太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)

1、 基于單片機的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)Intelligent control system of solar water heater based on single chip microcomputery摘 要本次設(shè)計是基于單片機的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)。該設(shè)計以AT89C52單片機為主體，與遙控接收模塊、溫度采集模塊、水位采集模塊、電加熱模塊、鍵盤輸入模塊、時鐘模塊、報警模塊相結(jié)合，實現(xiàn)水位檢測與顯示、溫度顯示、自動上水、電輔助加熱以及溫度設(shè)定的功能。水位檢測與顯示功能可以提示用戶剩余的水量，方便調(diào)節(jié)水量；溫度顯示可以讓使用者直觀的確定水溫，從而進行合理的調(diào)試；自動上水功能包括預(yù)設(shè)時間自

2、動上水功能、缺水時自動上水兩種形式；電輔助加熱以及溫度設(shè)定功能，是對系統(tǒng)進行預(yù)設(shè)的溫度來控制電輔助加熱裝置的運行，解決光照不足時水溫達不到要求的問題。本文分五個部分來講述本次設(shè)計，第一部分講述本次設(shè)計太陽能智能控制系統(tǒng)研究的背景和社會現(xiàn)狀以及設(shè)計任務(wù)；第二部分是對此次單片機的系統(tǒng)設(shè)計方案；第三部分是對器件的選擇；第四部分是對本次設(shè)計硬件系統(tǒng)的設(shè)計；第五部分是對軟件系統(tǒng)的設(shè)計。 本次太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計電路相對簡便、成本底、操作簡單、可以遙控控制，很適合商業(yè)和家用太陽能熱水器的使用。關(guān)鍵詞：水位；溫度；時間；熱水器Intelligent control system of solar

3、water heater based on single chip microcomputerAbstract This design is based on single chip microcomputer intelligent control system of solar water heater. The design is based on the AT89C52 as the main body, and remote control module, temperature acquisition module, water level acquisition module,

4、electric heating module, keyboard input module, the clock module, alarm module combination. This intelligent control system has a display function, the water level detection display function can be prompted to use the remaining water to facilitate the adjustment of water quantity; temperature displa

5、y allows users to intuitively determine the water temperature and reasonable adjustment. The design also has the function of automatic water supply, automatic water supply can include the preset time automatic water supply function, automatic water supply when the water is short of water. The functi

6、on of the system is to control the operation of the auxiliary heating device to control the operation of the electric auxiliary heating device, and the problem that the water temperature can not reach the requirement when the light is insufficient is solved. Finally, the remote control receiver modu

7、le through the control of the remote control to complete the function of the button.This paper can be divided into several parts to describe the design, the first part tells the design of solar intelligent control system research background and social status and the design of task; the second part i

8、s the SCM system design; the third part is on the device of choice; the fourth is on the design of the system hardware design; the fifth part is the design of the software system.This paper can be divided into several parts to describe the design, the first part tells the design of solar intelligent

9、 control system research background and social status and the design of task; the second part is the SCM system design; the third part is on the device of choice; the fourth is on the design of the system hardware design; the fifth part is the design of the software system.The solar water heater int

10、elligent control system design circuit is relatively simple, low cost, simple operation, can be controlled by remote control, it is suitable for the use of commercial and household solar water heater.Key Words：Water level; temperature; time; water heater目 錄摘 要IAbstractII引 言11 研究背景和社會現(xiàn)狀以及設(shè)計任務(wù)21.1 研究背

11、景和社會現(xiàn)狀21.2 設(shè)計任務(wù)22 系統(tǒng)設(shè)計方案32.1 設(shè)計思想32.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖33 器件選擇43.1 單片機的選擇43.1.1 引腳介紹43.1.2 單片機的功能53.2 時鐘芯片53.2.1 器件選擇53.2.2 引腳說明63.2.3 完成功能63.3 溫度檢測器63.3.1 溫度傳感器的選擇63.3.2 引腳說明73.3.3 器件功能73.4 水位檢測器83.4.1 水位傳感器的選擇83.5 按鍵93.5.1 按鍵的選擇94 硬件系統(tǒng)設(shè)計104.1 單片機最小控制系統(tǒng)104.2 時鐘模塊104.3 溫度采集模塊114.4 水位采集模塊114.5 液晶顯示模塊114.6 遙控接收模

12、塊125 軟件系統(tǒng)設(shè)計135.1 主程序流程框圖135.2 溫度檢測流程圖 145.3 顯示器流程圖155.4 時鐘電路流程圖165.5 水位監(jiān)測流程圖176 系統(tǒng)測試186.1 開機狀態(tài)測試186.2 溫度上下限調(diào)節(jié)186.3 預(yù)設(shè)時間196.4 加熱模式測試206.5 上水模式測試20結(jié) 論22參 考 文 獻23附錄A 程序源代碼24附錄B PCB總圖52致 謝54引 言幾千年的人類歷史中，人們漸漸的學會了更多的技術(shù)，人們對生活的享受與設(shè)備便利化也有了一定的提高。從最早的時候第一代熱水器只是大功率燃氣的熱水器，但是氣壓對水溫和出水速度的影響太大并且燃燒燃氣所產(chǎn)生的氣體影響大氣環(huán)境甚至可能使

