太阳能热水器自动化控制、跟踪太阳光系统

1、毕业设计说明书题 目：太太阳能热水器器控制系统设设计 姓 名： 学 号： 指导教师： 专业年级： 所在学院和系： 完成日期： 答辩日期：20011年6月133日 摘 要众所周知，太阳阳能是取之不不尽，用之不不竭，没有污污染的巨大能能源。随着世世界上煤、油油、气的储量量日益减少，能能源危机已日日益增长，环环境污染的危危机已威胁着着生态平衡。随着日本9.0级地震，引起的海啸以及发生的核电站安全事故，让人们对核能有着很大的安全隐患担忧，因而太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器

2、良好的外部生存环境。目前,太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段,市面在售的控制器绝大部分只具备温度和水位显示功能,不具备温度、水位的自动控制，以及太阳光线自动跟踪功能。本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。本装置实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目、太阳光自动跟踪。关键词：单片机机、太阳能热热水器、温控控系统、水位位控制、太阳阳光自动跟踪踪英文摘要：As is kknown to alll, soolar eenergyy is iinexhaaustibble, aan ineexhau

3、sstiblee, no polluution huge energgy. Wiith thhe worrld cooal, ooil annd gass reseerves are ddwindlling, alreaady grrowingg enerrgy crrisis, enviironmeental polluution crisiis hass threeateneed thee ecollogicaal ballance. As Jaapan ccausedd by tthe eaarthquuake, 9.0 ttsunammi andd the nucleear saafe

4、ty acciddents happeened, let ppeoplee in nnucleaar eneergy hhas thhe verry bigg safee hiddden trroublee, so solarr enerrgy cooncernns forr the devellopmennt andd utillizatiion off the alreaady meentionned beefore the hhuman subjeect. The eexistiing ellectriic heaating type waterr heatter iss expeens

5、ivee and gas ttype oof unssafe, and eemissiions oof carrbon ddioxidde, aiir polllutioon cauused bby gass heatting nnortheern ciitys air ppolluttion, thesee are solarr wateer heaater aa goodd exteernal envirronmennt. At prresentt, thee solaar eneergy wwater heateer conntrolller allso haas beeen in re

6、seaarch aand deeveloppment phasee, thee conttrolleer solld in the mmarkett mostt havee onlyy tempperatuure annd watter leevel ddisplaay, doo not have a temmperatture, waterr leveel auttomatiic conntrol, and the ssuns rays autommatic trackking ffunctiion. TThis ddesignn has a strrong ppractiicabillit

7、y, with low-ccost rresisttive ssensorr and electtrode matchh withh micrro-conntrolller teechnollogy tto thee prodductioon praacticee of tthe soolar eenergyy wateer heaater ttemperraturee conttrol aand waater llevel is diisplayyed. TThis ddevicee has stronng, coost-efffectiive, wwater tempeeraturre c

8、onntrol flexiible, waterr showw intuuitionnal maarked, sun autommatic trackking.目录TOC o 1-4 h z uTOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc281073385 摘 要 PAGEREF _Toc281073385 h 1 HYPERLINK l _Toc281073386 目录 PAGEREF _Toc281073386 h 2 HYPERLINK l _Toc281073387 第一章 前言（绪绪论） PAGEREF _Toc281073387 h 3 HYPERLINK l

9、_Toc281073388 1.1太阳能热热水器的发展展概况及市场场竞争分析3 HYPERLINK l _Toc281073389 第二章.设计思思路及要求3 HYPERLINK l _Toc281073390 2.1本设计的的目的和意义义3 HYPERLINK l _Toc281073391 2.2设计要求求和目的：4 HYPERLINK l _Toc281073393 2.3本设计实实现思路及方方法4 HYPERLINK l _Toc281073394 第三章.硬件设设计4 HYPERLINK l _Toc281073395 3.1控制系统统组成及工作作原理4 HYPERLINK l _T

