【文章內(nèi)容簡介】 元?？紤]到液化石油氣的燃燒效率及排氣熱損失，取熱量轉(zhuǎn)換效率為 70%，則 熱量要燃燒 液化石油氣才能獲得，折合 燃料費用 元。該太陽能熱水器每年可節(jié)約燃氣費用 493 元， 5 年可全部收回投資。 與鍋爐耗煤的對比計算 某鍋爐燒熱 2 噸 50℃ 熱水，耗煤 300kg。按比例折算，太陽能熱水器每天相當于節(jié)煤。按煤價 250 元 /t 計算，太陽能熱水器年節(jié)約燃料費 1232 元，基本上當年可收回投資的 50%。 與洗浴收費的對比計算 按每人每次淋浴用熱水 30kg 計算，太陽能熱水器日產(chǎn) 50℃ 熱水可供 3 人洗浴。以本地淋浴最低價 2 元 /（人 .次）計，每天可產(chǎn)生效益 6 元，年產(chǎn)生效益 2190 元。 2 年之內(nèi)不僅可收回該太陽能 熱水器的全部投資，并可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。 太太 陽陽 能能 熱熱 水水 器器 的的 環(huán)環(huán) 境境 效效 益益 分分 析析 太陽能熱水器不消耗常規(guī)燃料，對環(huán)境不產(chǎn)生污染。而煤、液化石油氣的燃燒過程以及電能獲取過程中都會對環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 與電熱水器對比 太陽能熱水器日吸收熱量 ，折合電能 ?？紤]電熱轉(zhuǎn)換效率為 98%，輸電效率為 95%（ 1996 年全國電力線損率為 %），目前我國發(fā)電標準煤耗為 350g／kWh，則采用太陽能熱水器理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣 ， CO2 ， SO2 。 與燃氣熱水器對比 太陽能熱水器日吸收熱量 ，折合燃燒液化石油氣 。理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣 ， CO2 ， SO2 。 與鍋爐燃煤對比 采用太陽能熱水器日節(jié)煤 。理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣 39300Nm3，CO2 5302Nm3， SO2 。 資源是社會經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟愈發(fā)展，對資源的依賴性愈強。許多資源（如煤、石油、天然氣等）是不可再生的，而且 在利用過程中給人類生存環(huán)境帶來極大污染，人類繁衍生息的物質(zhì)和環(huán)境基礎(chǔ)受到嚴峻挑戰(zhàn)。加強清潔、可再生資源的開發(fā)利用，已引起全世界的普遍重視。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源，有節(jié)能、環(huán)保、安全和永續(xù)利用等優(yōu)點，理應(yīng)成為開發(fā)利用的首選。其中太陽能熱水器作為家庭生活用品，其開發(fā)利用在我國已走過了二十多年的歷程，生產(chǎn)技術(shù)成熟，具有明顯優(yōu)點： （一）從節(jié)能環(huán)保的角度講，使用太陽能熱水器不會對環(huán)境造成污染，同時為國家節(jié)約了大量能源，社會效益明顯，是國家重點推廣項目，使用前景廣闊。 （二）太陽能熱水 器的使用壽命較長，使用太陽能熱水器經(jīng)濟實惠。若使用合理，其壽命可達 15 年甚至更長。據(jù)測算，使用１平方米太陽能熱水器，相當于每年節(jié)約３10 度電。太陽能熱水器的費用只有燃氣熱水器的七分之一，電熱水器的六分之一。購置太陽能熱水器一次性投資 3000 元左右，使用 5 至 6 年就可實現(xiàn)與其熱水器的支出對比平衡。按照裝置壽命 15 年計算，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 （三）太陽能熱水器集熱效果好，集熱時間更長。只要陽光能照射到的地方，就可以使用太陽能熱水器，即使在高寒地區(qū)一年四季也可以正常使用。在我國浙江、江蘇、山東等地，太 陽能熱水器的研發(fā)和生產(chǎn)已形成規(guī)模，應(yīng)用太陽能熱水器的場所也由家居使用擴展到醫(yī)院、學校、賓館、飯店、游泳池、洗浴場所等 10 第第 2 章章 系系 統(tǒng)統(tǒng) 硬硬 件件 設(shè)設(shè) 計計 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 組組 成成 及及 工工 作作 原原 理理 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 組組 成成 如圖 21 所示，本系統(tǒng)主要由控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成。 控制器：主要通過里面的電磁閥控制 YV1 和 YV2 的通斷，控制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中的位置以及控制電阻加熱絲加熱。 自動控制閥：主要通過控 制器控制，當水箱中的水的實際溫度大于所設(shè)置的溫度時，自動閥就自動打開往水箱中上水，直到上到上一個目標水位為止。 手動控制閥：當自動閥損壞時，可以通過手動閥進行上下水。 水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個電極，接地的電極放在最水箱的最底下，其余分別放在四等分點上，比如當水箱中的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當超過第二等分，則顯示二分之一的水。 水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實際溫度。 AD590 屬于半導體集成電路溫度傳感器，測溫范圍 55℃ +150℃ ，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性 電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達到用戶所需要的溫度。 儲水箱：主要用于儲存所用的水源。 