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1、摘 要 本文设计了一个太阳能热水器智能控制系统。它以 89C52 单片机为核心， 配合电阻型 4 档水位传感器、负温度系数 NTC 热敏电阻温度传感器、8255A 扩 展键盘和显示器件 、驱动电路（电磁阀、电加热、报警）等外围器件， 完成 对太阳能热水器容器内的水位、水温测量、显示；时间显示；缺水时自动上水， 水溢报警；手动上水、参数设置；定时水温过低智能电加热等功能。 其中本文第一章主要说明了太阳能热水器智能控制系统的研究现状和本课 题的主要任务，第二章对系统的整体结构作了简单介绍，第三章重点介绍了水 位水温测量电路，第四章介绍了时钟电路，第五章介绍了显示和键盘电路，第 六章对其他电路作了介
2、绍，第七章是对水位测量电路的硬件调试。 本系统对于水位传感器、水温传感器的电阻数据的处理均采用独特的 RC 充放电的方法。它与使用 A/D 转换器相比，电路简单、制造成本低。特别适用 于对水位、水温要求不精确的场合。 关键词：太阳能，热水器，控制器，89C52，RC 充放电 Abstract This article has designed a intelligence control system for solar-powered water heater. It take the 89C52 microcontroller integrated circuit as the core,
3、 the coordinate 4 grades of waters level resistance sensor, the negative temperature coefficient NTC thermistor temperature sensor,the 8255A expansion keyboard and the demonstration component, the actuate circuit (solenoid valve, electric heating, warning) and other periphery component, completes to
4、 the water level and temperature measure and demonstrate; the time demonstrate; lack of water automatically upstream, the water overflow warn; fixed time intelligencely electric heat. The first chapter of this article mainly explained the research situation of the solar-powered water heater intellig
5、ence control system and the primary mission of this topic. The second chapter has made the simple introduction to the overall construction of the system .The third chapter introduced with emphasis on the water level and water temperature metering circuit.The fourth chapter introduced the clock circu
6、it .The fifth chapter introduced the demonstration and the keyboard circuit,.The sixth chapter has made the introduction to other circuits. The seventh chapter is the hardware debugging of the water level measuring circuit. Regarding the process of the water level sensor and water temperature sensor
7、 resistance data this system uses the method of the unique RC electric sufficient and discharging. Compared to using the A/D converter, the electric circuit is simple, the production cost is low. Specially it is suitable for the water level and the water temperature measuring requested unprecise sit
8、uation. Key word: Solar energy, water heater, controller, 89C52, RC electric sufficient and discharge 目 录 摘 要I Abstract.II 目 录 .III 第一章 引 言 .1 1.1 课题的背景意义 1 1.2 太阳能热水器和其控制器的发展现状1 1.3 课题的研究内容 3 第二章 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍.4 第三章 水位和水温测量电路硬件设计.5 3.1 水位测量电路 5 3.1.1 方案比较选择 5 3.1.2 水位测量电路的具体设计及优化 8 3.2 水温测量电
