【正文】 .......................... 40 溫溫 度度 檢檢 測(cè)測(cè) 程程 序序 .............................................. 40 水水 溫溫 控控 制制 上上 水水 程程 序序 .......................................... 41 溫溫 度度 顯顯 示示 子子 程程 序序 .................................................. 42 鍵鍵 盤(pán)盤(pán) 處處 理理 程程 序序 .................................................... 44 基基 于于 單單 片片 機(jī)機(jī) 的的 太太 陽(yáng)陽(yáng) 能能 熱熱 水水 器器 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 程程 序序 ...................... 45 致致 謝謝 .................................................................... 56 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 1 第第 1 章章 緒緒 論論 太太 陽(yáng)陽(yáng) 能能 熱熱 水水 器器 的的 概概 況況 設(shè)計(jì)的目的及意義： 本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的 實(shí)用性 ,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的太陽(yáng)能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。可廣泛應(yīng)用于家庭生活對(duì)太陽(yáng)能熱水器的水位顯示與水溫控制。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 ： 能夠根據(jù)水位和水溫兩個(gè)條件控制是否需要進(jìn)水，每次只進(jìn)整個(gè)水箱的四分之一水量，也可以在手動(dòng)狀態(tài)下自由進(jìn)水（上滿時(shí)自由停止）或停止進(jìn)水。 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法 ： 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 2 太太 陽(yáng)陽(yáng) 能能 熱熱 水水 器器 的的 發(fā)發(fā) 展展 概概 況況 及及 市市 場(chǎng)場(chǎng) 競(jìng)競(jìng) 爭(zhēng)爭(zhēng) 分分 析析 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?，F(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽(yáng)能熱水器良好的外部生存環(huán)境。它使用簡(jiǎn)單、方便。在人類(lèi)文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會(huì)的最佳選擇。新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開(kāi)發(fā)公司計(jì)劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷(xiāo)勢(shì)更好此款熱水器包括主、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熱。 2021 年到 2021 年太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。中國(guó)太陽(yáng)熱水器 2021 年安裝量為世界的 77%。 據(jù)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委資源與綜合利用司提供的消息，目前，我國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)和使用國(guó)。 2021 年底全國(guó)太陽(yáng)能熱水器擁有量達(dá) 2600 萬(wàn)平方米，年替代常規(guī)能源能力 400 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第一位。 熱效率高 ,可以連續(xù)不斷的供應(yīng)熱水 ,出水量大 ,使用十分方便，隨著 禁直推強(qiáng) 、國(guó)家 西氣東輸 重點(diǎn)發(fā)展燃?xì)獾哪茉凑邔?shí)行，為燃?xì)鉄崴魈峁┝藦V闊的市場(chǎng)空間。 太陽(yáng)能熱水器因其安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)為消費(fèi)者接受。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 3 綜評(píng) 一般太陽(yáng)能熱水器容積為 70L～ 260L，全年 70%以上的熱 水由太陽(yáng)輻射加熱完成，在安裝輔助能源裝置的情況下，可以實(shí)現(xiàn)全天候 24 小時(shí)供熱水。 太陽(yáng)能熱水器由微承壓向承壓發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更趨合理、美觀，使用更便捷。 太陽(yáng)能熱水器＋輔助能源設(shè)備是實(shí)現(xiàn)家庭熱水中心的最佳途徑。 太陽(yáng)能熱水器有國(guó)家政策支持，市場(chǎng)遠(yuǎn)未飽和，發(fā)展前景大。太陽(yáng)能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢(shì)，成為關(guān)注重點(diǎn)。但是目前市場(chǎng)還有待規(guī)范，消費(fèi)群體還有待培育，技術(shù)還有尚須改進(jìn)，因而對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)還有較大的成長(zhǎng)空間。