【正文】 統(tǒng)的設計方案有很多 本設計采用 MSC51 系列單片機作為中央處理器，采用 12846 液晶顯示模塊， MSC51 系列單片機作為中央處理器，采用 12846 液晶顯示模塊，本課 系列單片機作為中央處理器 12846 液晶顯示模塊 題的設計基于單片機的軟件控制下完成時間、溫度、水位的顯示。基 本顯示目標為： 本顯示目標為： 顯示水溫和水位，電加熱水溫可任意設定； （ 1） 顯示水溫和水位，電加熱水溫可任意設定； 顯示時間，可通過鍵盤設置時間參數(shù)； （ 2） 顯示時間，可通過鍵盤設置時間參數(shù)； 設置溫度參數(shù)后，自動控制電輔助設備加熱； （ 3） 設置溫度參數(shù)后，自動控制電輔助設備加熱； 關鍵詞：單片機，太陽能熱水器， 關鍵詞：單片機，太陽能熱水器，自動 控制 4 緒論 太陽能熱水器的應用及前景太陽能熱水器應用較好的國家有西 班牙、以色列、意大利、希臘、德國、荷蘭、澳大利亞、日本、美國 等國家。 目前太陽能熱水器已在我國城鄉(xiāng)開始推廣使用， 主要供應生活和洗浴 熱水，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和應用國。經(jīng)過兩年多的實踐， 人們認識到太陽能熱利用是投資少、見效快、經(jīng)濟實用、節(jié)能減排， 實現(xiàn)我國能源替代的一個好產(chǎn)業(yè)，國家也正大力扶持和支持，學校、 賓館、飯店、洗浴中心紛紛建設太陽你洗浴系統(tǒng)，太陽能熱水器的市 場存在擴大空間。 但是市面上絕大多數(shù)的控制器結(jié)構(gòu)簡單， 功能單一， 智能化程度低下， 用戶界面不人性化，只具有水位顯示功能，不具有溫度顯示功能。因此根據(jù)以上要求為核心，開發(fā)出一種太陽能熱 水器智能控制系統(tǒng)， 解決了目前市面上太陽能熱水器控制系統(tǒng)存在的 問題。 本裝置電路簡 單、實用性強、性價比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目。具有良好的市場前景。 控制系統(tǒng)具有手動和自動切換功能； 具有水溫和水位顯示功能； 具有進水超水位和超水溫報警指示； 用水時若水溫達不到設置值時，可手動起動加熱裝置，這樣可在很大程 度上節(jié)約電能； 用水時可自由調(diào)節(jié)水溫； 控制系統(tǒng)具體管道排空功能，這樣防止冬天時因水管內(nèi)有積水而在夜間 凍裂水管。 水溫由四個 LED 數(shù)碼管顯示，前三個數(shù)碼管顯示的為溫度最后一個數(shù)碼管 我們只用到了四段碼顯示為溫度的符號 C，水溫有效值最多可顯示為 ℃。 (1) 控制器：主要通過里面的電磁閥控制 YV1 和 YV2 的通斷，控制水溫檢測傳感 器檢測水溫、 控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中的位置以及控制電阻加熱 絲加熱。 (3)手動控制閥：當自 動閥損壞時， 可以通過 手動閥進行上下水。 (5)水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實際溫度。 太陽能熱水器利用微機控制主要有以下幾種控制功能：晨水加熱控制、溫水 循環(huán)控制、冷水集熱控制、水箱加熱控制。為了提供溫度不 低于 30 攝氏度的水，熱水器在清晨 47 點之間對水箱進行電加熱，具體控制過 程如下： 首先，關閉冷水閥門 F2 和循環(huán)水閥門 F1，然后微機開始進行水箱的溫度采 集，同時進行溫度的比較，當水箱的溫度小于 30 攝氏度時，電熱器 D 接通進行 加熱，同時微機繼續(xù)對熱水箱的溫度進行采集。 （ 2）循環(huán)水集熱過程 早晨水溫控制之后（ 7～ 9 點） ，設定當日的水箱溫度 N（由兩位 BCD 次齒 輪開關設定） ，輸入微機，再利用微機控制系統(tǒng)，通過太陽光能對熱水箱加熱以 達到理想溫度 N。然 后開始比較溫度，若（ T3T15 攝氏度， T2T1）為止。 （ 3）冷水集熱控制 此時熱水箱溫度已達到了 N，冷水要進入太陽能集熱器，這時溫度為 T3， 和當日的設定溫度值相比較，若 T3N 則將已加熱的水送入熱水箱，每天的控制 時段大概為 9 點～ 20 點。 T3N， 若 打開熱水閥門 F3 并將保持一段時間，若 T3N，關閉 F3 繼續(xù)給太陽能集熱器加 熱，知道溫度答應 N，當打開 F3 時此時比較水管水溫 T2 與 N 的值，若 T2N 閥門 F3 繼續(xù)保持打開狀態(tài)，否則關閉 F3。 （ 4）水箱加熱控制 此時，也許你會問如果沒有日照或者日照較弱時，到了晚上我們是否還能洗 上熱水澡嗎？答案 是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個從系統(tǒng)，這時它就要 發(fā)揮作用了。由此可見，即使沒有日照我們照樣可以 洗上熱水澡了。 