【正文】 驅(qū)動(dòng)電路的硬件設(shè)計(jì) .................................................................................. 27 顯示電路的硬件設(shè)計(jì) .................................................................................. 27 第四章 軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 30 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具 .................................................................. 30 顯示子程序 .................................................................................................. 32 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 34 結(jié)束語(yǔ) .......................................................................................................................... 35 致謝 .............................................................................................................................. 36 附錄 .............................................................................................................................. 37 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和，已有一百多家太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠。文中詳細(xì)地描述了控制電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括：鍵盤與 LED 顯示電路、 驅(qū)動(dòng) 電路、 水溫、水位 控制電路等。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。對(duì)于水溫與水位的檢測(cè)和控制進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。 太陽(yáng)能單片機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)其水溫與水位的不同進(jìn)行檢測(cè)和控制。寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 太陽(yáng)能供熱工程智能控制系統(tǒng) 摘 要 目前 , 太陽(yáng)能熱水器技術(shù)上比較成熟，但熱水控制器的功能還有可開發(fā)的潛力 ,市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能 ,不具備溫度水位的自動(dòng)控制功能。雖然有的控制器配有電加熱輔助裝置 ,但 都不是全智能型的 ,給 用戶使用帶來(lái)許多不便。 本次設(shè)計(jì)對(duì)太陽(yáng)能控制系統(tǒng)做出全面的了解，對(duì)其結(jié)構(gòu)及原理了解詳盡。本次設(shè)計(jì)有驅(qū)動(dòng)電路能夠防水管凍裂，還能夠在必要時(shí)手動(dòng)控制。 該控制系統(tǒng)是以 AT89C51 單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了 檢測(cè) 、控制與顯示等功能。對(duì)于軟件設(shè)計(jì) 采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、鍵盤中斷子程序、 DS12887 更新周期結(jié)束中斷子程序、 LED 顯示子程序和提前加熱時(shí)間計(jì)算子程序等。但是與之配套的太陽(yáng)能 熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段。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(lái)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(guò)燒，從而浪費(fèi)大量的電能。溫度控制采用模糊控制， 控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到 24 小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。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。太陽(yáng)能熱水器 克服 了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽(yáng)能熱水器順應(yīng) 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。應(yīng)該注意到，集體單位對(duì)太陽(yáng)能熱水器的用量很大。 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(yáng)光能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無(wú)光照的情況下利用電輔助加寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱。 太陽(yáng)能熱水器的 研究 及意義 眾所周知，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。有人預(yù)測(cè)：二十一世紀(jì)太陽(yáng)能將由輔助能源上升為主要能源。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。 太陽(yáng)能熱水器是以太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換，利用溫室效應(yīng)和虹吸原理使水加熱的裝置，此裝置分為兩個(gè)不同的概念： ，這種系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)水箱管線、補(bǔ)水箱組成不 同形式的熱水系統(tǒng)，包括自然循環(huán)式、定溫放水式等等，可構(gòu)成提供熱水10 噸到 100 噸的裝置，大多提供集體單位使用。太陽(yáng)能熱水器（或系統(tǒng)）均以其采光面積作為計(jì)量單位，一般 1 平方米光面積可產(chǎn)熱水 100 升，采光面積每種型號(hào)不同，一般在 ～ 平方米。 世界各國(guó)的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。 日本現(xiàn)在每年安裝太陽(yáng)能熱水器近 50 萬(wàn)臺(tái)，現(xiàn)在有 20%的家庭安裝了太陽(yáng)能熱水器，計(jì)劃今后普及率達(dá)到 25%，按照日本的“陽(yáng)光計(jì)劃”還將為公寓，辦公樓安 裝 6500 套太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，為工廠安裝 1900 套工業(yè)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。英、法、德、意、希臘五國(guó)到 20xx 年底推廣熱水器 600 萬(wàn)平方米，比 1990年增長(zhǎng) 2 倍多。太陽(yáng)能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預(yù)計(jì)今后每年將以 15%～ 20%的速度發(fā)展。 采用本熱水器與電熱水器、燃?xì)鉄崴飨啾?，還具有絕對(duì)安全，最為衛(wèi)生的特點(diǎn)，在電費(fèi)，液化氣、煤氣價(jià)格較高的地區(qū)，用戶 13年即收回投資，在這以后提供的熱水是免費(fèi)的。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計(jì)。所以該控制器具有使用方便、性價(jià)比高、工作可靠、精度高等特為太陽(yáng)能熱水器的進(jìn)一步推廣具有積極的推動(dòng)作用。 目前 太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)方面存在很多問(wèn)題，如：不能準(zhǔn)確的 控制 水溫 、水位，冬天防凍 、 防漏電等方面。 水位由潛入儲(chǔ)水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部的公共電極（導(dǎo)線）檢測(cè)；并由四個(gè)綠色 LED 發(fā)光二極管顯示：若無(wú)水則綠燈不亮；若有四分之一儲(chǔ)水箱的水亮一盞綠燈；通過(guò)觀察綠燈點(diǎn)亮的數(shù)量可識(shí)別水位的高低，這里取5 段顯示，也可根據(jù)需要進(jìn)行增減。