9、路15 3.2.1 方案比较选择 15 3.2.2 水温测量电路的设计及温度计算方法 16 3.3 水位、水温测量电路的整体设计20 第四章 显示电路 .21 4.1 方案选择 21 4.1.1 8255A 芯片介绍21 4.1.2 8255A 在太阳能热水器控制电路中的作用 .24 4.2 显示电路工作原理 25 4.2.1 8255A 显示电路的硬件结构。 .25 4.2.2 8255A 实现显示方法27 第五章 其他硬件电路设计.30 5.1 上水电磁阀、电加热、报警等驱动电路30 5.1.1 上水控制电路 .30 5.1.2 电加热控制电路 .30 5.1.3 报警控制电路 .30 5
10、.1.4 水位显示电路 .30 5.2 电源电路 31 参考文献 .33 致 谢 .34 附 录 .35 第一章 引 言 1.1 课题的背景意义 随着太阳能热水器的迅速推广，广大消费者对太阳能热水器特别是太阳能 热水器控制器的要求越来越高，太阳能热水器商家为使自己的产品能在市场上 生存和发展，在不断提高太阳能热水器热水性能的同时，也不断加大力度满足 消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度越来越高。 本设计追踪科技应用前沿，跟踪市场，根据论文资料及市场现有产品模型， 在加上自己的理解和创意，模仿出了一套智能化的太阳能热水器控制系统。本 系统完全跟随太阳能热水器本身智能化程度
11、和成本的要求，为太阳能热水器提 供了一套智能化程度高、性能良好、使用方便、经济实惠的配套控制系统。 1.2 太阳能热水器和其控制器的发展现状 中国太阳能热水产业的发展始于上世纪80年代，当时的市场定位是农村或 中小城镇的低收入家庭。90年代后期，住宅商品化的发展以及家庭对热水需求 的大幅度增长为太阳能热水器的发展提供了市场空间, 太阳能热水器的生产规 模进一步扩大，形成了一些有一定知名度的产品和品牌。自上世纪90年代以来， 我国太阳能热水器行业保持了10多年的快速增长 ,2005年 太阳能热水器年生 产量为1 500万平方米，是2000年640万平方米的2倍多，到2005年底，我国太 阳能热水
12、器保有量超过7500万平方米是2000年2600万平方米的近3倍。目前， 我国既是世界上最大的太阳能热水器生产国，同时也拥有世界上最大的太阳能 热水器市场。至2005年，全国有1000多家有一定规模的太阳热水器生产企业， 年总产值达150多亿元，出口创汇2000万美元，全行业提供约30多万个就业机 会，产生了显著的经济、环境和社会效益1。到目前已有许多太阳能品牌为大 家耳熟能详，如皇明、桑乐、四季牧歌、力诺等。总之，太阳能热水器已是一 件和电视机、洗衣机一样必不可少的家用电器。 进步源于竞争，在我国太阳能拥有广阔的市场，当然也有更大的竞争，各 大商家为了使自己的产品在市场上立足并长远发展，不断
13、提高太阳能热水器的 性能，其中太阳能热水器控制器以其灵活、贴近客户成为商家竞争的热点。目 前，各大商家纷纷提高太阳能热水器的智能化程度来满足消费者的需求。许多 太阳能热水器的功能有：开机自检、温控上水、强制上水、水位预置、水质设 置、水温指示、低水压上水、水位显示、防高温空晒、缺水报警、自动防溢流、 缺水上水、手动上水、故障提示等许多贴近客户需求的功能。 目前太阳能控制器的控制器基本实现数字化，以单片机为控制核心的控制 系统占领太阳能热水器的主要市场。在市场调查中发现，太阳能控制单片机的 型号较多，其中应用最多的是51系列和PIC系列单片机。其基本框图如图1-1所 示。 AT89C51 LED
14、显示接口 温度与水量数据采 集 控制加热 电平 转换 键盘输入 继电器 电磁阀 蜂鸣器 控制上水 IN0 IN1 控制线 位选控制线 +12V +5V P1口P0口 T0 RXT T1 图 1-1 市场太阳能热水器基本框图2 太阳能热水器控制系统可以实现水位显示、水位控制、温度显示、防冻等 多种功能，其中对水位的检测、控制，实现水位显示、自动上水、超限报警是 太阳能热水器控制系统的核心。 目前大多数太阳能热水器的水位传感器都采用分段式水位传感器，因为太 阳能热水器对水位精确度的要求不高，并且分段式传感器的成本很低。图1-2 是常用的一种分段式热水器传感器的基本原理。 对于温度的检测便于用户的使
15、用和控制电加热。目前，温度传感器的应用 种类较为繁杂，有直接使用热电阻、热电偶的，也有使用数字温度变送器（如 MAX6674）的。在显示方面多采用LED显示或LCD液晶显示。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:9-Jun-2007 Sheet of File:C:Documents and SettingsuserMyDesign.ddbDrawn By: 430k 10k 430k 430k 430k 10k 10k 10k 2k 2k 2k 2k 2k 2k D1 LED D2 LED D3 LED
16、D4 LED +12VCC VCC VCC VCC VCC OSEA OSEB OSEC OSED 2k 2k W10 W11 W12 W13 图 1-2 一种分段式水温传感器3 1.3 课题的研究内容 本课题主要是对市场现有产品的仿制，要能够实现太阳能热水器的完整功 能。本课题以 89C52 单片机为核心配合传感器、显示器件、电磁阀、电加热器、 报警器等外围器件，采集热水器储水箱中的水位、水温信号，通过控制电动机 的运转、电加热器加热来控制储水器的水位、温度，并完成水位、水温显示， 时间显示，水溢报警等功能。另外配有键盘，可以实现手动上水、手动电加热、 设置水位、设置温度等功能。 第二章 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 太阳能热水器整体结构大致可以分为四大部分： 1水位、水温测量电路。这部分用于采集水位水温信号给单片机，是太阳能 热水器控制器最关键的部位。 2时间、水位、温度显示和键盘电路。这部分用于系统和人的信息交互，有 对太阳能热水器状态的直观显示，也有用于人对系统控制的键盘电路。 3时钟电路。给系统提供时间显示
