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1、1廊坊师范学院毕业生论文论文题目：一种实用的太阳能热水器单片机控制器的设计论文摘要: 介绍了一种以89C51单片机为核心构成的太阳能热水器智能控制器的设计方法,给出了系统硬件设计及软件实现方法。关键词: 太阳能热水器; 单片机; 硬件设计; 软件设计2ABSTRACT: This paper introduces a design method of intelligent controller of solar energy heater which is composed of 89C51 single-chip microcomputer, it has hardware system
2、design and software design.KEYWORDS: Solar energy heater; Single-chip microcomputer; Hardware design; Software design3目录0 引言 .41 控制器硬件设计 .51. 1 蓄水箱温度和水位检测接口电路的设计 .61.2 控制键和串行显示接口电路的设计 .71.3 继电器输出电路 .71.4 看门狗和复位接口电路的设计 .82 控制器软件设计 .93 结束语 .10参考文献： .104一种实用的太阳能热水器单片机控制器的设计0 引言目前, 中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国,
3、年产量约为世界各国之和。但是与之相配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。现在的这种控制器只具有温度和液位显示功能,而且为分段显示。他不具有温度控制功能,当由于天气原因而光强不足时, 就会给热水器用户带来不便。鉴于国内太阳能热水器市场不断扩大, 而与其相配套的控制器却急需改进的情况下,研制了这套太阳能热水器控制器。本文设计的太阳能热水器是以89C51单片机为检测控制核心,不仅实现了温度、水位两种参数的实时显示功能,而且具有温度设定与控制功能。控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度,从而达到24小时供应热水的目的。实际应用结果表明,该控制器和以往的显示
4、仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点,提高了我国太阳能应用领域控制水平,具有可观的经济效益和社会效益。51 控制器硬件设计考虑到系统的性能和价格以及生产厂家的要求,该控制器的结构框图如图1所示。本控制器采用性价比高、使用方便、市场货源充足的89C51CPU。由于本系统运算量不是很大,没有太多的中间数据需要处理、保存,因此不再外扩数据存储器。仅使用89C51内部RAM 已完全能够满足要求。因89C51内部有程序存储器,所以不需扩展EPROM。系统的硬件接口电路包括蓄水箱温度和水位检测接口电路、设定键和串行显示接口电路、看门狗复位接口电路、继电器输出接口电路等。61.
5、 1 蓄水箱温度和水位检测接口电路的设计蓄水箱温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节, 只有准确地检测出温度, 才能通过软件实现辅助加热。对于温度检测,目前比较理想的是集成温度传感器AD590, 但考虑到本系统的精度要求不高和AD590价格比较贵的缘故,本系统温度检测电路仍采用热敏电阻。利用热敏电阻组成电阻桥,经集成运放LA741放大后,经压控振荡电路转换成频率信号送到89C51的T0口(编程为计数器工作模式),用检测输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号。温度检测部分的电路图如图2所示。检测部分采用热敏电阻组成的温度桥变换电路。+15V电压经R0分压,用稳压管DW1产生电阻桥的基准电压,电
