基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制器

分類號: 編號：煙 臺 大 學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì)The design of controller for solar water heater申請學(xué)位： 工學(xué)學(xué)士 院 系： 光電信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 年 05 月 日煙臺大學(xué)太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì)姓 名： 導(dǎo) 師： 年 05 月 日煙臺大學(xué)煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書院（系）：光電信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院姓名 學(xué)號 畢業(yè)屆別 專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 太陽能熱水器控制器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 學(xué)歷 博士 職稱 所學(xué)專業(yè) 通信與信息系統(tǒng)主要內(nèi)容: 本文論述了基于 C51 單片機(jī)的太陽能熱水器控制器的實(shí)現(xiàn)。用 C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)一種太陽能熱水器控制器，實(shí)現(xiàn)水溫、水位及時間的實(shí)時顯示以及水溫、水位的自動控制等功能，另外還需要實(shí)現(xiàn)時間和水溫設(shè)定的功能?；疽? 著重培養(yǎng)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力以及查閱書籍資料、調(diào)查收集各種有用信息的能力。要求能夠比較熟練掌握 C51 單片機(jī)、DS18B20 溫度測量芯片以及其他測量和顯示元件的使用。另外，有利于培養(yǎng)學(xué)生的英文閱讀、計(jì)算機(jī)操作和動手能力，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的能力。主要參考文獻(xiàn):1. 余錫存，曹國華. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第二版）M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20072. 趙建領(lǐng)，薛園園等. 51 單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解M 北京：電子工業(yè)出版社，2009.進(jìn)度安排：第一階段：13 周向?qū)熣埥檀_定課題并查詢資料。第二階段：49 周在導(dǎo)師的指導(dǎo)下確定設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法。第三階段：1013 周根據(jù)方案完成軟件仿真和實(shí)物焊接，并撰寫畢業(yè)論文。第四階段：14 周定稿，打印論文并參加答辯。指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日院（系）意見： 教學(xué)院長（主任） （簽字）： 年 月 日備注：摘要 該太陽能熱水器控制器是基于 C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)施的，它以 AT89C51 單片機(jī)作為檢測和控制中心，由主控芯片模塊、DS18B20 溫度檢測及顯示模塊、水位檢測及顯示模塊、時鐘模塊、報(bào)警模塊和電磁閥控制模塊、輔助加熱模塊等模塊組成。它通過DS18B20 溫度檢測及顯示模塊實(shí)時檢測和顯示水溫，通過水位檢測及顯示模塊實(shí)時檢測和顯示水位，通過時鐘模塊實(shí)時顯示時鐘并在設(shè)定的時間給主控芯片特定的信號，通過電磁閥控制模塊實(shí)現(xiàn)熱水器的自動及手動上水，通過輔助加熱模塊實(shí)現(xiàn)太陽能熱水器自動及手動加熱，當(dāng)水位過低且水溫過高時通過報(bào)警模塊報(bào)警，而主控芯片則負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)其他各模塊的工作。關(guān)鍵詞 太陽能熱水器控制器；AT89C51 單片機(jī)；DS18B20 Abstract The designing of this solar water heater controller is based on C51 single-chip microcomputer, The AT89C51 MCU is used as its detection and control center, It consists of a main control chip module, DS18B20 temperature detection and display module, the water level detection and display module, clock module, alarm module and the electromagnetic valve control module, auxiliary heating module and etc. It is through the DS18B20 temperature detection and display module Detect and display the water temperature in time. It is through the water level detection and display module Detect and display the water level in time. It is through the clock module display time and at the given time, it will give the main control chip module a specific signal. It is through the electromagnetic valve control module to realize the automatic and manual water heater. It is through the auxiliary heating module to heat water automatically and manually. when the water level is too low and the temperature is too high the alarm module will give an alarm, the responsibility of the main control chip is to Coordinate the work of other modules.Key words The Solar water heater controller ; AT89C51 MCU ; DS18B200目 錄1 緒論 .11.1 太陽能熱水器應(yīng)用的意義 .11.2 我國太陽能發(fā)展現(xiàn)狀 .12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真軟件 .22.