【正文】 溫室，太陽(yáng)灶，被動(dòng)太陽(yáng)房，太陽(yáng)熱水器，和太陽(yáng)干燥器。 20 世紀(jì) 80 年代太陽(yáng)能熱水器列入國(guó)家 “六五 ”和 “七五 ”科技攻關(guān)項(xiàng)目。在 90 年代全玻璃真空集熱管的科技成果通過(guò)中試轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力 ——形成自行設(shè)計(jì)和配套的集熱管生產(chǎn)線是科技攻關(guān)的最杰出的成果。 2021 年，太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)銷售額約為 320 億元人民幣，產(chǎn)值億元人民幣以上的企業(yè)有 20 多家； 2021 年，太陽(yáng)能熱水器的出口額增長(zhǎng)約為 28%， 6500 萬(wàn)美元左右，產(chǎn)品出口歐洲、美洲、非洲、東南亞等 50 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。但是中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)企業(yè)有 5000 多家，除桑樂(lè)、皇明、清華陽(yáng)光、華揚(yáng)、太陽(yáng)雨、力諾瑞特等 10 個(gè)全國(guó)性品牌因質(zhì)量、售后服務(wù)過(guò)硬而市場(chǎng)知名度較高外，行業(yè)中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業(yè)，這種狀況不利于行業(yè)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，這就要求政府部門進(jìn)行規(guī)范，加強(qiáng)監(jiān)管引導(dǎo)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，居民對(duì)家庭室內(nèi)熱水的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)潛力巨大 。其缺點(diǎn)在于體積比較龐大，管中容易集結(jié)水垢。其有點(diǎn)是 外觀美觀，安裝方便，可以做成平板，而且不容易損壞。也是一只流行到現(xiàn)在的最常規(guī)的熱水器。 分體式熱水器：分體式熱水器是為了解決不是頂層用戶也能使用太陽(yáng)能熱水器而誕生的。 （ 3） 從水箱受壓 來(lái)分： 承壓式太陽(yáng)能熱水器：目前，無(wú)論是哪一種分體式熱水器，都有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，必須使用承壓式水箱，這是所有分體式熱水器的基本思路，這就直接考驗(yàn)?zāi)愕募療岵糠值拿芊庑阅埽贿€有制造承壓水箱成本極高，也存在安全性問(wèn)題，一般要求耐壓 7 個(gè)大氣；而且循環(huán)效果不是很理想。 非承壓式太陽(yáng)能熱水器：目前裝在屋頂?shù)钠胀ㄌ?yáng)能熱水器都是屬于非承壓式熱水器，它的水箱有一根管子與大氣相通，是利用屋頂和家里的高度落差，使用水時(shí)產(chǎn)生壓力。 太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)勢(shì) （ 1） 熱水產(chǎn)量方面 燃?xì)鉄崴饔?5 升、 7 升、 8 升等不同的型號(hào)，是指在 1 分鐘內(nèi)將水溫升高25℃ 時(shí)所產(chǎn)的熱水量，如果自來(lái)水的溫度為 25℃ ，則每分鐘可產(chǎn) 50℃ 的熱水 5蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 升、 7 升或 8 升。拿一個(gè) 8 升的燃?xì)鉄崴髋c一個(gè) 40 升的電熱水器相比較， 8 升的燃?xì)鉄崴骺蛇B續(xù)不斷地產(chǎn)生每分鐘 8 升的熱水，而電熱水器需要間隔半小時(shí)加熱一罐水。 （ 2） 加熱速度方面 目前生產(chǎn)的燃?xì)鉄崴鞔蠖酁榭焖贌崴鳎徽撌裁磿r(shí)候，只要想用熱水，打開(kāi)燃?xì)忾y和水龍頭，熱水就會(huì)流出來(lái)。太陽(yáng)能熱水器在天氣晴朗的時(shí)候使用更好，最理想的樓層在六至八層。 電熱水器在使用時(shí)需要另外接一根冷水管兌入冷水，當(dāng)罐內(nèi)水不斷流出，冷水不斷加 入時(shí)，水溫就會(huì)逐漸下降，直到全部是冷水。 太陽(yáng)能熱水器使用起來(lái)暫時(shí)還不大方便，要上水，且不能保證時(shí)時(shí)有熱水。那么，電熱水器是否也可做成 16 千瓦的呢？這是不可能的，因?yàn)榧矣秒姳怼㈦娋€都無(wú)法承受。電熱水器現(xiàn)在都在 500 元以上，加上安裝費(fèi)用，一般不到 1000 元。 使用費(fèi)用方面，目前天然氣每立方米為 元，每度電為 元，而太陽(yáng)能熱水器僅耗水費(fèi)。缺點(diǎn)是使用時(shí)要排出大量的廢氣，廢氣中除了二氧化碳以外，還有一氧化碳，如果使用時(shí)關(guān)閉門窗，通風(fēng)不良，一氧化碳會(huì)增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā) 生中毒事故，但如果能正確地了解這一點(diǎn)，使用時(shí)注意，也是很安全的；另外，燃?xì)鉄崴鲉?dòng)水壓高，有些住高層的用戶如果不裝增壓泵就無(wú)法起動(dòng)；安裝不方便，要在墻上打洞、安排氣扇等。缺點(diǎn)是體積大、占用室內(nèi)空間大、易結(jié)水垢、對(duì)電能浪費(fèi)大，最新型的電熱水器內(nèi)置了陽(yáng)極鎂棒除垢裝置，解決了產(chǎn)品容易結(jié)垢的問(wèn)題，但陽(yáng)極鎂棒須兩年更換一次，給 保養(yǎng)帶來(lái)了麻煩。缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜，安裝不當(dāng)會(huì)影響住房的外觀、質(zhì)量及城市的市容市貌；因要安裝在室外，維護(hù)較麻煩。 1978年中國(guó)誕生第一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，到 1986 年臥式磁控濺射鍍膜機(jī)的設(shè)計(jì)制造，是在政策扶持下的研究開(kāi)發(fā)階段。在之后的幾年里，全玻璃和熱管式真空管集熱器實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到中試水平，為下一階段產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；於肆己玫幕A(chǔ)，成為產(chǎn)業(yè)的孕育發(fā)展階段。這時(shí)候以山東力 諾集團(tuán)為主的真空管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品占了真空管生產(chǎn)絕大部分市場(chǎng)。 