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1、学号 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 基于单片机的太阳能热水器控制系统设计基于单片机的太阳能热水器控制系统设计 教 学 系： 信息工程系 指导教师： 专业班级： 自动化 学生姓名： 二零一四年六月 II 毕业设计毕业设计(论文论文)任务书任务书 学生姓名专业班级自动化 指导教师工作单位华夏学院信息工程系 设计(论文)题目基于单片机的太阳能热水器控制系统设计 设计（论文）主要内容：设计（论文）主要内容： 太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显。太阳能热水器控制系统 能测量并显示水温，同时还能对水位进行设置，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
2、的温度，从而达到 24 小时供应热水的目的。以单片机为核心器件按照 太阳能热水器的不同功能对电路模块进行设计，再进行软件设计，其主要功能包括： 1.系统具有水温显示功能，显示范围 099； 2.系统具有水位显示功能； 3.系统具有加水功能； 4.系统具有报警功能。 要求完成的主要任务：要求完成的主要任务： 1. 查阅资料,写出不低于 10 篇参考文献（其中至少有 2 篇外文文献）的参考文献摘要； 2. 进行方案论证，写出开题报告； 3. 进行总体设计和详细设计，完成软、硬件设计； 4. 完成系统的调试，按系统设计要求，能独立运行演示程序； 5. 撰写论文并准备答辩，要求论文语言通顺，整篇论文不
3、少于 10000 字。 时间安排时间安排： 第 13 周：收集资料，完成开题报告。 第 46 周：查阅文献，进行系统总体设计，做出布局。 第 711 周：做出硬件和软件上的整体设计，撰写毕业论文初稿， ，并定期交指导老师审查。 第 1214 周：完成相关调试，在软件上进行仿真，同时对论文进行修改。 第 1516 周：准备论文答辩。 III III 必读参考资料必读参考资料: 1 何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,2001. 2 王幸之.单片机应用系统抗干扰技术.北京:北京航空航天大学出版社,2000. 3 张毅刚.MCS51 单片机应用设计.哈尔滨:哈
4、尔滨工业大学出版社,1997. 4 窦振中.PIC 系列单片机应用设计与实例M.北京:北京航空航天大学出版社,1999. 5 王化祥.传感器原理及应用M.天津:天津大学出版社,1998. 指导教师签名： 教研室主任签名： IV 毕业设计毕业设计(论文论文)开题报告开题报告 题目基于单片机的太阳能热水器控制系统设计 1目的及意义（含国内外的研究现状分析）： 国外对太阳能热水器的研究始于 20 世纪 50 年代初，美国、瑞典、澳大利亚、日本等发达国家 纷纷投入了大量人力、物力对太阳能热泵进行深入研究与开发，在各地实施了多项太阳能热泵示范 工程，如宾馆、住宅、学校、医院、图书馆以及游泳馆等，取得了一
5、定的经济效益和良好的社会效 益。 目前，太阳能热水器的应用已比较普遍，在国外，许多国家通过政府补贴的式鼓励居民应用太 阳能热水器，欧洲还采用了“工程项目法”等措施来加强太阳能热水器的推广。我国在没有政府补贴 的情况下，太阳能热水器的销售和普及的速度也十分迅速，据统计，1999 年我国销售的太阳能热 水器的面积近 300 万平方米,其数量居世界首位,并且销售的产品都是国产产品，销售的区域主要在 经济比较发达地区，而这些区域很多并非是太阳能资源丰富的地区。若能在全国范围内推广使用太 阳能热水器,其节能潜力和环保效益将是十分巨大的。 近年，我国部分地区严重的能源短缺推动了太阳能热水器的广泛使用，这项
6、环保而节能的新型 产品在市场上迅速得到发展，到 2002 年底，我国太阳能热水器的总产量已达到 1000 万平方米总产 值 110 多亿元，总保有量高达 4000 万平方米。有关专家预测，在未来的 10 年中，太阳能热水器将 以 15%每年的速度增长，到 2010 年将达到 1 亿平方米。 总体来看，我国太阳能热泵热水技术还处于发展阶段，太阳能热水器装置在我国尚难实现商品 化，仍有许多问题需要解决。随着技术的不断更新，将会有越来越多、越来越完善的太阳能热水器 产品出现，太阳能热水供应系统也会越来越完善。太阳能技术的推广使用，节约了能源改善了环境、 提高了人们的生活质量，为人类的文明和进步作出了
7、巨大的贡献。 能源问题与安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一。目前市场上存在三种样式的热水器： V V 电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。近年来，在一氧化碳中毒事故中，由燃气热水器造成的约 占 1/3；电热水器的大规模用电，并不能给人们的正常生活带来便利，作为后来者的太阳能热水器， 因其安全性好、节能、绿色环保等优点，近几年呈现出爆发式的发展趋势。 选择太阳能热水器这个课题，可以让我更好的认知可持续发展问题，看清目前的能源现状，以 及各国在节约能源上的措施，在太阳能革新上运用的新技术。此外，太阳能热水器已经走进千家万 户,控制系统是太阳能的核心,可以尽可能做到节能环保,作这样一个设计,不
8、仅可以考察自己大学四年 的专业课的理论与动手实践能力，产品也具有一定的市场前景。 本文设计的太阳能热水器是以 89C52 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。 太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。 本设计介
