【正文】 特性。實際上，中國也開發(fā)出了同類型的產(chǎn)品 SG590。 16 所以，水位傳感器測水位的基本原理如下： （ m為 T1 的計數(shù)值， 為 T0 的定時值）。 當(dāng) h=d 時，傳感器電阻阻值 為 0，對應(yīng) CRRT ??? )(545 ，系統(tǒng)處于 100%水位。 當(dāng) b hc 時，傳感器電阻阻值 為 2R，對應(yīng) CRRRT ???? )2(543 ，系統(tǒng)處于 50%水位。 由傳感器的結(jié)構(gòu)圖可看出： 當(dāng)水位未達到 a 時，即 ha 時、這時傳感器的總阻值 為 4R，對應(yīng) 系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。 14 驅(qū)動電路 蜂鳴器驅(qū)動電路 Q1R13VCCTXD 圖 34蜂鳴器驅(qū)動 繼電器驅(qū)動電路 Q2R14VCCWJ 圖 35繼電器驅(qū)動 15 第四章 水位 LED 顯示器是由電流型控制器件，其工作電流為 2mA～ 20mA，使用時須加限流電阻。依 次類推，然后由一個 8位 I/O 接口來控制各個段，而所有位的位選線則由另外一個相應(yīng)的 I/O接口線來控制。 本設(shè)計采用動態(tài)顯示的方式。 各種字符的字段碼的獲取方法有兩種：即軟件譯碼和硬件譯碼法。 N 位 LED 顯示器有N根字位選線（簡稱： “ 位選線 ” ）和 N*8根字段選線（簡稱： “ 段選線 ” ）。由 LED的顯示原理可知，要使某 N位 LED 顯示器的某一位顯示某個字符，就必須將此字符轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的字段碼來控制該位的 8 個段，同時，該位的 字位線也要控制有效，這要通過一定接口來實現(xiàn)。 表 2 共陰極 LED 顯示器七段碼 顯示字符 共陰極七段碼 顯示字符 共陰極七段碼 0 3FH 9 6F 1 06 A 77 2 5B B 7C 3 4F C 39 4 66 D 5E 5 6D E 79 13 6 7D F 71 7 07 P 73 8 7F U 3E ③ N 位 LED 顯示器。 七 段發(fā)光二極管再加上 1 個小數(shù)點位，共計 8 段，因此提供給 LED 顯示器的字段碼正好 1個字節(jié)。 ② 字段碼。使用時，公共陽極接 +5V，根據(jù)要求需要點亮發(fā)光二極管的陰極輸入低電平，不需點亮的發(fā)光二極管的陰極輸入高電平。使用時，公共陰極接地，根據(jù) 要求需點亮發(fā)光二極管的陽極輸入高電平，不需點亮的發(fā)光二極管的陽極輸入低電平。 LED顯示中的發(fā)光二極管根據(jù)其連接的方法有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。 LED（ Light Emitting Diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見的是由 7段型發(fā)光二極管（ a～ g7 段）和 1 個圓點型發(fā)光二極管（常以 dp表示，主要用來顯示小數(shù)點）組成的 LED 顯示器，其排列形狀如下圖所示。 （ 2）水溫顯示： 本 控制 系統(tǒng) 可以時時采集熱水器內(nèi)部水溫通過 LED 顯示水溫， 由于太陽能熱水器實際溫度不會超過 1000C，所以本系統(tǒng)采用兩位顯示， 測量范圍為 00～ 99 0C。 顯示模塊 本設(shè)計中采用了共 陽 極接法，對于顯示水溫的程序如下說明： 在 靜態(tài) 掃描過程中， 本系統(tǒng)使用的是共陽 LED 數(shù)碼管，譯碼器使用的是 74LS47 使用了 AT89C51 的 P1 口，通過程序進行進位顯示。監(jiān)測模塊我采用了干簧管監(jiān)控。 控制模塊 （ 1） 按鍵中斷方式： 本 控制 系統(tǒng) 采用的是 AT89C51 單片機 存儲容量不大， 4KROM，128RAM 足夠， 本太陽能熱水器控制系統(tǒng) 只 用一 個鍵 手動控制 ，且不經(jīng)常操作，所以本設(shè)計中采用了中斷方式 0下降沿觸發(fā)工作 ， 所以按 鍵 用 口 連接 用于手動上水功能 。 不同的接口電路用于不同的控制場合，因此其功能也各有特點。 接口電路的作用就是將來自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號傳送給微處理器，微處理器對數(shù)據(jù)進行適當(dāng)加工，再通過接口電路傳回外部設(shè)備。