【正文】 ...............................................................................26 結(jié) 論 ..........................................................................................................................29 致 謝 ..........................................................................................................................30 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................31 附錄 1：太陽(yáng)能控制系統(tǒng) 顯示 程序 ...........................................................................32 附錄 2：硬件圖 ...........................................................................................................37 I 基于 AT89C51 的 太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 05 級(jí) 電子信息工程 1 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 講 師 摘 要 ： 隨著 人們生活水平的提高 ， 各種熱水器的使用已相當(dāng)普及 。 然而目前市場(chǎng)上的各種熱水器控制電路還與理想要求相差甚遠(yuǎn)。 就像家用電視機(jī)、電冰箱一樣 ,接通電源、設(shè)定完畢 這么簡(jiǎn)單就可以 了。 從而 實(shí)現(xiàn)了熱水器的自動(dòng)及節(jié)能 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理， 工作穩(wěn)定可靠、溫度測(cè)量精度高。 關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)；自動(dòng)控制；太陽(yáng)能熱水器；軟件調(diào)試 。if the solar water temperature does not reach the setting data ,it can heat automatically by electricity .It realizes the automation and energy saving .The automatic control hardware circuit in the solar water heater ,bined with corresponding software design,can display the temperature and water level parameters ,set the temperature and water level and control the process .There being no need to reset the temperature when the failed power regains ，it has functions such as failure alarm ,failure autoprocessing,good stability and resistance to interference. The experiment results show that the system has the reasonable design,the good dependability and high measurement precision. Key words: Singlechip 。 Solarpowered water heater。使用太陽(yáng)能熱水器時(shí)存在的問(wèn)題 ： 不可缺水，空曬情況下 上水會(huì)爆炸；春、秋天 ， 水溫升高蒸發(fā)，造成熱能損失；冬天水溫不夠 ， 須用電等等。使用戶(hù)省心，使用方便，智能運(yùn)行，用戶(hù)不必作任何操作。在太陽(yáng)能熱利用中，為了得到中高溫?zé)崮埽仨毷辜療崞鲝娜粘龅饺章涓櫶?yáng)，而在太陽(yáng)能光電中，相同條件下，自動(dòng)跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高 35%，成本下降 25%。 2 第一章 概述 課題的背景意義 隨著太陽(yáng)能熱水器的迅速推廣， 廣大消費(fèi)者對(duì)太陽(yáng)能熱水器特別是太陽(yáng)能熱水器控制器的要求越來(lái)越高， 太陽(yáng)能熱水器商家為使自己的 產(chǎn)品能在市場(chǎng)上生存和發(fā)展，在不斷提高太陽(yáng)能熱水器熱水性能的同時(shí) ， 也不斷加大力度滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)于太陽(yáng)能使用方便的要求，于是太陽(yáng)能熱水器的智能化程度越來(lái)越高。本系統(tǒng)完全跟隨太陽(yáng)能熱水器本身智能化程度和成本的要求，為太陽(yáng)能熱水器提供了一套智能化程度高、性能良好、使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的配套控制系統(tǒng)。 90年代后期，住宅商品化的發(fā)展以及家庭對(duì)熱水需求的大幅度增長(zhǎng)為太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展提供了市場(chǎng)空間 , 太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，形成了一些有一定知名度的產(chǎn)品和品牌。