10、oc281073396 3.2主要原器器件介绍6 HYPERLINK l _Toc281073397 3.3 AT889S51单单片机的最小小系统 ：14 HYPERLINK l _Toc281073398 3.4 AT889S51单片片机时钟电路路15 HYPERLINK l _Toc281073399 3.5 AT889S51单单片机复位电电路15 HYPERLINK l _Toc281073400 3.6水位检测测电路的硬件件设计15 HYPERLINK l _Toc281073401 3.7水温检测测电路的硬件件设计16 HYPERLINK l _Toc281073402 3.8 键盘

11、电电路的硬件设设计18 HYPERLINK l _Toc281073403 3.9驱动动电路的硬件件设计21 HYPERLINK l _Toc281073404 3.10显示电电路的硬件设设计213.11 太阳阳能自动跟踪踪系统设计. 25 HYPERLINK l _Toc281073405 第四章.软件设设计26 HYPERLINK l _Toc281073406 4.1软件设计计原理及设计计所用工具26 HYPERLINK l _Toc281073407 4.2显示子程程序28 HYPERLINK l _Toc281073408 第五章.系统调调试 PAGEREF _Toc28107340

12、8 h 30 HYPERLINK l _Toc281073409 5.1软件调试试 PAGEREF _Toc281073409 h 30 HYPERLINK l _Toc281073410 第六章.系统功功能 PAGEREF _Toc281073410 h 30 HYPERLINK l _Toc28100734111 6.1系统能能实现的功能能29 HYPERLINK l _Toc281073412 6.2系统功能能测试29 HYPERLINK l _Toc281073413 6.3系统功能能分析29 HYPERLINK l _Toc281073414 第七章.参考文文献30 HYPERLIN

13、K l _Toc281073415 总 结311第一章 绪论1.1太阳能热热水器的发展展概况及市场场竞争分析目前，中国已成成为世界上最最大的太阳能能热水器生产产国，年产量量约为世界各各国之和，已已有一百多家家太阳能热水水器生产厂。但但是与之配套套的太阳能热热水器控制器器却一直处在在研究与开发发阶段。这种种控制器只具具有温度和液液位显示功能能，而且对太太阳能的利用用率不高。太太阳每时每刻刻都是在运动动着，不管哪哪种太阳能设设备，如果它它的能量转换换部分能始终终保持与太阳阳光线垂直，那那么它就可以以在有限的使使用面积内收收集更多的太太阳能。太阳阳能设备的能能量转换部分分若想保持与与太阳光垂直直，就

14、必须要要跟踪太阳。太太阳光线自动动跟踪装置为为解决这一问问题提供了条条件。研究表表明，太阳能能设备对太阳阳光线运动的的跟踪与非跟跟踪，其能量量的利用率相相差37.77%。本文设设计的太阳能能热水器控制制器以80CC51单片机机为检测控制制核心，采用用DS128887 实时时时钟，不仅仅实现了时间间、温度和水水位三种参数数实时显示和和FUZZYY控制功能，而而且具有时间间设定、温度度设定与控制制功能，并且且太阳能自动动跟踪系统可可以使太阳能能的利用最大大化。温度控控制采用模糊糊控制，控制制器可以根据据天气情况利利用辅助加热热装置使蓄水水箱内的水温温在设定时间间达到预先设设定的温度，从从而达到24

15、4小时供应热热水的目的。热水器包括主、从从两大系统：主系统的特特点是在晴好好的天气利用用太阳光能为为热水器加热热，并利用太太阳能自动跟跟踪系统使光能利用最最大化；从系系统相当于电电热水器，它它在无光照的的情况下利用用电辅助加热热。它充分利利用太阳能丰丰富、免费的的资源优势，同同时考虑到在在阴天及夜间间无法利用太太阳能的缺点点，充分发挥挥太阳能热水水器和电热水水器的各自优优势，并最大大程度的利用用了太阳能资资源，这是世世面上大部分分热水器所不不能比拟的，随随着国家对于于节能的要求求，此设计有有着良好的市市场前景。第二章.设计思思路及要求2.1本设计的的目的和意义义本设计具有很强强的实用性,用成本

