 DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里,在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能來繼續(xù)工作,直到高電平到來 再給寄生電源(電容)充電。單片機(jī)的 口接 DQ,當(dāng) DS18B20 處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D轉(zhuǎn) 換操作時(shí),總 線上必須有強(qiáng)的上拉,上拉開啟時(shí)間最大為 10us。 注意事項(xiàng) : DS1820 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用 P 口線 較 少等優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下 幾 個(gè) 方面的問題: ? 較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償,由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此,在對(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫編程時(shí),必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序,否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。 ? 在 DS1820 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中,向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后,程序總要等待DS1820 的返回信號(hào),一旦某個(gè) DS1820 接觸不好或斷線,當(dāng)程序讀該 DS1820 時(shí),將沒有返回信號(hào),程序進(jìn)入死循環(huán)。 ? 連接 DS1820 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。因此,在用 DS1820 進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。報(bào)警電路如圖所示。 光耦可以隔離輸入量與輸出量,在本設(shè)計(jì)中起到隔離單片機(jī)與電磁繼電器的作用。要實(shí)現(xiàn)輔助加熱提前時(shí)間的 精確計(jì)算,最好是采用連續(xù)液位傳感器,但考慮系統(tǒng)成本,本設(shè)計(jì)仍采用分段式液位傳感器 (通過軟件來提高精度 ),在水位顯示上也仍采用分段顯示。隨著水位的上升,各“非” 門輸出相繼為高電平, LED 依次點(diǎn)亮。蓄水箱溫度檢測(cè)電路采用 DS18B20 芯片使其換成脈沖信號(hào),送到 80C51 的 I/O 口(編程為計(jì)數(shù)器工作模式 ),通過測(cè)量輸出脈沖頻率的大小 來換算成水溫高低信號(hào)。系統(tǒng)軟件采用 MCS51 單片機(jī) 匯編語言編寫,采用了模 塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 軟件程序設(shè)計(jì)要求 熱水器 不論在什么樣的天氣里,都能夠在設(shè)定的時(shí)間向用戶提供設(shè)定溫度的熱水,從而給用戶帶來便利。 HD7279 串行接口 HD7279 采用串行方式與微處理器通信,串行數(shù)據(jù)從 DATA 引腳送入芯片,并由 CLK端同步。 讀取鍵盤指令,寬度為 16bit,前 8個(gè)位微處理器發(fā)送到 HD7279 的指令,后 8個(gè) bit 為 HD7279 返回的鍵盤代碼。采用子程序結(jié)構(gòu)可使程序簡(jiǎn)化,便于調(diào)試,并可實(shí)現(xiàn)程序模塊化。流程圖如圖 所示: 顯示處理子程序設(shè)計(jì) 顯示處理子程序主要完成 :查表得到所要顯示的字符的字形碼,然后將字形碼送到 7279 顯示模塊顯示出來。 在制作好 PCB之 后,緊接著就是插上元件調(diào)試硬件系統(tǒng)。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn),接在晶振旁邊的瓷片電容是 的 104,還有單片機(jī)的 EA 端懸空未接。此時(shí),EA 腳懸空說明 CPU 不訪問內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器,所以寫入它的程序不能正常運(yùn)行。將萬用表打到測(cè)試是否導(dǎo)通的端 ,同時(shí) 將黑表筆接 COM 端,紅表筆接其他任一端,相應(yīng)的段位會(huì)亮 則表示數(shù)碼管是好的,且是共陰 的; 否則將表筆對(duì)換再測(cè)量有相應(yīng)的段位有顯示則是共陽 的 數(shù)碼管。經(jīng)筆者用萬用表對(duì)電路的導(dǎo)通性測(cè)量得知,并不存在慮焊的情況,電路是導(dǎo)通的。 該熱水器具 備以下特點(diǎn): 1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、操作維護(hù)簡(jiǎn)便。 5. 該系統(tǒng)加裝減壓閥后可與鍋爐配套使用,解決冬季用水。第二是冷水箱、熱水箱、集熱器及熱水保溫的相對(duì)位置及標(biāo)高合理,符合水流規(guī)律,第三是補(bǔ)充給熱水箱的水流不允許沖擊,第四是電磁閥的選擇及安裝位置要合理,保證動(dòng)作靈敏可靠。 33 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