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 圖 21 系統(tǒng)組成示意圖 圖圖 21 系系 統(tǒng)統(tǒng) 組組 成成 示示 意意 圖圖 12 控控 制制 裝裝 置置 的的 工工 作作 原原 理理 本控制系統(tǒng)分為手動和自動兩種控制方式，在系統(tǒng)處于自動狀態(tài)下，當檢測溫度高于設(shè)置溫度，且水位未達到最高時，控制器打開電磁水閥 YV1 和 YV2 進行上水，同時點亮上水指示燈，當水位上至上一目標水位時，自動停止上水（即關(guān)閉電磁水閥 YV1和 YV2），若水箱內(nèi)無水，則自動上水至最低水位 處。 在系統(tǒng)處于手自動狀態(tài)下，可自由上水或停止上水（上水時水箱水位必須未滿），若水位達到最高則自動停止上水；若需要啟動加熱器則必須先設(shè)定加熱溫度，然后按下加熱鍵進行加熱；若需洗浴時，則需打開手動閥 YV4，系統(tǒng)自動打開電磁水閥 YV2，可通過 YV5 自由調(diào)節(jié)水溫；當電磁水閥 YV1 和 YV2 損壞或停電時，可通過打開 YV5和 YV6 進行上下水解決燃眉之急；此系統(tǒng)設(shè)置 YV3 是為了防止冬天氣溫過低引起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動打開此閥放完水管中的積水）。 主主 要要 原原 器器 件件 選選 擇擇 及及 硬硬 件件 電電 路路 的的 設(shè)設(shè) 計計 AT89S51 高高 性性 能能 8 位位 單單 片片 機機 AT89S51 是一個低功耗高性能 CMOS 8 位單片機， 4k Bytes Flash 只讀程序存儲器(ROM),512 Bytes 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 (RAM),該微處 理器采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，引腳兼容 80C51 和 80C52 芯片，片內(nèi)的 Flash 存儲器可以像常規(guī)程 序存儲器一樣進行燒寫， AT89S51 片內(nèi)總共有 256 字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)區(qū)，而 128 字節(jié)的內(nèi)部擴展數(shù)據(jù)區(qū)需通過清 SFR(8EH)的位 1 并用 MOVX 指令訪問，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，另一個 256BytesRAM 區(qū)與 ATMEL之 AT89 系列 8052 兼容的單片機是一致的， AT89C51 結(jié)合通用的 8 位微處理器和 Flash存儲技術(shù)構(gòu)成功能強大單片微處理器，可提供許多高性能低價位的系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89S51 主要特點： 40 個引腳， 32kBytes 的 程序存儲器， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，內(nèi)置時鐘振蕩器 ,其Flash 存儲器，可反復擦寫 1000 次的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。軟件設(shè) 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 13 置電 源省電模式，睡眠其間，定時 /計數(shù)器，串行口和中斷口均停止工作， RAM 中的數(shù)據(jù)被 “凍結(jié) ”，直到下次被中斷激活或硬件復位方可恢復工作。 (2)、 AT89S51 主要功 能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 32k 可反復擦寫 (1000 次） Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 硬件看門狗 WDT 電路 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 時鐘頻率 033MHz 兩個串行中斷 5128bit 內(nèi)部 RAM 2 個外部中斷源 內(nèi)置時鐘振蕩器 中斷激活睡眠模式 3 級加密位 雙重數(shù)據(jù)存儲器 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 管腳說明 ： VCC：供電電壓。 GND： 接地。 圖 22 AT89S51引腳圖 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 14 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低 八位。在 FIASH 編 程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口 ： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為低 八位地址接收。 P2 口 ： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平 ， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程 校驗接收一些控制信號。 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 15 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG： 當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 PSEN： 外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 數(shù)數(shù) 碼碼 管管 顯顯 示示 原原 理理 由單片機的定時器 To 做 16 位計數(shù)器（為便于數(shù)據(jù)處理，這里只用低 8 位計數(shù)值，即寄存器 TL0 中的值）。一邊記錄脈沖數(shù)量，一邊以厘米為單位由四位數(shù)碼管顯示出來。四位數(shù)碼管采用動態(tài)掃描方式顯示。長度計量儀