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1、2013届毕业设计(论文) 题 目: 太阳能热水器控制器的设计 学 院: 电子与信息工程 专 业: 电子信息工程 班 级: 电子0901 姓 名: 指导老师: 起讫日期: 2012-11-162013-06-14 2013 年 06 月摘要太阳能热水器控制器的设计摘 要 本文分析了太阳能热水器的基本构造并且简单介绍了其工作原理，设计了与之配套的太阳能热水器控制器。该控制器利用SST89E58单片机作为核心器件控制整个系统运作；温度传感器DS18B20可以用来实时检测水温，并将检测到的数据送至单片机进行处理后显示；由4个按键组成的模拟水位用来检测实时水位，当不同的按键按下时，可以模拟出相应的水位
2、；由芯片8155控制的4个数码管是用来显示水位和水温的；由LED灯和蜂鸣器组成的报警电路实现了声光报警，当水位或是水温超出了正常范围，报警电路就会启动；由继电器控制1个LED灯的亮灭来模拟辅助加热系统是否工作。本篇论文从硬件电路的原理分析、软件编程的实现过程、电路仿真和调试等内容进行分析，实现了控制器的检测、显示和控制功能。关键词：单片机 DS18B20 8155 数码管 继电器IThe design of controller of solar water heaterAbstractThis paper first introduces the basic structure of sol
3、ar water heaters and working principle and design a complete solar water heater controller. As the core control system SST89E58 single chip to complete the operation; temperature sensor DS18B20 temperature real-time detection, the microcontroller will detect after data showed four levels of real-tim
4、e simulation keys are used by different keys, you can simulate the appropriate level, digital tube for display, interface circuit is the chip 8155, by the LED lights and buzzer alarm circuit to achieve a sound and light alarm, water level or water temperature exceeds the normal range, the alarm circ
5、uit is activated by relay control LED lights to light and dark analog auxiliary heating system work.Based on the theoretical analysis of the hardware circuit, how to achieve software programming, circuit simulation and debugging of content analysis, to achieve the detection of the controller, displa
6、y and control functions.Keyword: MCU；DS18B20；8155；digital tube；relay1目录目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1背景11.2 现状分析1第二章 太阳能热水器的结构及工作原理32.1太阳能热水器的结构及工作原理32.2 控制器结构及工作原理4第三章 控制器硬件设计53.1 控制器总体设计53.2 单片机及其外围电路63.2.1 单片机简介63.2.2 晶振电路83.2.3 手动复位电路83.3 显示电路93.3.1 数码管简介93.3.2 8155简介103.4温度检测电路113.4.1 温度传感器DS18B20简
7、介113.4.2 温度检测电路设计123.5 水位检测电路及自动上水123.5.1 水位检测电路设计123.5.2 自动上水设计133.6 温度设定及报警电路143.6.1 温度设定143.6.2 报警电路设计14III3.7 辅助加热电路15第四章 控制器软件设计174.1主程序设计174.2 温度检测子程序184.3 水位检测子程序184.4 报警子程序194.5 显示子程序194.6 辅助加热子程序194.7 自动上水子程序204.8 温度设定子程序20第五章 电路调试及结果215.1程序编译与仿真结果215.2 硬件电路调试255.3 调试过程中遇到的问题27总结28参考文献29致谢3