16、低廉廉的电阻式传传感器以及电电极配以单片片机技术对生生产实际中的的太阳能热水水器的水温的的控制以及水水位的显示，并并利用自动化化跟踪太阳光光技术使光能能利用最大化化。本装置电电路简单、实实用性强、性性价比高、水水温控制灵活活，水位显示示直观醒目。可可广泛应用于于家庭生活对对太阳能热水水器的水位显显示与水温控控制，可以更更大程度的节节约电能，服服务人们对热热水的需求。2.2设计要求求和目的：掌握太阳能热水水器的工作原原理及实现控控制方法；太阳能热水器水水位的检测和和显示；太阳能热水器温温度的检测和和显示；太阳能热水器水水温的设定和和电加热器的的控制；太阳能热水器上上水水位的设设定和控制；太阳能热

17、水器自自动化跟踪太太阳光技术的的实现；编写控制流程图图及单片机控控制程序2.3本设计实实现思路及方方法水位由潜入储水水容器不同深深度的水位电电极和潜入容容器底部的公公共电极（导导线）检测；并由四个绿绿色LED发发光二极管显显示：若无水水则绿灯不亮亮；若有四分分之一储水箱箱的水亮一盏盏绿灯；通过过观察绿灯点点亮的数量可可识别水位的的高低，这里里取5段显示示，也可根据据需要进行增增减。水温由四个LEED数码管显显示，前三个个数码管显示示的为温度最最后一个数码码管我们只用用到了四段码码显示为温度度的符号，水温有效效值最多可显显示为99.9。跟踪太阳光系统统以光电式跟跟踪装置为基基础，用图像像传感器代

18、替替光敏电阻，研研究一种基于于图像传感器器的太阳光线线自动跟踪装装置。根据小小孔成像原理理设计光学成成像机构，将将发散的太阳阳光线通过小小孔投影在接接收屏上，成成为太阳光斑斑。放置在接接收屏下方的的图像传感器器采集接收屏屏上的图像信信息，并输出出数字图像信信号。数字图图像处理器对对该数字图像像进行处理，提提取光斑的亮亮度特征，得得到光斑在接接收屏上的位位置坐标以及及太阳光线对对接收屏的高高度角和方位位角，在数码码管上显示检检测结果。当当成像机构所所在平面与太太阳光线不垂垂直时，数字字信号处理器器根据上述两两个角度通过过执行机构调调整成像机构构的位置。第三章.硬件设设计3.1控制系统统组成及工作

19、作原理系统组成 ：本本系统主要由由控制器、自自动控制阀、手手动控制阀、水水位检测电极极、水温检测测传感器、电电阻加热丝、储储水箱、接收收器等组成 控制器：主要要通过里面的的电磁阀控制制YV1和YYV2的通断断，控制水温温检测传感器器检测水温、控控制水位检测测传感器检测测水在水箱中中的位置以及及控制电阻加加热丝加热。自动控制阀：主主要通过控制制器控制，当当水箱中的水水的实际温度度大于所设置置的温度时或或水位低于某某个设计值，自自动阀就自动动打开往水箱箱中上水，直直到上到上一一个目标水位位为止。手动动控制阀：当当自动阀损坏坏时，可以通通过手动阀进进行上下水。水位检测电极：主要用来检检测水箱中水水的

20、位置，主主要把水箱分分成四等分，一一共有五个电电极，接地的的电极放在最最水箱的最底底下，其余分分别放在四等等分点上，比比如当水箱中中的水在第一一等分和第二二等分之间，则则显示水箱中中有四分之一一的水，当超超过第二等分分，则显示二二分之一的水水。水温检测传感器器：主要用来来检测水箱中中水的实际温温度。电阻加热丝：主主要用来加热热水箱中水，使使其达到用户户所需要的温温度。 控制装置的工作作原理：本控控制系统分为为手动和自动动两种控制方方式，在系统统处于自动状状态下，当检检测温度高于于设置温度，且且水位未达到到最高时，控控制器打开电电磁水阀YVV1和YV22进行上水，同同时点亮上水水指示灯，当当水位