這類(lèi)技術(shù)在農(nóng)村得到推廣應(yīng)用，為緩解農(nóng)村能源短缺，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民生活起了積極的作用，并收到了實(shí)效。主要的研發(fā)項(xiàng)目是高效平板太陽(yáng)集熱器和全玻璃真空集熱管。 2021 年，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度約為 30%，年產(chǎn)量達(dá) 2340 萬(wàn) ㎡（ 16380MWth） ，總保有量約為 10800 萬(wàn)㎡（ 75600MWth） （太陽(yáng)能熱水器壽命按 10年計(jì)算， 1997 年前的保有量作廢）。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 4 中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的年生產(chǎn)量是歐洲的 2 倍，北美的 4 倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和最大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)，并仍在以每年 20％ 30％的速度遞增。盡管市場(chǎng)現(xiàn)狀不如人意，但市場(chǎng)前景仍看好。但在城市家庭的購(gòu)買(mǎi)預(yù)期調(diào)查中 ,三者的比例將演變?yōu)?%、 %、 %,太陽(yáng)能熱水器的比例將大幅增長(zhǎng) ,一種融合三者之長(zhǎng)的家庭熱水中心也將占據(jù) %的比例。 據(jù)預(yù)測(cè)，到 2021 年，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器普及率將達(dá)到 20%～ 30%，約 億平方米的市場(chǎng)擁有量，年產(chǎn)值 438 億元。隨著世界上煤、油、氣的儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的課題已提到人類(lèi)的面前。但由于太陽(yáng)能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽(yáng)能利用帶來(lái)重重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價(jià)偏高（如光電池）。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 5 在太陽(yáng)能熱利用技術(shù)中，太陽(yáng)能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低廉的產(chǎn)品， 同時(shí)給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對(duì)安全的熱水而受到人們的歡迎。太陽(yáng)每時(shí)每刻都在進(jìn)行核聚變反應(yīng)，其功率達(dá) 10 的 23 次方 kW，地球表面大約能接收到其中的 10 的 13 次方 kW，相當(dāng)于全世界發(fā)電量的幾十萬(wàn)倍。 其次，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器安全可靠，沒(méi)有爆炸、漏電、漏氣等會(huì)造成人身傷害的危險(xiǎn)，且自動(dòng)運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單，基本無(wú)維修工作量。太陽(yáng)能熱水器若有輔助加熱，可充分發(fā)揮其功能，即使夜間或陰雨天以及太陽(yáng)被云層遮蔽時(shí)，也能全天候使用。 太陽(yáng)能熱水器智能控制器的應(yīng)用及意義 太陽(yáng)能熱水器雖然有諸多的好處，但對(duì)用戶而言，可能存在以下幾方面疑慮 :一：水箱上水的問(wèn)題，很多家庭可能采用手動(dòng)上水，就是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間去扳動(dòng)水閥，直至水箱滿了，溢流管有水流下來(lái) ，提醒用戶去關(guān)閉水閥。這樣做無(wú)可厚非，可是很不方便，首先每天早上或晚上洗完澡后都要記得去扳動(dòng)水閥，否則第二天洗澡的時(shí)候可能就沒(méi)水了。二：水箱內(nèi)水量的問(wèn)題：很多人也有這樣的經(jīng)歷，正在洗澡時(shí)候發(fā)現(xiàn)水快沒(méi)了，可是又不能馬上上水，否則這樣熱水也變成冷水了，若是洗到一半沒(méi)水了更是尷尬。三：存在干燒的問(wèn)題：用戶外出一兩天沒(méi)用熱水器，沒(méi)能每天按時(shí)上水，水箱內(nèi)液位已經(jīng)過(guò)低。四：水溫的問(wèn)題，南方的太陽(yáng)能用戶經(jīng)常會(huì)有這樣的經(jīng)歷，夏天每 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 6 天都要洗熱水澡，有時(shí)一天還要洗好幾次，可是又經(jīng)常碰見(jiàn)下雨，陰天，光照很弱的天氣。晚上用水的時(shí)候發(fā)現(xiàn)水溫很低，只能洗冷水澡了，冬天的時(shí)候要想洗個(gè)熱水澡更是不可能 的了。但要是在洗澡間里配套給熱水器安裝個(gè)智能控制器，所有的問(wèn)題就能迎刃而解了。有了它可以不再讓你不必因以上的幾點(diǎn)麻煩而對(duì)太陽(yáng)能存有很多疑慮了，可以無(wú)憂無(wú)慮的使用太陽(yáng)能。所以智能控制器的設(shè)計(jì)也需要緊緊圍繞這個(gè)目標(biāo)展開(kāi)。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。但它們不是過(guò)于簡(jiǎn)易，就是價(jià)格太高，不適合普通的家庭用戶。這樣還算比較優(yōu)秀，很多商家直接 連溫度顯示也省了，只簡(jiǎn)單輔助了一個(gè)自動(dòng)上水功能，就稱(chēng)之為太陽(yáng)能智能控制器。這樣的控制器當(dāng)然更稱(chēng)不上人性化。