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 太陽(yáng)能控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)組成 現(xiàn)在市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，但總和看來(lái)，主要有三個(gè)部分：（保溫）水箱； ； 。其功能相當(dāng)于電熱水器中的電熱管。 ： 和電熱水器的保溫水箱一樣，是儲(chǔ)存熱水的容器。容積是每天晚上用熱水量的總和。 （循環(huán)水管） ： 將熱水從集熱器輸送到保溫水箱、將冷水從保溫 水箱輸送到集熱器的通道，使整套系統(tǒng)形成一個(gè)閉合的環(huán)路。熱水管道 必須做保溫處理。 圖 為 熱水器 的總體結(jié)構(gòu)。 自動(dòng)控制閥：主要通過(guò)控制器控制，當(dāng)水箱中的水的實(shí)際溫度大于所設(shè)置的溫度時(shí)，自動(dòng)閥就自動(dòng)打開往水箱中上水，直到上到上一個(gè)目標(biāo)水位為止。 水位檢測(cè)電極：主要用來(lái)檢測(cè)水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個(gè)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(diǎn)上，比如當(dāng)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(dāng)超過(guò)第二等分，則顯示二分之一的水。 電阻加熱絲：主要用來(lái)加熱水箱中水，使其達(dá)到用戶所需要的溫度。 （ 1）早晨水溫控制 由于清晨太陽(yáng)光較弱，所以太陽(yáng)能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。當(dāng)溫度加熱到大于 30 攝氏度時(shí)電熱器斷開，如此反復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。具體控制過(guò)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)。如若 T1=N，那么循環(huán)水集寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入冷水集熱控制過(guò)程。具體控制過(guò)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)。可見，次過(guò)程充分利用太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。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，具體過(guò)程如下： 若 T1N，電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且， 15點(diǎn)～ 20點(diǎn)中的每個(gè)小時(shí)有下表的關(guān)系： 表 溫度比較 時(shí)間（時(shí)） 溫度比較 加熱值（度） 15 T135N 35 16 T140N 40 17 T145N 45 18 T150N 50 19 T155N 55 20 T160N 60 最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定值 N。 綜上所述，太陽(yáng)能供熱控制系統(tǒng)不僅節(jié)約而且高度只能化，方便省事，不論日常家居，還是對(duì)賓館、學(xué)校等都是最佳選擇。 在系統(tǒng)處于手自動(dòng)狀態(tài)下，可自由上水或停止上水（上水時(shí)水箱水位必須未滿），若水位達(dá)到最高則自動(dòng)停止上水；若需要啟動(dòng)加熱器則必須先設(shè)定加熱溫度，然后按下加熱鍵進(jìn)行加熱；若需洗浴時(shí)，則需打開手動(dòng)閥 YV4，系統(tǒng)自動(dòng)打開電磁水閥 YV2，可通過(guò) YV5 自由調(diào)節(jié)水溫；當(dāng)電磁水閥 YV1 和 YV2 損壞或停電時(shí)，可通過(guò)打開 YV5 和 YV6 進(jìn)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(guò)低引起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動(dòng)打開此閥放完水管中的積水） 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 硬件設(shè)計(jì) 主要原器件介紹 高性能 8 位單片機(jī) AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能 CMOS 8 位單片機(jī)， 4k Bytes Flash 只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM),512 Bytes 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 (RAM),該微處 理器采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，引腳兼容 80C51 和80C52 芯片，片內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器可以像常規(guī)程序存儲(chǔ)器一樣進(jìn)行燒寫， AT89C51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(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)需通過(guò)清SFR(8EH)的位 1 并用 MOVX 指令訪問(wèn)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，另一個(gè) 256BytesRAM區(qū)與 ATMEL之 AT89系列 8052兼容的單片機(jī)是一致的，AT89C51 結(jié)合通用的 8位微處理器和 Flash 存儲(chǔ)技術(shù) 構(gòu)成功能強(qiáng)大單片微處理器，可提供許多高性能低價(jià)位的系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 復(fù)位電路： 該水位自動(dòng)顯示控制器采用上電復(fù)位電路，由 R C1 構(gòu)成復(fù)位電路，在上電瞬間，產(chǎn)生一個(gè)脈沖， AT89C51將復(fù)位。取電容 C=10uF，電阻 R=10K。 右 圖中 XTAL1 為內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入，XTAL2 為來(lái)自反向振蕩器的輸出。 如 圖 中，晶體振蕩器的頻率選 6MHZ，復(fù)位電路采用上電復(fù)位，電路參數(shù)如圖中所示，以滿足系統(tǒng)復(fù)位時(shí)兩個(gè)機(jī)器 周期的高電平的要求。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(lái)。 長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x采用 英寸共陽(yáng)極連接的 LED 數(shù)碼管。右圖為 LED 數(shù)碼管外形和引腳圖，其中 7只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng) ag筆段，構(gòu)成“日” 字形，另寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 一只發(fā)光二極管 DP 作為小數(shù)點(diǎn)，因此這種 LED 顯示器稱為八段數(shù)碼管。 a—— g、 Dp各筆段中，某筆段接低電平時(shí)發(fā)光，高電平時(shí)不發(fā)光。顯示時(shí)，由 P2 口依次輸出各位數(shù)字的筆 段碼，并依次由 、 、 、 輸出低電平位選信號(hào)接通數(shù)碼管的公共端，輪流進(jìn)行，循環(huán)不止，由于循環(huán)的頻率較高（約 50Hz），加上人眼的視覺暫留，既保障了各位數(shù)字的對(duì)應(yīng)顯示，又不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。 1） LED 結(jié)構(gòu)和顯示原理。這種 LED 顯示器也可稱為 7段數(shù)碼顯示器（或 8段數(shù)碼顯示器）。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 共陰極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極，如圖 a所示。 共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極，如圖 b 所示。 通過(guò)控制 7 個(gè)段的發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。為了顯示各個(gè)數(shù)字或字符，就需要為 LED 提供相應(yīng)的代碼，因?yàn)檫@些代碼是控制各段的亮或滅，供顯示器顯示字形的，所以稱為字段碼（也可以稱為段選碼或字形碼）。各