太陽(yáng)能熱水器控制裝置本科畢業(yè)論文1

1、摘摘 要要 隨著新世紀(jì)人類(lèi)的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保成為了二十一世紀(jì)的關(guān)鍵詞，能源危機(jī) 環(huán)境污染成為全球性的危機(jī)，清潔能源與可再生能源成為人們最關(guān)注的主題。 太陽(yáng)能取之不盡、用之不竭、干凈且無(wú)污染，因此，積極鼓勵(lì)太陽(yáng)能的應(yīng)用具 有非常大的意義。本文將設(shè)計(jì)一種適合于家用、高性能的太陽(yáng)能熱水器控制裝 置，實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)化功能，使用方便、人性化。該設(shè)計(jì)綠色環(huán)保，符合國(guó)內(nèi)低 碳經(jīng)濟(jì)，具有可持續(xù)發(fā)展性。這一設(shè)計(jì)將鼓勵(lì)太陽(yáng)能熱水器更廣泛的使用，從 而推動(dòng)低碳能源的利用，環(huán)保節(jié)能。 本論文在介紹傳感器、單片機(jī)、時(shí)鐘芯片的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了太陽(yáng) 能熱水器的工作原理和設(shè)計(jì)方案。這里根據(jù)太陽(yáng)能熱水器對(duì)控制器的要求，提 出

2、了以 atmeg16 單片機(jī)為檢測(cè)控制核心，結(jié)合 sd2200 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，控制水溫 水位的定時(shí)設(shè)定，并利用液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、溫度、水位等信息，五個(gè) 按鍵可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫和水位的設(shè)定。 全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太陽(yáng)能的應(yīng)用意義和前景發(fā) 展?fàn)顩r，并將太陽(yáng)能熱水器與燃?xì)鉄崴鞯茸龀鱿鄳?yīng)的比較，突出太陽(yáng)能熱水 器的優(yōu)勢(shì)與更廣闊的發(fā)展前景。第二部分包括第二章，描述太陽(yáng)能系統(tǒng)組成及 本設(shè)計(jì)的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)和要求。第三部分包括第三、四章硬件設(shè)計(jì)及電路原理 和軟件設(shè)計(jì)，分別介紹了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與要求，溫度傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用、水 位檢測(cè)結(jié)構(gòu)的原理，以及顯示器的結(jié)構(gòu)等等，都是此款太陽(yáng)能熱水器的理論

3、基 礎(chǔ)和必要前提。 關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能熱水器 單片機(jī) 溫度傳感器 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 abstract with the development of human race during the new century, energy conservation and environmental protection becomes one of the most important things in 21st century. clean and renewable energy sources are stepping on to the stage of the new century. as a

4、 result, it would be of great significance to use solar energy which is both clean and inexhaustible in certain areas. this paper proposes a design of a smart solar water heater controller which could realize several kinds of automatic functions to make the use more convenient and humanized. i belie

5、ve that this design of smart controller would encourage the use of solar water heater. on the basis of the introduction to the solar energy, sensor and sim, this paper gives the detail information of the working principle of solar water heater and also describes the design scheme. according to the c

6、haracteristics of the controller and the function of the solar water heater, the controller is based on atmega16, sd2200, and lcd, realizing the function of real time display to show the value of temperature and water level. moreover, users could set the temperature and the water level by 6 differen

7、t bottoms on the controller. this article is divided into 3 parts. part one includes chapter 1 introducing the use and perspective of solar energy. part two includes chapter 2 and 3 and describes the structure and use of solar water heater. part three, including chapter 3 and chapter 4, introduces t

8、he design of hardware and software and the theory of the circuit as well. all of the theories above make up of the foundation of this design of smart solar water heater controller. key words： solar water heater temperature sensor real clock scm 目錄 第一章第一章 緒論緒論.- 1 - 1.1 國(guó)際太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀.- 1 - 1.2 中國(guó)太陽(yáng)能熱

9、水器行業(yè)的發(fā)展概況.- 3 - 1.3 太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用及其意義.- 4 - 1.4 論文的主要工作.- 6 - 第二章第二章 太陽(yáng)能熱水器的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽(yáng)能熱水器的結(jié)構(gòu)及工作原理.- 8 - 2.1 太陽(yáng)能熱水器綜述.- 8 - 2.2 太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置的主要功能.- 9 - 2.3 太陽(yáng)能熱水器智能控制器的主要技術(shù)指標(biāo).- 11 - 2.3.1 溫度檢測(cè).- 11 - 2.3.2 水位檢測(cè).- 11 - 2.3.3 可控水泵和熱泵.- 11 - 第三章第三章 太陽(yáng)能熱水器智能控制器的硬件設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水器智能控制器的硬件設(shè)計(jì).- 13 - 3.1 太陽(yáng)能熱水器的基本控制原理.-

10、 13 - 3.3 溫度檢測(cè)部分.- 17 - 3.3.1溫度傳感器ds18b20簡(jiǎn)介.- 17 - 3.3.2 ds18b20與單片機(jī)接口.- 19 - 3.3.3 ds18b20工作時(shí)序.- 19 - 3.3.4溫度標(biāo)定與精度處理.- 21 - 3.3.5 ds18b20溫度傳感器的多點(diǎn)測(cè)量.- 22 - 3.4 時(shí)鐘電路部分.- 22 - 3.4.1 sd2200系列實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介.- 22 - 3.4.2 sd2200的工作原理.- 23 - 3.4.3時(shí)鐘芯片與單片機(jī)接口電路.- 24 - 3.4.4時(shí)鐘芯片的工作時(shí)序.- 24 - 3.5 水位檢測(cè)部分.- 26 - 3.5.1

11、水位檢測(cè)原理.- 26 - 3.5.2 水位檢測(cè)裝置.- 26 - 3.6 鍵盤(pán)電路部分.- 28 - 3.6.1 鍵盤(pán)電路.- 28 - 3.7 顯示器部分.- 28 - 3.7.1 顯示器lcm12864zk簡(jiǎn)介.- 28 - 3.7.2 顯示器與單片機(jī)接口電路.- 29 - 第四章：太陽(yáng)能熱水器控制器的軟件設(shè)計(jì)第四章：太陽(yáng)能熱水器控制器的軟件設(shè)計(jì).- 31 - 4.1 主程序設(shè)計(jì).- 31 - 4.2 輔助熱源啟動(dòng)子程序.- 33 - 4.3 溫度檢測(cè)子程序.- 34 - 4.3.1 ds18b20溫度顯示.- 34 - 4.3.2 ds18b20子程序流程圖.- 35 - 4.3.3