13、人中毒。第二代大功率電熱水器，此熱水器耗電量太大，功率太高可能導(dǎo)致事故，并且水垢容易堆積使熱水器損壞。第三代為太陽能熱水器，但是開始的太陽能熱水器功能太單一，對天氣的要求質(zhì)量太高，如果沒有足夠的陽光就無法使用。尤其在冬季，是太陽能熱水器幾乎處于休眠狀態(tài)的季節(jié)，很影響使用。第四代是空氣源熱泵熱水器，這種熱水器正在小規(guī)模使用當中，雖然能吸收空氣中的熱量致使還能達到除濕效果，但是造價太昂貴，無法普及。本次設(shè)計的課題就是第三代太陽能熱水器，由于可以普及多數(shù)的家庭，因此選擇這個課題。針對以往太陽能熱水器存在的一些缺陷，本次設(shè)計實現(xiàn)更加智能的太陽能控制系統(tǒng)，針對由于陽光不足的情況下進行電輔助加熱，并且運用

14、光電隔離保護措施來保證人們安全的運用。除此之外使用排阻式水位檢測傳感器設(shè)置4個水位監(jiān)測，分別為在水箱中四分之一處，半箱水量處，四分之三處和滿箱處，當少于水箱的四分之一處時，為了防止加熱燒干系統(tǒng)會進行自動上水到達預(yù)定的水位之后自動停止上水。對以往因正常上班或外出一些原因忘記提前上水從而導(dǎo)致回到家里沒有足夠的水量淋浴這種情況，本系統(tǒng)可以提前預(yù)約，提前設(shè)定時間進行自動上水，這樣可以完全解決忘記上水而水量不足夠的問題。另外本系統(tǒng)配置一個遙控器，可以通過遙控器來控制太陽能熱水器，方便人們進行遠距離操作。1 研究背景和社會現(xiàn)狀以及設(shè)計任務(wù)1.1 研究背景和社會現(xiàn)狀隨著現(xiàn)在社會環(huán)境日益惡劣的情況下，環(huán)保成了

15、現(xiàn)在的社會的主題，然而熱水器也成了各家的必備設(shè)施，太陽能熱水器也正占了熱水器的一個重要部分?，F(xiàn)在有多種自然資源，如核能、風能，但是最為干凈并且普遍人類生活的還是太陽能。從長遠看來，現(xiàn)在全球已探明的石油產(chǎn)量只能用到21世紀中期，天然氣也只能用到21世紀中期，300年后也會把煤炭資源用光，這些資源不僅會慢慢消失最重要的一點對環(huán)境的影響也非常嚴重，溫室效應(yīng)也是現(xiàn)在社會的一大難題。然而太陽能卻是無限的資源，太陽每年放出的熱量到達地面的能量相當于1.892×10的三次方千億的煤資源。如今的熱水器技術(shù)已經(jīng)成熟，并且在不斷的取代燃氣熱水器和電熱水器，2000年日本的熱水器比往年翻了一倍。在以色列更

16、是有規(guī)定，所有現(xiàn)期建的房屋必須裝配太陽能熱水器。據(jù)統(tǒng)計，我國更是使用量，銷售量和生產(chǎn)量排在首位的國家。但是現(xiàn)在一般市場上的熱水器大部分功能單一，操控不方便，雖然有溫度顯示和水位顯示功能，但是卻沒有溫度控制功能和預(yù)約功能，使人們不能方便的使用熱水器并且導(dǎo)致浪費。安全問題和能源問題是如今社會非常關(guān)注的問題。在家庭應(yīng)用上大可分為三類熱水器：燃氣熱水器，太陽能熱水器，電熱水器。燃氣熱水器在最近的一氧化碳中毒事故中占三分之一。電熱水器更是浪費了大量的電力。然而太陽能熱水器，它節(jié)能環(huán)保，安全性能良好等優(yōu)勢讓人們更加的青睞。本次我選擇太陽能熱水器只能控制系統(tǒng)這個課題，是為了讓大家了解一下如今社會的能源現(xiàn)狀，