21、上至上上一目标水位位时，自动停停止上水（即即关闭电磁水水阀YV1和和YV2），若若水箱内无水水，则自动上上水至最低水水位处。在系统处于手自自动状态下，可可自由上水或或停止上水（上上水时水箱水水位必须未满满），若水位位达到最高则则自动停止上上水；若需要要启动加热器器则必须先设设定加热温度度，然后按下下加热键进行行加热；若需需洗浴时，则则需打开手动动阀YV4，系系统自动打开开电磁水阀YYV2，可通通过YV5自自由调节水温温；当电磁水水阀YV1和和YV2损坏坏或停电时，可可通过打开YYV5和YVV6进行上下下水解决燃眉眉之急；此系系统设置YVV3是为了防防止冬天气温温过低引起水水管因内有积积水而冻裂

22、（即即手动打开此此阀放完水管管中的积水）上图为热水器系系统的结构图图。系统控制制原理图如下下图:注释: Tl，热热水箱的温度度传感器 T22，循环水管管中的温度传传感器 T33，集热器中中的温度传感感器 F11，循环水阀阀门 F22，冷水阀门门 F33，热水阀门门此款热水器利用用微机控制主主要有以下两两种控制功能能:水温控制制、水箱加热热控制。太阳能热水器利利用微机控制制主要有以下下几种控制功功能：早上加加热控制、温温水循环控制制、冷水集热热控制、水箱箱加热控制。（1）早上加热热控制由于清晨太阳光光较弱，所以以太阳能热水水器从系统发发挥作用。为为了提供温度度不低于300摄氏度的水水，热水器在在

23、清晨对水箱箱进行电加热热，具体控制制过程如下：首先，关闭冷水水阀门F2和和循环水阀门门F1，然后后微机开始进进行水箱的温温度采集，同同时进行温度度的比较，当当水箱的温度度小于35摄氏度时时，电热器DD接通进行加加热，同时微微机继续对热热水箱的温度度进行采集。当当温度加热到到大于35摄氏度时时电热器断开开，如此反复复循环保证了了温度的稳定定。（2）循环水集集热过程清晨水温加热稳稳定之后，设设定当日的水水箱温度N，由两位BCCD次齿轮开开关设定（BCD次齿齿轮开关是00-9的数字字.是跟据BBCD码的要要求1.2.4.8.用用转换齿轮开开关转换成11就是1度22就是2度.BCD次齿齿轮开关能把把0

24、000-1111数数据简化成00-9的数字字），输入微机机，再利用微微机控制系统统，通过太阳阳光能对热水水箱加热以达达到理想温度度N。具体控控制过程如下下：打开循环阀门FF1，关闭冷冷水进水阀门门F2，热水水阀门F3处处于空控状态态。然后开始始比较温度，若若（T3-TT15摄氏氏度，T2T1）为止止。如若T11=N，那么么循环水集热热过程结束，进进入冷水集热热控制过程。（3）冷水集热热控制此时热水箱温度度已达到了NN，冷水要进进入太阳能集集热器，这时时温度为T33，和当日的的设定温度值值相比较，若若T3N则则将已加热的的水送入热水水箱，每天的的控制时段大大概为中午太太阳较强时。具具体控制过程程

25、如下：关闭循环水阀门门F1，打开冷冷水阀门F22，热水阀门门F3处于可可控状态。若若T3N，打打开热水阀门门F3并将保保持一段时间间，若T3N阀门FF3继续保持持打开状态，否否则关闭F33。可见，这这个过程充分分利用太阳光光能转化为热热能，方便快快捷。（4）水箱加热热控制当光线很弱或遇遇上阴雨天气气，这个过程程热水箱的加加热系统将发发挥最大作用用，设定热水水箱温度为TT1，将它和和设定值N相相比较，从而而控制是否打打开电加热，控控制时段为全全天，具体过过程如下： 若T110000次）FFlash ROM32个双向I/O口硬件看门狗WDDT电路3个16位可编编程定时/计计数器时钟频率0-333M

