【正文】 ............................................................ 53 1 1 緒論 太陽能熱水器的發(fā)展史 在當(dāng)今社會(huì)科技的 飛 速發(fā)展 ,電力能源需要的快速增 長 ,使不可再生能源儲(chǔ)備減少 ,同時(shí)氣化的不可再生能源 ,全球凈化和生態(tài)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重 ,研究和開發(fā)新的清潔能源問題一直是世界關(guān)注。更進(jìn)一步提高熱水器的自動(dòng)化和智能化程度。實(shí)現(xiàn)各種智能控制的同時(shí)還需兼顧到工 作人員能夠方便的選擇、設(shè)置和修改相關(guān)的設(shè)定值。此次設(shè)計(jì)利用 51 單片機(jī)作為核心器件，來配合其他控制電路工作，用溫度傳感器和水位傳感器實(shí)現(xiàn)水位的測量和溫度的檢測，并依據(jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)溫度和水量，實(shí)現(xiàn)全天水不間斷的供水。本次設(shè)計(jì)依據(jù)太陽能熱水器的特點(diǎn)， 來設(shè)計(jì)基于 AT89C51單片機(jī)的太陽能熱水器控制器。太陽能成為新時(shí)代綠色標(biāo)志的新型能源。 本 科 畢 業(yè) 論 文 題目： 太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì) 學(xué)院： 電氣工程學(xué)院 班級： 自動(dòng)化 123 姓名： 李曉燕 指導(dǎo)教師： 趙娟娟 職稱： 講師 完成日期： 年 月 日 摘 要 目前社會(huì)的 快速發(fā)展，節(jié)能技術(shù)的不斷創(chuàng)新，太陽能熱水器作為能源利用中最普遍的一種熱能 裝置。 近些年來，國家提倡節(jié)能、環(huán)保 、構(gòu)建綠色家園。太陽能熱水器已變成我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚臒崮茉O(shè)備之一。太陽能熱水器控制器的硬件主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、水位檢測、溫度采集模塊、顯示模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及驅(qū)動(dòng)電路組成。軟件是服務(wù)于硬件系統(tǒng)的，與此同時(shí)，經(jīng)過相關(guān)的控制電路和軟件程序的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)太陽能熱水器控制器的智能化。為 人們 依據(jù)天氣變化 選擇需要的加熱狀態(tài)提供便利。 關(guān)鍵詞 ： 太陽能熱水溫度控制 單片機(jī) 傳感器 水溫水位 III Abstract Now the rapid development of society, energy saving technology of continuous innovation, the solar water heater as a heat energy utilization is one of the most mon device. In recent years, the state advocates energy conservation, environmental protection, build green homes. Solar new energy bee the new era of green logo. The solar water heater has bee one of indispensable heat energy equipment in our daily life. This design based on the characteristics of the solar water heater, to design the solar energy water heater controller based on AT89C51. Solar energy water heater controller hardware mainly includes single chip microputer minimum system, water level detection, temperature acquisition module, display module, power module, data conversion, and drive circuit. 51 single chip microputer as the core device, this design used to work with other control circuit, with a temperature sensor and the water level sensor to realize water level39。在不久的將來 ,煤炭、石油和天然氣儲(chǔ)量在世界上日益縮小 ,同時(shí)能量會(huì)污染環(huán)境 ,形成溫室效應(yīng) ,全球氣候變化。太陽能是地球上豐富的不盡的清潔電力能源 ,這是為了避免和改善大氣凈化 ,加強(qiáng)太陽能和能源應(yīng)用的研究 ,尤其是在太陽能熱水器控制器具有嚴(yán)肅意義和廣闊前景。發(fā)現(xiàn)新類型的清潔的太陽能 ,它有特點(diǎn) :無限的存儲(chǔ) 。開發(fā)利用幾乎沒有發(fā)生任何損害。然而 ,太陽能有其局限性 ,因?yàn)樘柲苌?,季節(jié)性和地區(qū)性和太陽能能量使用帶來嚴(yán)重的困難。因此尚未大規(guī)模使用?，F(xiàn)有的電動(dòng)類型熱水器的成本偏高 ,而不是安全的燃?xì)忸愋?,和缺點(diǎn) ,如空氣、環(huán)境的污染 ,太陽能熱水器控制器來克服上述缺點(diǎn) ,太陽能熱水器是環(huán) 保 ,沒有污染 ,讓人們用一個(gè)簡短的和可靠的。 