【正文】 具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益 [5， 9] 。 內(nèi)置 2KBEPROM的 20腳 AT89C2051以及內(nèi)置 1KBEPROM的 20腳 AT89C1051。它與MCS51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51系列產(chǎn)品沒有的功能。只要程序長度小于4KB，四個 I/O口全部提供給用戶。工作電壓范圍寬 2. 7V～ 6V，全靜態(tài)工作，工作頻率寬，在 0Hz～ 24MHz內(nèi)，比 8751及 87C51等 51系列的 6MHz～ 12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。 另外， AT89S52 還具有 MCS51 系列單片機的所有優(yōu)點。 鍵盤及 12864 顯示模塊 本系統(tǒng)可以通過鍵盤來設置和調(diào)整實時時鐘及溫度，并且 12864 顯示模塊可以更直觀的顯示時間以及水溫。 溫度采集模塊 采用 DS18B20 溫度傳感器。主機按照通信協(xié)議用一個 IO口模擬 DS18B20的時序，發(fā)送命令（初始化命令、 ROM 命令、功能命令）給 DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應的數(shù)值處理，用 12864 模塊顯示各點的溫 度 [11]。如此根據(jù)在相應等分點檢測到的水位信息判斷水箱中的水位 ,并通過采用 LED數(shù)碼管顯示水位。 報警模塊 本設計里，我們采用有源蜂鳴器，由于蜂鳴器的 工作電流一般比較大，以至于單片機的 I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，我們使用三極管來放大電流，驅(qū)動蜂鳴器，此模塊只要通過 BELL（連接到到單片機 ）輸入的 PWM 波既可以使蜂鳴器分出聲音，我們的設計可以在鬧鐘定時中作為聲音提醒信號。 光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，入射光強，電阻 5 減小，入射光弱，電阻增大。 系統(tǒng)初始化 主程序 漏電嗎？ 所有執(zhí)行機構(gòu)斷點 報警模塊工作，報警 讀取鍵盤狀態(tài) 讀取水溫，水位 調(diào)取控制子程序 6 ，擬采取的解決措施 工作特色及難點： 隨著單片機及太陽能熱水器的普及和完善，兩者相結(jié)合的智能控制系統(tǒng)發(fā)展會越來越迅速，并且其技術會更加人性化，具體化。 用的都是已經(jīng)發(fā)展成熟的芯片及模塊，其可靠性，普及性都是優(yōu)良的。 、鍵盤掃描、顯示、溫度水位采集、時鐘和電加熱等模塊，各個模塊的功能如何編程實現(xiàn)。 （ 2） 查找 C語言書籍和單片機書籍，多加仿真與調(diào)試。多與指導老師 和同學進行交流、溝通，多學多問。 2020 年 02 月 ~ 2020 年 03 月： 購買實驗元器件， 完成硬件系統(tǒng)的設計及焊接。 2020 年 05 月 ~ 2020 年 06 月：畢業(yè)論文的撰寫，畢業(yè)答辯。 可能的 創(chuàng)新點：在現(xiàn)有的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的基礎上加以優(yōu)化，并降低控制 系統(tǒng)的成本，更好的達到節(jié)能減排的效果，符合當今社會對新能源的開發(fā)利用及對環(huán)境保護政策的要求。FA,2020 [5] 張景文 ,王震宏 ,高為浪 ,李桂花 .基于單片機的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)[J].西華大學學報 ( 自然科學版 )，第 27卷第 5 期 [6] 劉文濤 .單片機應用開發(fā)實例 [M].北京：清華大學出版社， 2020. [7] 童詩白 ,華成英 . 模擬電子技術基礎 [M] 高等教育出版社， 2020. [8] 宋彩利，孫友倉，吳宏岐 .單片機原理與 C51編程 [M].西安：西安交通大學出版社， 2020. [9] 胥飛 ,戴 曄 ,盛純 .基于單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng) [J].上海電機學院學報，第 13卷第 6期 [10] 張毅剛，彭喜元，姜守達，喬立巖 .MCS51單片機應用設計 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2020 [11]胡漢才 .單片機原理及接口技術 [M].北京 :清華大學出版社 ,1996 [12]馮海濤，馬炳波，朱文峰 .全自動熱水器漏電保護電路分析 [J].家用電器， 2020年第 6 期 [13]馬云峰，馬海峰，陳子夫 .基于單片機的太陽能熱水器輔助控制系統(tǒng) [J].電子世界， 2020年第 1期 [14]李云陽 .基于單片機的太陽能熱水 器模糊控制系統(tǒng)的設計 [J].農(nóng)機使用與維修， 2020 年第 5 期 [15]楊永剛 .太陽能熱水器控制電路的設計 [J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2020年第 11卷第14期 8 指導教師意見 該生資料準備充分，開題報告中心內(nèi)容論述詳實，有較強的實踐動手能力和綜合分析能力。 