6、容C1的作用是滤除测温电阻两端动态干扰电压。桥路电压差信号经过集成运算放大器LA741提供给压控振荡器的输入信号。压控振荡器由积分电19路和滞回比较器组成。输入电压经电阻R8给电容C3充电,使a点电压越来越低。当a点电压小于零时,b点电压由+U跳变到-U,于是二极管D1导通,电容C3经电阻R9放电,使a点电压又升高,当该点电压大于零时,点电压又由-U跳变到+U,电容C3再充电,如此周而复始, 产生频率信号。由于双向稳压管的限幅作用,输出电压的幅值为U(U为D的稳压值)。经二极管D2后,输出电压的幅值为0+U。考虑到成本,水位仍然是采用分段式液位传感器,在水位显示上也仍然采用分段显示。71.2
7、控制键和串行显示接口电路的设计键盘和显示电路是人机交互的重要手段。一个设计产品能否被用户接受,能否在市场上占有一席之地，常常是同良好的用户接口分不开的。控制键是用户干预系统运行的唯一接口,也是用户比较关心的问题。为了实现控制器对温度的设定和显示功能,采用74LS30和74LS04实现4键中断输入,串行显示电路采用串入并出芯片74LS164驱动4位数码管实现温度的静态显示。1.3 继电器输出电路在太阳能热水器控制器的设计中,继电器输出是实现蓄水箱辅助加热的手段。对继电器的控制安全有效是能安全地对蓄水箱进行辅助加热的保证。本控制器中其电气连接图如图3所示。本控制器利用继电器的常开触点来作为接通辅助
8、加热器的开关。此处采用了光电耦合器4N25作为对继电器线圈的控制端。当4N25中的发光二极管导通时,继电器线圈中将有电流流过,使常开触点动作,接通辅助加热器开始加热。二极管D1的作用是为继电器触点动作时产生的动态电压有一个放电的通路。对继电器动作与否的总控信号是89C51CPU 和P1.6口线。当CPU 向P1.6发清零信号时,P1.6经反相器后变为高电平,进入与门,此时若与门另一输入脚为高,则与门输出高电平,同时发光二极管点亮,指示工作状态为正在辅助加热。同时使光耦发光管发光,继电器动作,开始辅助加热。与门的另一输入脚接在水位检测最低位和次低位非门的输出端。之所以要把水位检测信号引到这里,是
9、利用硬件实现辅助加热防干烧的功能。当水位低到无法检测到时,与门输出端将被锁死为低电平,继电器将不会有机会动作,防止了干烧。这里使用两根水位检测线是为了防止有一根水位线断线系统拒绝辅助加热的情况,增强了系统容错性。81.4 看门狗和复位接口电路的设计控制器的看门狗电路采用芯片IMP705完成。用P1.7作为看门狗的定时脉冲输入端,当P1.7口线超过1.6秒不对IMP705发出正脉冲时,IMP705复位输出端将产生200ms的负脉冲经过一个非门使单片机复位。电路如图4所示(手动复位电路未画出)。92 控制器软件设计为了设计软件程序,必须明确热水器对控制器所提出的控制要求。当阳光充足时, 热水器会利
10、用太阳能将蓄水箱内的水加热到一定的温度(可能会高于设定温度),控制器将不启动辅助加热装置;当阳光不足(阴雨天)时,为了使用户同样能够使用到热水,控制器能够自动启动辅助加热器,借助电能将水箱内的水加热到设定温度。这样,热水器不论在什么样的天气里,都能够向用户提供设定温度的热水,从而给用户带来便利。根据上面的要求,控制器软件设计采用模块化结构,包括主程序、键盘中断子程序、显示子程序等。10系统主程序主要完成温度、水位检测及进行当前温度值与设定温度值的比较和一些初始化功能。在主程序中采用了显表法进行频率到温度的转化,并且在读取温度时,采用读5次,取排序后的中间值为读取到的温度,以此来对温度进行数字滤
11、波处理。系统主程序流程图如图5所示。延时两次的作用都是相同的,都是为了让测量的温度值更加精确。查表程序采用对分查表法,既节省机时又无需太多要求。为了使显示和控制都更精确,表格分得越细越好,这需要在实验测量时采集更多的数据。1的误差对于民用热水器来说,已完全能够满足要求了。3 结束语本控制器成本低廉,较易被用户接受。该控制器研制成功后,将以其功能强、控制与显示精度高、可靠性好、成本低等优点而抢占市场,具有可观的经济效益和社会效益。参考文献：1 李华. MCS- 51系列单片机实用接口技术M .北京:北京航空航天大学出版社,1993112 王长胤,文军.单片单板机原理及应用M .武汉:武汉大学出版社,19933 鱼献荣.实用水位控制电路J.家用电子,1998.54 殷为民.太阳能水温水位仪J.家用电子,1999.15 陈家胜,朱小松,单学明.太阳能热水器辅助电加热控制器的研制J.电子技术,2000.10
