基于单片机太阳能热水器智能控制系统设计

1、Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx答辩人：梁士新答辩人：梁士新毕业论文答辩毕业论文答辩2016年年6月月太 阳 能论文主框架论文主框架 0 前言前言 1 太阳能热水器的组成与工作原理太阳能热水器的组成与工作原理 2 智能控制系统硬件设计智能控制系统硬件设计 3 智能控制系统软件设计智能控制系统软件设计 4 技术经济分析技术经济分析 5 结论结论前言前言 误差大误差大控制不方便控制不方便操作复杂操作复杂功能单一化功能单一化1 1 太阳能热水器的组成与工作原理太阳能热水器的组成与工作原理1.1 1.1 太阳能热水器组成太阳能热水器组成1.2 1.2 太阳能热水器工作原

2、理太阳能热水器工作原理1.11.1太阳能热水器组成太阳能热水器组成太阳能热水器装置简图1-集热器 2-下降水管 2-储热水箱4-恒温水箱 5-上升水管 6-自来水管 热水出水管1.21.2太阳能热水器工作原理太阳能热水器工作原理集热器吸收吸收太阳能辐射后，集热器温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，使经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱的冷水比重比较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后由上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量平衡时，水温不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又叫循环热水器。集热器是利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能

3、的装置，该装置与一般的热水器不一样，热交换一通常是由液体到液体，或是由液体到气体的热交换过程，而平板集热器时直接将太阳能辐射给液体或气体，是一个复杂的热交换过程。平板型集热器结构像是很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。2 2 智能控制系统硬件设计智能控制系统硬件设计2.1 2.1 系统组成与工作原理系统组成与工作原理2.3 2.3 温度采集模块设计温度采集模块设计2.2 2.2 单片机最小系统单片机最小系统2.4 2.4 水位测量电路设计水位测量电路设计2.52.5接口电路设计接口电路设计2.62.6显示电路设计显示电路设计2.72.7按键电路设计按键电路设

4、计2 2 智能控制系统硬件设计智能控制系统硬件设计 2.8 2.8 报警电路设计报警电路设计2.9 2.9 辅助加热电路设计辅助加热电路设计2.10 2.10 电磁阀及抽水泵电路设计电磁阀及抽水泵电路设计2.11 2.11 电源电路设计电源电路设计2.1 2.1 系统组成与工作原理系统组成与工作原理智能控制系统总体框图2.2 2.2 单片机最小系统单片机最小系统单片机最小系统 2.3 2.3 温度采集模块设计温度采集模块设计DS18B20的测温原理 2.3 2.3 温度采集模块设计温度采集模块设计DS18B20测温原理如图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲

5、信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 2.4 2.4 水位测量电路设计水位测量电路设计 电阻式水位检测系统示意图 2.5 2.

6、5 接口电路设计接口电路设计8255芯片与单片机的连接图 2.6 2.6 显示电路设计显示电路设计LCD显示电路原理图 2.7 2.7 按键电路设计按键电路设计按键电路 2.8 2.8 报警电路设计报警电路设计 报警电路 2.9 2.9 辅助加热电路设计辅助加热电路设计 辅助加热电路 2.10 2.10 电磁阀及抽水泵电路设计电磁阀及抽水泵电路设计控制电路 2.11 2.11 控制电路控制电路 电源电路3 3 智能控制系统软件设计智能控制系统软件设计3.1 3.1 软件设计分析软件设计分析3.2 3.2 系统软件设计系统软件设计3.1 3.1 软件设计分析软件设计分析软件是系统的指挥中心，由它

7、来配合控制完成各种预定功能。为了充分发挥STC89C52优越的性能价格比，在设计上尽量做到硬件“软化”，进一步体现软件编程的灵活性，使系统硬件设计得到简化。系统软件采用MCS-51单片机汇编语言编写，采用了模块化结构设计。为增强系统的实时性，对那些偶然事件采用中断方式处理，主程序主要用于系统的控制和管理。软件设计时，首先是做好准备工作，即读出每个按键的键值，并检液晶显示是否可以正确显示所有数字。电路设计时是按模块设计的，软件设计也一样，采用中断子程序方式，首先编写大概的主程序，然后理出所需设计的子程序并逐个分析和设计子程序，编写出子程序后应给予编译检查错误，若有错误再更正直到通过编译即没有语法

8、错误，等每个子程序编写完以后，再修改主程序完成整体的程序编写，最后在将程序进行调试。3.2 3.2 系统软件设计系统软件设计在完成太阳能热水器中央控制器的硬件设计后，要达到系统设计需求，用单片机实现自动控制，就需要进行软件设计。同时运用软件设计可以相对地简化硬件结构，有效地降低设计成本并提高系统的性能。本系统主要是完成由STC89C52为核心控制器来实现对太阳能热水器水位和水温的检测，并在适当的时候报警，并把温度数据体现在液晶显示屏12864上。3.2.1 3.2.1 系统主程序软件设计系统主程序软件设计 系统主程序流程图系统主程序流程图 3.2.2 3.2.2 DS18B20DS18B20温

9、度检测子程序设计温度检测子程序设计温度采集程序流程图温度采集程序流程图 3.2.3 3.2.3 水位检测子程序设计水位检测子程序设计水位检测程序流程图 3.2.4 3.2.4 LCDLCD显示子程序设计显示子程序设计LCDLCD显示程序流程图显示程序流程图 3.2.4 3.2.4 LCDLCD显示子程序设计显示子程序设计 LCDLCD显示模块区域分布图显示模块区域分布图 3.2.5 3.2.5 按键子程序设计按键子程序设计按键程序流程图4 4 技术经济分析技术经济分析4.1 4.1 技术分析技术分析4.2 4.2 经济分析经济分析4.1 4.1 技术分析技术分析本课题中以STC89C52为控制

10、核心，设计一套太阳能热水器智能控制系统。利用温度传感器和水位测量传感器实现了对水温和水位的测量，并通过预定值，实时调节温度和水量，实现24小时不间断供应热水；同时，通过相关控制电路和软件程序的设计还实现了加热装置和上水装置的全自动运行 ，提高了热水器的自动化和智能化程度。4.2 4.2 经济分析经济分析本设计追踪科技应用前沿，跟踪市场，根据论文资料及市场现有产品模型，在加上自己的理解和创意，模仿出了一套智能化的太阳能热水器控制系统。本系统完全跟随太阳能热水器本身智能化程度和成本的要求，为太阳能热水器提供了一套智能化程度高、性能良好、使用方便、经济实惠的配套控制系统。4.34.3程序设计程序设计程序框图设计结论：设计结论：1.1.完成了太阳能热水器水位、水温的测量、按键电路、辅助加热、控制电路和显示完成了太阳能热水器水位、水温的测量、按键电路、辅助加热、控制电路和显示电路的硬件设计。电路的硬件设计。2 通过对水位、水温的测量监控，实现了自动上水、水溢报警、智能加热等功能通过对水位、水温的测量监控，实现了自动上水、水溢报警、智能加热等功能3 3 完成了用完成了用8255A8255A扩展键盘和显示电路的设计，实现了温度和水位动态显示，和扩展键盘和显示电路的