12、ds18b20多點(diǎn)測(cè)量.- 36 - 4.4 顯示子程序.- 36 - 總總 結(jié)結(jié).- 38 - 附附 錄錄.- 40 - 致致 謝謝.- 51 - 第一章 緒論 1.1 國(guó)際太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀 太陽(yáng)能熱利用，以其易于實(shí)現(xiàn)而在世界各地得到迅速發(fā)展，應(yīng)用規(guī)模越來(lái) 越大。在歐洲，過(guò)去 10 年來(lái)太陽(yáng)能熱水器的增長(zhǎng)率一直保持在 18左右，預(yù) 計(jì)未來(lái)十年增長(zhǎng)率會(huì)達(dá)到 20%。歐盟提出到 2010 年安裝 1 億平方米太陽(yáng)能熱 水器的規(guī)劃，歐洲太陽(yáng)能學(xué)會(huì)預(yù)算 2020 年歐洲太陽(yáng)能熱水器應(yīng)用高達(dá) 14 億平 方米。但歐洲的太陽(yáng)能熱水器行業(yè)發(fā)展與中國(guó)有許多不同。 中國(guó)的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)發(fā)展很快，總的保

13、有量和年生產(chǎn)能力世界第一。 但主要是以真空管直插式的簡(jiǎn)易產(chǎn)品為主，工程也以非承壓?jiǎn)窝h(huán)為主。而歐 洲以平板式承壓雙循環(huán)為主，且多以生活熱水和采暖相結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)，很少 以單一熱水供應(yīng)為主，并且產(chǎn)業(yè)化 水平已到了非常高的地步，這是中國(guó)太陽(yáng) 能行業(yè)望塵莫及的。在中國(guó)有一種普遍的點(diǎn)，真空管熱水器是平板熱水器的換 代產(chǎn)品，將最終全面取代平板熱水器。這種說(shuō)法過(guò)于偏激，應(yīng)該說(shuō)在像真空管 直插式這種低端產(chǎn)品上，真空管配不銹鋼非承壓水箱確實(shí)比平板熱水器具有相 當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，但在分體式與建筑結(jié)合特別是與采暖配套的大型工程應(yīng)用上，平板 還具有相當(dāng)強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。這類(lèi)系統(tǒng)還特別適合承壓應(yīng)用，這兩種產(chǎn)品在今后很長(zhǎng) 一段時(shí)問(wèn)內(nèi)會(huì)

14、同時(shí)存在，不存在誰(shuí)替代誰(shuí)的問(wèn)題。當(dāng)然真空管熱水器的增長(zhǎng)率 會(huì)高于平板熱水器，但由于平板熱水器在世界的普及率很高，在奧地利和荷蘭， 接近 100的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是平板，真空管產(chǎn)品在國(guó)外市場(chǎng)的普及還需相當(dāng) 長(zhǎng)的時(shí)問(wèn)。 中國(guó)的太陽(yáng)能廠家追求全面，主要生產(chǎn)廠家不僅生產(chǎn)水箱、支架還生產(chǎn)真 空管，而歐洲生產(chǎn)廠商分工很細(xì)、很專業(yè)。生產(chǎn)廠商只專做某一部件， 如 green one tec 專做平板集熱器，為歐洲最大的平板集熱器制造商，而水 箱則由專業(yè)的水箱制造商制作。中國(guó)企業(yè)追求大而全， 想所有的錢(qián)自己賺， 怕被別人賺錢(qián)，國(guó)外企業(yè)賺自己認(rèn)為應(yīng)該賺的錢(qián)。 而這種專業(yè)化的分工便于 各個(gè)廠家將產(chǎn)品做細(xì)做精， 所以歐

15、洲產(chǎn)品的工藝水平是中國(guó)產(chǎn)品在短時(shí)問(wèn)內(nèi) 很難達(dá)到的。 中國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)運(yùn)作主要是以制造商發(fā)展經(jīng)銷(xiāo)商，以專賣(mài)店形式銷(xiāo)售產(chǎn)品。 制造商不僅制造產(chǎn)品還負(fù)責(zé)市場(chǎng)及品牌運(yùn)作、工程安裝和售后服務(wù)。而歐洲的 太陽(yáng)能市場(chǎng)與中國(guó)有很大的區(qū)別，他們的運(yùn)作方式般如下： 制造商負(fù)責(zé)提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品；系統(tǒng)集成商負(fù)責(zé)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及 推廣（自己的品牌）及安裝公司的人員培訓(xùn)；安裝公司( 相當(dāng)于經(jīng)銷(xiāo)商) 負(fù)責(zé) 銷(xiāo)售、安裝及售后服務(wù)。中國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)運(yùn)作方式與中國(guó)的真空管直插式產(chǎn)品 的結(jié)構(gòu)與安裝方式有關(guān)。真空管直插式產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，安裝工人不 需太多的專業(yè)知識(shí)，經(jīng)銷(xiāo)商自己很容易解決安裝及售后服務(wù)問(wèn)題。這一市場(chǎng)運(yùn) 作

16、方式對(duì)中國(guó)初期的太陽(yáng)能市場(chǎng)做了很大貢獻(xiàn)。 這樣的好處是使?fàn)I銷(xiāo)渠道扁 平化，減少中間環(huán)節(jié)，降低了市場(chǎng)運(yùn)作成本。制造商直接面對(duì)消費(fèi)者，面對(duì)終 端用戶，便于掌握市場(chǎng)的變化和需求。 而這一運(yùn)作方式的弊端在目前已逐漸 呈現(xiàn)， 限制了先進(jìn)的熱水器系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣。因?yàn)榧幢阆袂迦A陽(yáng)光至尊 1+1 及力諾的分體式熱水中心這種已經(jīng)簡(jiǎn)化得不能再簡(jiǎn)化的熱水系統(tǒng)， 也需 要經(jīng)銷(xiāo)商具有較高的專業(yè)安裝技能及售后服務(wù)能力。如果再與建筑及采暖結(jié)合， 則更不可能是一個(gè)普通經(jīng)銷(xiāo)商所能完成的。而生產(chǎn)企業(yè) 自己到全國(guó)各地去安 裝及售后服務(wù)則更不現(xiàn)實(shí)。這就最終導(dǎo)致先進(jìn)但比較復(fù)雜的熱水系統(tǒng)很難得到 推廣普及 1 。 中國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

17、主要由各個(gè)制造廠的技術(shù)部負(fù)責(zé)，各自為政，包括 工程系統(tǒng)應(yīng)用也是如此。由于各個(gè)廠所能聘用的專業(yè)研發(fā)人員數(shù)量和質(zhì)量有限， 導(dǎo)致了中國(guó)太陽(yáng)能的利用從“殷自強(qiáng)” 發(fā)明真空管以后這么多年再也沒(méi)有大 的突破。中國(guó)以前也有一些國(guó)營(yíng)的太陽(yáng)能研究所，但大多由于體制問(wèn)題及研發(fā) 向與市場(chǎng)嚴(yán)重脫節(jié)而解體或即將解體。 而歐洲主要由一些專業(yè)的系統(tǒng)集成商 及工程設(shè)計(jì)公司進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)、 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及與建筑及其他系統(tǒng)的結(jié) 合，由他們提出設(shè)計(jì)要求，由生產(chǎn)廠家制作完成，制造商只負(fù)責(zé)工藝及產(chǎn)品的 完善， 這樣就 便于整合整個(gè)國(guó)家甚至歐洲的技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行產(chǎn)品及系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 1.2 中國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)的發(fā)展概況 中國(guó)的太陽(yáng)能熱水器