26、Hz两个串行中断5128biit内部RAAM2个外部中断源源内置时钟振荡器器中断激活睡眠模模式3级加密位双重数据存储器器软件设置睡眠和和唤醒功能3.3.2数码码管显示：由单片机的定时时器To做116位计数器器（为便于数数据处理，这这里只用低88位计数值，即即寄存器TLL0中的值）。一一边记录脉冲冲数量，一边边以厘米为单单位由四位数数码飞管显示示出来。四位位数码管采用用动态扫描方方式显示。长度计量仪采用用0.5英寸寸共阳极连接接的LED数数码管。LED数码管由由发光二极管管作为显示字字段的数码型型显示器件。右右图为LEDD数码管外形形和引脚图，其其中7只发光光二极管分别别对应a-gg笔段，构成成

27、“日”字形，另一一只发光二极极管DP作为为小数点，因因此这种LEED显示器称称为八段数码码管。（如图图3-3所示示）图3-3 LED数码管共阳极型LEDD数码管，是是将各段发光光二极管的阳阳极连在一起起，作为公共共端com,应接高电平平。ag、Dpp各笔段中，某某笔段接低电电平时发光，高高电平时不图3-3 LED数码管为了节省单片机机I/O口的的数量，将各各位数码管的的ag对应笔笔画并联起来来分别与单片片机的P2.0P2.77引脚连接。显显示时，由PP2口依次输输出各位数字字的笔段码，并并依次由P11.0、P11.1、P11.2、P11.3输出低低电平位选信信号接通数码码管的公共端端，轮流进行

28、行，循环不止止，由于循环环的频率较高高（约50HHz），加上上人眼的视觉觉暂留，既保保障了各位数数字的对应显显示，又不会会出现闪烁现现象，实现动动态扫描显示示。本系统需显示水水温，测量范范围为0999 0C，用用四个八位LLED数码管管显示。1）LED结构构和显示原理理。LED（Lightt Emittting Diodee）显示器是是由发光二极极管作为显示示字段的显示示器件，最常常见的是由77段型发光二二极管（ag7段）和和1个圆点型发发光二极管（常常以dp表示，主主要用来显示示小数点）组组成的LEDD显示器，其其排列形状如如下图所示。这这种LED显示器器也可称为77段数码显示示器（或8段数

29、码显示示器）。LED显示中的的发光二极管管根据其连接接的方法有共共阴极和共阳阳极两种结构构。共阴极结构：把把各段发光二二极管的阴极极连接在一起起构成公共阴阴极，如图aa所示。使用用时，公共阴阴极接地，根根据要求需点点亮发光二极极管的阳极输输入高电平，不不需点亮的发发光二极管的的阳极输入低低电平。共阳极结构：把把各段发光二二极管的阳极极连接在一起起构成公共阳阳极，如图bb 所示。使使用时，公共共阳极接+55V，根据要要求需要点亮亮发光二极管管的阴极输入入低电平，不不需点亮的发发光二极管的的阴极输入高高电平。通过控制7个段段的发光二极极管的亮暗的的不同组合，可可以显示多种种数字、字母母以及其他符符

30、号。2）字段码。为为了显示各个个数字或字符符，就需要为为LED提供相相应的代码，因因为这些代码码是控制各段段的亮或灭，供供显示器显示示字形的，所所以称为字段段码（也可以以称为段选码码或字形码）。七段发光二极管管再加上1个小数点位位，共计8段，因此提提供给LEDD显示器的字字段码正好11个字节。各各代码位的对对应关系如下下：D7 D6 DD5 D4 D3 D22 D1 DD0DpGfedcba下图所示为共阴阴极LED所显示示的不同字符符的字段码，测测量范围为0099 00C，当温度度超出范围时时，显示器均均显示F。显示字符共阴极字段码03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707

31、H87FH96FHF71H3）N位LEDD显示器。在在单片机应用用系统中，实实际使用的LLED显示器器有多个，NN位LED显示器器的显示要从从两个方面来来控制：其一一是控制N位的字段显显示（即显示示什么字符）；其二是控制制字位（即哪哪一位到哪一一位亮）。由由LED的显示示原理可知，要要使某N位LED显示器器的某一位显显示某个字符符，就必须将将此字符转换换为对应的字字段码来控制制该位的8个段，同时时，该位的字字位线也要控控制有效，这这要通过一定定接口来实现现。LED显示器有有两种显示方方式，即静态态显示方式和和动态显示方方式。N位LED显示器器有N根字位选线线（简称：“位选线”）和N*8根字段段

