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1、山东职业学院 毕业设计题目： 太阳能热水器智能控制器的设计系别：电气工程系 专业：电气自动化技术 班级：电气自动化技术1033班学生姓名：闫珊珊 指导老师：杜洋 完成时间：2013-1-20 摘 要太阳是距地球最近、与地球关系最密切的一颗恒星能量的天然来源，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高（如光电池）。因而尚未被人们大规模的使用。当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，
2、这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。新建商住楼安装热水器，已是房屋开发公司计划之内的事，配套热水器的商品房销势更好。在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。目前,太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段,市面在售的控制器绝大部分只具备温度和水位显示功能,不具备温度水
3、位的自动控制功能。虽然有的控制器配有电加热辅助装置,但都不是全智能型的,给用户使用带来许多不便。本系统采用51单片机为核心，采用温度传感器进行温度检测，并通过数码管显示，功能键盘可以实现辅助电加热温度控制。其主要功能包括热水器温度显示，液位显示，辅助电加热温度控制，辅助电加热时间控制、预约控制等。做到智能的、功能完善的、操作简便的太阳能辅助加热系统。关键词：单片机、太阳能热水器、温控系目 录摘 要21.前言（绪论）41.1 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析42.设计思路及要求42.1 本设计的目的和意义42.2 设计过程及工艺要求52.3 论文的结构组成52.4 太阳能热水器辅助加热系统设
4、计总体方案设计62.4.1系统硬件电路方案62.4.2 温湿度传感器的选择以及传感器相关参数72.4.3 单片机型号选择92.4.4 AT89S52单片机参数等相关信息102.4.5数码管的选择以及相关的参数142.4.6时钟芯片的选择以及相关的参数172.4.7其他相关元件的选择以及相关的参数212.4.8系统整体软件设计思路213.太阳能热水器智能控制器系统硬件方案设计223.1 系统温度采集电路硬件设计方案223.2 系统时间采集电路硬件设计方案233.3 系统水位采集电路硬件设计方案243.4 系统单片机及按键电路硬件设计方案253.5 系统数码管显示电路硬件设计方案263.6 系统报
5、警及水位水温控制电路硬件设计方案274.太阳能热水器智能控制器系统设计软件方案设计274.1 系统单片机读取按键信息软件方案274.2 系统单片机读取处理芯片信息软件方案294.3 系统LED显示以及其他部分软件方案30总 结31结束语32致谢32参 考 文 献32附件一 电路图33附件二 源程序341.前言（绪论）1.1 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析自20世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业保持了20年左右的快速增长。1992年，我国太阳能热水器产业年生产量只有50万平方米，而到2011年，我国太阳能热水器总产量达到5700万平方米。目前我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和太
6、阳能热水器市场，该产业也成为我国唯一在生产能力和利用规模上处于世界领先水平的可再生能源产业。随着太阳能热利用行业竞争态势的日趋激烈，有长远发展眼光的太阳能企业开始将创新放在各项工作的重中之重，无论是在核心技术还是外观形象，无论是集热技术、保温技术还是高能效技术、太阳能与建筑一体化技术，都取得了飞速的发展与进步。2012年6月，国家财政部、发改委、工业和信息化部联合发起的高效节能太阳能热水器惠民工程推广实施细则正式出台。推广期限暂定为2012年6月1日至2013年5月31日，旨在通过采取财政补贴的方式，支持太阳能热水器的推广使用，拉动新能源产品的消费。目前，我国城乡居民对洗浴热水的需求增长迅猛。
7、在农村地区和中小城市，太阳能热水器已经成为提高人民生活质量、全面建设小康社会的重要手段。随着中高温太阳能热水器的开发以及太阳能与建筑一体化技术的日益完善，太阳能热水器的应用领域不再局限于提供热水，正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展，中国太阳能热水器市场潜力巨大。2.设计思路及要求2.1 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2.2 设计过程及工
8、艺要求 （1）基本功能； 检测温度、水位； 显示温度、水位； （2）主要技术参数 温度检测范围：0-99； 测量精度：1.0； 水位检测范围：10%-100%； 检测精度：20%； 显示方式：数码管显示；信息输入方式：通过按键可以设定水温、加热时间、预约加热时间等。 提示方式：在温度达到设定温度、加热时间到、预约加热时间到、水位到达极限时会有声光提示。自动上水时会有灯光常亮，和一声提示音。上水方式：自动上水时是在设定加热水位小于25%时，当水位上升至75%时自动上水停止，用户可以手动上水，也可以通过水管的并联使用手动开关上水。2.3 论文的结构组成本论文分为四部分:绪论：太阳能热水器的发展概况