繼 2021 年，太陽(yáng)雨將中國(guó)的真空管太陽(yáng)能產(chǎn)品第一次帶出國(guó)門，到 2021 年上半年出口近 80個(gè)國(guó)家、銷量繼續(xù)以兩倍速增長(zhǎng)，力諾瑞特、桑樂(lè)、皇明等中國(guó)太陽(yáng)能光熱行業(yè)的龍頭企業(yè)們也紛紛進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 9 設(shè)計(jì)內(nèi)容 用單片機(jī)做控制器、通過(guò)水溫水位的檢測(cè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器的智能化控制。 （ 1）進(jìn)行水溫、水位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。 （ 3）進(jìn)行自動(dòng)上水、電加熱輸出控 制電路的設(shè)計(jì)。 （ 5）完成整個(gè)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。 （ 7）撰寫、打印畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 （ 2）水溫測(cè)量精度： 177。 （ 3）最高水位、最低水位處應(yīng)有報(bào)警。 （ 5）由用戶通過(guò)鍵盤選擇水溫。 PT 后的 100 即表示它在 0℃ 時(shí)阻值為 100 歐姆，在 100℃ 時(shí)它的阻值約為 歐姆。 采集到的電壓信號(hào)經(jīng)集成運(yùn)放 LM324 放大到 一 伏之間，轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機(jī)處理。 XYC1 型壓力式液位變送器內(nèi)部采用進(jìn)口高精度擴(kuò)散硅敏感元件作為測(cè)量元件，敏感測(cè)量元件封裝在全不銹鋼探頭里，通過(guò)高強(qiáng)度防水通氣電纜與外部放大電路連接，采用直接 驅(qū)動(dòng)四位七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示，通過(guò)獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行溫度和水位的控制，通過(guò)軟件手段實(shí)現(xiàn)按鍵的消抖。加熱部分采用光電隔離與輔助加熱電路。 圖 — 1 方案一方框圖 方案二 系統(tǒng)的溫度采集選用 采用溫度傳感器 DS18B20，它是美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20，它支持 ―一線總線 ‖接口的溫度傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)化電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 由于是用于民用的太陽(yáng)能熱水器，對(duì)于設(shè)計(jì)的精度要求不是很高，同時(shí)出去對(duì)于成AT89S52 放大電路 PT100 驅(qū)動(dòng)電路 壓力變送器 驅(qū)動(dòng) 電路 蜂鳴器 獨(dú)立鍵盤 光電隔離 加熱電路 電磁閥 加水 四位七段數(shù)碼管 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 本的考慮，決定采用離散式的水位檢測(cè)，通過(guò)四個(gè)浮子開(kāi)關(guān)來(lái)大致確定水位狀態(tài)。在顯示電路上同樣采用四位七段的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，但在硬件上又多加入了一個(gè) CD4511 芯片，CD4511 是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED 顯示器的 BCD 碼 —— 七段碼譯碼器，具有 BCD 轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的 CMOS 電路， 能提供較大的拉電流。至于鍵盤電路，考慮的程序方面的問(wèn)題，決定在原有的基礎(chǔ)上加入硬件消抖電路，從而減少程序方面的設(shè)計(jì)。方框圖如圖 — 1 所示。 采用一種智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測(cè)元器件，測(cè)溫范圍 55℃ ~125℃ ，分辨率最大可達(dá) ℃ 。采用 3 線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 在鍵盤設(shè)計(jì)方面采用了鍵盤消抖的方式，顯示方面通過(guò) CD4511 的介入，使得顯示更加方便。 綜上所述，最終決定采用方案二作為設(shè)計(jì)方案。它采用超大規(guī)模技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器（含程序存儲(chǔ)器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM）、輸入、輸出接口電路 (I/O接口 )集成在同一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)即小巧又很完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，在單片機(jī)程序的控制下能準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。 由此來(lái)看，單片機(jī)有著一般 微處理器（ CPU）芯片所不具備的功能，它可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。 單片機(jī)的應(yīng)用屬于芯片級(jí)應(yīng)用，需要用戶（單片機(jī)學(xué)習(xí)者與使用者）了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和 系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，從而使該芯片具備特定的功能。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊(cè)中得到。開(kāi)發(fā)支持 的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件 (包含可支持開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源 )及硬件資源。 