目前，我國(guó)既是世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)也擁有世界上最大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)。到目前已有許多太陽(yáng)能品牌為大家耳熟能詳，如皇明、桑樂(lè)、四季牧歌 、力諾等。 進(jìn)步源于競(jìng)爭(zhēng)，在我國(guó)太陽(yáng)能擁有廣闊的市場(chǎng)，當(dāng)然也有更大的競(jìng)爭(zhēng)，各大商家為了使自己的產(chǎn)品在市場(chǎng)上立足并長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，不斷提高太陽(yáng)能熱水器的性能，其中太陽(yáng)能熱水器控制器以其靈活、貼近客戶(hù)成為商家競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。 3 課題的研究?jī)?nèi)容 本 設(shè)計(jì) 主要是對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品的仿制 ， 要能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能熱水器的完整功能。另外配有鍵盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上水、手動(dòng)電加熱、設(shè)置水位、設(shè)置溫度等功能 。 本系統(tǒng)需 要完成的控制系統(tǒng)技術(shù)性能如下： 1） 使用電源 220V AC，功耗 5W。2 0C。 4） 具有 低 水 位 上水、手動(dòng)上水和 循環(huán) 上水等功能。 太陽(yáng)能控制系統(tǒng) 工作原理 : 系統(tǒng) 原理 利用熱敏 傳感器 和 水 位傳感器檢測(cè)水溫和水位，并加以顯示。當(dāng)水位從高到低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，缺水指示燈亮，電磁閥開(kāi)始工 作 ， 熱水器容器上水，水位上升超過(guò)“低”水位后， 缺水指示燈 熄滅，蜂鳴 器停止報(bào)警。進(jìn)行缺水上水；若熱水未用完，不上水，以保證熱水充分利用 ；如果要上水可以手動(dòng)控制一鍵上水 ；在上水的過(guò)程中，水位過(guò)低或停水， 太陽(yáng)能控制系統(tǒng) 會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低水位上水模式，低水位 時(shí) 聲光報(bào)警 啟動(dòng)提醒用戶(hù)注意。 方案 比較 目前太陽(yáng)能控制器的控制器基本實(shí)現(xiàn)數(shù) 字化，以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)占領(lǐng)太陽(yáng)能熱水器的主要市場(chǎng)。 方案一： PIC 系列單片機(jī) 根據(jù)熱水控制器的功能要求 ,并結(jié)合對(duì) PIC16C5X 系列單片機(jī)的資源分析 ,采用此系列中的主流型號(hào) PIC16C57作為電路系統(tǒng)的控制核心。 5 圖 21 總體布局圖 在本系統(tǒng)中 ,RA0～ RA3 用于七段碼顯示 ,RB6 控制水閘開(kāi)關(guān) ,RB7 控制電 加熱管 ,RC3～ RC5 用于按鍵設(shè)計(jì)和讀取水量 ,RC0～ RC2 用于跟 DS1820 通信進(jìn)行水溫測(cè)量 ,RB0～ RB1對(duì)七段碼進(jìn)行掃描 ,RB2～ RB5 LED指示燈顯示 ,RC6漏電檢測(cè) ,RC7控制揚(yáng)聲器用于報(bào)警和指示。三個(gè)七段碼顯示與四個(gè) LED 燈指示。若長(zhǎng)按此鈕超過(guò) 5秒 ,定時(shí) LED 滅 ,并聽(tīng)到“嘟”一聲進(jìn)行水量設(shè)定 ,此后每按一下鈕 ,水量顯示加一檔 ,1～ 4檔循環(huán)顯示 ,不按此鈕超過(guò) 5秒 ,再次聽(tīng)到“嘟”一聲 ,水量設(shè)定完畢。 PIC16C5X 內(nèi)帶一個(gè) 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 RTCC,在進(jìn)行 24小時(shí)定時(shí)加水時(shí)采用了該定時(shí)器。 OPTION 寄存器的 PSA 位控制預(yù)分頻器分配對(duì)象 ,當(dāng) PSA 為“ 1” ,分配給 RTCC,即外部或內(nèi)部信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)分頻器分頻后 再輸出給 RTCC。 OPTION 的 RTE 位用于選擇外部計(jì)數(shù)脈沖的觸發(fā)沿 ,當(dāng) RTE為 1時(shí)下降沿觸發(fā) ,“ 0“時(shí)為上升沿觸發(fā)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中 ,OPTION 寄存器為“ 00100111“ ,即定時(shí)器的信號(hào)源來(lái)自 RTCC 引腳的外部信號(hào) ,電源控制 PIC16C57 揚(yáng)聲器 漏電檢測(cè) 鍵盤(pán)和水量檔位 溫度測(cè)量 LED 顯示 6 預(yù)分頻器的分頻比率為 1： 256,上升沿觸發(fā)。通用寄存器 F0EH、 F0FH 用作定時(shí)暫存。 b) 按下恒溫控制鈕 ,恒溫 LED變亮 ,表示進(jìn)行恒溫控制 ,再按一下 LED 滅 ,取消恒溫控制。 