18、行業(yè)是名副其實(shí)的本土行業(yè)，是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的擁有 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)之一。從產(chǎn)生到技術(shù)研發(fā)，到市場(chǎng)培育沒(méi)有任何外力介入， 完全由國(guó)內(nèi)需求拉動(dòng)而成。國(guó)內(nèi)最早的太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生于二十世紀(jì)五、六十 年代，當(dāng)時(shí)的太陽(yáng)能熱水器是悶曬式，簡(jiǎn)單樸實(shí)，七、八十年代發(fā)展為平板式 及直管式。到了二十世紀(jì)九十年代，清華陽(yáng)光的殷志強(qiáng)教授發(fā)明真空玻璃管技 術(shù)，并推廣使用，中國(guó)的太陽(yáng)能熱水器從此進(jìn)入真空管時(shí)代。從最初的大錘加 榔頭的制造手段，發(fā)展到現(xiàn)在的部分自動(dòng)化，所有涉及這一領(lǐng)域和產(chǎn)品的發(fā)展， 都是依靠企業(yè)的推廣和科研院所教授的執(zhí)著追求，造就了我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的規(guī) 模化擴(kuò)張。中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的年生產(chǎn)量是歐洲的 2 倍，北美

19、的 4 倍，現(xiàn)已成 為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和最大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)。 中國(guó)的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)經(jīng)過(guò)幾年的培育，已經(jīng)步入快速發(fā)展期。2009 年太陽(yáng)能熱水器“下鄉(xiāng)”是太陽(yáng)能熱水器行業(yè)的一件大事，標(biāo)志著太陽(yáng)能熱水 器得到國(guó)家認(rèn)可，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)已邁入新的時(shí)代。太陽(yáng)能熱水器“下 鄉(xiāng)”正式開(kāi)標(biāo)意味著太陽(yáng)能熱水器行業(yè)得到了政策支持，太陽(yáng)能熱水器“下鄉(xiāng)” 如一縷春風(fēng)，使整個(gè)行業(yè)煥發(fā)強(qiáng)大的生命力。農(nóng)村市場(chǎng)是太陽(yáng)能熱水器的主要 銷(xiāo)售市場(chǎng)，太陽(yáng)能熱水器的銷(xiāo)售 70%在農(nóng)村，而隨著新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)，使 用環(huán)保、潔凈能源意識(shí)的推廣，太陽(yáng)能熱水器在農(nóng)村仍有廣闊的空間。城市市 場(chǎng)中，隨著壽命到期熱水器產(chǎn)品

20、更新浪潮的到來(lái)，節(jié)能環(huán)保意識(shí)的深入，城市 的太陽(yáng)能熱水器潛在消費(fèi)量將逐步顯現(xiàn)。未來(lái) 5-10 年中國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng) 保有量仍將保持 20%-30%的增長(zhǎng)率。 目前中國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)門(mén)檻較低，產(chǎn)品整 體技術(shù)含量低，生產(chǎn)廠家多達(dá) 5000 余家，魚(yú)目混雜。整個(gè)行業(yè)處于“行業(yè)大、 企業(yè)小，數(shù)量多、規(guī)模小”的尷尬格局。行業(yè)內(nèi)的一些二線牌子因?yàn)闆](méi)有核心 競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品高度同質(zhì)化，只能靠低價(jià)格來(lái)謀取生存空間，在管理水平、生產(chǎn) 規(guī)模都有限的情況下低價(jià)格只能靠低成本甚至“拼裝”來(lái)獲取，如此的低成本 勢(shì)必導(dǎo)致低質(zhì)量。太陽(yáng)能熱水器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正陸續(xù)出臺(tái)，行業(yè)開(kāi)始洗牌，品牌集 中是趨勢(shì)。行業(yè)集

21、中度會(huì)進(jìn)一步提高，而技術(shù)的升級(jí)、安全性能的提升、產(chǎn)品 的創(chuàng)新將是企業(yè)發(fā)展的方向。 我國(guó)能源發(fā)展工作正處在關(guān)鍵的歷史時(shí)期，太陽(yáng)能利用技術(shù)是可再生資源 領(lǐng)域推廣應(yīng)用最普遍技術(shù)之一，太陽(yáng)能是新能源，清潔、無(wú)限、安全，太陽(yáng)能 熱水器應(yīng)用最為廣泛。近年來(lái)，我國(guó)國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)開(kāi)始進(jìn)入快速增 長(zhǎng)期，以每年 20%-30%的速度遞增，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用面積已占到全球的 76%，是整個(gè)歐美地區(qū)的 4 倍之多。國(guó)外各個(gè)國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能新能源的利用也非 常重視，現(xiàn)在歐洲、美國(guó)和日本等先進(jìn)國(guó)家也積極推進(jìn)太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)。目前 我國(guó)大多數(shù)太陽(yáng)能熱水器使用方便，節(jié)能，但功能單一，操作較復(fù)雜，控制起 來(lái)不能達(dá)到理想效果，只有

22、溫度、水位、時(shí)間的顯示功能，而對(duì)其控制的智能 化水平不高。即使熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于加熱時(shí)間不能控制而 產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)電能。鑒于此，為了使使用者可以根據(jù)自己的需求將水溫、 水位調(diào)節(jié)到所需值，而且通過(guò)顯示屏可知道實(shí)時(shí)水溫、時(shí)間、水位，特對(duì)太陽(yáng) 能熱水器控制器進(jìn)行研究。 1.3 太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用及其意義 隨著世界上煤、油、氣的儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染 的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的課題已提到人類(lèi)的面前。眾所周 知，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭，沒(méi)有污染的巨大能源。有人預(yù)測(cè)：二十一 世紀(jì)太陽(yáng)能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽(yáng)能的分散性、季節(jié)性和 地區(qū)

23、性又給太陽(yáng)能利用帶來(lái)重重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價(jià)偏高 （如光電池） 。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。 在太陽(yáng)能熱利用技術(shù)中，太陽(yáng)能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低廉 的產(chǎn)品，同時(shí)給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對(duì)安全的熱水而受到人們的 歡迎。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，越來(lái)越多的消費(fèi)者傾向于選擇太陽(yáng)能熱 水器，但很多人對(duì)使用這種產(chǎn)品又不是很了解。在這里，我們將太陽(yáng)能熱水器、 電熱水器和燃?xì)鉄崴鞯男阅茏饕粋€(gè)粗略的比較。 1、熱水產(chǎn)量方面 燃?xì)鉄崴饔?5l、7l、8l 等不同的型號(hào)，是指在 1 分鐘內(nèi)將水溫升高 25時(shí)所產(chǎn)的熱水量，如果自來(lái)水的溫度為 25，則每分鐘可產(chǎn) 50的熱水

