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1、题目：题目：智能家用太阳能热水器控制器智能家用太阳能热水器控制器 院院 系系 ： 数字设计工程系数字设计工程系 专专 业业 ： 应用电子技术应用电子技术 年年 级级 ： 20092009 级级 学学 号号 ：09230030020923003002 09230030110923003011 作者姓名作者姓名 ： 陈柳东陈柳东 完成日期完成日期 ： 2012-02-13 目录目录 1 1、前言、前言1 1 1.1 本设计的目的和意义 1 1.2 控制系统设计要求 1 1.3 本设计实现思路及方法 1 2 2、总体方案设计、总体方案设计1 1 2.1 方案一 3 2.1.1 系统的组成及原理 3
2、2.1.2 系统框图 3 2.2 方案二 3 2.2.1 系统组成及工作原理 3 2.2.2 系统框图 4 2.3 方案选择 5 3 3、单元模块设计、单元模块设计5 5 3.1 单片机概述 5 3.2 水位检测模块 6 3.3 温度检测模块 7 3.4 键盘模块 8 3.5 显示模块 8 3.6 器件介绍 9 3.6.1 AT89C51 单片机.9 3.6.2 数码管显示 9 4 4、软件设计、软件设计1111 4.1 主程序流程图 .11 4.2 温控进水程序 .12 4.3 温度显示子程序 .13 4.4 键盘处理程序 .14 5 5、系统调试与原理图、系统调试与原理图1515 6 6、
3、总结与体会、总结与体会1616 附录附录 A A 电路原理图电路原理图 1818 附录附录 B B 源程序源程序 1919 智能家用太阳能热水器控制器智能家用太阳能热水器控制器 摘摘 要：要：针对目前家用太阳能热水器功能单一、操作复杂、控制不方便等特点，本文提出了一 种新型的太阳能热水器控制系统设计方案。根据太阳能热水器对控制系统的要求以AT89C51 单 片机为检测控制核心,设计了一种太阳能热水器智能控制器. 该控制器具有时间、温度、水位设定 与控制功能,及良好的抗干扰性能. 关关键词键词： ：太阳能热水器、传感器、实时时钟、单片机 Intelligent household solar w
4、ater heater of the Controller Chenliudong Wenchuanjian ChaoShan Vocational And Technical College ,No.1 University Road, Puning City, Guangdong Province. 515300 Abstract: In view of at present home use solar-powered water heater function sole, the operation complex, the control not convenient and so
5、on the characteristics, this article proposed one kind of new solar-powered water heater control system design proposal.According to the solar-powered water heater to the control system request take at89C51 monolithic integrated circuit as the examination control core, has designed one kind of solar
6、-powered water heater intelligence controller. This controller has the time, the temperature, the water level hypothesis and the control function, and good resistance to interference. Keywords: Solar Water Heater、Sensor、Real clock、Single Chip Microcomputer(SCM) 1 1、前言、前言 1.11.1 本设计的目的和意义本设计的目的和意义 本设
7、计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术 对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。本装置电路简单、实 用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目，可广泛应用于家庭生活对 太阳能热水器的水位显示与水温控制，具有良好的市场前景。 1.21.2 控制系统设计要求控制系统设计要求 1、能够根据水位和水温两个条件控制是否需要进水，每次只进整个水箱的四分 之一水量，也可以在手动状态下自由进水（上满时自动停止）或停止进水。 2、控制系统具有手动和自动切换功能； 3、具有水温和水位显示功能； 4、具有进水超水位和超水温报警指示； 1 5、用水时若水温达不到设置值时
8、，可手动起动加热装置，这样可在很大程度上 节约电能； 6、用水时可自由调节水温； 7、控制系统具有管道排空功能，这样防止冬天时因水管内有积水而在夜间冻裂 水管。 1.31.3 本设计实现思路及方法本设计实现思路及方法 水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导线） 检测；并由四个绿色 LED 发光二极管显示：若无水则绿灯不亮；若有四分之一储水 箱的水亮一盏绿灯；通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取 4 段显示， 也可根据需要进行增减。水温由四个 LED 数码管显示，前三个数码管显示的为温度 最后一个数码管我们只用到了四段码显示为温度的符号 C，水温有效值最多可显