太陽能熱水器是太陽的輻射能轉(zhuǎn)化為熱能用于提高水溫 ,使用最多 ,技術(shù)最成熟的熱利用裝置。使用太陽的動(dòng)態(tài)能量 ,大量的現(xiàn)有的不可再生能源節(jié)約 ,當(dāng)前 ,總體趨勢在未來能源發(fā)展的?？煽康陌踩h(huán)保、經(jīng)濟(jì)、太陽能熱水器和輔助加熱熱水器的性質(zhì)可 以應(yīng)用在任何時(shí)間。形成一套完整的太陽能熱水器控制器 ,然而 ,在研究和開發(fā)階段 ,當(dāng)光強(qiáng)度缺乏 ,因?yàn)樘鞖庠?,將給熱水器用戶帶來困難 ,即使太陽能熱水器的性能與輔助加熱時(shí)間不能檢測時(shí)產(chǎn)生的熱燒 ,它浪費(fèi)太多電。太陽能熱水器是用于最稀有植物 之一 ,經(jīng)濟(jì)效益顯著 ,迅速促進(jìn)太陽能熱水器的使用可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能 ,使用范圍廣泛的消費(fèi)和生存的前景。其次太陽能熱水器的水沒有記載 ,使人們不能及時(shí)知道水箱的水 ,和缺乏自動(dòng)性。太陽能熱水器控制器是一個(gè)單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心 ,不僅改善其功 能 ,也增加的性能很難在同一時(shí)間完成改善以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制精度和可靠性。這種太陽能熱水器控制器溫度和液位顯示的功能 ,沒有溫度控制功能 ,與國內(nèi)熱水器市場逐漸擴(kuò)大 ,熱水器的情況下急需改進(jìn)的太陽能熱水器智能控制器的開發(fā)。世界上太陽能熱水器的生產(chǎn)很快?，F(xiàn)在 ,技術(shù)不斷更新 ,將會(huì)有越來越多 ,越來越多的先進(jìn)的太陽能熱水器產(chǎn)品 ,太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)會(huì)越來越完美。 本課題研究目的和意義 太陽能熱水器使用方便 ,節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn) ,一直很受歡迎。當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展 ,太陽能熱水器的控制要求越來越高 ,對于現(xiàn)在我們使用熱水器 ,單一的功能 ,它不便于控制 ,隨著電子技術(shù)的發(fā)展和生活水平的控制器已被淘汰 ,因此 ,開發(fā)一種新型的太陽能熱水器的智能控制器是現(xiàn)在的主要問題。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 : (1)溫度、水位檢測傳感器的選擇 。 (3)電源按鈕 ,顯示部分的設(shè)計(jì) 。 太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì) 4 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 根據(jù)題目要求 ， 本系統(tǒng)可分為 :單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、溫度檢測模塊、水位檢測模塊、關(guān)鍵控制模塊 ， 顯示模塊 ,電源模塊 ,報(bào)警檢測、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和 A / D 轉(zhuǎn)換等。按鈕使用直接 I / O 端口線電路 組成的一個(gè)關(guān)鍵是分離 。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 具體的功能 說明 如下 ： (1)使用 220V/ 50HZ 的力量 ； (2)水 位 溫度顯示 ： 溫度與動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示溫度范圍 0 99℃ ， 精度 177。 (4)水位設(shè)置 ： 可以設(shè)置水位 50%， 80%， 100%。 (5)手動(dòng) 加 水 ： 在手動(dòng)操作狀態(tài) ， 可以設(shè)置在前面板上按 “ 加水 ” 操作手動(dòng)加水后 ， 在任何時(shí)候 ， 如果水低于預(yù)設(shè)水平 ， 以及水預(yù)設(shè)水平 ； 如果水達(dá)到預(yù)設(shè)水平 ： 原來水的基礎(chǔ)上加上一個(gè) ， 如果已經(jīng)注滿水 ， 然后手動(dòng)停止加水。 方案論證 太陽能作為能源利用的一種方式 ， 易于使用的優(yōu)勢 ， 安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能 和環(huán)保 ， 廣泛使用。 加熱 式： 當(dāng)用于手動(dòng)調(diào)整太陽能熱水器水箱的水溫 ,出口溫度。在許多情況下 ， 這并不是必要的 ， 造成水資源的浪費(fèi)。 太陽能熱水器一般可以自動(dòng)加熱水溫在陽光明媚的一天 ， 即使在陰天的情況下 ， 太陽能熱水器內(nèi)部熱管將水溫加熱到用戶所需的溫度 ， 保溫時(shí)間不長。太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì)，就要有溫度采集器件， 按照相關(guān)參數(shù)范疇 選 用 了 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，采集到的數(shù)據(jù)為數(shù)字量，能夠 直接送入單片機(jī) 系統(tǒng)解決 ，電路簡 略 ，數(shù)字溫度傳感器 比模擬溫度傳感器測量結(jié)果 準(zhǔn) 確。 A/D 轉(zhuǎn)換的器件選 型 為 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片，電路簡單、方便。 