工作頁太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)實施方案

個人收集整理 僅供參考學習專業(yè)：新能源應用技術班級：11新能源一日期：6月19日學習項目：太陽能熱水器智能管理姓名：陳緣組長：陳緣學號：11022113組別：2學習任務：太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)設計任務描述：太陽能熱水器使用方便，節(jié)能，無污染，普及推廣迅速 .目前市場上太陽能熱水器地控制系統(tǒng)大部分都存在著或多或少地缺點：功能單一、操作復雜、控制不方便等 .隨著人們生活水平地提高和電子技術地發(fā)展 ,這樣地太陽能熱水器控制系統(tǒng)越來越不適應人們地生活需求，開發(fā)一種控制方便，操作靈活地太陽能熱水器地管理控制系統(tǒng)，有利于更好地使用太陽能熱水器系統(tǒng) .任務3太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)設計一、任務描述在了解太陽能熱水器智能管理控制系統(tǒng)地構成及特點地基礎上， 以單片機作為核心部件設計智能管理控制系統(tǒng)，實時采集溫度和水位數(shù)據 , 并設置報警系統(tǒng)，當水位不符合某一標準時發(fā)出報警信號（高、低水位報警控制） ，當水溫不符合設定地溫度時發(fā)出報警，還有定時提醒加水地功能，以及輔助能源加熱功能 .b5E2RGbCAP二、知識獲取學生通過教師教授、自主學習、小組討論，獲取本任務所學地知識點，了解常用地溫度傳感器，常用地壓力傳感器；掌握熱水器智能控制系統(tǒng)硬件設計、軟件設計地方法及步驟.p1EanqFDPw三、任務實施由小組長協(xié)調組織，在小組討論、教師指導下完成下面地任務 .1、小組討論，確定溫度測量、水位測量地方法，選擇相關元器件構建太陽能熱水系統(tǒng)智能管理控制系統(tǒng)方案繪制系統(tǒng)原理框圖 .DXDiTa9E3d答：系統(tǒng)組成 ：如圖1所示，本系統(tǒng)主要由控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成 RTCrpUDGiT控制器：主要通過里面地電磁閥控制 YV1和YV2地通斷，控制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中地位置以及控制電阻加熱絲加熱 .5PCzVD7HxA1/13個人收集整理 僅供參考學習自動控制閥：主要通過控制器控制，當水箱中地水地實際溫度大于所設置地溫度時，自動閥就自動打開往水箱中上水，直到上到上一個目標水位為止. 手動控制閥：當自動閥損壞時，可以通過手動閥進行上下水.jLBHrnAILg水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水地位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個電極，接地地電極放在最水箱地最底下，其余分別放在四等分點上，比如當水箱中地水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一地水，當超過第二

圖1系統(tǒng)組成示意圖等分，則顯示二分之一地水 .xHAQX74J0X水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水地實際溫度 .電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達到用戶所需要地溫度 .2、小組分工合作完成熱水器智能管理控制系統(tǒng)地硬件設計，包括測溫電路設計、水位測控電路設計、鍵盤電路設計、顯示電路設計、報警電路設計 .LDAYtRyKfE答：㈠水位檢測電路地硬件設計實驗證明，純凈水幾乎是不導電地，但自然界存在地以及人們日常使用地水都會含有一定地Mg2+、Ca2+等離子，它們地存在使水導電 .本控制裝置就是利用水地導電性來完成地. Zzz6ZB2Ltk2/13個人收集整理 僅供參考學習我們把儲水箱大致分為四個等份，水位由潛入太陽能熱水器地儲水箱不同深度地水位電極和潛入儲水箱底部地公共電極（導線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接地三極管進行電位轉換，水位到達地電極，轉換電位為低（0）；水位沒有到達地電極，轉換電位為高（1）；每檢測一位便得到一位數(shù)據，5個電極檢測一遍以后便得到了5個串行數(shù)據，然后把這5個數(shù)據轉化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮地盞數(shù)來顯示水位地高低（.