9、绍了一种以 89C52 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。本设计以单片机 89C52 为核心，将来自温度和水位的信号直接送入单 片机，一方面通过 LCD 显示当前温度和水位值，另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算， 根据结果发出相应的上水、加热指令，对热水器的温度和水位进行控制。 2基本内容和技术方案： 太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显。太阳能热水器控制系统能测 量并显示水温，同时还能对水位进行设置，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。以单片
10、机为核心器件按照太阳能热水器 的不同功能对电路模块进行设计，再进行软件设计，其主要功能包括： 1. 系统具有水温显示功能，显示范围 099； VI 2. 系统具有水位显示功能； 3. 系统具有加水及加热功能(通过调节滑动电阻器改变电阻大小来模拟加水功能和加热功能)； 4. 系统具有报警功能。 设计的主要内容包括： 1. 总体设计：主要由温度水位数据采集模块、单片机控系统及 LCD 显示模块组成。 2. 温度、水位检测电路设计：该部分是实现温度及水位控制的重要环节,只有准确检测出温度 和水位,才能通过软件实现辅助加热。 3. 单片机控制系统设计：在经过广泛的比较之后，确定采用 ATMEL 公司的
11、 AT89C52 FLASH 单片机。它不仅具有 8031 单片机的一切功能，还有许多功能是 8031 所没有的。 4. 模拟/数字转电路设计：设计中应用的是 A/D 转换的中断方式，这种方式使 A/D 转换器与处 理器的工作时间同时进行，因而节省机时，常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集 系统。 5. LCD 显示电路设计：本设计中采用的是 LCD1602,1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一 种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。 6. 软件部分设计：根据要求，控制器软件设计采用模块化结构，包括主程序、显示子程序等。 要求完成的主要任务： 1. 查阅资料,写出不
12、低于 10 篇参考文献（其中至少有 2 篇外文文献）的参考文献摘要； 2. 进行方案论证，写出开题报告； 3. 进行总体设计和详细设计，完成软、硬件设计； 4. 完成系统的调试，按系统设计要求，能独立运行演示程序； VII VII 5. 撰写论文并准备答辩，要求论文语言通顺，整篇论文不少于 10000 字。 主要结构框图： 控制器 测量元件 执行 元件 控制对象 3进度安排： 第 13 周：收集资料，完成开题报告。 第 46 周：查阅文献，进行系统总体设计，做出布局。 第 711 周：做出硬件和软件上的整体设计，撰写毕业论文初稿， ，并定期交指导老师审查。 第 1214 周：完成相关调试，在软
13、件上进行仿真，同时对论文进行修改。 第 1516 周：准备论文答辩。 4指导老师意见： VIII 指导教师签名： 年 月 日 郑郑 重重 声声 明明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 IX IX 本人签名： 日期： 目目 录录 摘 要1 ABSTRACT.2 1 绪论3 1.1 太阳能热水器的概述3 1.2 太阳能热水器的发展3 1.3 太阳能热水器的研究现状5 2 系统设计6 2.1 主要任务及内容6 2.2 系统
14、的主要功能6 2.3 系统总体结构框图的设计.7 2.4 温度检测电路设计.7 2.5 水位控制电路设计.13 2.6 模拟/数字转换电路13 2.7 单片机的控制系统.16 X 2.8 LCD 显示电路设计.23 3 软件部分设计28 3.1 程序流程图设计.28 3.2 软件程序设计.31 4 分析和总结34 参 考 文 献35 附录 A 仿真电路图36 附录 B 程序清单37 致 谢54 1 摘摘 要要 本文设计的太阳能热水器是以 89C52 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，而且根据温度和水位的高低，设置了报警电路，当温度及水位达到某一设定值时，报 警
15、电路发出警报，从而达到保护热水器的目地，并防止温度过高对人体造成伤害。 太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。 本设计给出了系统硬件设计及软件实现方法。以单片机 89C52 为核心，将来自温度和水位的信号经 A/D 转换后直接送入单片机，一方面通过 LCD 显示当前温度和水位值，另外一方面与温度和水位设定 值进行比较、运算，根据结果发出相应的上水指令，对热水器的温度和水位进行控。 关键词关键词:太阳能热水器；单片机 AT89C52；LCD 2 ABSTRACT Solar water heater is designed in this paper
16、 is based on 89C52 microcontroller as the control core, the real-time display function not only of the temperature, the water level of two kinds of parameters, and according to the temperature and water level, set the alarm circuit, when the temperature and the water level reaches a set value, the alarm circuit alarm, to protect the water heater. Thus, high temperature and prevent damage to the human b