本文也將圍繞這個(gè)主題，在 “智能 ”， “人性化 ”的前提下詳細(xì)探討該智能控制器的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方案，整體硬件設(shè)計(jì)，主要芯片和單片機(jī)的接口電路以及如何用軟件設(shè)計(jì)并調(diào)試成功的方法?？紤]到電熱轉(zhuǎn)換效率為 98%，則相當(dāng)于 。該太陽(yáng)能熱水器每年比電熱水器節(jié)省費(fèi)用 640元， 4 年可全部收回投資?？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(fèi)用 元。 與鍋爐耗煤的對(duì)比計(jì)算 某鍋爐燒熱 2 噸 50℃ 熱水，耗煤 300kg。按煤價(jià) 250 元 /t 計(jì)算，太陽(yáng)能熱水器年節(jié)約燃料費(fèi) 1232 元，基本上當(dāng)年可收回投資的 50%。以本地淋浴最低價(jià) 2 元 /（人 .次）計(jì)，每天可產(chǎn)生效益 6 元，年產(chǎn)生效益 2190 元。 太太 陽(yáng)陽(yáng) 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(yáng)能熱水器不消耗常規(guī)燃料，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 8 與電熱水器對(duì)比 太陽(yáng)能熱水器日吸收熱量 ，折合電能 。 與燃?xì)鉄崴鲗?duì)比 太陽(yáng)能熱水器日吸收熱量 ，折合燃燒液化石油氣 。 與鍋爐燃煤對(duì)比 采用太陽(yáng)能熱水器日節(jié)煤 。 資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)愈發(fā)展，對(duì)資源的依賴(lài)性愈強(qiáng)。加強(qiáng)清潔、可再生資源的開(kāi)發(fā)利用，已引起全世界的普遍重視。其中太陽(yáng)能熱水器作為家庭生活用品，其開(kāi)發(fā)利用在我國(guó)已走過(guò)了二十多年的歷程，生產(chǎn)技術(shù)成熟，具有明顯優(yōu)點(diǎn)： （一）從節(jié)能環(huán)保的角度講，使用太陽(yáng)能熱水器不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)為國(guó)家節(jié)約了大量能源，社會(huì)效益明顯，是國(guó)家重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，使用前景廣闊。若使用合理，其壽命可達(dá) 15 年甚至更長(zhǎng)。太陽(yáng)能熱水器的費(fèi)用只有燃?xì)鉄崴鞯钠叻种唬姛崴鞯牧种?。按照裝置壽命 15 年計(jì)算，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。只要陽(yáng)光能照射到的地方，就可以使用太陽(yáng)能熱水器，即使在高寒地區(qū)一年四季也可以正常使用。 控制器：主要通過(guò)里面的電磁閥控制 YV1 和 YV2 的通斷，控制水溫檢測(cè)傳感器檢測(cè)水溫、控制水位檢測(cè)傳感器檢測(cè)水在水箱中的位置以及控制電阻加熱絲加熱。 手動(dòng)控制閥：當(dāng)自動(dòng)閥損壞時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)閥進(jìn)行上下水。 水溫檢測(cè)傳感器：主要用來(lái)檢測(cè)水箱中水的實(shí)際溫度。 儲(chǔ)水箱：主要用于儲(chǔ)存所用的水源。 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(kāi)手動(dòng)閥 YV4，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)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(kāi) 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(kāi)此閥放完水管中的積水）。 AT89S51 主要特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 32kBytes 的 程序存儲(chǔ)器， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置時(shí)鐘振蕩器 ,其Flash 存儲(chǔ)器，可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 (2)、 AT89S51 主要功 能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 32k 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次） Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 硬件看門(mén)狗 WDT 電路 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 033MHz 兩個(gè)串行中斷 5128bit 內(nèi)部 RAM 2 個(gè)外部中斷源 內(nèi)置時(shí)鐘振蕩器 中斷激活睡眠模式 3 級(jí)加密位 雙重?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 管腳說(shuō)明 ： VCC：供電電壓。 圖 22 AT89S51引腳圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 14 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低 八位。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)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(mén)電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為低 八位地址接收。 并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器