若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內沒有水或者只有少量地水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內有四分之一箱地水，以此類推，若有四個發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿地.）dvzfvkwMI1當水位未達到a時，即h<a時、這時傳感器地總阻值為4R，對應，系統(tǒng)處于缺水狀態(tài).當ah<b時，傳感器電阻阻值為3R，對應，系統(tǒng)處于20%水位.當bh<c時，傳感器電阻阻值為2R，對應，系統(tǒng)處于50%水位.當ch<d時，傳感器電阻阻值為R，對應，系統(tǒng)處于80%水位.當h=d時，傳感器電阻阻值為0，對應，系統(tǒng)處于100%水位.其中，環(huán)形振蕩器產生地方波周期T（或f）可通過單片機P87LPC744BN地兩個定時/計數(shù)器（T0、T1）來確定，T1用來計數(shù)，T0用來定時.rqyn14ZNXI圖3-9水位檢測電路㈡水溫檢測電路地硬件設計3/13個人收集整理 僅供參考學習圖2水溫檢測電路本設計溫度傳感器選用 AD590.AD590 屬于半導體集成電路溫度傳感器，測溫范圍-55℃-+150℃，在其二端加上一定地工作電壓， 其輸出電流與溫度變化成線性關系， 1uA/°K，誤差有幾種等級 :±1、±0.5、±0.3℃，本設計中選取± 0.5℃品種.OP07為高精度運算放大器，AD590電流流經 R1、RP1轉換為電壓信號， R2、RP2為運算負反饋電阻，成反相比例放大器，將溫度信號轉換成 0-5V地電壓信號， ADC0832再將其轉換為數(shù)字信號，輸入CPU.圖2-8為溫度檢測和 A/D轉換電路圖 控制器地操作使用方式自然合理 .S1用來切換操作狀態(tài) .控制器有“直接控制”和“參數(shù)修改”兩種工作狀態(tài).按S1鍵顯示“00”，控制器進入“直接控制”狀態(tài)，顯示“01、”“02、”“03、”“04分”別表示“水位上限設定”、“定時上水時間設定”、“定時加熱時間設定 ”、“加熱溫度設定 ”.EmxvxOtOco進入到“參數(shù)修改”地狀態(tài)以后，，首先S1接受本次修改，并切換到下一個參數(shù)， S2、S3用來修改規(guī)定地參數(shù)，S4取消本次修改.進入“直接控制”后，S3用來手動加熱，S2用來手動上水，，S4用來停止加熱或上水;如果水位已經超過預先設定水位地上限，水溫已經超過預先設定地溫度， “直接控制”將不起作用.SixE2yXPq5設定水位上限：控制器可以監(jiān)測 6個水位，上限水位可以由用戶設置，水位上限設置范圍為位置 3、4、5、6.設定定時上水時間：每天在規(guī)定時間檢查水位，并上滿 .若設定時間為 00或大于等于24，則取消自動定時上水 .6ewMyirQFL設定定時加熱時間：每天在規(guī)定時間檢查水溫，若水溫低于設定溫度，則接通電加熱器，將水溫加熱到設定溫度 .若設定時間為 00或大于等于 24，則取消自動定時加熱.kavU42VRUs設定加熱溫度：定時加熱溫度也可以由用戶設定，可設定范圍為20℃～60℃.4/13個人收集整理 僅供參考學習㈢按鍵電路地硬件設計P1.0-P1.7口作為按鍵地信號輸入端，鍵按下，就執(zhí)行該鍵地功能 .其電路如圖 3所示.（為了編程簡單、方便，采用獨立式鍵盤電路） y6v3ALoS89當按鈕按下后，電路與地接通時，I/U口與地面相連為低電平.按鈕沒有按下時，電路不與地面相接，I/U口與電壓高端相連為高電平.M2ub6vSTnP本設計中采用了共陰極接法，對于顯示水溫水位地程序作如下說明：①在動態(tài)掃描過程中，調用延時子程序 Del1，其延遲時間為 1ms，這是為了使掃描到哪位顯示器穩(wěn)定地點亮一段時間，猶如掃描過程中在每一位顯示器上都一段駐留時間，以保證其顯示亮度.0YujCfmUCw②本設計接口電路是軟件為主地接口電路，對顯示數(shù)據以查表方法得到其字形代碼，為此在程序中有字形代碼 Table,從0開始依次寫入十六進制數(shù)地字形代碼 .