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1、毕业综合训练课题名称 太阳能热水器智能控制器的设计 学 院 信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 11机电专2班 姓 名 王伟 学号 111105020121 指导老师 王 蓓 江西科技学院毕业综合训练任务书学院 信息工程学院 专业 电子信息工程 年级 2011级 班级 11机电专2班 姓名 王伟 起止日期 2013.9.282013.12.25 题目 太阳能热水器智能控制器的设计 1毕业综合训练任务及要求（根据题目性质对学生提出具体要求）（1）掌握太阳能热水器的工作原理及实现控制方法；（2）太阳能热水器水位的检测和显示；（3）太阳能热水器温度的检测和显示；（4）太阳能热水器水温的设定和
2、电加热器的控制；（5）太阳能热水器上水水位的设定和控制；（6）编写控制流程图及单片机控制程序2毕业综合训练的原始资料及依据（包括做调研的背景，研究条件、应用环境等）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5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示为99.9。3主要参考资料、文献1 王长胤，单片单板机原理及应用，武汉大学
3、出版社，19932 何立民，单片机中、高级教程，北京航空航天出版社，19993 郭廷玮，太阳能利用和前景，科学普及出版社，19864 万福君，单片机原理系统设计与应用，科学技术大学出版社，20015 潘永雄，电子线路CAD实用教程，西安电子科技出版社，20016 何克忠，计算机控制系统，清华大学出版社，19987 周政新，电子设计自动化实践与训练，中国民航出版社，19988 丁志刚，单片微型计算机原理与应用，华中科技大学出版社，1990 指导教师 王 蓓 2013 年 11 月 日指导教师评语建议成绩：优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日最终评定成绩：优 良 中 及格 不及格院长
4、签章 年 月 日目 录一、前言4二、设计思路及要求4（一）本设计的目的和意义4（二）设计要求和目的4（三）本设计实现思路及方法5三、硬件设计5（一）控制系统组成及工作原理51、早晨水温控制62、循环水集热过程63、冷水集热控制64、水箱加热控制6（二）主要原器件介绍71、AT89S51高性能8位单片机72、数码管显示83、数字温度传感器DS18B20主要特性及测温原理104、ADC0832转换器115、继电器（relay）的工作原理和特性126、电磁阀与晶闸管13（三）AT89S51单片机的最小系统13（四）AT89S51单片机时钟电路14（五）AT89S51单片机复位电路14（六）水位检测电
5、路的硬件设计14（七）水温检测电路的硬件设计15（八）键盘电路的硬件设计16（九）驱动电路的硬件设计18（十）显示电路的硬件设计18四、软件设计20（一）软件设计原理及设计所用工具20（二）显示子程序22五、系统调试23（一）软件调试23六、系统功能23（一）系统能实现的功能23（二）系统功能测试23（三）系统功能分析24参考文献2522一、前言太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析：有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已。这种控制器只具有温度和液位显示功能， 而且为分段显示
6、，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%。这种显示器(还称不上控制器)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；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。本文设计的太阳能热水器控制器以80C51单片机为检测控制核心，采用DS12887 实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和FUZZY控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制， 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在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种
7、装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷晒式。热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上大部分热水器所不能比拟的。二、设计思路及要求（一）本设计的目的和意义本设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
8、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。（二）设计要求和目的1、掌握太阳能热水器的工作原理及实现控制方法；2、太阳能热水器水位的检测和显示；3、太阳能热水器温度的检测和显示；4、太阳能热水器水温的设定和电加热器的控制；5、太阳能热水器上水水位的设定和控制；6、编写控制流程图及单片机控制程序（三）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
9、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5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示为99.9。三、硬件设计（一）控制系统组成及工作原理系统组成 ： 如图3-1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。图1 系统组成示意图 图 2-1 系统组成示意图 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
10、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。 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。 太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：晨水加热控制、温水循
11、环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。1、早晨水温控制由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。为了提供温度不低于30摄氏度的水，热水器在清晨4-7点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下：首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，电热器D接通进行加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于30摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。2、循环水集热过程早晨水温控制之后（79点），设定当日的水箱温度N（由两位BCD次齿轮开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热
12、以达到理想温度N。具体控制过程如下：打开循环阀门F1，关闭冷水进水阀门F2，热水阀门F3处于空控状态。然后开始比较温度，若（T3-T15摄氏度，T2T1）为止。如若T1=N，那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程。3、冷水集热控制此时热水箱温度已达到了N，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为T3，和当日的设定温度值相比较，若T3N则将已加热的水送入热水箱，每天的控制时段大概为9点20点。具体控制过程如下：关闭循环水阀门F2，打开冷水阀门F2，热水阀门F3处于可控状态。若T3N，打开热水阀门F3并将保持一段时间，若T3N阀门F3继续保持打开状态，否则关闭F3。可见，次过程充分利用太阳光能转化
13、为热能，方便快捷。4、水箱加热控制此时，也许你会问如果没有日照或者日照较弱时，到了晚上我们是否还能洗上热水澡吗？答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它就要发挥作用了。热水箱温度为T1，将它和设定值N相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体过程如下： 若T1N，电加热接通；否则，电加热断开。最终热水箱的温度加热到设定值N。综上所述，太阳能供热控制系统不仅节约而且高度只能化，方便省事，不论日常家居，还是对宾馆、学校等都是最佳选择。控制装置的工作原理：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Y