17、讓大家知道可持續(xù)發(fā)展這系統(tǒng)個觀念，最主要的是太陽能在新技術(shù)上的應(yīng)用。如今太陽能已經(jīng)進入了千家萬戶，控制更是最重要的一部分，盡可能節(jié)能環(huán)保并且操作簡單也是這次設(shè)計的一個重要意義。1.2 設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計的任務(wù)主要是實現(xiàn)太陽能控制系統(tǒng)的智能化，讓人們對于復(fù)雜的系統(tǒng)有一個清晰的了解。本系統(tǒng)大體上包括可以預(yù)設(shè)時間和預(yù)設(shè)上水量進行自動的到時上水并加熱的功能，溫度和水量的數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示。并且時鐘功能使人們可以洗澡的時候看時間，防止熱門無意中帶入手機等電子產(chǎn)品被水澆濕使這些電子產(chǎn)品損壞。本系統(tǒng)還可以切換手動和自動模式，讓喜歡手動或者自動的人都有選擇。并且系統(tǒng)還有電輔助功能，當太陽光不足而致使溫度提升不到

18、預(yù)定溫度時通過電輔助的功能使水溫加熱?？傊褪亲屓藗兎奖悴⑶液侠淼氖褂脽崴?，減少不必要的浪費和意外。 2 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 設(shè)計思想本次設(shè)計是通過89C51對各個模塊進行控制，最后實現(xiàn)？功能。首先可以手動預(yù)定好水位和溫度。接著水位傳感器檢測是否少于最低水位和預(yù)定水位，如果低于要求的話打開電磁閥進行上水，反之不上水。最后通過溫度傳感器檢測溫度是否到達預(yù)設(shè)的溫度，如果沒有到達目標，通過89C52發(fā)出信號給電輔助加熱裝置進行加熱。2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)備是由89C51單片機、鍵盤輸入模塊、時鐘模塊、顯示模塊、水位采集模塊、溫度采集模塊、電加熱模塊共同構(gòu)成的。本系統(tǒng)遙控接收模塊、水位采集模塊、溫度

19、采集模塊、時鐘模塊、鍵盤輸入模塊是輸入端。顯示模塊、電磁閥控制模塊、電加熱模塊作為輸出端。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2鍵盤輸入模塊時鐘模塊數(shù)據(jù)處理模塊AT89C52系列單片機遙控接收顯示模塊電磁閥控制水位水溫控制電路水位采集模塊電加熱溫度采集模塊圖2.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖3 器件選擇3.1 單片機的選擇本次設(shè)計為基于單片機的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，單片機是設(shè)計的最為重要的一部分，是本控制系統(tǒng)的核心，一切工作都是單片機在發(fā)出命令。然而現(xiàn)在市場上有各種型號的單片機，因此需要選擇合適并且性價比高的單片機進行設(shè)計。經(jīng)過比較最終選擇了單片機AT89C52，本單片機是一種性價比很高的一種，不僅耗電量低而且

20、功能強大。采用8位微控制器，具體解釋是一類通過控制電壓的放大器。經(jīng)過查資料發(fā)現(xiàn)AT89C51是4位的，而且沒有T2定時器，沒有8位的單片機RAM容量大，功能明顯不如本次選擇的，所以不使用AT89C51。因此選用AT89C52單片機。C52有40個引腳，其中有4大組，每組有8個引腳。這四大組引腳是可以雙向輸出的，可以與其他模塊相連接進行數(shù)據(jù)的傳輸。剩余的8個引腳包含通信口，讀寫口，計時器和外中斷口。實物圖如圖3.1圖3.1 AT89C52實物圖3.1.1 引腳介紹P0.0-P0.7引腳：顯示屏與單片機的橋梁P1.0-P1.3引腳：與水位檢測器相連接，使信號傳輸?shù)紺52中，對水位進行讀取。P2.0

21、-P2.3引腳：與四個按鍵分別相連，實現(xiàn)設(shè)定參數(shù)的功能。P2.7引腳：DS1820溫度傳感器與之相連，通過P2.7輸出到單片機。P3.4引腳：單片機通過P3.4引腳與電輔助加熱裝置連接，通過單片機處理發(fā)出信號控制加熱裝置。P3.5-P3.7引腳：時鐘芯片DS1302發(fā)出時鐘脈沖給主控模塊。圖3.3.3 89C52引腳圖3.1.2 單片機的功能本次選用的89C52單片機功能是處理水位采集模塊、溫度采集模塊傳進來的信號，處理完畢把數(shù)據(jù)顯示到顯示屏中，同時把信號傳輸給加熱裝置與電磁閥，使它們實現(xiàn)功能，當達到預(yù)定時間和溫度時恢復(fù)到閉合狀態(tài)。3.2 時鐘芯片3.2.1 器件選擇本次采用DS1302時鐘芯

22、片，此芯片比其他的性能高，本身帶有閏年補償功能，可以自己判斷是不是閏年，如果是閏年自動加一天，防止時間偏差。它的工作電壓極低，在2.0-5.5V之間，因此實現(xiàn)了它耗電低的性能。時間單位廣也是它的一大功能，能實現(xiàn)從年到秒的記時，可以滿足大多的設(shè)計。實物圖如圖3.2.1.圖3.2.1 DS1302實物圖3.2.2 引腳說明本芯片一共有8各引腳，其中X1和X2與電容和晶振組成晶振電路，兩個電源端分別接2.0-5.5V之間的電壓，GND引腳接地。DS1302時鐘芯片引腳圖如圖3.2.2。圖3.2.2 DS1302引腳圖（此圖畫得不規(guī)范）3.2.3 完成功能該電路采用DS1302實時時鐘芯片，該芯片與單