導師簽名： 9 年 月 日 基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設計 I I 開題報告答辯評議表 評議小組意見 論文選題： □有理論意義；□有工程背景；□有實用價值 □意義不大。 論文的工作量：□偏大；□適當；□偏小。 學生對文獻資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 學 生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好； 一般；□較差。本課題是以 MCS51 系列單片 AT89S52 為核心，并采用 12864 液晶顯示模塊，傳感器溫度采集模塊，鍵盤，水溫采集模塊水位采集模塊等，實現(xiàn)對太陽能熱水器水位和水溫的測量與控制，報警，做到既能手動操作，又能實現(xiàn)控制，從而很好的解決太陽能熱水器使用過程中易受季節(jié)、氣候影響、浪費水資源等缺點。在傳統(tǒng)化石燃料日趨枯竭的今天 ,太陽能作為新能源的一種 ,在多元化能源消費結(jié)構(gòu)中占有重要地位 ,正越來越受到人們的重視 [1]。但是由于種種原因，有些技術難點尚未突破，產(chǎn)品的造價還是相對偏高（比如說光電池）。當今社會發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高。太陽能熱水器可以克服了上述缺點，它能作為綠色環(huán)保產(chǎn)品投入使用。 在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器算的上是技術上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎 [2]。太陽能熱水器包括 2 個系統(tǒng)組件：主系統(tǒng)部分是直 接利用太陽光能為熱水器進行加熱；從系統(tǒng)相當于電熱水器，在陰天的情況下利用電加熱的手段輔助加熱。目前，中國已成世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，但市場上太陽能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復雜、控制不方便等問題。課題涉及到的內(nèi)容測控系的學生都學過，完成畢業(yè)設計，有利于鞏固所學單片機、 C語言等方面的知識，增強理論聯(lián)系實際的能力。 本課題構(gòu)思設計的太陽能熱水器控制系統(tǒng)是以 51 系列單片機中的 AT89S52為檢測控制的中心處理單元 , 采用 DS1302 時鐘 ,不僅實現(xiàn)了時間，日歷的顯示，還能夠儲存自動開關機的定時時間，設計了鍵盤，還能夠進行時間設定，控制功基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設計 2 2 能，添加了 DS18B20 溫度傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測溫度，還添加了 12864 液晶顯示器，方便了人機交互功 能。 論文的實際應用前景分析 目前，中國已成世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國總和。沒法做到智能化的處理，目前市場上太陽能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復雜、控制不方便等問題 , 很多控制器只具有溫度和水位顯示功能 , 不具有溫度控制功能即使熱水器具有輔助加熱功能 , 也可能由于 加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒 , 從而浪費電能 [4]。 方案二： 采用 AT89S52單片機， AT89S52單片機是 ATMEL生產(chǎn)的單片機，是新一代 8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 AT89S52 單片機內(nèi)部有 8KB 的程序 Flash 存儲器。 經(jīng)過綜合比較最終選擇方案二，即選擇 AT89S52 作為主控制器。 LCD12864液晶可以完成設計的要求 。 12864 液晶顯示器內(nèi)部含有簡體中文字庫的點陣圖形其顯示分辨率為 128 64，也就是 128 64 個點 , 內(nèi)置 8192 個16*16點漢字，和 128個 16*8點 ASCII字符集 .基本特性 :工作溫度 : 0℃ +55℃ ,存儲溫度 : 20℃ +60℃ 方案二： 系統(tǒng)采用 LED 顯示。它采用的是低電壓掃描驅(qū)動，采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描 .價格上比較經(jīng)濟實惠，但不能顯示文字，性價比不是很高，操作起來比較液晶顯示來說略顯繁瑣，所以也不用此種作為顯示。 基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設計 4 4 時鐘芯片的選擇方案和論證 方案一： 采用單片機定時。使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。 方案二： 采用 DS1302 時鐘芯片。 經(jīng)過綜合比較最終選擇方案二，即采用 DS1302 時鐘芯片。