8、1附录321南京工业大学本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1背景随着社会的进步，人类文明在不断提高的同时，却面临着一个非常严峻的问题：世界上的不可再生能源煤炭、石油、天然气的存储量在以极快的速度减少，在不久的将来，这些宝贵的资源将逐渐从地球上消失。与此同时，使用这些能源给我们周围的环境带来了巨大的破坏。蓝藻爆发、臭氧空洞、二噁英事件等环境问题在不断的出现，生态平衡遭到了严重的破坏。所以，人类急需发现更多无污染的可再生资源，在这时，太阳能这个无穷无尽的绿色资源得到了人们的青睐。使用它不仅可以解决能源短缺的问题，而且不用担心它会消耗尽，只要太阳 升起，人们就可以得到储量丰富的太阳能；另外，太阳
9、能的使用不会产生CO2等有害气体，绝对不会对环境产生任何的污染，有效地缓解了现存的环境问题。太阳能技术也因此得到了飞速的发展，太阳能汽车、太阳能电池、太阳能热水器等新型产品不断出现在市场上，其中，以太阳能热水器发展的最为广泛，也得到了大众的认可。根据不完全统计，太阳能热水器的销售量已远远超过了其他种类的热水器。随着太阳能技术的不断改革，此款热水器会有一个更广阔、更长远的发展。太阳能热水器给人们提供着安全、绿色、节能的热水，而且造价比较低廉，在技术上也比较成熟，因此受到人们的喜爱。在整个太阳能热水器系统中，除了热水器本身之外，还有一个系统也起到了及其重要的作用，即控制器。它是用户与热水器之间的交
10、流介质，通过控制器，可以将热水器的水位水温信息及时反馈给用户，而用户也可以通过控制器对热水器进行操作，比如，当热水器的水箱没水时，用户可以选择自动上水功能来加水，当雨雪天气时，没有足够的热量来满足水的温度，用户就可以启动辅助加热功能，通过加热棒来加热水，这样，无论何时用户都可以使用到热水。1.2 现状分析太阳能热水器的销量一直成增长趋势，十几年前，市场的主导还是电加热型的热水器，太阳能热水器寥寥无几，而如今，几乎每家每户都在使用太阳能热水器，以其廉价、节能、环保的优势占领了绝大部分市场。随着人们越来越浓厚的环保意识，对这种绿色的太阳能热水器的需求会越来越大。但是与之配套的控制器却一直没有达到成
11、熟的阶段。目前，大多数控制器只具有简单的检测、显示功能，还需要人为的上水，当水温达不到满意的温度时，用户束手无策。因此，一个多功能的控制器一旦问世，一定会得到人们的喜爱。这种控制器的市场前景非常广阔。这种控制器以单片机为核心器件，单片机的价格低廉、工作稳定、设计简单，非常适合这种控制器的生产，智能化的单片机还能够根据不同的需求作出相应的调整，满足了不同用户的多方面需求。另外，单片机系统耗能较少，能够最大程度的节约能源，保护设备，增加设备的使用寿命。它适用于各个地方的各种需求，且安装快捷，使用方便，所以它的市场前景广阔，是目前市面上其他热水器种类的升级产品。总之，无论从价格还是技术来说，太阳能热
12、水器及其控制器都具有很大的优势。41南京工业大学本科生毕业设计（论文）第二章 太阳能热水器的结构及工作原理2.1太阳能热水器的结构及工作原理 太阳能热水器的组成很简单，包括存储热水的保温水箱、用于吸收太阳光能量并把它转换为热量的集热器、冷水和热水循环流动的水管，再加上几个阀门，用来控制水的流向。其结构图如下所示：图2-1太阳能热水器结构原理图太阳能热水器产生热水的过程也非常简单，利用冷热水密度不同的原理就可以完成水循环，集热器可以很好的保留太阳光的能量，从而将其转换为水的热量，当有水从集热器中流过时，冷水被加热为热水，再流向保温水箱储存起来，以供用户随时使用，直到水温达到设定值，循环阀门关闭。
13、水循环过程如下图所示： 图2-2太阳能热水器水循环原理图2.2 控制器结构及工作原理控制器的核心器件为SST89E58单片机，下图中T1代表保温水箱中的温度传感器DS18B20，由它负责实时温度值的检测，再发送给单片机进行显示；T2负责水位的检测，并完成自动上水功能；F1、F4分别代表冷水阀门和热水阀门；冷水和热水分别经F2、F3循环流动，最终存储在保温水箱中；电加热系统负责在雨雪天气进行加热，来达到设定温度；控制器还应有报警功能，当数据超过了正常范围，报警器启动，提醒用户。图2-3控制系统结构简图工作原理：白天集热器工作时，打开阀门F2、F3，冷水从水箱流向集热器，经过加热后的热水经F3流向
14、保温水箱。温度传感器T1实时检测水温，当温度达到设定值时，关闭阀门F2，F3。用户使用水时，打开阀门F4。没有水时，打开阀门F1上水。当阳光不足的阴雨天气时，水温达不到设定值，可以启动辅助加热系统。第三章 控制器硬件设计控制器通过显示电路能够及时的反映出热水器的实时状态，包括水的温度、水箱中剩余的水量，它的辅助加热系统使人们在阴雨天气也能够使用到热水，报警功能能够督促人们去改变热水器的状态，使之处于正常的工作范围。总之，控制器为人们使用太阳能热水器带来了方便。对本课题进行分析之后，拟出了三个方案，如下所示：方案一：以FPGA为基础设计系统本方案以VHDL语言和EDA技术为基础，设计了一款太阳能热水器控制器，该系统的实现基于FPGA,控制器的硬件电路和软件程序相结合，完成了对水箱中的水温、水位等信息的采集和显示。方案二：以CPLD为基础设计系统本方案以芯片EPMl270作为核心器件，将控制器的外接电路检测得到的水温水位信息进行处理和分析，并从LCD液晶显示屏上展示给用户，有效地解决了使用太阳能热水器过程中遇到的问题。方案三：以单片机SST89E58为基础设计太阳能热水