23、片機P3.5、6、7相連接，單片機將時鐘數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送到LCD液晶顯示屏，使液晶顯示屏接收到相關(guān)數(shù)據(jù)并且進行顯示。為防止系統(tǒng)斷電，同時單片機把時鐘數(shù)據(jù)發(fā)送到DS1302時鐘寄存器。DS1302時鐘寄存器接收到單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)并實時記錄時間，當系統(tǒng)再次上電，單片機可通過讀取時鐘寄存器的時鐘數(shù)據(jù)，并且發(fā)送到LCD液晶顯示。3.3 溫度檢測器3.3.1 溫度傳感器的選擇溫度傳感器是本次設(shè)計的重要結(jié)構(gòu)之一，溫度傳感器適用于檢測溫度幅度大的，目標小的。其中溫度傳感器也分為很多種，因此我們需要選定最為適合的。溫度傳感器大體分為兩種，首先是需要接觸的溫度傳感器，其次是非接觸式溫度傳感器。接觸式傳感器能

24、感知物體的熱容量，當物體熱容量小會降低溫度的測量精度，因為傳感器與物體接觸，會產(chǎn)生熱傳遞。非接觸式溫度傳感器特點是反應(yīng)快，沒有對物體熱容量的要求，不會干擾溫度場，但是成本較高，不適合家庭通用的設(shè)計。通過上述的分析最終選擇了DS18B20芯片圖3.3.1 DS18B20器件圖3.3.2 引腳說明本傳感器只有3個引腳，電源端接5V的電壓，地端接地，DQ引腳與單片機P2.7連接。引腳圖如圖3.3.2。圖3.3.2 DS18B20引腳圖3.3.3 器件功能DS18B20組成集成溫度傳感器對水箱內(nèi)水溫進行時時刻刻的檢測。先把測量出的脈沖頻率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成水溫信號，之后再把水溫信號轉(zhuǎn)化為脈沖電信號，最后編碼

25、檢測出來的溫度數(shù)據(jù)傳送到AT98C52的I/O端并且經(jīng)過次單片機讀取數(shù)據(jù)處理后送到顯示端口。3.4 水位檢測器3.4.1 水位傳感器的選擇方案一：采用渦流計量式傳感器。本傳感器的工作方式是通過水流的流動使里面葉輪轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生脈沖信號。單片機通過此脈沖信號可以計算出水量的多少。但是這種傳感器性能非常不穩(wěn)定，當水流過小或者葉輪不靈時會是傳感器不準或失靈。所以既會造成器件的損壞也不實用，所以渦流計量式傳感器不適合本次設(shè)計。方案二：使用內(nèi)置浮子式傳感器。原理是利用一個帶有磁性浮子浮在水平面上，隨著水平面的升高或降低這個浮子也隨著上下浮動，通過浮子使管中的干簧管連通斷開從而產(chǎn)生脈沖信號，進而通過單片機

26、分析在顯示屏中顯示出水量的多少。但是這種大多適用于開放式物體的水位測量，原因是內(nèi)置浮子式傳感器需要垂直安裝，但是太陽能熱水器水箱基本都是封閉式的，而且垂直安裝不滿足對于大多數(shù)的水箱空間的要求，另一點不符合熱水器的方面在于自來水中含不溶于水的礦物質(zhì)，這些礦物質(zhì)經(jīng)過加熱后會產(chǎn)生水垢，水垢堆積會卡住磁性浮子的上下浮動，使傳感器失靈，傳入單片機的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上也可能會有很大的差別。所以內(nèi)置浮子式傳感器也不適用于本次設(shè)計的要求。方案三：外置浮子式傳感器。外浮子傳感器是在內(nèi)浮子的基礎(chǔ)上把浮子放入外面的一個類似量筒的容器中，這樣雖然可以解決水垢堆積導(dǎo)致浮子失靈的問題，但是量筒中可能會產(chǎn)生雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會使

27、量筒中的浮子準確度降低，久而久之儀器會更加的失準。因此淘汰外置浮子式傳感器這一方案。方案四：RC充放電式水位傳感器。此傳感器用的就是RC充放電電路進行水位檢測。這個傳感器最為突出的特點是其外貌形態(tài)很簡單，RC充放電式傳感器可分為兩個端口，其中公共水位端口是第一個端口，實際水位端口是第二個端口。其中可以包含五個傳感器測水位，每個傳感器分別在水箱不同高度的位置上，再通過不同的實際水位端口和公共水位端口的電阻值不同，通過系統(tǒng)的計算得出水面高度。其精準度交高，價格偏高。方案五：排阻分檔鍵盤式水位傳感器。本傳感器如字面意思上像鍵盤式電路有些類似。此傳感器的有四個銅質(zhì)金屬針，銅物質(zhì)本身有防腐性強的特性，所