24、 5 升、7l 或 8l。 電熱水器的標(biāo)注則是 30l、60l、90l 等等，這是指電熱水器的容水量， 相當(dāng)于我們?cè)陔姞t子上加一個(gè)水壺，這個(gè)水壺的盛水量是 30l、60l、90l。 拿一個(gè) 8l 的燃?xì)鉄崴髋c一個(gè) 40l 的電熱水器相比較，8l 的燃?xì)鉄崴骺?連續(xù)不斷地產(chǎn)生每分鐘 8l 的熱水，而電熱水器需要間隔半小時(shí)加熱一罐水。 如果這一罐水用完，還要等半小時(shí)左右。 太陽(yáng)能熱水器按照年平均氣溫 15.7、年日照時(shí)數(shù) 2014 小時(shí)、太陽(yáng)總輻 射總量年均為 111.59kcal計(jì)算，如果集熱面積為 2，年吸收太陽(yáng)輻射能 量為 9.37106kj，按把水溫升高 35計(jì)算（基礎(chǔ)水溫 10） ，

25、全年可提供生活 用熱水（45）53.5t，每人每次洗澡用熱水約需 50kg，則全年可洗 1070 人次， 平均每天可洗 2.93 人次。 2、加熱速度方面 目前生產(chǎn)的燃?xì)鉄崴鞔蠖酁榭焖贌崴?，不論什么時(shí)候，只要想用熱水， 打開(kāi)燃?xì)忾y和水龍頭，熱水就會(huì)流出來(lái)。而電熱水器需要預(yù)先通電半小時(shí)左右， 才能開(kāi)始使用。太陽(yáng)能熱水器在天氣晴朗的時(shí)候使用更好，最理想的樓層在六 至八層。 3、溫度穩(wěn)定性方面 燃?xì)鉄崴饔捎谑强焖偌訜?，并有調(diào)整溫度裝置，只要在使用開(kāi)始時(shí)調(diào)到 人體感覺(jué)舒適的溫度，而后就會(huì)一直保持在這一溫度恒定地供應(yīng)熱水。 電熱水器在使用時(shí)需要另外接一根冷水管兌入冷水，當(dāng)罐內(nèi)水不斷流出， 冷水不斷

26、加入時(shí)，水溫就會(huì)逐漸下降，直到全部是冷水。所以在使用時(shí)，需要 不停地去調(diào)整冷熱水的比例。 太陽(yáng)能熱水器使用起來(lái)暫時(shí)還不大方便，要上水，且不能保證時(shí)時(shí)有熱水。 4、功率方面 燃?xì)鉄崴鞯墓β室入姛崴鞔蠛芏?，拿一個(gè) 8l 的燃?xì)鉄崴骱?40l 的電熱水器相比較，8l 燃?xì)鉄崴鞯墓β氏喈?dāng)于 1617kw，而 40l 的電熱水 器一般為 3kw，這也是為什么燃?xì)鉄崴骺蛇B續(xù)供應(yīng)熱水的緣故。那么，電 熱水器是否也可做成 16kw 的呢？這是不可能的，因?yàn)榧矣秒姳?、電線都無(wú)法 承受。 5、價(jià)格方面 8l 的燃?xì)鉄崴鲀r(jià)格一般在 800 元以上，再加上安裝費(fèi)，大約在 1000 元 以上，有的甚至接近

27、 2000 元。電熱水器現(xiàn)在都在 500 元以上，加上安裝費(fèi)用， 一般不到 1000 元。太陽(yáng)能熱水器的價(jià)格都在 3000 元以上。 使用費(fèi)用方面，目前天然氣每立方米為 1.7 元，每度電為 0.44 元，而太陽(yáng) 能熱水器僅耗水費(fèi)。 6、安全性方面 燃?xì)鉄崴鞯膬?yōu)點(diǎn)是加熱快、出水量大、溫度穩(wěn)定、結(jié)水垢少、占地小、 不受水量控制。缺點(diǎn)是使用時(shí)要排出大量的廢氣，廢氣中除了二氧化碳以外， 還有一氧化碳，如果使用時(shí)關(guān)閉門(mén)窗，通風(fēng)不良，一氧化碳會(huì)增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì) 發(fā)生中毒事故，但如果能正確地了解這一點(diǎn)，使用時(shí)注意，也是很安全的；另 外，燃?xì)鉄崴鲉?dòng)水壓高，有些住高層的用戶如果不裝增壓泵就無(wú)法起動(dòng)； 安裝

28、不方便，要在墻上打洞、安排氣扇等。 電熱水器的優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)任何天氣變化，普通家庭可直接安裝使用，長(zhǎng)時(shí) 間通電可以大流量供熱水；使用時(shí)不產(chǎn)生廢氣，所以從這一點(diǎn)上講是既安全又 衛(wèi)生，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的電熱水器多數(shù)還帶有防觸電裝置。缺點(diǎn)是體積大、占 用室內(nèi)空間大、易結(jié)水垢、對(duì)電能浪費(fèi)大，最新型的電熱水器內(nèi)置了陽(yáng)極鎂棒 除垢裝置，解決了產(chǎn)品容易結(jié)垢的問(wèn)題，但陽(yáng)極鎂棒須兩年更換一次，給保養(yǎng) 帶來(lái)了麻煩。 太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)是安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，尤其是帶輔助電加熱功 能的太陽(yáng)能熱水器，它以太陽(yáng)能為主、電能為輔的能源利用方式，可全年全天 候使用。缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜，安裝不當(dāng)會(huì)影響住房的外觀、質(zhì)量及城市的市容市

29、 貌；因要安裝在室外，維護(hù)較麻煩。 1.4 論文的主要工作 本文介紹的太陽(yáng)能熱水器以微控制器 atmega16 單片機(jī)控制中心，選用 sd2200 作為時(shí)鐘芯片。并采用兩個(gè) ds18b20 溫度傳感器串行，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的 測(cè)量。同時(shí)，采用 lcm12864zk 液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)顯示溫度水位信息，利用按 鍵電路設(shè)定水溫水位值，并可設(shè)定加熱上水時(shí)間。本設(shè)計(jì)還添加了輔助熱源， 在陰雨天太陽(yáng)能不足的情況下，單片機(jī)開(kāi)啟熱源，對(duì)水進(jìn)行加熱，方便用戶的 使用。同時(shí)設(shè)定各種報(bào)警功能，包括水滿報(bào)警，缺水報(bào)警，加熱完成時(shí)報(bào)警等 功能。令產(chǎn)品的使用安全，放心。 第二章 太陽(yáng)能熱水器的結(jié)構(gòu)及工作原理 2.1 太陽(yáng)能熱水器

30、綜述 圖 2-1 為智能太陽(yáng)能熱水器的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中，太陽(yáng)能集熱器用來(lái) 收集太陽(yáng)能對(duì)水進(jìn)行加熱，并輸進(jìn)熱水箱供浴室的正常使用。水量不夠時(shí)，輔 助水箱補(bǔ)充太陽(yáng)能集熱器的水源。太陽(yáng)能集熱器中裝有溫度傳感器 1，此裝置 用來(lái)感應(yīng)太陽(yáng)能集熱器中水的溫度，從而判定太陽(yáng)能是否充足。熱水箱具有保 溫功能，其中裝有溫度傳感器 2 和水位傳感器，分別用來(lái)檢測(cè)箱內(nèi)的溫度和水 位，并在控制器顯示屏上顯示，便于用戶根據(jù)情況設(shè)定溫度和水位。 浴浴室室 輔輔 助助 水水 箱箱 熱熱水水箱箱 太太陽(yáng)陽(yáng)能能 集集熱熱器器 輔輔助助 熱熱源源 回回水水閥閥 循循環(huán)環(huán)泵泵 溫溫度度傳傳感感器器1 水水位位傳傳感感器器 熱熱