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .22.2 設(shè)計(jì)功能要求 .22.3 設(shè)計(jì)思路 .22.4 仿真軟件(proteus)簡介 .33 AT89C51 簡介 .43.1 主要特性 .43.2 中斷向量 .43.3 管腳說明 .43.4 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .64 控制器各模塊電路設(shè)計(jì) .74.1 主控芯片模塊 .74.1.1 時鐘電路 .74.1.2 復(fù)位電路 .84.1.3 單片機(jī)管腳分配 .94.2 DS18B20 溫度檢測及顯示模塊 .94.2.1 DS18B20 芯片簡介 .104.2.2 74LS245 簡介 .124.2.3 LED 數(shù)碼管顯示 .134.3 水位測量及顯示模塊 .144.4 報(bào)警模塊 .154.5 輔助加熱模塊 .164.5.1 繼電器工作原理 .164.5.2 輔助加熱模塊工作原理 .174.6 電磁閥控制模塊 .174.6.1 電磁閥工作原理 .184.6.2 電磁閥控制模塊工作原理 .184.7 時鐘模塊 .184.7.1 電子表發(fā)聲原理及控制器定時工作原理 .195 控制器軟件程序設(shè)計(jì) .205.1 軟件設(shè)計(jì)分析 .205.2 主程序模塊 .205.3 子程序模塊 .215.3.1 DS18B20 溫度檢測子程序設(shè)計(jì) .215.3.2 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)化及顯示子程序 .225.3.3 加熱子程序設(shè)計(jì) .235.3.4 上水子程序設(shè)計(jì) .245.4 中斷子程序設(shè)計(jì) .255.4.1 外部中斷 0（設(shè)定溫度+）子程序設(shè)計(jì) .2515.4.2 外部中斷 1（設(shè)定溫度-）子程序設(shè)計(jì) .266 調(diào)試與總結(jié) .276.1 調(diào)試方法 .276.2 遇到的問題及解決辦法 .276.3 總結(jié) .28致謝 .29參考文獻(xiàn) .30附錄 .31煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）01 緒論1.1 太陽能熱水器應(yīng)用的意義邁入 21 世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展，對自然資源的需求缺口越來越大，人口基數(shù)過大使得將在很長一段時間保持人口數(shù)量的增長，而經(jīng)濟(jì)的高發(fā)展速度也將持續(xù)對資源的供應(yīng)提出考驗(yàn)。顯而易見的，資源儲量并不是無限的，若要保證經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，僅僅靠節(jié)約能源或是限制開采數(shù)量，并不是一個長久的解決辦法，只有開發(fā)新的能源，才能從根本上解決發(fā)展與資源之間的矛盾。所以在今后，新能源必定將會有很大的發(fā)展空間，太陽能、風(fēng)能、潮汐能，這些清潔能源是未來大規(guī)模利用的新趨勢。 1在各類能源中，太陽能以其清潔、無害、長久和普遍等特點(diǎn)，有極高的發(fā)展?jié)摿?，可以說是取之不盡用之不竭。雖然離太陽能的廣泛利用還有很長的路要走，但是現(xiàn)在已經(jīng)在不少地方開始使用，如常見的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能路燈、交通燈等等。我國目前太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已躍至世界第一，隨著技術(shù)的日益成熟，太陽能相關(guān)的成熟產(chǎn)品造價(jià)也將隨之降低，將更加廣泛地在人們生產(chǎn)生活中普及，這同時也是解決越來越嚴(yán)重環(huán)境污染的一個極佳的解決方案。在我們的生活中，最為我們所熟知的太陽能利用系統(tǒng)便是太陽能熱水器，太陽能熱水器同傳統(tǒng)的熱水器相比有著許多顯著的特點(diǎn)。不僅節(jié)能環(huán)保，而且使用也非常方便。以其低廉的價(jià)格深受各層次消費(fèi)者的青睞。隨著太陽能熱水器的大面積使用，太陽能的優(yōu)勢特點(diǎn)已廣泛為人們所熟知，這也對以后的相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)推廣起到了很好的宣傳效應(yīng)。大力開發(fā)和利用豐富的太陽能資源，對于我國的經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展具有重大深遠(yuǎn)意義。 21.2 我國太陽能發(fā)展現(xiàn)狀我國太陽能熱水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)可以用“起步晚，發(fā)展快”來形容，雖然國內(nèi)與于上世紀(jì) 80 年代才開始研究推廣，但是歷經(jīng)多年的飛速發(fā)展，我國的太陽能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)占據(jù)了世界首位，其中熱水器的產(chǎn)量占世界百分之五十以上，同時，中國國產(chǎn)太陽能產(chǎn)品在世界同類產(chǎn)品中也占據(jù)著很大的市場份額，并且市場占有率還在不斷增長。 3盡管有著如此迅猛的發(fā)展勢頭，但是需要指出的是，目前國內(nèi)的能與太陽能熱水器相配置的控制器的功能卻并不完善，在市面上很多同類的太陽能熱水器產(chǎn)品，控制系統(tǒng)簡單，功能不全，大多數(shù)只具有設(shè)定水溫，顯示水溫這兩個功能，較為智能化的產(chǎn)品還尚未推廣應(yīng)用，有些功能還處于研發(fā)階段。因此設(shè)計(jì)出一款具有溫度控制功能和水位控制功能的產(chǎn)品，將很具有實(shí)際意義。這樣的控制器，將能夠解決天氣原因?qū)е碌墓饩€不足問題導(dǎo)致熱水器水溫過低的問煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1題，并且因?yàn)橛辛怂豢刂乒δ埽涂梢越鉀Q當(dāng)水位達(dá)到一定高度時不能自動開始或停止供水等等問題。煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真軟件2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 2.1，該系統(tǒng)包括保溫箱、排氣管、集熱管、溢流管、上下水管、調(diào)節(jié)閥等。圖 2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2 設(shè)計(jì)功能要求該太陽能熱水器的控制器不但需要具有水位、水溫及時間的實(shí)時顯示功能，而且需要具有水位、水溫的自動控制功能，必要時，還需要能夠?qū)崿F(xiàn)對時間和水溫