28、以可以長時間的與水接觸。其中原理是這4根銅真分別放在水箱的不同位置上，把水箱分成均等的幾部分。當銅針不與水面接觸時的電平與不與水面接觸的電平是不同的。因為容器與地相接，所以可以把接觸面的位置看作接地，電平為0。當一根銅針不與水接觸時電平為+5V，原理同上數(shù)量不同的銅針不與水面接觸會產(chǎn)生不同的電平，把輸出的電平信號輸入到CD4069開關(guān)中，再通過CD4069開關(guān)進行反向輸出給74LS244，最后將硬件74LS244與單片機AT89C52的P1.0引腳，P1.1引腳，P1.2引腳相連接，經(jīng)過單片機的內(nèi)部分析把結(jié)果輸入到顯示屏中顯示。本傳感器可以把水箱分為4部分，每部分為25%。此傳感器的優(yōu)點是可以

29、省去A/D轉(zhuǎn)換器，精確度不如RC充放電式水位傳感器。經(jīng)過上面的五個方案的比較，因為太陽能熱水器對溫度精準度不需要很高，所以本次設(shè)計本著成本低，并且符合實用的要求選擇第五方案，運用排阻分檔鍵盤式水位傳感器來進行水位檢測模塊的運行。 3.5 按鍵3.5.1 按鍵的選擇方案一：矩陣式按鍵。矩陣式顧名思義就是如數(shù)學上的矩陣一樣分為行線和列線，開關(guān)的連接端與行線、列線相連接。多個開關(guān)并列安排，最終形成網(wǎng)格一樣的矩陣式排列。矩陣式鍵盤原理是當無人觸碰開關(guān)時，電路因為有電阻的影響不進行導(dǎo)電，行線端為高電平狀態(tài)。當有人使用按鍵時，行線與列線會通電，此時行線由高電平狀態(tài)開始發(fā)生電平變化，電平的變化是通過行線的變

30、化使對應(yīng)的列線變化而變化。通過不同的電平變化來輸出信號，矩陣式鍵盤上每個按鍵原理如上面所講，最終通過多個按鍵行列電路的相互影響與配合來完成最后需要的功能。這種鍵盤控制電路適用于單片機的設(shè)計，按鍵多的技術(shù)優(yōu)先選擇此電路。而此次設(shè)計只需要四個按鍵，所以比較大材小用，不適合本次設(shè)計。方案二：獨立式按鍵。獨立式按鍵在人們生活中應(yīng)用更加的廣泛，最多的應(yīng)用如家庭電燈的開關(guān)。此按鍵最為突出的特點是電路結(jié)構(gòu)非常簡單，只是用一個I/O線與按鍵相連接構(gòu)成一個獨立式按鍵。優(yōu)點就是配置靈活，安裝多個獨立式按鍵不會相會干擾影響。缺點就是如果按鍵太多會對材料產(chǎn)生不必要的浪費。所以獨立式按鍵只適合按鍵少的電路設(shè)計使用。本次

31、設(shè)計的五鍵設(shè)計完全符合此條件。通過上述方案一、二的比較，顯而易見方案二的獨立式按鍵是本次的最佳選擇。4 硬件系統(tǒng)設(shè)計4.1 單片機最小控制系統(tǒng)本次是以AT89C52單片機為主體，各個模塊相結(jié)合完成的一次設(shè)計。如圖4.1是本次的最小控制系統(tǒng)。其中包括一個晶振電路，起這巨大的作用，可以說是整個系統(tǒng)的心臟，為單片機提供脈沖信號。圖 4.1 單片機最小系統(tǒng)4.2 時鐘模塊本次時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片。通過P3.4-P3.5引腳與單片機傳送數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)預(yù)設(shè)時間上水提供前提。時鐘模塊如圖4.2。圖4.2 時鐘模塊 4.3 溫度采集模塊溫度傳感器DS18B20的第一端口接5V電源，第二端口端口接地，

32、DQ端接AT89C52單片機P2.7口。使應(yīng)用的DS18B20傳感器最終結(jié)果輸入給單片機，單片機可通過讀取時鐘寄存器的時鐘數(shù)據(jù)，并且發(fā)送到LCD液晶顯示。溫度采集模塊電路圖如圖4.3。圖4.3 溫度采集模塊4.4 水位采集模塊排阻式水位傳感器的4個銅針通過CD4069和74LS244與單片機P1.0-P1.3，每個銅針產(chǎn)生的電平值傳給單片機，使其判斷出水位的變化。模塊如圖4.4。圖4.4 水位采集模塊4.5 液晶顯示模塊本液晶顯示模塊使用LCD1602。如圖4.5，1602與單片機AT89C52的P0.0-P0.7引腳連接，單片機接收完各個模塊采集的信息后傳送給液晶顯示器，顯示出水溫、水位、時