31、源源泵泵 自自來(lái)來(lái)水水 溫溫度度傳傳感感器器2 圖 2-1 太陽(yáng)能熱水器結(jié)構(gòu)圖 如圖 2-1 太陽(yáng)能熱水器結(jié)構(gòu)圖所示，當(dāng)溫度傳感器 1 檢測(cè)的溫度過(guò)低，表 示太陽(yáng)能不充足。此時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)輔助熱源，通過(guò)熱源泵，將輔助水箱中的 水加熱并輸入熱水箱，此功能可以讓熱水器在陰雨天也可以繼續(xù)使用，不影響 日常生活。這種智能太陽(yáng)能熱水器不僅使用方便、人性化，而且能有效地節(jié)約 能量，減少污染。是符合現(xiàn)代環(huán)保理念的綠色低碳智能系統(tǒng)，應(yīng)該積極的普及。 2.2 太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置的主要功能 本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出一個(gè)智能化的太陽(yáng)能熱水器控制裝置，需具有時(shí)間顯示 功能、定時(shí)上水加熱功能，用戶可以實(shí)時(shí)查看溫度水位狀態(tài)

32、，并自由設(shè)定溫度 水位。實(shí)現(xiàn)一種方便的，人性化的控制方式。 具體功能如下： 1、北京時(shí)間：實(shí)時(shí)顯示北京時(shí)間。 2、水位預(yù)置：可預(yù)置加水水位 50 、 80 、 100% 3、水溫預(yù)置：可預(yù)置加熱溫度范圍： 30 80 ，若不需要啟動(dòng)電加 熱，可預(yù)置為 00 。 4、水溫指示：顯示太陽(yáng)能熱水器內(nèi)部實(shí)際水溫。 5、水位指示：顯示太陽(yáng)能熱水器內(nèi)部所存水量 。 6、缺水提示：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，同時(shí) 20% 水位閃爍。 7、缺水上水：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，延時(shí) 30 分鐘自動(dòng)上 水至預(yù)置水位。 8、溫控上水：當(dāng)水箱水未加滿，水溫高于用戶設(shè)定的溫控上水溫度（原 廠設(shè)制為

33、60 ）自動(dòng)補(bǔ)水至低于溫控溫度 10 的合水溫，此功能可防止出現(xiàn) 低水量、高水溫的不合理現(xiàn)象。當(dāng)正在用水（水位發(fā)生變化）時(shí)，則延時(shí) 60 分鐘啟動(dòng)，以避名用戶正在用水時(shí)啟動(dòng)上水。具備溫控功能的時(shí)間：8:00 17:50 。 9、手動(dòng)控制：可手動(dòng)啟動(dòng)上水，加熱，在操作時(shí)首先顯示預(yù)置的水位或 水溫，用戶可利用“”和“”鍵調(diào)整參數(shù)，確認(rèn)后，測(cè)控儀蜂鳴提示啟動(dòng) 上水、加熱，也可手動(dòng)關(guān)閉。啟動(dòng)加熱時(shí)若低于 50% 水位，則先啟動(dòng)上水再 加熱，并將水位加至 80% 。正在加熱時(shí)水位低于 50% 水位自動(dòng)關(guān)閉加熱， 保護(hù)電加熱管。 10、全天候模式：可按用戶個(gè)人需要，全天 24 小時(shí)內(nèi)，可分別設(shè)定早、 中、

34、晚三次定時(shí)上水及三次定時(shí)加熱，并且可分別設(shè)定每次定時(shí)上水的水位和 定時(shí)加熱的溫度。原廠設(shè)置為第一次早晨 3：00 啟動(dòng)上水至 50%水位，4：00 啟動(dòng)加熱至 50 ，提供用戶早上起床后的洗喇用水，第二次 9：00 啟動(dòng)上水 至水滿，中午不加熱，以便盡量利用太陽(yáng)能光能量提供加熱，第三次 15：00 啟動(dòng)上水至 100% 水位，16：00 啟動(dòng)上水至 50 給用戶晚上提供大量熱水隨 心所?。ㄈ衾锰?yáng)能已達(dá)到 50 不啟動(dòng)加熱節(jié)約電能） 。用戶自行設(shè)定定時(shí)， 建議將定時(shí)上水的時(shí)間提前定時(shí)加熱的時(shí)間 1 小時(shí)以上，以便先上水再加熱， 建議加熱溫度不超過(guò) 60 以免燙傷并節(jié)約電能。若需取消全能候模式

35、，持續(xù) 按住加熱鍵，則取消定時(shí)加熱。持續(xù)按住上水鍵，則取消定時(shí)上水，同時(shí)自動(dòng) 啟動(dòng)溫控上水模式（因自動(dòng)上水是必需的） 。反之操作可分另恢復(fù)全天候模式 中的定時(shí)上水和定時(shí)加熱，全天候圖標(biāo)對(duì)應(yīng)顯示。 11、防輔助熱源起火：在啟動(dòng)管道保溫功能廳，測(cè)控議在輔助熱源加熱管 道溫度平衡后（通電約 10 分鐘） ，自動(dòng)關(guān)閉，等管道溫度下降后，在次按用戶 自行設(shè)定的延時(shí)時(shí)間（原廠設(shè)置 30 分鐘，若設(shè)置為 0 分鐘，則電熱帶長(zhǎng)期通 電）啟動(dòng)電熱帶，過(guò)程自動(dòng)重復(fù)動(dòng)行，可避免長(zhǎng)期通電電熱帶，節(jié)約電能，并 有效防止因長(zhǎng)期通電造成電熱帶老化起火等惡性事故。 12、自動(dòng)防溢流：因真空管破裂或水位傳感器故障等原因造成溢流

36、，自動(dòng) 停止上水。 13、斷電顯示：當(dāng)停電時(shí)，測(cè)控議保留用戶預(yù)置的所有參數(shù)，同時(shí)繼續(xù)顯 示水溫水位及北京時(shí)間，斷電時(shí)測(cè)控議將按鍵自動(dòng)鎖死，以防誤操作。當(dāng)來(lái)電 時(shí)能按以前設(shè)定的工作模式及功能繼續(xù)動(dòng)行。 14、恒溫加熱：水箱水溫低于預(yù)置溫度 5 ，立即啟動(dòng)加熱至恒溫水溫， 保證水箱水溫恒定。若水位低于 50%，先立即自動(dòng)啟動(dòng)上水，再啟動(dòng)加熱， 以免干燒。因此水位不能低于 50%建議采用上下水雙管安裝，以便不影響用 戶持續(xù)大量用水。 15、強(qiáng)制上水： 水位傳感器出現(xiàn)故障后，可按上水鍵，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制上水， 每分鐘會(huì)出現(xiàn)蜂鳴提示，注意有無(wú)溢水，8 分鐘后自動(dòng)關(guān)閉上水。 16、低水壓上水：在上水過(guò)程中，水壓過(guò)