為了進行查表操作，使用查表指令MOVCA，@A+DPTR，由DPTR提供16位基址，由A提供變址，因此顯示數(shù)據送A后，再由A送P0.1~P0.6輸出給顯示器.eUts8ZQVRd圖3按鍵電路㈣顯示電路地硬件設計本設計采用共陽型數(shù)碼管， 8個LED燈如圖3-13中接法，燈地負極依次接到數(shù)碼管5/13個人收集整理 僅供參考學習地a-f段，采用動態(tài)掃描電路，并把顯示程序作為主程序 .數(shù)碼管地段用 P0口控制，P2.0口、P2.3口作為數(shù)碼管地位控制， P2.4作為指示燈地控制 .sQsAEJkW5T圖4時鐘顯示電路系統(tǒng)輸入信號有：6個液位信號、1個溫度信號、4個觸摸鍵;輸出信號有：4位LED數(shù)碼管分時顯示當前溫度和液位，3個位輸出控制繼電器分別控制上水電磁閥、加熱泵、增壓泵，1個位輸出控制蜂鳴器作為低水位報警信號和其他異常情況報警，2個位輸出指示上水、加熱狀態(tài).用戶設定項目有水位上限、熱水溫度、上水定時、加熱定時.設定參數(shù)用EEPROM保存，停電后參數(shù)無需重新設定.系統(tǒng)具有故障自檢功能，電磁閥、加壓泵在停水時會自動切斷，水位傳感器有故障時禁止上水，以免上水時溢出.GMsIasNXkA液位傳感器主要采用ATS173型霍爾元件，若干個霍爾元件被固定在一個垂直地導槽上，磁鋼浮子地帶動下沿著導槽移動，霍爾元件地輸出在電阻網絡地作用下轉換成不同地電壓，經過ADC通道最終送入MCU.這樣，僅用一個ADC通道可以實現(xiàn)多路數(shù)字信號地輸入.溫度傳感器采用負溫度(NTC)型通用熱敏電阻，信號經另一路ADC輸入MCU.保存設定參數(shù)地EEPROM采用HT93LC46，采用串行方式與MCU接口，整個控制器地硬件及對MCU地資源要求降到最低.MCU根據檢測到地水位信號、水箱溫度信號，以及用戶地設定或操作，通過軟件進行數(shù)值計算和邏輯運算，以確定當前應該進行地操作，并通過輸出口控制進水閥、加壓泵、加熱泵地狀態(tài)，以實現(xiàn)要求地控制功能.由于SN8P1706地I/O口驅動能力可高達15mA，采用高亮度地LED顯示無須再使用驅動器件，可以由SN8P1706地I/O口直接驅動 .TIrRGchYzg6/13個人收集整理 僅供參考學習㈤報警電路設計由于是用于家用熱水器，考慮到成本問題，故采用發(fā)光二極管報警，相較蜂鳴器而言，既降低了成本，也使設計簡單化.7EqZcWLZNX圖5中7407是正向緩沖/驅動器.它具有緩沖功能，同時也可以提高電流地驅動能力.7407有兩種接法：（1）當電路共陽極接法時，7407主要起著緩沖地作用，就是緩沖單片機地承受能力，如果沒有7407，那么單片機承受地電流能力很小，那么工作電流就受到了限制，亮度不夠亮，而加上7407就可以緩解單片機地灌電流，從而，可以減少限流電流地值，使流過二極管地電流增強,從而燈變更亮.（2）當電路共陰極接法時，即將電源接地，二極管反接過來，這是單片機上拉電流被 7407放大，來驅動燈 .綜上所述，報警電路如圖所示：lzq7IGf02ED12 1 P1.3LED-RED 緩緩緩7407圖5報警電路3、小組分工合作完成熱水器智能管理控制系統(tǒng)地軟件設計 .答：㈠軟件設計原理及設計所用工具本次設計主要利用 C語言編寫程序，根據功能地需要進行編程， 其中軟件設計所用地軟件主要是 KeiluVision3軟件，PROTEUSISIS軟件.zvpgeqJ1hk即使在天氣條件不理想地情況下， 太陽能熱水器也能夠在用戶預先設定好地時間內向用戶提供熱水，給用戶生活提供了極大地便捷 .當控制器在用戶預先設定地時間范圍內使水溫達到預先設定設定溫度時，控制器會通過聲光報警來提醒告知用戶 .NrpoJac3v1根據這一要求，控制器軟件設計采用模塊化結構，包括主程序、鍵盤中斷子程序、DS12887更新周期結束中斷子程序、 LED 顯示子程序和提前加熱時間計算子程序等 .系統(tǒng)主程序地任務主要是完成溫度和水位地檢測功能以及進行預算輔助加熱時間和一些基本初始化功能.主程序中主要利用查表地方法進行輔助加熱提前量進行預算.1nowfTG4KI系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示：7/13個人收集整理 僅供參考學習圖6系統(tǒng)程序流程圖關于時間和溫度地設定，每次設定完成后，設定值會存入到DS12887地非易失性RAM中，當下次開機時會自動進行數(shù)值地讀取.這樣做有兩個優(yōu)點：其一是當系統(tǒng)不進行時間和溫度地設定時，就默認該設定值和先前地設定值等同，這樣就解決了每次開機需要從新設定時間和溫度地問題，減少了用戶地操作程序，其二是如果系統(tǒng)在運行中間斷電且供電再次恢復時，可以不用再重新設定溫度和時間值，系統(tǒng)可以按原先設定地默認值對溫度進行控制，使控制器對外界條件環(huán)境地處理和適應能力得到進一步提高.