33、間信息。液晶顯示模塊如圖4.5。圖4.5 液晶顯示模塊 4.6 遙控接收模塊 遙控接收模塊是通過紅外一體裝置使遙控對系統(tǒng)進行控制。此模塊如圖4.6。圖4.6 遙控接收模塊5 軟件系統(tǒng)設(shè)計5.1 主程序流程框圖本系統(tǒng)流程是通過系統(tǒng)對是否到達預(yù)設(shè)時間、水位是否小于最低水位與是否到達預(yù)設(shè)水位、溫度是否達到預(yù)設(shè)溫度一系列的判斷，從而進行運行。流程圖如圖5.1。開始定時器等初始化化進入while循環(huán)讀取溫度值是否是設(shè)置狀態(tài)顯示溫度和定時時間判斷水位狀態(tài)加水繼電器吸和關(guān)閉加水和報警關(guān)閉繼電器并報警預(yù)約時間是否到達溫度值與上下限關(guān)系結(jié)束停止加熱并報警啟動加熱并報警數(shù)據(jù)處理模塊AT89C52系列單片機溫度采集

34、模塊顯示模塊 低于下限 高于上限 狀態(tài)錯誤下限 Y N 圖5.1（不對）5.2 溫度檢測流程圖 使用DS18B20芯片來完成本次溫度檢測，它的量程在-55-125之間。經(jīng)過太陽能熱水溫在0-100之間，所以量程符合。溫度檢測電路通過d18b20傳感器將信號通過顯示屏顯示出，首先設(shè)定延時之后進行數(shù)值的初始化，產(chǎn)生的脈沖信號進行讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)功能，最后進行溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，輸出到顯示屏。功能流程圖為圖5.2。此芯片內(nèi)部流程圖如圖5.2.1。計算溫度啟動芯片初始化開始顯示讀溫度圖5.2 功能流程圖斜率累加器比較溫度寄存器計數(shù)器1=0計數(shù)器2=0高溫度系數(shù)晶振低溫度系數(shù)晶振預(yù)置0預(yù)置 置位 加一停止圖5

35、.2 芯片內(nèi)部流程圖5.3 顯示器流程圖LCD1620液晶屏顯示的原理是通過電壓對液晶的影響，有電壓的液晶部分顯示內(nèi)容，反之沒有內(nèi)容。此顯示屏在運作之前需要把標志位調(diào)到低電平，之后對系統(tǒng)進行延時設(shè)定，使系統(tǒng)正常工作。最后判斷系統(tǒng)是否處于忙碌，如果忙碌繼續(xù)運行，知道不忙碌停止。液晶顯示模塊流程圖如圖5.3。圖5.35.4 時鐘電路流程圖時鐘電路是很常見的一個電路，在生活中人們也離不開對于時鐘電路的應(yīng)用。時鐘電路開始需要對變量進行初始化，之后進入復(fù)位端產(chǎn)生一個高電平信號，接下來寫1302地址，經(jīng)過一段延時向該地址寫數(shù)據(jù)，寫入地址后在自動再生成一個新的地址，判斷是否寫完數(shù)據(jù)，如果寫完再復(fù)位一個高電平

36、，寫1302地址，經(jīng)過一段延時讀出數(shù)據(jù)最后輸出顯示數(shù)據(jù)。若果沒有寫完數(shù)據(jù)再進行上面的步驟。流程圖如圖5.4。開始變量初始化復(fù)位端產(chǎn)生一個高電平延時一段時間向該地址寫數(shù)據(jù)增加新地址數(shù)據(jù)是否寫完復(fù)位端產(chǎn)生一個高電平寫1302地址延時一段時間讀出將該地址數(shù)據(jù)增加新地址數(shù)據(jù)是否寫完顯示數(shù)據(jù)寫1302地址 圖5.4 時鐘電路流程圖5.5 水位監(jiān)測流程圖水位檢測是通過水位檢測傳感器測出是否滿足最低水量要求，如果不滿足自動上水，之后再判斷是否滿足使用者設(shè)定的水位，滿足的話停止上水，反之再開上水閥直到滿足設(shè)定水量才停止。流程圖如圖5.5。初始化系統(tǒng)水位顯示開中斷水位最低水位設(shè)定開電磁閥加水水位設(shè)定關(guān)電磁閥 返