37、低或停水，控制器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低 水壓模式，在此上水模式中，控制器會(huì)間隔 30 分鐘啟動(dòng)上水，若 30 分鐘仍不 能使水位上升一檔，則停止 30 分鐘，然后再啟動(dòng)上水，反復(fù)循環(huán)運(yùn)行，以避 免在低水壓或停水時(shí)發(fā)生以下嚴(yán)重后果： (1)電磁閥、水泵長(zhǎng)期通電運(yùn)行，造成水泵空轉(zhuǎn)燒毀；(2)由于太陽(yáng)能真空管破 裂或其它原因漏水，造成不斷上水而水箱、屋頂長(zhǎng)期流水；(3)停水后，突然 來(lái)水，由于空曬，太陽(yáng)能水箱溫度過(guò)高，而造成炸管。 17、管道循環(huán)：可設(shè)置水泵循環(huán)時(shí)間 130 分鐘（原廠設(shè)置為 3 分鐘） 。 實(shí)現(xiàn)一開(kāi)出熱水增壓效果。 18、管道保溫：冬天室外氣溫較低時(shí)，可按（管道保溫）鍵，啟動(dòng)電熱帶， 防止水

38、管凍裂，再按（管道保溫）鍵，則關(guān)閉電熱帶。 19、自動(dòng)增壓：在供水壓較低時(shí)，可選擇上水增壓功能，在上水時(shí)，控制 器打開(kāi)電磁閥同步啟動(dòng)水泵加壓供水，水上滿后，兩者同時(shí)關(guān)閉。 2.3 太陽(yáng)能熱水器智能控制器的主要技術(shù)指標(biāo) 2.3.1 溫度檢測(cè) 本設(shè)計(jì)要求的測(cè)溫精度：2； 測(cè)溫范圍：099； 控溫精度：2； 動(dòng)作時(shí)間：30s。 2.3.2 水位檢測(cè) 水位分檔：五檔，分別為 20%、40%、60%、80%、100%； 水位報(bào)警：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，同時(shí)20%水位 閃爍。 2.3.3 可控水泵和熱泵 可控水泵或熱泵功率：500w。 電磁閥參數(shù)：直流dc12v，可選用有壓閥或無(wú)壓閥，

39、有壓閥工作壓力： 0.02mpa0.8mpa，適用于直供水無(wú)壓閥工作壓力：0.0mpa，適用于水箱供水 或低水壓供水。熱泵熱水器原理圖如2-1所示。 冷冷凝凝器器 蒸蒸發(fā)發(fā)機(jī)機(jī) 壓壓縮縮機(jī)機(jī) qa環(huán)環(huán)境境中中吸吸收收空空氣氣的的能能量量 qb 能能 電電 qc 膨膨脹脹絲絲 熱熱水水出出 冷冷水水進(jìn)進(jìn) 水水泵泵 圖 2-2 空氣源熱泵熱水器原理圖 熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量之和； b q a q 通常為的 3 倍以上，即能源利用效率達(dá) 300以上，而通常的電熱水器 a q b q 能源利用效率僅為 95左右。 第三章 太陽(yáng)能熱水器智能控制器的硬件設(shè)計(jì) 3.1 太陽(yáng)能熱

40、水器的基本控制原理 圖 3-1 是以 atmega16 單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)的原理框圖。溫度、水位 等傳感器測(cè)得的信息送入單片機(jī)進(jìn)行處理，并直接顯示在液晶顯示屏上，用戶 接收到顯示屏上的信息，根據(jù)需要，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定期望的水位水溫值。單片機(jī) 啟動(dòng)掃描鍵盤(pán)命令，將設(shè)定值與實(shí)際水位和溫度進(jìn)行對(duì)比分析，如果測(cè)量水溫 水位值與鍵盤(pán)設(shè)定的水溫水位值有差異，則單片機(jī)會(huì)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)控制 指令，控制電磁閥和繼電器工作，調(diào)節(jié)水溫和水位，直到水溫水位值達(dá)到鍵盤(pán) 設(shè)定值。本設(shè)計(jì)將選用 atmega16 單片機(jī)作為中央微處理器，ds18b20 作為 溫度傳感器，以及時(shí)鐘芯片 sd2200。同時(shí)，系統(tǒng)還包括熱水箱

41、水位溫度檢測(cè) 接口、鍵盤(pán)及串行顯示、復(fù)位接口電路及繼電器輸出接口電路等。 atmega16 溫溫度度傳傳感感器器液液晶晶顯顯示示屏屏 電電磁磁閥閥 看看門(mén)門(mén)狗狗電電路路 報(bào)報(bào)警警電電路路 輔輔助助熱熱源源 水水位位傳傳感感器器 鍵鍵盤(pán)盤(pán) 時(shí)時(shí)鐘鐘電電路路 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 電電 路路 圖 3-1 智能太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)原理圖 具體工作流程描述如下： 水位設(shè)置：按設(shè)置(水位)鍵，預(yù)置水位指示快速跳動(dòng)，提示可設(shè)置水位。 根據(jù)氣候及日照強(qiáng)度，將水位設(shè)置到所需水位，以得到合適的水溫。 太陽(yáng)能自動(dòng)上水：太陽(yáng)能上水是全自動(dòng)運(yùn)行的，因此用戶不必作任何操作， 當(dāng)缺水時(shí)，延時(shí)15分鐘，微電腦會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)缺水上水功能，

42、將水位加到預(yù)置水 位。當(dāng)水未加滿水溫又偏高時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)溫控上水功能，至水溫50左右， 若水位加滿至100%，則停止補(bǔ)水。上水啟動(dòng)時(shí)，蜂鳴一長(zhǎng)聲，關(guān)水時(shí)，則蜂 鳴三短聲。 手動(dòng)上水、關(guān)水：可利用手動(dòng)上水鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上水關(guān)水，調(diào)兌水箱水溫。 按一下(上水)鍵啟動(dòng)手動(dòng)上水，加水到預(yù)置水位后，自動(dòng)關(guān)閉上水。在上水過(guò) 程中，按一下(上水)鍵可關(guān)水。 定時(shí)上水：若需定時(shí)上水，按(定時(shí))鍵，預(yù)約定時(shí)上水時(shí)間。例如：現(xiàn)在 是上午6：00，準(zhǔn)備在上午9：00啟動(dòng)上水，則按(定時(shí))鍵，調(diào)時(shí)至03，即在3 小時(shí)后啟動(dòng)上水，同時(shí)定時(shí)指示燈閃亮，時(shí)間度定時(shí)時(shí)刻越近，定時(shí)指示燈閃 爍越快。一經(jīng)預(yù)約，則每天在此時(shí)刻啟動(dòng)上水