圖 系統(tǒng)框圖 太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì) 6 控制系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)作為核心控制器 ,通過當(dāng)前溫度 DS18B20 溫度傳感器 ， 單片機(jī)的解決方案后 ， 在 LED 顯示屏顯示當(dāng)前溫度價(jià)值。水位達(dá)到高水位阻塞會(huì)自動(dòng)斷開開關(guān) ， 停止 加 水。 單片機(jī) 的選擇 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 單片機(jī)是 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款運(yùn)行電壓低，工作性能很高的 CMOS 8 位單片機(jī)。不但如此單片機(jī)內(nèi)部還包含有一個(gè) 256B 的片內(nèi) RAM。使用 ATMEL 公司技術(shù)生產(chǎn)出來的單片機(jī)的精度都很高，而且它的存儲(chǔ)也很方便快捷。 (2)內(nèi)部還有可以對字節(jié)（ KB）進(jìn)行很多次的編寫或者是刪除的高速存儲(chǔ)器（ FLASH存儲(chǔ)器）。 (4） 全靜態(tài)邏輯操作：零赫茲（ HZ）～二十四兆赫茲 (MHZ)的多級對所編寫程序保護(hù)、保密的存儲(chǔ)。 (6）三個(gè)十六位的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器（ T0、 T T2）。 (8） AT89C51 的異步串行通道還可以對其進(jìn)行程序的編寫。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： AT89C51 可下降到零赫茲的全靜態(tài)邏輯操作。當(dāng)單片機(jī)的系統(tǒng)在正常工時(shí)由于各種各樣的原因突然 斷電時(shí)它內(nèi)部的 RAM中的程序或者是其他數(shù)據(jù)并不會(huì)因?yàn)橥蝗婚g的失電而變得一無所有，他會(huì)保存的很完整。 中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進(jìn)行管理與處理。另外的三個(gè)中斷受內(nèi)部定時(shí)器（ 定時(shí)器 0、 2）控制以及一個(gè)串行的中斷。當(dāng)任一一個(gè)中斷源有效時(shí)這個(gè)中斷被允許，無效時(shí)這個(gè)中斷源不被允許中斷。 IE 寄存器的第 7 位是不可以使用的。所以通常程序員在編寫程序是不可以給這些位寫入“ 1”。當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行程序的過程中進(jìn)入中斷命令后，這些代表位置能有外部的按鍵來 清“ 0”。 TF0 和 TF1 分別是第一個(gè) 定時(shí)器 和第二個(gè)定時(shí)器的標(biāo)志位。 表 中斷允許 控制寄存器 （ IE） （ MSB）（ LSB） 中斷允許控制位 =1，允許中斷 ； 中斷允許控制位 =0，禁止中斷 AT89C51 單片機(jī)的介紹 AT89C51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示 表 9 由 ， 89C51 單片機(jī)主要由以下部分組成： （ 1） CPU 系統(tǒng) 8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器；時(shí)鐘電路；總線控制邏輯。 （ 3） I/O 口和其他動(dòng)能單元 4 個(gè)并行 I/O 口； 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ,2 個(gè)全雙工串行通信口；中斷系統(tǒng)（ 5 個(gè)中斷源 AT89C51 單片機(jī)的引腳 [8] AT89C51 單片機(jī)的引腳功能如下所示： VCC： +5V 的電源電壓端口引腳。 P0 口： (～ )單片機(jī)的 P0 口總共有八位，是一個(gè)八位的漏極開路型的端口，這八位端口不但可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口。一般的這八位數(shù)據(jù)端口還可以作為地址 /數(shù)據(jù)總線的復(fù)用端口。 P1口和 P0口不一樣的地方就是在 P1口所對應(yīng)的單片機(jī)內(nèi)部中還有相應(yīng)的一組使得電平信號(hào)為高電平的上拉電阻。 P2 口：（ ～ ）片機(jī)的 P2 口總共有八位。 P2口和 P0口不一樣的地方就是在 P1口所對應(yīng)的單片機(jī)內(nèi)部中還有相應(yīng)的一組使得電平信號(hào)為高電平的上拉電阻。也就是說 P2 端口和 P1 端口的功能幾乎是一樣的。 P3是具有兩種功能的端口，如果把 P3 口當(dāng)做和其他 I/O 端口一樣使用時(shí)，它其功能與 P1端口同。 P1 口 引腳 號(hào)第二功能： T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在 系統(tǒng)編程 用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P3 口端口 引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存 編程和程序校驗(yàn) 的 控制信號(hào) 。由于 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部沒有集成時(shí)鐘電路所需的晶體振蕩器和復(fù)位電路，因此最小系統(tǒng)必須外接這些部件。 單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成，最小系統(tǒng)電路如圖 所示。它所相應(yīng)的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)反向的放大電路的信號(hào)流入端 /信號(hào)流出端，它可以接