對提前加熱時間地計算，則是系統(tǒng)能否實現(xiàn)預定加熱功能地重要一步.因為系統(tǒng)采用分段式水位檢測，若采用能量守恒地方法對提前加熱時間進行預算，也同樣得不到精確地結果.為了避開繁瑣地計算過程，本系統(tǒng)中采用了模糊控制思想，使用了如下一些控制語句：fjnFLDa5ZoIF水位高AND溫度差大THEN加熱時間長IF水位適中AND溫度差適中THEN加熱時間適中8/13個人收集整理 僅供參考學習IF水位低AND 溫度差低 THEN 加熱時間少采用這種思想后，可以用實驗方法獲得各種情況下需要加熱地時間， 編制成表格.使用時，只要查表獲得提前加熱時間就行了 .顯然，表格分得越細，控制就越準確 .本控制器采用溫差每等于 5℃為一格， 就能滿足控制要求了 .為了減小誤差，試驗表明，可以采用如圖7地方法.tfnNhnE6e5圖7水位監(jiān)測處理示意圖實驗中，用水位達到B1時地結果代替水位達到A1時地結果，B2代替A2，B3代替A3，B4代替A4.這樣，CPU讀入地A1水位查表后得到地預加熱時間是實驗中水位在B1處地時間.經過這種處理，會把由于分段檢測而產生地計算誤差減小一半，由原來地h變成了h/2(h為分段水位檢測間隙).如果水箱水深為40cm，分8段檢測，此種處理方法地計算將使水位誤差由原來地5cm變成了2.5cm.這種誤差對于民用地熱水器來說，已完全能夠滿足要求了.HbmVN777sL㈡顯示子程序分析表明，移位寄存器74LS164僅有串入并出作用沒有譯碼功能.因此，在編寫顯示驅動程序之前，首先需要計算列寫出與本電路對應地LED段選碼，然后由89C52地P3.0口送入74LS164地串行輸入端，再并行輸出到LED地段選端.需要指出地是，上面顯示電路采用TOS28106BHK型號地共陽極LED顯示器，根據PCB印制線路板地連線方便，其LED地8個段選端與74LS164地并行輸出口即8根段選線地連接沒有遵照通常地規(guī)律，而是如圖3-5所示地段排列為7、6、4、2、1、9、10、5，相應地段選碼也要重新計算，如顯示字符0地段選碼為11H.電路中設計了4位LED顯示器，其功能為：左首位為百位數(shù)或標志位，左二位為十位數(shù)，左三位為個位數(shù)，左四位為小數(shù)點后地十分位數(shù).據此，給出如圖8所示地顯示子程序框圖 .V7l4jRB8Hs9/13個人收集整理 僅供參考學習圖8顯示子程序框圖㈢軟件調試軟件地調試主要通過 KeiluVision3 軟件進行操作，對程序編寫過程中地錯誤進行查找，找出錯誤，進行修改，然后再進行編譯直至編譯成功，生成HEX文件，才能下載到單片機里，繼而實現(xiàn)相應功能.83lcPA59W9四、思考討論家用單個太陽能熱水器可以通過以單片機為核心地控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化管理控制 .如果單位同時使用多個熱水器，如何實現(xiàn)對多個熱水器同時智能化管理控制？ mZkklkzaaP答：將多個熱水器進行串聯(lián)在一起，形成一個大地熱水器，然后通過單片機實現(xiàn)智能化管理控制.10/13個人收集整理 僅供參考學習五、評價反饋評價采用小組長考核與教師考核相結合，從專業(yè)能力和素質評價兩個方面對學生進行評價.小組長督導本組同學完成知識地獲取，在作業(yè)本上完成作業(yè)，并根據小組成員地日常表現(xiàn)、出勤情況及完成作業(yè)情況對小組成員進行素質評價 .AVktR43bpw教師從學生專業(yè)知識獲取程度（溫度等傳感器地選用及使用、智能控制系統(tǒng)設計方法及步驟，繪制圖形地規(guī)范性）以及學習素質（出勤情況及課堂表現(xiàn)）兩方面對學生進行評價.ORjBnOwcEd個人成績評價表組長評價 教師評價評價內容 分值 評價內容 分值出勤情況（20） 作業(yè)情況（50）小組日常表現(xiàn)（ 50） 工作頁情況（30）作業(yè)完成情況（ 30） 課堂表現(xiàn)（20）小計合計版權申明本文部分內容，包括文字、圖片、以及設計等在網上搜集整理 .版權為個人所有Thisarticleincludessomeparts,includingtext,pictures, anddesign. 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