單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以以軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無(wú)所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過(guò)程控制和專用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。 是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑。 SCM 即單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒(méi)。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC 的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。同時(shí)， AT89S52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的 內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作指導(dǎo)下一個(gè)硬件復(fù)位。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。另外， AT89S52 可降至 0KHZ 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)停止工作，直到一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以 在線編程。 AT89S52 時(shí)鐘 電路的設(shè)計(jì) 每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá) 百萬(wàn)分之五十，高級(jí)的精度更高。一般單片機(jī)的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。也能保證溫漂等誤差。 在本設(shè)計(jì)中 XTAL1 和 XTAL2 端外接石英晶體作為定時(shí)元件，內(nèi)部反向放大器自激振蕩，產(chǎn)生時(shí)鐘。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 圖 — 1 晶振電路 AT89S52 看門狗電路的設(shè)計(jì) 在由 單片機(jī) 構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 ，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾 ， 造成程序的跑飛 ， 而陷入死循環(huán) ， 程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片 機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片， 俗稱 看門狗 。通常是在干擾因素比較多的情況下使用硬狗。 要保證硬件看門狗有效的工作，在硬件電路可靠工作的前提下，還要在單片機(jī)程序中合理的放置“喂狗”指令，也就是說(shuō)，被保護(hù)者能否的打有效地保護(hù)，還要 依賴其本身的行為。 看門狗 ,又叫 watchdog timer,是一個(gè)定時(shí)器電路 , 一般有一個(gè)輸入 ,叫 喂狗(kicking the dog or service the dog),一個(gè)輸出到 MCU 的 RST 端 ,MCU 正常工作的時(shí)候 ,每隔一端時(shí) 間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端 ,給 WDT 清零 ,如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗 ,(一般在程序跑飛時(shí) ),WDT 定時(shí)超過(guò) ,就會(huì)給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到 MCU,使MCU 復(fù)位 . 防止 MCU 死機(jī) . 看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 17 跑飛。所以在使用有看門狗的芯片時(shí)要注意清看門狗。那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。我們可以對(duì) T0 設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)中斷的時(shí)候?qū)σ粋€(gè)變量進(jìn)行賦值，而這個(gè)變量在主程序運(yùn)行的開(kāi)始已經(jīng)有了一個(gè)初值，在這里我們要設(shè)定的定時(shí)值要小于 主程序的運(yùn)行時(shí)間，這樣在主程序的尾部對(duì)變量的值進(jìn)行判斷，如果值發(fā)生了預(yù)期的變化，就說(shuō)明 T0 中斷正常，如果沒(méi)有發(fā)生變化則使程序復(fù)位。在這里 T1 的定時(shí)時(shí)間要設(shè)的大于主程序的運(yùn)行時(shí)間，給主程序留有一定的的裕量。這樣就夠成了一個(gè)循環(huán)， T0 監(jiān)視 T1， T1 監(jiān)視主程序，主程序又來(lái)監(jiān)視 T0，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。如圖 — 1 所示，在單片機(jī)外放置一個(gè)以 NE555 為核心的振蕩器，每隔一定時(shí)間間隔從 NE555 的 OUT 引腳輸出一個(gè)正脈沖，無(wú)論系統(tǒng)是否死機(jī)，都強(qiáng)行使單片機(jī)復(fù)位。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 18 圖 — 1 強(qiáng)制復(fù)位看門狗電路 該看門狗電路的工作時(shí)序如圖 — 2 所示，其中 NE555 輸出信號(hào)的高、低電平維持時(shí)間分別為： TH=（ R1+R3） C1。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 R3 的值，可以調(diào)節(jié) TH，使之滿足單片機(jī)復(fù)位信號(hào) RESET 的時(shí)間要求；調(diào)節(jié)電位器 R4 的值可以改變 TL， TL至少應(yīng)大于單片機(jī)程序的一個(gè) 運(yùn)行周期，且應(yīng)保證一些重要的程序段不被打斷，以免系統(tǒng)產(chǎn)生誤操作。 NE555 具有下列特點(diǎn)： （ 1） 只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。 （ 2） 它的操作電源范圍極大，可與 TTL