43、，若需退出預(yù)約，只需按住(定 時(shí))鍵不松手，聽(tīng)到“嘀”提示音，并且定時(shí)指示燈熄滅后，即可。 圖 3-2 太陽(yáng)能熱水器結(jié)構(gòu)圖 太陽(yáng)能智能控制器具體操作如下： 1、設(shè)置上限水位：設(shè)置水位上限，可選擇 3099之間。 （默認(rèn)下限水 位為 30） 。 圖 3-3 atmega16 的引腳圖 2、設(shè)置水溫：設(shè)置電加熱的溫度上限，可選擇 080。 3、水溫水位指示：均具有圖形數(shù)字兩種顯示形式。 4、干曬保護(hù)：為防止干曬，當(dāng)水位低于 15時(shí)，無(wú)條件上水到 30。 5、冰凍保護(hù)：為防止水箱凍裂，當(dāng)水溫低于 5時(shí)，無(wú)條件電加熱到 15。 6、智能模式：如果系統(tǒng)處于智能保溫區(qū)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)加溫，處于智能 區(qū)間以外

44、時(shí)，如達(dá)到設(shè)定溫度，則自動(dòng)上水到低于設(shè)定溫度 5。 7、手動(dòng)上水：當(dāng)蓄水量不足時(shí)，可按設(shè)定鍵，光標(biāo)閃動(dòng)，按“左”或 “右”鍵移動(dòng)光標(biāo)，待光標(biāo)移動(dòng)到水位設(shè)定欄，按“+”鍵設(shè)定水位檔位，當(dāng) 水位上升至設(shè)置水位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止上水。在此上水過(guò)程中再按設(shè)定鍵可立 即停止上水。 8、手動(dòng)加熱：當(dāng)前水溫偏低時(shí)，可按設(shè)定鍵，光標(biāo)閃動(dòng)，按“左”或 “右”鍵移動(dòng)光標(biāo)，待光標(biāo)移動(dòng)到溫度設(shè)定欄，按“+”鍵設(shè)定溫度值，開(kāi)啟 電加熱器加熱水溫。當(dāng)水溫上升至所設(shè)置的溫度時(shí)停止加熱。進(jìn)入保溫狀態(tài)， 在此電加熱的過(guò)程中再按設(shè)定鍵立即停止電加熱。 9、自動(dòng)增壓：在上水過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)上水過(guò)程，監(jiān)測(cè)目前水壓 是否過(guò)低，或是

45、停水，一旦出現(xiàn)這種情況，自動(dòng)打開(kāi)增壓泵，并顯示低水壓同 時(shí)蜂鳴報(bào)警，提示用戶。 3.2 atmega16 微處理器 atmega16 是基于增強(qiáng)的 avr risc 結(jié)構(gòu)的 低功耗 8 位 cmos 微控制器。其數(shù)據(jù)吞吐率高 達(dá) 1mips/mhz 2 。atmega16 的引腳如圖 3-3 所示。 atmega16 的主要特征： 1、非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：16k 字節(jié) 的系統(tǒng)內(nèi)可編程 flash，有 512 字節(jié)的 eeprom；1k 字節(jié)的片內(nèi) sram，通過(guò) jtag 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) flash、eeprom、熔絲位和鎖定位的編程。 12345678 a b c d 87654321 d

46、 c b a title num berrevisionsize a3 date:14- jun-2010she et of file :e:上上 上上上 上上上 上1820上上 上-100614.ddbdra wn by: ag nd 28 x1 8 x2 7 res et 4 pd2 (int 0) 11 pd3 (int 1) 12 pd4 (oc1b) 13 pd5 (oc1a) 14 pb0 (t0) 40 pb1 (t1) 41 pb2 (ain 0) 42 pb3 (ain 1) 43 pb4 (ss) 44 pb5 (m o si) 1 pb6 (m is o) 2 pb7 (

47、sck ) 3 (ad c0) p a0 37 (ad c1) p a1 36 (ad c2) p a2 35 (ad c3) p a3 34 (ad c4) p a4 33 (ad c5) p a5 32 (ad c6) p a6 31 (ad c7) p a7 30 pc0 19 pc1 20 pc2 21 pc3 22 pc4 23 pc5 24 (to sc1) pc6 25 (to sc2) pc7 26 pd7 (tos c2) 16 pd6 (icp ) 15 av cc 27 ar ef 29 pd1 (txd ) 10 pd0 (rxd ) 9 gnd 39 vcc 38 g

48、nd 6 gnd 18 vcc 5 vcc 17 u1 atm ega 16_tq fp44 lcd -k 1 lcd -a 2 gn d 3 vc c 4 rs(cs) 6 rw (s id) 7 e(sclk) 8 d0 9 d1 10 d2 11 d3 12 d4 13 d5 14 d6 15 d7 16 ps b 17 rst 18 vr 19 vo 20 lcm 1 lcm 12864zk vc c rm 2 10 rm 1 10k lcm_cs lcm_sid lcm_sc lk 上上上上 rt1 10k rt2 10k vc c t_s cl t_s da vb at 2 tes

49、 t 3 gn d 10 gn d 11 gn d 12 scl 13 sda 15 int 1 19 sda e 20 scl e 21 w p 22 int 2 23 vc c 24 ut1 sd2200b /c/d/e-z 上上 vc c rt5 20 rt4 20 t_i nt1 ct1 220uf ct2 104 dt1 lls d103a dt2 lls d103a rt3 10k s1 sw -pb s2 sw -pb vc c r1 10k r2 10k key 2 key 1 c1 0.1uf c2 0.1uf r3 10k c3 0.1uf r4 10k c4 0.1uf

50、s3 sw -pb s4 sw -pb key 4 key 3 s5 sw -pb r5 10k c5 0.1uf key 5 上上 上上 上上 上上 c15 104 c14 104 vc c r10 10k c10 rst l2 10uh c16 104 c18 470uf cpu vcc c17 470uf 47ufc12 av cc l1 10uh 1 2 3 4 5 6 jisp 1 co n6 rst sck m is o m o si 104 vc cvd 1 lls d103a vd 2 lls d103a d1 1n4148 cpu vcc cpu vcc q1 9013 q2

51、 9013 25 1 34 j3 hg 4123 25 1 34 j4 hg 4123 dj3 rs1m dj4 rs1m +12v +12v ou t1 ou t2 co m r7 10k r810k cpu vcc vcc 3 dq 2 gnd 1 u5 ds18b20 r9 4k7 vc c lcm _cs lcm _sid lcm _sc lk ds1820_dq c13 104 av cc m o si m is o sck t_s cl t_s da s6 sw -pb key 6 r6 10k c6 vcc 3 dq 2 gnd 1 u6 ds18b20 vc c t_i nt1

52、 p1 p2 rst key 2 key 1 key 4 key 3 key 5 key 6 ds1820_dq 上上 上上 c23 470uf c22 0.1 c21 0.1 +12v in 1 gnd 2 ou t 3 u3 lm 7805vc c cpu vcc 上上上上 q1 9013 ls1 r11 1k vc c ls 上上 ad 1 ad 2 ad 1 ad 2 上上上上上 weigou 2、外設(shè)特點(diǎn)：兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 3、特殊的處理器特點(diǎn)：上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)，片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定 的rc振蕩器，片內(nèi)/片外中斷源，6種睡眠模式。 4、i/o和封裝