c) 按下手動(dòng)加熱鈕時(shí) ,加熱 LED 變亮 ,加熱至 65℃ ,如水量少于 1檔 ,則先加水到1檔 ,再按一次取消加熱。手動(dòng)加水過(guò)程中 ,再次按下取消加水。 方案二： 51 系列單片機(jī) 以 AT89C51單片機(jī)為核心配合傳感器、顯示器件、電磁閥、電加熱器、報(bào)警器等外圍器件，采集熱水器儲(chǔ)水箱中的水位、水溫信號(hào)，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行水位和水溫的調(diào)節(jié)。 圖 23系統(tǒng)示意圖 通過(guò) “ 水位設(shè)置 ” 鍵可進(jìn)行水位設(shè)置，可設(shè)置加水水位 低 、 中 、 高 、 滿(mǎn) 。通過(guò) “ 上水 ” 鍵，若水位低于 滿(mǎn) 水位，可上水至 滿(mǎn) 水位；若水位已加滿(mǎn)，則停止加水 ，手動(dòng)上水失效 。由于 PIC16C57 沒(méi)有中斷功能 而 AT89C51具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低 且易控制 等特點(diǎn) ， 所以本設(shè)計(jì) 選擇方案二 采用 AT89C51實(shí)現(xiàn) 電路系統(tǒng)的控制 。另外 配有鍵盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上水、手動(dòng)電加熱、水位、設(shè)置溫度等能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能熱水器的完整功能 。 直流電源的設(shè)計(jì) 直流電源的圖解 本 設(shè)計(jì) 可采用集成三端穩(wěn)壓器，只要加上一些外圍元件即可實(shí)現(xiàn)。如果 u2 的值太大，會(huì)造成集成三端穩(wěn)壓器 7805 的功耗太大，溫度升高，且浪費(fèi)電能。因此 u2 的值應(yīng)大小合適，這個(gè)值應(yīng)該使三端穩(wěn)壓器在交流電網(wǎng)電壓最低和輸出電流最大時(shí)能正常工作。 （ 2） 整流電路 它的任務(wù)是將正弦波變換成直流電壓。 （ 3） 濾波電路 它的任務(wù)是將全濾波形通過(guò) RC 濾波網(wǎng)絡(luò)以后變成更平坦的直流電壓，減小脈動(dòng)，提高整流的效果。 （ 4） 穩(wěn)壓電路 要求輸出恒定的直流電壓，且要達(dá)到提出的要求， 方案實(shí)現(xiàn) （ 1）計(jì)算 u2 和 C2 查閱集成三端穩(wěn)壓器的知了可知，對(duì)輸出電壓在 5v～ 12v之間的穩(wěn)壓器，其輸入端的電壓一般要比輸出端電壓高 5v。在此，如果 1， 2 兩端的電壓為 12V，那么可以求得 u2 為 10v。若按 IF比上述值大 倍考慮，則 AAII DA VF 1)()( m a x ???? 公式 (34) 目前，市場(chǎng)上有各種規(guī)格的整流橋堆出售，它有兩個(gè)交流輸入端和兩個(gè)直流輸出端。根據(jù)上面的計(jì)算，本電源可選用 1A/25V 的整流橋堆。這里我們?nèi)? AAII a 2)( m a x ???? 公式 (35) 因此，變壓器二次繞組的額定電流（交流有效值） 應(yīng)按 2A 設(shè)計(jì)。 接口電路 接口電路是一組電路，是中央處理器與存儲(chǔ)器、輸入 /輸出設(shè)備等外設(shè)之間協(xié)調(diào)動(dòng)作的控制電路。接口電路并不局限在中央處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)之間，如直接存儲(chǔ)器存取 DMA 接口電路就是控制存儲(chǔ)器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的電路。所以，接口電路的基本功能就是對(duì)數(shù)據(jù)傳送實(shí)現(xiàn)控制，具體包括 5種功能：地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖、信息轉(zhuǎn)換、提供命令譯碼和狀態(tài)信息、定時(shí)和控制。如并行接口電路不要求數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，來(lái)自總線(xiàn)的并 行數(shù)據(jù)就可直接傳送到并行外設(shè)中；而串行 11 通信接口電路就必須具備將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)和將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的功能。 （ 2）水位檢測(cè)：本控制系統(tǒng)采用 I/O 端口控制，高電平觸發(fā)方式，監(jiān)測(cè)水位的變化。通過(guò)連通器與太陽(yáng)能容器 內(nèi)水位相連接控制干簧管。 （ 1）水位顯示： 本系統(tǒng)需顯示水位，水位分 低 、 中 、 高 、 滿(mǎn)四 檔，均用發(fā)光二極管來(lái)指示。 （ 3） 顯示模塊： ① LED 結(jié)構(gòu)和顯示原理。這種 LED顯示器也可稱(chēng)為 7段數(shù)碼顯示器（或 8 段數(shù)碼顯示器）。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33b 所示。 12 圖 33 LED結(jié)構(gòu) 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(chēng)為字段碼（也可以稱(chēng)為段選碼或字形碼）。各代碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 表 1 LED各代碼位 D7 D6