控制裝置的工作原理 本控制系統(tǒng)分為手動和自動兩種控制方式，在系統(tǒng)處于自動狀態(tài)下，當檢測 溫度高于設置溫度，且水位未達到最高時，控制器打開電磁水閥 YV1 和 YV2 進 行上水，同時點亮上水指示燈，當水位上至上一目標水位時，自動停止上水（即 關閉電磁水閥 YV1 和 YV2） ，若水箱內(nèi)無水，則自動上水至最低水位處。 AD590 屬于半導體集成電路溫度傳感器，測 溫范圍 55℃ +150℃，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成 線性關系， 1uA/176。 177。 ℃， 本設計中選取177。OP07 為高精度運算放大器， AD590 電流流經(jīng) R RP1 轉(zhuǎn)換為電壓信號， R RP2 為運算負反饋電阻，成 反相比例放大器，將溫度信號轉(zhuǎn)換成 05V 的電 壓信號， ADC0832 再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入 CPU。 用來切換操作狀態(tài)。 S1 鍵顯示“ 00”， 按 控制器進入“直接控制”狀態(tài)， 顯示“ 01”、 “ 02”、“ 03”、 “ 04” 分別表示“設定水位上限”、“設定定時上水時間”、“設定定時加熱時間”、“設定加 熱溫度”。進入“直接控制”后， S2 用來手動上 水， 用來手動加熱， 用來停止加熱或上水 。 設定水位上限：控制器可以監(jiān)測 6 個水位，上限水位可以由用戶設置，水 位上限設置范圍為位置 6。若設定時間為 00 或大于等于 24，則取消自動定時上水。若設定時間為 00 或大于等于 24，則 取消自動定時加熱。 ②水位檢測電路設計 水位檢測電路 實驗證明，純凈水幾乎是不導電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃? 都會含有一定的 Mg2+、 Ca2+等離子，它們的存在使水導電。 我們把儲水箱大致分為四個等份， 水位由潛入太陽能熱水器的儲水箱不同深 度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（ 導線）進行檢測；由單片機依次使 各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉(zhuǎn)換，水位到達的電 極，轉(zhuǎn)換電位為低（ 0） ；水位沒有到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1） ；每檢測一位 便得到一位數(shù)據(jù)， 5 個電極檢測一遍以后便得到了 5 個串行數(shù)據(jù)，然后把這 5 個 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管； 在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯 示水位的高低。 ） 當水位未達到 a 時，即 h1000 次） Flash ROM 硬件看門狗 WDT 電路 時鐘頻率 033MHz 512 8bit 內(nèi)部 RAM 內(nèi)置時鐘振蕩器 3 級加密位 軟件設置睡眠和喚醒功能 AT89S51 單片機的最小系統(tǒng) +5V 所謂最小系統(tǒng)， 即指使單片機能正 常工作的所需的最少的電路， 即應包含 CPU 及輔助電路、 ROM、 RAM 及 I/O Vcc EA 端口等電路。 +5V 4. 10K 20pf 6M 20pf 在 AT89S51 的基礎上，加復位電路、 時鐘電路、 EA 引腳信號及電源即可。 圖中，晶體振蕩器的頻率選 6MHZ，復位電路采用上電復位，電路參數(shù)如圖 中所示，以滿足系統(tǒng)復位時兩個機器周期的高電平的要求。 16 AT89S51 單片機時鐘電路 該水位自動顯示控制器采用 AT89C51 單片機， 機內(nèi)有一高增益反相放大器， 構(gòu)成自激振蕩電路，振蕩頻率取 6MHz,外接 6MHz 晶振，兩個電容 C C2 取 20pF，以便于起振蕩的作用。 時鐘電路 AT89S51 單片機復位電路 該水位自動顯示控制器采用上電復位電路，由 R1 C3 構(gòu)成復位電路，在 上電瞬間，產(chǎn)生一個脈沖， AT89S51 將復 位。取電容 C=10uF，電阻 R=10K。它具有體積小 ,分辨率高 ,轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點。溫度實時測控集裝箱的設計 , 在實現(xiàn)測控系統(tǒng)的溫 度檢測方面就較好地利用了 DS18B20 的獨到 特點 ,使系統(tǒng)得到了極大的簡化。 DS18B20 在I/O 處理器連接時 ,僅需要一個 I/O 口 即可實現(xiàn)微處理器同 DS18B20 的雙向通訊。 