9、示 为 99.9。 2 2、总体方案设计、总体方案设计 如图 2-1 所示，本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制阀、水位检测电 极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成。 控制器：主要通过里面的电磁阀控制 YV1 和 YV2 的通断，控制水温检测传感器 检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制电阻加热丝加热。 自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温 度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。 2 手动控制阀：当 自动阀损坏时，可以 通过手动阀进行上下 水。 水位检测电极： 主要用来检测水箱中 水的位置，主要把水 箱分成
10、四等分，一共 有五个电极，接地的 电极放在最水箱的最 底下，其余分别放在 四等分点上，比如当 水箱中的水在第一等 分和第二等分之间， 则显示水箱中有四分 之一的水，当超过第 二等分，则显示二分 之一的水。水温检测传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度。 电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。本控制系 统分为手动和自动两种控制方式，在系统处于自动状态下，当检测温度高于设置温 度，且水位未达到最高时，控制器打开电磁水阀 YV1 和 YV2 进行上水，同时点亮上 水指示灯，当水位上至上一目标水位时，自动停止上水（即关闭电磁水阀 YV1 和 YV2） ，若水箱内无水，则自动上水至
11、最低水位处。 在系统处于手自动状态下，可自由上水或停止上水（上水时水箱水位必须未满） ， 若水位达到最高则自动停止上水；若需要启动加热器则必须先设定加热温度，然后 按下加热键进行加热；若需洗浴时，则需打开手动阀 YV4，系统自动打开电磁水阀 YV2，可通过 YV5 自由调节水温；当电磁水阀 YV1 和 YV2 损坏或停电时，可通过打开 YV5 和 YV6 进行上下水解决燃眉之急；此系统设置 YV3 是为了防止冬天气温过低引 起水管因内有积水而冻裂（即手动打开此阀放完水管中的积水） 。 图图 1 1 系统组成示意图 3 2.12.1 方案一方案一 2.1.12.1.1 系统的组成系统的组成及原理
12、及原理 （1）智能控制系统采用 MCS-5l 单片机为中心控制单元。由于系统运算量不是 大，没有太多的中间数据需要处理、保存，使用 AT89C51 已完全能够满足要求。系 统的硬件电路包括：控制器实时时钟接口电路、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、看门狗和复位电路等 （2）特点：利用单片机实时监测水温及水位。用水时，若日晒水温达不到设定 值，单片机控制电加热器自动补温至设定温度间；缺水时能自动上水到设定值。采 用外扩 EEPROM 对设置的参数具有断电保留功能，断电后，参数无须重新设置。该系 统具有使用方便、稳定性高。节能等特点，实用性高。 2.1.22.1.2 系统框
13、图系统框图 AT89C51 显示器 A/D 转换 看门狗 继电器 电磁阀 加热控制 控制上水 时钟控制 水量设定 温度设定 报警装置 温度水量 检测 图图 2 2 热水器微控系统框图 2.22.2 方案二方案二 2.2.12.2.1 系统组成及工作原理系统组成及工作原理 本系统由温度传感器及调理电路、水位传感器及调理电路、AD 转换电路、液 晶显示电路（显示水温和水位） 、FPGA 控制模块、按键输入和继电器执行部件组成， 其中 FPGA 控制模块是本系统的核心。系统结构如图 2.2.2 所示。 (1)液位传感器采用 ATSl73 型霍尔元件 121，若干霍尔元件固定在一个垂直导 槽上，浮子带
14、动磁钢沿导槽运动，霍尔元件的输出经电阻网络转换成不同电压，经 ADC 送入智能控制模块中。温度传感器采用负温度(NTC)型通用热敏电阻，信号经一 4 路 ADC 送入智能控制部分。 (2)FPGA 控制部分根据检测到的水位信号、温度信号以及用户的设定或操作， 通过必要的逻辑运算，以确定当前应该进行的操作，并通过输出口送至执行部件， 进而控制进水阀、加热泵的状态，以实现所要求的控制功能。 在顶层设计中加入了 定时器模块和液位、水温信号共同完成控制功能，实现分时段控制，进而实现在自 动补水的同时不影响使用热水，在自动开启电加热器补温的同时不造成能源浪费， 从而解决了定时补水、加热的问题。 2.2.
15、22.2.2 系统框图系统框图 FPGA LCD报警电路 储水箱 温度传感器及其调 理电路 液位传感器及其调 理电路 A/D 继电器执行部件 键盘 图图 3 3 系统结构示意图 2.32.3 方案选择方案选择 通过比较以上两个方案可知，都能实现太阳能热水器所要求的各种功能 ：水 温测量电路、水位测量电路、显示电路、自动加热上水控制电路等部分，实现对水 温和水位的实时监测和显示，实现自动加热和上水的控制，但由于采用单片来实现 更加灵活，简便。应用更加广泛，从性价比方面来说，方案一更具实用性，故此次 5 设计选择方案一。 3 3、单元模块设计、单元模块设计 3.13.1 单片机概述单片机概述 图图
16、 4 4 时钟电路与复位电路 图 3.1 中，晶体振荡器的频率选 6MHZ，复位电路采用上电复位，电路参数如图 中所示，以满足系统复位时两个机器周期的高电平的要求。由于 CPU 的内部已含有 程序存储器，所以 EA 引脚接高电平。 该水位自动显示控制器采用 AT89C51 单片机，机内有一高增益反相放大器，构 成自激振荡电路，振荡频率取 6MHz,外接 6MHz 晶振，两个电容 C1、C2 取 20pF，以 便于起振荡的作用。右图中 XTAL1 为内部时钟工作电路的输入，XTAL2 为来自反向 振荡器的输出。 该水位自动显示控制器采用上电复位电路，由 R14、C3 构成复位电路，在上电 瞬间，产生一个脉冲，AT89C51 将复位。为保证可靠复位，脉冲宽度应大于两个机 器周期，这取决于 R、C 时间长数。取电容 C=10uF，电阻 R=10K。 6 3.23.2 水位检测水位检测模块模块 实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都 会含有一定的
