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1、学号1261010828年级 2012 级 本科毕业设计基于单片机的太阳能热水器控制系统专 业机械工程及自动化姓 名 杨 雨 指导教师 张薇薇 评 阅 人 2016年06月中国 南京BACHELORS DEGREE THESIS OF HOHAI UNIVERSITYAuxiliary control system of solar water heater based on single chip microcomputerCollege ：College of Mechanical and Electrical EngineeringSubject ：Mechanical and Elec
2、trical EngineeringName ：YangYuDirected by ： ZhangWeiwei ProfessorNANJING CHINA郑 重 声 明本人呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本设计（论文）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本设计（论文）的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期：目录摘要3ABSTRACT4第一章 概述51.1 设计背景51.2 设计任务7第二章 太阳能热水器及
3、控制系统简介82.1 热水器及系统工作原理82.2 控制系统设计原则92.3 主控方案92.4 温度检测方案92.5 水位检测方案102.6 显示方案102.7 时钟方案11第三章 控制系统硬件设计123.1 总体设计123.2 主控模块143.2.1 单片机接口配置143.2.2 复位电路143.2.3 时钟电路153.3 温度测量模块153.3.1 DS18B20简介153.3.2 温度测量电路接线图163.4 水位检测模块183.5 显示模块193.5.1 LCD1602电气接线图193.5.2 LCD1602技术参数及接口说明193.6 实时时钟203.6.1 DS1302简介203.
4、6.2 时钟电路电气原理图203.7 驱动模块213.6.1 上水电磁阀驱动电路213.6.2 自动加热驱动电路213.8 按键模块233.8.1 按键模块简介233.8.2 按键抖动处理23第四章 控制系统软件设计254.1 实时时钟软件设计254.1.1 DS1302时钟地址及数据格式254.1.3 DS1302软件流程264.1.4 时间读取子程序264.1.5 时间设置子程序274.1.6 日期BCD转字符程序274.1.7 时间BCD转字符程序274.2 水温检测软件设计294.2.1 传感器操作指令294.2.2 DS18B20软件流程304.2.3 获取温度子程序304.3 显示
5、模块软件设计324.3.1 LCD1602指令及说明324.3.2 LCD1602RAM地址映射324.3.3 初始化过程324.3.4 显示子程序334.4 水位检测软件设计344.5 按键模块软件设计354.5.1 读取键值子程序354.5.2 键值处理子程序35第五章 控制系统调试与仿真385.1 总体仿真结果展示385.2 自动加热仿真395.3 水位检测及上水仿真41第六章 总结与展望43参考文献44摘要随着社会的发展和科技的不断进步，人们的生活水平也在逐渐提高。与之而来的问题也很多，例如能源危机与环境污染，绿色环保理念因而开始深入人心。太阳能作为新兴的清洁能源得到了大家的普遍认可，
6、首先太阳能取之不尽、用之不竭，其次干净无污染又是一大特点，因此积极推广太阳能的应用具有重大意义。本设计将研发一款高性能的太阳能热水器控制系统，产品具有智能化的特点。本篇论文的设计可以作为单独的控制系统销售也可以安装在普通的太阳能热水器上使之作为智能型热水器来出售。这一设计会更广泛地推动太阳能的使用，在将来还可以与物联网系统结合，吸引消费者的眼球，同时符合国家当前的发展理念。本论文在介绍单片机、传感器、实时时钟的特点基础之上，详尽地说明了太阳能热水器控制系统的工作原理与方案设计。根据本设计的要求，采用STC89C52作为主控芯片。其他硬件部分包括：水温采集模块、水位监测模块、按键输入部分、LCD
7、显示窗口及继电器控制模组，继电器控制模组有自动上水和程控加热部分构成。在软件方面，本设计采用模块化方式对系统进行分组设计，使得设计工作稳步展开，并且经过仿真验证，本系统的各个模块均正常工作，符合设计要求。关键词：太阳能热水器；控制系统；单片机 ABSTRACTWith the development of society and the progress of science and technology, peoples living standards are gradually improving. However, problems come with it, such as the
8、energy crisis and environmental pollution, thus green development ideas gained ground. Solar energy as a new clean energy has been widely recognized, due to that its inexhaustible and clean, and followed by a major feature. So, promoting the use of solar energy actively is of great significance. Thi
9、s article will set out to design an intelligent, high-performance solar water heater control system which was designed with intelligent automation features. This design can be used as a separate control system sales also it can be installed on ordinary solar water heater to make it as a smart water
10、heater to sell. The design will be more beneficial to promote the use of solar energy. Combined with the internet of things will attract the attention of consumers in the future and be in line with the countrys current development concept.This paper describes the basic features of the microcontrolle
11、r, sensors, real-time clock, and a detailed illustration of the working principle and design of solar water heater control system. According to the design requirements, STC89C52 used here as a master chip. Other hardware includes: temperature acquisition module, water level monitoring module, key in
12、put section, LCD display window and relay control module, relay control module has automatic pumping water part and programming heating part. On the software side, using modular design makes the works steady progress. After simulation, each module of the system is working properly, which meeting to
13、the design requirements.Key words: Solar water heater ;Control system;Microcontroller 第一章 概述1.1 设计背景能源对于人类的发展至关重要。每一次人类文明的进步，都可以看到旧能源的落幕与新能源的成长。近代工业起源于英国，当时蒸汽机的发明与改进使得煤炭资源取代了木材，成为主导能源。到20世纪初，石油得到大规模开采与使用，全世界对石油的需求激增，石油逐步取代煤炭成为主导能源。根据Statistical Review of World Energy 20153估算，在2014年的能源消费结构中，石油仍然是主导燃料
14、，约占全球能源消费的33.3%；煤炭和天然气资源分别占全球能源消费的30.1%和24.0%。作为化石燃料，三者合计达到全球能源消费的87.4%，传统燃料依然支撑起现代商业文明主导力量。自从传统能源作为主导能源以来，两大安全问题便显现出来。一是传统化石燃料的供应问题，其越来越难以满足市场的需要。因为化石燃料是不可再生的能源，有限的储量却要应付世界经济和人口的飞速增长。二是传统能源的安全问题。一方面，由于开采技术的问题，煤矿事故频繁发生；再者，资源的肆意无须开采，对地下水、地表生态环境造成了难以恢复的破坏。另一方面，传统能源的使用还会产生废气废渣，特别是燃烧未经处理的煤炭会排放SO2、粉尘等污染物。应对传统化石能源日益严峻的安全形势，世界各国开始调整战略政策，采取多元化供应策略，积极引导开发新能源，以降低对传统能源的依赖性。就我国的发展来说，积极推广新能源，以节约和代替部分化石能源，这是保障我国能源安全、优化能源结构、促进社会与经济可持续发展、保护环境、应对气候生态变化、调整产业结构的战略部署。近年来，新能源的发展受到政府的大力支持。自2011年起，可再生能源发展的脉络日渐清晰，我国政府将在推广新能源和提高传统能源效率两方面加速能源结构调整。未来新兴能源开发利用的战略定位是：到2020年，