37、回 N Y N Y Y N圖5.5 水位檢測流程圖6 系統(tǒng)測試6.1 開機狀態(tài)測試連接電源，按電源鍵打開設(shè)備。LCD液晶顯示板上開始會顯示系統(tǒng)初始化，所有的數(shù)值為0。經(jīng)過大約1秒鐘，屏幕上會顯示當前的溫度和需要設(shè)定的溫度上限與下限，還有預(yù)約時間的顯示。開機初始化測試與正常運行如圖6.1。圖6.1 開機測試圖6.2 溫度上下限調(diào)節(jié)本設(shè)計一種有6個按鍵，如圖6.3所示，藍色按鍵為開機鍵，屏幕下方的為復(fù)位鍵，剩余最下面的4個為調(diào)節(jié)設(shè)置參數(shù)的按鍵。下面4個按鍵中，從左到右的順序，第一個為設(shè)置鍵，用來選擇預(yù)設(shè)時間的功能和預(yù)設(shè)水溫上下限；第二個是加溫度或者時間的鍵；第三個是減溫度或者時間的鍵；最后一個鍵是

38、確定。圖6.2為改變溫度上下限的比較圖。圖6.2 溫度上下限的比較圖6.3 預(yù)設(shè)時間如圖6.3可以看到液晶顯示器的右上角上的變化，本次預(yù)設(shè)的是1分鐘，所以顯示為001,當?shù)竭_000時系統(tǒng)自動上水。在圖中可以看到工作正常運行。圖6.3 預(yù)設(shè)時間比較6.4 加熱模式測試如圖6.4，其中黃色等代表是否在加熱，黃燈亮時可以看到實際溫度小于預(yù)設(shè)最低溫度，所以為加熱狀態(tài)；當燈不亮時，在液晶屏中看到當前溫度為39.6，高于預(yù)設(shè)最高溫度35，所以停止加熱。 圖6.4 加熱功能測試6.5 上水模式測試 如圖6.5所示，在正常情況下可以看到綠色的燈是亮的，這時表示系統(tǒng)處于上水狀態(tài)。當把傳感器都放入水杯里，這種情況

39、相當于水滿了，可以看到燈已經(jīng)熄滅，說明此時水滿狀態(tài)并且停止上水。圖6.5 上水功能測試結(jié) 論本次設(shè)計運用了大學四年學到的理論知識和實際操作經(jīng)驗。制作太陽能智能控制系統(tǒng)的過程中翻閱了各種書籍，也查詢了各種資料。在大學數(shù)電和模電課中，電路的設(shè)計、耦合電路、時鐘電路這些內(nèi)容有很大的涉足。并且因為需要各個程序的測試，更加熟練了PROTEL和DXP這些軟件的使用，對以后的工作也有很大的幫助。本智能控制系統(tǒng)比以前的控制器更完善，而且本設(shè)計最突出的是性價比很高，可以溫度自定義設(shè)置和時間自定義設(shè)置，使得比以往的熱水器更加的智能，讓人們更加容易的使用。本控制器用電量也比以往的耗電量低，可以節(jié)約資源。系統(tǒng)的優(yōu)點是

40、可以進行有效的電輔助加熱，讓熱水器對太陽能的依賴性大大的降低，也造福了人們。同時外設(shè)遙控器控制，讓使用者可以通過遙控對熱水器進行控制。設(shè)計都有不足，此次設(shè)計也有讓人不滿意的方面。在對于水管里遺留下的水沒有實現(xiàn)有效的處理和利用，在這個方面跟以往的熱水器一樣都浪費了水資源。所以在以后的生活中仍然需要不停的學習，即使即將步入社會也不能停歇?？偠灾?，本次設(shè)計依舊是成功的，能實現(xiàn)完整的功能，并且因為其性價比高的特點上非常適合商業(yè)使用，目前的社會服務(wù)業(yè)占有很大的一部分百分比，旅游住房更是不可缺少的，用此太陽能智能控制系統(tǒng)能夠獲得更大的利潤，而且完全能實現(xiàn)顧客的使用要求。在私家住宅中也同樣的適用。 參 考

41、 文 獻1 周天逸.單片機應(yīng)用程序的設(shè)計.山西科技大學出版社.2001.2 王曾冬.嵌入式系統(tǒng)的研究M.中國礦業(yè)大學出版社，2005.3 孫鋒.單片機技術(shù)大全.清華大學出版社,2007.11.4 譚浩強.C程序設(shè)計.北京航空航天大學出版社有限公司，2005.7.5 劉迎春，葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用.國防工業(yè)出版社，1998.6 張俊謨.單片機中高級教程原理與應(yīng)用（第2版）.北京：北京航空航天大學出版社，2006.7 宋曉偉，孟國營，葉洋等.基于nRF24L01的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng).煤炭工程；2010.11.20.8 沈東方，章堅武.基于Wireless USB的采集終端設(shè)計與實現(xiàn).大眾科