3） DS18B20 的測溫范圍為 : 55℃～ +125℃ ,在 10℃～ + 85℃時 , 其精度為 + 015℃。 數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 測溫范圍為 55～ +125 ℃， 增量值為 ℃ (9 位溫 度讀數(shù) )，它主要由 4 個數(shù)據(jù)部件部分組成： 64 位ROM。非易失性的溫 度告警觸發(fā)器 TH 和 TL；高速便箋存儲器 64 位 ROM 用于存儲序列號，其首字節(jié) 固定為 28H， 表示產(chǎn)品類型碼， 后 6 個字節(jié)是每個器件的編碼， 最后 1 個字節(jié)是 CRC 校驗碼 . 溫度告警觸發(fā)器 TH 和 TL 存儲用戶通過軟件寫入的報警上下限值，高速 便箋存儲 器由 9 個字節(jié)組成，其中有 2 個字節(jié) RAM 單元用來存放溫度值前 1 個字節(jié)為溫度值 的補碼低 8 位，后 1 個字節(jié)為符號位和溫度值的補碼高 3 位。 18 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 的測溫原理： DS18B20 測量溫度采用了特有的溫度測量技術，它 是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的， 內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計 數(shù) ,低溫時 ,振蕩器的脈沖可以通過門電路。計數(shù)器設置為 55℃。如果門 電路仍未關閉 , 則系統(tǒng)重復上述過程。單線信號包括復位脈沖 ,響應脈沖 ,寫 。系統(tǒng)對 DS18B20 的操作以 ROM “ 0” ,寫“ 1” ,讀“ 1” 命令 (5 個 )和存儲器命令 (6 個 )形式出現(xiàn)。各種操 作都有相應的時序圖。只需將 DS18B20 信號線與單片機 1 位 I/O 線相連，且單片機的 1 位 I/O 線可掛接多個 DS18B20， 就可實現(xiàn)單點或多點溫度檢測。它直接將溫 度數(shù)據(jù)進行編碼，可以只使用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便，傳輸距離遠且 抗干擾性好：與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點測溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜，而 且 系統(tǒng)得以簡化，系統(tǒng)擴充維護十分方便。 19 第五章 軟件設計 控制軟件設計 主程序流程圖如圖所示。主程序首先完成串行口、定時 器、中斷源的初始化，設置初始運行參數(shù)、開中斷，然后循環(huán)讀取鍵盤狀態(tài)、檢 測系統(tǒng)是否漏電。 系統(tǒng)正?？刂茣r， 首先顯示水溫和水位， 若檢測到水流開關打開用水時，自動斷開上水閥和電加熱體電源，即實現(xiàn)水電聯(lián) 動，用水停電。在水位超過第二檔時，將檢測的實際水溫與設置水溫進行比較，若實 際水溫低于設置水溫，則加熱體通電進行輔助電加熱；若實際水溫高于設置水溫 時，切斷加熱體電源；若檢測到水位低于第二檔，不管設置溫度高低，總是停止 加熱，以防止加熱體干燒。取出要顯示 的數(shù) 。查表取出段選碼 。輸出完否 ? 。個位加小數(shù)點 。微 計算機信息， 1999， 4。 自動化與儀器儀表， 1999 北京航空航天出版社 1999 科學普及出版社 1986 2021 多功能溫度控制器 [J ] 單片機中、高級教程 太陽能利用和前景 [6]萬福君、潘松峰 [8] 何克忠、李偉 [9] 周政新 [11]金偉正 單片機原理系統(tǒng)設計與應用 科學 技術大學出版社 計算機控制系統(tǒng) 清華大學出版社 中國民航出版社 1990 電子技術應用， 2021 1998 1998 沙河、 劉向河 電子線路 CAD 實用教程 [7] 潘永雄、 電子設計自動化實踐與訓練 西安電子科技出版社 2021 [10]丁志剛、李剛民 單片微型計算機原理與應用 單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應用 23 心得體會 這次畢業(yè)設計是對所學知識的一次綜合性運用。 從而完成了本次設計。 這次畢業(yè)設計收獲很多， 體會也很深刻， 并且對我們所學的東西也產(chǎn)生了濃厚的興趣。當然最重要的是學到了關 于基本電子設計的一些基本方法， 同時也加深了對一些常用的電子元件的理解及 其基本用法的掌握。這次畢業(yè)設 計是對三年來大學學習的檢驗和總結(jié)，我感覺到要學習的還有很多。 由于時間關系，本次設計中還有不盡完善之處。 在本次設計過程中遇到不少問題， 在周紹平老師和同學的幫助和配合下才順 利的完成了本次畢業(yè)設計。非常感謝老師和伙 伴們給我的