從更一般的意義上說，接口電路是在兩個電路或外設(shè)之間，使 兩者動作條件相配合的連接電路。在本設(shè)計中，對電磁閥的直流電源的要求不不高，又因為 1， 2 兩端的電壓為 12V，為節(jié)省資源，故可直接取用 1， 2 兩端的電壓作為電磁閥的直流電壓，無需再另行設(shè)計 12V 穩(wěn)壓電源。 （ 3） 變壓器二次繞組的電流 由于電容濾波整流電路中，整流管的電流不是正弦波，變壓器二次繞組電流的有效值 要比輸出電流 大，一般情況下，前者是后者的 ～ 3 倍。由于它體積小，使用方便，價格較低，已成為常用整流元件。從電容濾波出發(fā)， C1 的容量應(yīng)足夠大，但 C2 的容量也不能太大，否則整流元件的瞬時電流太大，而且容量越大，電容器的體積越大，價格越貴，根據(jù)經(jīng)驗綜合各方面情況，取 C2=3300uF. (2) 整流元件的參數(shù) 1）反向耐壓 根據(jù)橋式整流電路的性能可知，每個整流二級管在交流電網(wǎng)最高時承受的最大反向峰植電壓為： % ) ]101([2m a x2 ????? vuu 公式 (31) 為了安全，整流管的反向耐壓應(yīng)比上述 值 高 50%以上，因此選擇整流管時，其耐壓應(yīng)按下式考慮： vvu rm 23%)501( ???? 公式 (32) 10 2）正向電流 橋式整流電路中，每個整流二極管的正 向電流平均值是輸出電流的一半，其最大值為： AIID A V )( m a x0m a x ?? 公式 (33) 由于整流管在接通電源瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流（即充電電流）通過，因此，整流管的參數(shù) IF（正向電流平均值）應(yīng)比上述值大 ～ 2 倍。而輸出電壓在 15v～ 24v 的穩(wěn) 壓器，其兩端電壓差達到 7v～ 9v左右。這時整流管中通過的電流的瞬時值要比平均值大得多，特別在接通電源瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流（即充電電流）通過整流管，這一點要引起注意。這里一般采用橋式整流電路來實現(xiàn)，即可用四個二極管來組成，也可用整流橋堆來完成，只是參數(shù)一定要選擇合理。而且在正常穩(wěn)壓的前提下，它的壓降盡可能小，以減少功耗。反之，如果 u2 的值小到一定+ U0 ~220V 電源變壓器 穩(wěn)壓電路 整流電路 濾波電路 9 的程度，三端穩(wěn)壓器不能正常工作，失去穩(wěn)壓作用 。其框圖和電路分別如下圖： 圖 31直流電源框圖 圖 32 5V DC電源 方案論證 通過框圖分析，該電路由四個部分組成，它們的功能分述如下： （ 1） 電源變壓器 它的任 務(wù)是把電源電壓 220V 變壓到合適的大小。 太陽能熱水器 體硬件 電路 基本框 圖 見附錄 2所示 。 單片機最小系統(tǒng) 顯示系統(tǒng) 聲光報警 電磁閥 鍵盤 電機控制系統(tǒng) 傳感器 8 第三章 硬件設(shè)計 本 設(shè)計 以 AT89C51 單片機為核心配合傳感器、顯示器件、電磁閥、電加熱器、報警 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 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 示， 水溢報警等功能。 通過上面兩種方案的比較： 單片機通過 光電耦合對繼電器進行控制 ,用來切斷或接通加熱管電源 ,關(guān)閉或打開水閥 ,從而達到對水溫和水量的控制。通過 “ 上水 ” 鍵，可實現(xiàn)手動 控制電磁閥 上水。 圖 22 太陽能熱水器基本框圖 位選控制線 +12v 控制線 P1 P0 AT89C51 T0 T1 RXT 溫度與水量數(shù)據(jù)采集 LED 顯示接口 電平 轉(zhuǎn)換 繼電器 電磁閥 蜂鳴器 鍵盤 輸入 +5v 控制加熱 控制上水 7 該系統(tǒng)以單片機 AT89C51 為核心 ,分別來自溫度傳感器和水量傳感器的兩路信號 ,經(jīng)過 ADC 器件變換后輸入單片機 P0 口 ,經(jīng)過單片機數(shù)據(jù)處理后 ,在 P2 口輸出顯示 ,P1口為鍵盤輸入端 ,單片機掃描后判斷鍵的功能并在 T0、 T RXD 端執(zhí)行對外部控制器的控制 ,實現(xiàn)加熱、上水和水量不足報警功能。 