9、及市场竞争分析。第二章：主要介绍太阳能热水器辅助加热系统设计的目的和意义及设计过程及工艺要求，介绍介绍本论文的结构组成，介绍硬件原理框图及软件实现方案并通过比较硬件电路组成部分和软件部分各种实现方案，最终确立最佳方案。第三章：介绍以单片机AT89S52为信息处理核心的太阳能热水器辅助加热系统设计电路，详细分析各单元的硬件电路，并给出相关电路原理图。第四章：根据仪器的硬件构成和功能要求，给出相应的软件设计及主要程序流程图 。2.4 太阳能热水器辅助加热系统设计总体方案设计2.4.1系统硬件电路方案根据系统功能要求，需要一下电路：单片机控制电路，水位监测电路，温度检测电路、按键检测电路，温度、水位
10、、计时显示电路，加水控制电路，加热控制电路，时间读取电路等等。由这几个模块电路组成整个系统，完成水温水位自动智能控制。水位监测电路显示电路显示电路提示电路单片机处理电路温度检测电路显示电路加水电路加热电路按键检测电路显示电路时间读取电路显示电路图21 太阳能热水器辅助加热系统硬件原理图其各部分电路具体功能如下：1 水位监测电路：在家用太阳能热水器中对水位要求的精确度不高，因而不需要购买价格昂贵的水位监测仪器，可以根据实际需要搭建简易电路检测水位。2温度检测电路：根据实际需要，温度检测电路要有较好的稳定性，外部电路越简单其工作的稳定性就越好。因为太阳能热水器的测温点距加热控制器有一定的距离，因而
11、在选择温度传感器时最好选用数字量的器件。3 按键信息输入电路：此电路主要完成加热温度设定、加热时间设定、预约加热时间设定、改变显示数据等等功能，属于人机交流部分，使整个系统更加合理，人性化。对于整个系统的完善，有至关重要的作用。 4 单片机信息处理电路：不言而喻，这部分电路对于整个系统而言相当人的大脑，其主要包括了整个单片机（51系列）的最小系统，各个模块电路连接等。当然最主要的是他的软件要正常运行。5 时间读取电路：此电路主要为此系统提供较为准确的时间，使整个系统能正确的判断出白天与夜晚和何时是用水高峰等，是其能达到智能控制的关键。6 提示电路及信息显示电路：此电路主要完成当水温度值、水位超
12、过设定值或最大值时，发出提示信号，其中包括声响信号和光信号。显示电路是人机交互平台的重要组成部分，主要可以完成显示实时的温度值、设定值、水位值及计时的显示的功能。其显示信息数量较为简单，所以可以选择数码管显示。7 加水电路及加热电路：对于家用太用能热水器加水加热都没有精确的水位温度要求，在此电路可以直接选择开关量的器件控制加热加水，但其控制的电压电流值比较大，所以在设计上要综合考虑。考虑到每个模块都可以有多种实现方案，下面通过比较各种方案，来选择最优化的实现方案2.4.2 温湿度传感器的选择以及传感器相关参数传感器又称为换能器、变换器等。温湿度传感器是温湿度测系统中重要的组成部分，其基本功能是
13、将库房的温度和湿度这样一些物理量(非电量)转换成为便于测量的电量。温湿度传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了温湿度传感器测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。目前，温湿度信号的测量方式较多，但在测温方面主要有： 金属热电阻：温度/热改变电阻阻值 热电偶：温度/热量使导体产生温差电动势 半导体热敏电阻：温度/热量改变电阻阻值 红外释热测温：温度改变红外热辐射 色温法：温度改变金属颜色变化（炼钢） 石英：温度改变石英震荡频率 形变：温度使双金属片弯曲而以上传感器不能满足外部电路简单，数字量输出的要求，而DS1302及能满足系统的要求而且价格便宜，稳定性好。以下介绍它的相关信息
14、：一线式数字温度传感器DS18B20是DS1820的更新换代产品(由美国DA IIAS公司生产)。它具有体积小,分辨率高,转换快等优点。由于每片DS18B20 含有唯一的硅串行数, 所以在一条总线上可以挂接多达248 2181014只DS18B20,再加上DS18B20 独特的单线总线结构,决定了DS18B20 特别适合于大型的多路温度实时测控系统的温度检测。温度实时测控集装箱的设计, 在实现测控系统的温度检测方面就较好地利用了DS18B20 的独到特点,使系统得到了极大的简化。（1）DS18B20的特性1）独特的单线接口方式。DS18B20 在I/O处理器连接时,仅需要一个I/O 口即可实现
15、微处理器同DS18B20的双向通讯。2）DS18B20支持组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的单线上,实现多点测温。3）DS18B20 的测温范围为: - 55+125,在-10+ 85时, 其精度为+ 015。4）DS18B20的测温结果的数字量位数从912位,可编程进行选择。数字化温度传感器DS1820测温范围为- 55+125 ，增量值为0.5 (9位温度读数)，它主要由4个数据部件部分组成：64位ROM;温度传感器;非易失性的温度告警触发器TH 和TL；高速便笺存储器64 位ROM用于存储序列号，其首字节固定为28H，表示产品类型码，后6个字节是每个器件的编码，最后1个字节是CRC 校验码. 温度告警触发器TH和TL 存储用户通过软件写入的报警上下限值，高速便笺存储