使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化，當采集兩個電阻中間分壓變化的值時，通過 AD 轉(zhuǎn)換進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 方案二： 采用 DS18B20 溫度傳感器。體積較小，是一線總線接口的溫度 傳感器。它可在 1秒鐘 (典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字 經(jīng)過綜合比較最終選擇方案二，即采用采用 DS18B20 溫度傳感器。采用 DS18B20 溫度傳感器，可以對溫度做出比較精確的測量，而且和單片機通訊只要一個 IO，連接方便?；趩纹瑱C的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設計 5 5 3 系統(tǒng)硬件電路設計 系統(tǒng)功能模塊劃分 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，可大致畫出系統(tǒng)所需硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)原理框圖 主控模塊采用性價比較高的 AT89S52 單片機芯片，在其內(nèi)部燒寫好程序，可通過程序的運行控制測溫模塊進行測溫；測溫模塊主要是由 DS18B20 構(gòu)成，將其與所測對象進行接觸即可獲取被測對象的溫度數(shù)據(jù)，而所測得的溫度和 時鐘芯片測得的實時日歷將通過顯示模塊的液晶顯示器以數(shù)字形式顯示；單片機調(diào)用程序，讀取 DS1302 內(nèi)寄存器，可以得到我們系統(tǒng)的時間數(shù)據(jù)，經(jīng)過程序處理就可以輸出在 LCD 上；鍵盤電路可對時間，日歷進行調(diào)整；蜂鳴器可以在開啟定時加熱中，作為聲音提醒。采用 晶振。 DS1302 可以用于數(shù)據(jù)記錄，掉電不丟失。 溫度模塊 傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)大多數(shù)都是采用模擬采集， A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入計算機處理，處理電路相對比較復雜、可靠性也相對較差，占用 MCU 的資源比較多，本設計測 溫模塊采用一線制總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，可將溫度的模擬信號直接轉(zhuǎn)換成溫度的數(shù)字信號送給微處理器，電路簡單，其電路原理圖如圖 33 所示： 圖 33 DS18B20 溫度模塊 從圖中可看出，將溫度傳感器的一線制總線通過端口 2 與本設計主控芯片AT89S52 的端口標號為 DS18B20 的相連即可實現(xiàn)相互之間的通信。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得 DS18B20 很受歡迎。 DS18B20 溫度傳感器提供了 9位的 (二進制 )溫度讀數(shù)。它可在 1 秒鐘 (典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。 芯片其封裝結(jié)構(gòu)如下： 圖 34 DS18B20 芯片封裝圖 由其引腳可看出，其 3 個引腳 : GND 為電壓地直接接地； DQ為單數(shù)據(jù)總線用來與單片機相連接 ,本系統(tǒng)中 DS與單片機 ,僅此一個連接就能保證DS18B20 與單片機之間的數(shù)據(jù)交換； VDD引腳接電源電壓。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。第 2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個字節(jié)是用戶基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設計 8 8 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。第 5個字節(jié)則是用戶第 3個 EEPROM 的鏡像。第 9個字節(jié)為前 8個字節(jié)的 CRC 碼。我們在每一次讀溫度之前都必須進行復雜的且精準時序的處理，因為 DS18B20 的硬件簡單結(jié)果就會導致軟件的巨大開消。顯示模塊采用 12864 液晶顯示器可實現(xiàn)對溫度和時間的直接顯示，清晰明了。 液晶顯示控制 驅(qū)動器 KS0108 的特點 KS0108 液晶顯示控制驅(qū)動器是一種帶有驅(qū)動輸出的圖形液晶顯示控制器，它可直接與 8 位微處理器相連，它可與 KS0107 配合對液晶屏進行行、列驅(qū)動。 基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設計 9 9 64 64=4096 位顯示 RAM， RAM 中每位數(shù)據(jù)對應 LCD 屏上一個點的亮、暗狀態(tài)； 是列驅(qū)動器，具有 64 路列驅(qū)動輸出； 讀、寫操作時序與 68 系列微處理器相符，因此它可直接與 68系列微處理 器接口相連； 的占空比為 1/32～ 1/64。 KS0108 的引腳功能如下表 31 所示： 表 31 KS0108的引腳功能 引腳符號 狀態(tài)