正常情況下 ,兩個七段碼顯示當(dāng)前水溫 ,另一個顯示當(dāng)前水位。 d) 按下手動加水鈕時 ,加水至設(shè)定水量值 ,長按可設(shè)定水量。與水量設(shè)定類似 ,長按后 ,進行溫度設(shè)定。 當(dāng)設(shè)置定時加水功能時 ,初始化 RTCC、 OPTION、 F0EH、 F0FH,開始進行定時 ,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 ,24 小時定時到 ,寄存器復(fù)位 ,自動加水。 RTCC 引腳信號的輸入頻率為 1kHz,因此RTCC 計數(shù)至 FFH 時需 65536ms。 RTCC 計數(shù)器采用遞增方式計數(shù) ,當(dāng)計數(shù)至 FFH 時 ,在下一個計數(shù)發(fā)生后 ,將自動復(fù)零 ,重新開始計數(shù) ,以此循環(huán)下去。預(yù)分頻器的分頻比率由OPTION 內(nèi)的 PS0～ PS2 決定。 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 的計數(shù)信號源 ,當(dāng) RTS 為“ 1”時 ,信號源為來自 RTCC 引腳的外部信號 ,RTS 為“ 0”時 ,信號源為內(nèi)部時鐘。系統(tǒng)的定時功能主要通過軟件完成。 a) 按下定時加水按鈕時 ,定時 LED變亮 ,并以當(dāng)前時間為定時時標(biāo) ,每 24 小時自動加水至設(shè)定水量 。 本系統(tǒng)中 ,有四個功能按鍵：定時加水、恒溫控制、手動加水和手動加熱 。電熱水控制器的總體布局如圖 。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。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。 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。根據(jù)水位情況進行手動和自動上水控制 。 5） 缺水報警 ： 出現(xiàn)缺水狀態(tài)時，蜂鳴報警，缺水指示燈亮。 3） 水位分檔顯示 ，分四檔：低、中、高、滿 。 2） 水溫顯示，測溫范圍 0～ 99 0C；精度 177。 4 第二章 系統(tǒng) 設(shè)計 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 等許多功能。本設(shè)計 以 AT89C51 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。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?？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。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 150多億元，出口創(chuàng)匯 2021萬美元，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。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 ,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。 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)時的市場定位是農(nóng)村或中小城鎮(zhèn)的低收入家庭。 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)。因此在太陽能利用中，進行跟蹤裝置的控制方式進行 研究 是一項很有意義的工作。 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，這就對太陽能的收集和利用提出了較高的要求。采用太陽 能熱水器智能儀（儀稱太陽能熱水器水溫水位測控儀），能解決上述問題。 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。Automatic control。 II The Design of Solar Water Heater Automatic Control System