53、：具有32個(gè)可編程的i/o口，封裝形式有：40引腳pdip封裝， 44引腳tqfp封裝，與44引腳mlf封裝。 圖 3-4 太陽(yáng)能熱水器智能控制器硬件總結(jié)構(gòu)圖 圖 3-5 ds18b20 溫 度傳感器外觀設(shè)計(jì) 圖 3.3 溫度檢測(cè)部分 本設(shè)計(jì)中，筆者選用ds18b20溫度傳感器。ds18b20測(cè)量溫度范圍為- 55+125，在系統(tǒng)所需要的-10+85范圍內(nèi)，精度為0.5，亦滿足 條件。同時(shí)，新的產(chǎn)品支持3v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。 而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小，大大提高了ds18b20產(chǎn)品的性價(jià)比，是本 設(shè)計(jì)理想的選擇。 3.3.1 溫度傳感器 ds18b20 簡(jiǎn)介 “一

54、線式”數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 是 ds1820 的更新?lián)Q代產(chǎn)品(由美國(guó) daiias 公司生產(chǎn))。它具有體積小，分辨率高，轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)。由于每片 ds18b20 含有唯一的硅串行數(shù)，再加上 ds18b20 獨(dú)特的單線總線結(jié)構(gòu)，決 定了 ds18b20 特別適合于大型的多路溫度實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)。溫度實(shí) 時(shí)測(cè)控集裝箱的設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)方面就較好地利用 ds18b20 的獨(dú)到特點(diǎn)，使系統(tǒng)得到了極大的簡(jiǎn)化。 1、ds18b20的特性 (1) ds18b20 在 i/o 處理器連接時(shí)，僅需要一個(gè) i/o 口 即可實(shí)現(xiàn)微處理器同 ds18b20 的雙向通訊。 (2) ds18b

55、20 支持組網(wǎng)功能，多個(gè) ds18b20 可以并聯(lián)在 唯一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 (3) ds18b20 的測(cè)溫范圍為：- 55+125，在-10+ 85時(shí)， 其精度為+ 0.15。 (4) ds18b20 的測(cè)溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從 912 位，可編 程進(jìn)行選擇。 (5) ds18b20 內(nèi)含寄生電源，器件既可以由單線總線供電， 也可用外部的電源(310v515v )供電。 2、ds18b20 測(cè)溫原理 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，如圖 3-5 所示。 存儲(chǔ)器控制邏輯 8位crc觸發(fā)器 低溫低觸發(fā)器 高溫度觸發(fā)器 溫度傳感器 存 儲(chǔ) 器 電 源 檢 測(cè) 64位 rom 和 單線 接口 圖

56、3-6 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ds18b20 的測(cè)溫原理：ds18b20 測(cè)量溫度采用了特有的溫度測(cè)量技術(shù)， 它是通過(guò)計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來(lái)實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈 沖計(jì)數(shù)。低溫時(shí)，振蕩器的脈沖可以通過(guò)門(mén)電路。而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)， 振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng) 前的溫度值時(shí)，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到 回零。如果門(mén)電路仍未關(guān)閉，則系統(tǒng)重復(fù)上述過(guò)程。 3、ds18b20的操作協(xié)議 ds18b20 單純通信功能是分時(shí)完成的。單線信號(hào)包括復(fù)位脈沖，響應(yīng)脈 沖，寫(xiě)“0” ，寫(xiě)“1” ，讀“1” 。它們有嚴(yán)格的

57、時(shí)隙概念。系統(tǒng)對(duì) ds18b20 的 操作以 rom 命令(5 個(gè))和存儲(chǔ)器命令(6 個(gè))形式出現(xiàn)。對(duì)它的操作協(xié)議是：初 始化 ds18b20 發(fā)復(fù)位脈沖發(fā) rom 功能命令處理數(shù)據(jù)發(fā)存儲(chǔ)器命令處 理數(shù)據(jù)。各種操作都有相應(yīng)的時(shí)序圖。 ds18b20 在使用時(shí)，一般都采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將 ds18b20 信號(hào)線與單片機(jī) 1 位 i/o 線相連，且單片機(jī)的 1 位 i/o 線可掛接多 個(gè) ds18b20，就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測(cè)。ds18b20 傳感器精度高、互換 性好；它直接將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，可以只使用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信 方便，傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾性好：與用傳統(tǒng)溫度傳感器組

58、成的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)相 比可節(jié)省大量電纜，而且系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化，系統(tǒng)擴(kuò)充維護(hù)十分方便。ds18b20 可以廣泛用于工廠工業(yè)過(guò)程、大型糧倉(cāng)、釀酒廠、食品加工廠的溫度檢測(cè)以及 賓館、儀器儀表室等處的溫度檢測(cè)和控制。 3、ds18b20 封裝 圖 3-7 ds18b20 封裝圖 3.3.2 ds18b20 與單片機(jī)接口 atmega16 pb7 ds18b20 +3v +5.5v 4.7k gnd vcc i/o 圖 3-8 ds18b20 傳感器測(cè)溫電路圖 本系統(tǒng)中采用ds18b20作為溫度傳感器。ds18b20的測(cè)量范圍從-55 + 125，增量值為0. 5，可在1s (典型值) 內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。因

59、此作為熱水 器的溫度測(cè)量，精度合乎要求。信息經(jīng)過(guò)單線接口入ds18b20或從ds18b20送 出因此從主機(jī)cpu到ds18b20僅需一條線(和地線)。ds1820的電源可以由數(shù)據(jù) 線本身提供而不需要部電源。但使用外部電源可以提高測(cè)量速度。具體的電路 如圖3-6所示。 3.3.3 ds18b20 工作時(shí)序 ds18b20 的所有通信都由復(fù)位脈沖組成的初始化序列開(kāi)始。該初始化序 列由主機(jī)發(fā)出，后跟由 ds18b20 發(fā)出的存在脈沖（presence pulse） 。圖 3-8 闡 述了這一點(diǎn)。當(dāng)發(fā)出應(yīng)答復(fù)位脈沖的存在脈沖后，ds18b20 通知主機(jī)它在總 線上并且準(zhǔn)備好操作了。在初始化步驟中，總線

60、上的主機(jī)通過(guò)拉低單總線至少 480s 來(lái)產(chǎn)生復(fù)位脈沖。然后總線主機(jī)釋放總線并進(jìn)入接收模式。當(dāng)總線釋放 后，5k 的上拉電阻把單總線上的電平拉回高電平。當(dāng) ds18b20 檢測(cè)到上升 沿后等待 15 到 60us，然后以拉低總線 60-240us 的方式發(fā)出存在脈沖。主機(jī)將 總線拉低最短 480us，之后釋放總線。由于 5k 上拉電阻的作用，總線恢復(fù)到 高電平。ds18b20 檢測(cè)到上升沿后等待 15 到 60us，發(fā)出存在脈沖：拉低總線 60-240us。至此，初始化和存在時(shí)序完畢。 vcc 單線總線 控制器tx復(fù)位脈沖 480us min 960us max ds1820 等待 15-60u