42、技；2010.02.10.9 馬忠梅.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計M.北京：北京航空航天大學出版社，1998. 10 李華等.單片機實用接口技術(shù). 北京：北京航空航天大學出版社，2002.11 余發(fā)山.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學出版社，2003.12.12 索雪松等.傳感器與信號處理電路.北京：中國水利水電出版社，2008.13 何有才.常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計與實踐J.科學出版社,2007.14 果莉.點滴監(jiān)控系統(tǒng)的研究J中國科技信息；2005年17期.15 王青云. 基于單片機的溫度測量系統(tǒng)J 2010，(05).16 張媛媛. 基于C8051F020的溫濕度控制箱設(shè)計J國外電子

43、元器件, 2004,(10) .17 江孝國,王婉麗,祁雙喜. 高精度PID溫度控制器J電子與自動化, 2000,(05) .18 于洋. 高低溫試驗箱微機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計J工業(yè)儀表與自動化裝置, 2003,(02) 19 李建東. 基于單片機的溫度測量系統(tǒng)J 科學出版社2010，(05).20 彭立，張建洲，王少華. 自適應(yīng)溫度控制系統(tǒng)的研制J東北師大學報(自然科學版), 1994,21 李麗宏，謝克明；液位自動檢測的現(xiàn)狀與發(fā)展J；太原理工大學學報；2001年04期.22 樓然苗，李光飛.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)J. 北京：北京航空航天大學出版社，2007.23V.Yu.Teplov,

44、A.V.Anisimov.Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ ,2002 附錄A 程序源代碼void lcd_mode(char mode);void lcd_fun1_menu(char k);void lcd_fun2_menu(char k);void ui_01(char k);void lcd4();void setchange(char k ,char level,bit a);#def

45、ine CD1NUM 7#define Thigh 80#define Tlow 30/* -*/code unsigned char ucStr1_t1="00/00/00 00:00"code unsigned char ucStr1_t2="00/00/00 00 00"code unsigned char ucStr2_m_have=" 水溫00 "/code unsigned char ucStr2_m_nhave="無水 水溫00 "code unsigned char ucStr3_modle1_1=

46、"自動模式 "code unsigned char ucStr3_modle1_2="自動模式 上水"code unsigned char ucStr3_modle1_3="自動模式加熱00"code unsigned char ucStr3_modle1_4="手動模式 "code unsigned char ucStr4_menu="菜單 " code unsigned char ucStr4_menu1="菜單加熱上水 " code unsigned char ucSt

47、r4_menu_a="設(shè)定上頁下頁返回"code unsigned char ucStr4_menu_b="下項減少增加返回"code unsigned char ucStr4_menu_c="下項 變更返回"code unsigned char ucStr4_menu_d=" 變更返回"code unsigned char null_l=" "code unsigned char ucStr3_fun_1=" 時間設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_

48、fun_2=" 日期設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_fun_3=" 模式設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_fun_4=" 水溫設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_fun_5=" 上水定時 "code unsigned char ucStr3_fun_6=" 加熱定時 "code unsigned char ucStr3_fun_7=" 其他設(shè)定 "code unsigned char ucStr3_

49、op_1=" 開 "code unsigned char ucStr3_op_2=" 關(guān) "code unsigned char ucStr3_op_3=" 加熱至 "code unsigned char ucStr3_op_4="使用 手動模式 "code unsigned char ucStr3_op_5="使用 自動模式 "code unsigned char ucStr3_op_6="智能加熱 開 "code unsigned char ucStr3_op_7=&qu

50、ot;智能加熱 關(guān) "void lcd_mode(char mode)switch (mode)case 0:LCD12864_DisplayOneLine(3,ucStr3_modle1_4);LCD12864_DisplayOneLine(4,ucStr4_menu1);break;case 1:LCD12864_DisplayOneLine(3,ucStr3_modle1_1);LCD12864_DisplayOneLine(4,ucStr4_menu);break;default:break;void jiantou()LCD12864_WriteInfomation(0x9

51、0+(level_m0/2)*2,0);if(level_m0%2=0)LCD12864_WriteInfomation(25,1);LCD12864_WriteInfomation(' ',1);elseLCD12864_WriteInfomation(' ',1);LCD12864_WriteInfomation(25,1);void lcd_fun1_menu(char k)if(k<0)LCD12864_DisplayOneLine(1,null_l);LCD12864_DisplayOneLine(4,ucStr4_menu_a);LCD1286

52、4_DisplayOneLine(3,null_l);LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_1);switch(k)case 0:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_1);break;case 1:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_2);break;case 2:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_3);break;case 3:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_4);break;case 4:LCD12

53、864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_5);break;case 5:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_6);break;case 6:LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_7);break;default:break;void lcd_fun2_menu(char k)idata char bfpot=0;/LCD12864_DisplayOneLine(2,ucStr3_fun_1);switch(k)case 0:LCD12864_DisplayOneLine(1,ucStr3_fun_1);display(0x8a,tm);display(0x88,th);LCD12864_DisplayOn