32、选线（简称称：“段选线”）。根据显显示方式不同同，位选线和和段选线的连连接方式也不不同。各种字符的字段段码的获取方方法有两种：即软件译码码和硬件译码码法。目前通通常所用的各各种型号的单单片机开发系系统或实验装装置普遍采用用软件译码。当单片机应用系系统中的LEED显示器位位数较多时，为为了简化电路路降低成本，本本设计采用动动态显示的方方式。动态显显示方式的接接口电路的连连接方法是：将所有LEED位的段选选线（a dp）同同名并联，即即所有a段并联，所所有b段并联。依依次类推，然然后由一个88位I/O接口来来控制各个段段，而所有位位的位选线则则由另外一个个相应的I/O接口线来来控制。这样样用两个8

33、位I/O接口就就能控制8位LED显示器器。LED显示器是是由电流型控控制器件，其其工作电流为为2mA220mA，使使用时须加限限流电阻。本本设计中限流流电阻选用11K。动态扫描显示控控制方式就是是逐个地循环环点亮各位显显示器，即在在某一瞬间，只只让某一位的的位选线处于于选通状态（共共阳极的为高高电平，共阴阴极的为低电电平）其它各各位的位选线线处于段开状状态，同时段段选线上输出出相应位要显显示字符的字字段码。这样样在每一个瞬瞬间，8位LED中只有有选通的那一一位LED显示出出字符，而其其它7位则是熄灭灭的。同样，在在下一瞬间，只只显示下1位LED。如此此继续下去，等等8位LED都显示示完毕后，在

34、在循环进行。虽虽然这些字符符是在不同的的瞬时轮流点点亮的，但由由于人眼的视视觉残留效应应，看到的是是8位稳定显示示的字符，与与静态显示的的效果完全一一样。所以为为了简化电路路、降低成本本，此系统中中采用动态显显示方式。3.3.3数字字温度传感器器DS18BB20主要特特性及测温原原理一线式数字温度度传感器DSS18B200是DS18220的更新换换代产品(由美国DA IIAS公公司生产)。它具有体体积小,分辨率高,转换快等优优点。由于每每片DS188B20 含含有唯一的硅硅串行数, 所以在一条条总线上可以以挂接多达2248 2181014只DS18BB20,再加加上DS188B20 独独特的单

35、线总总线结构,决定了DS118B20 特别适合于于大型的多路路温度实时测测控系统的温温度检测。温温度实时测控控集装箱的设设计, 在实现测测控系统的温温度检测方面面就较好地利利用了DS118B20 的独到特点,使系统得得到了极大的的简化。（1）DS188B20的特特性1）独特的单线线接口方式。DS18B20 在I/O处理器连接时,仅需要一个I/O 口即可实现微处理器同DS18B20的双向通讯。2）DS18BB20支持组组网功能,多个DS188B20可以以并联在唯一一的单线上,实现多点测测温。3）DS18BB20 的测测温范围为: - 555+125,在-10+ 85时, 其精度为为+ 015。4

36、）DS18BB20的测温温结果的数字字量位数从9912位,可编程进行行选择。数字化温度传感感器DS18820测温范范围为- 555+125 ，增量值为0.5 (9位温度读读数)，它主要由由4个数据部件件部分组成：64位ROM;温度度传感器;非易失性的的温度告警触触发器TH 和TL；高速便便笺存储器664 位ROM用于存存储序列号，其首字节固固定为28HH，表示产品品类型码，后6个字节是每每个器件的编编码，最后1个字节是CRRC 校验码码. 温度告警警触发器THH和TL 存储用用户通过软件件写入的报警警上下限值，高高速便笺存储储器由9个字节组组成，其中有2个字节RAMM单元用来存存放温度值前前1

37、个字节为温温度值的补码码低8位，后1个字节为符符号位和温度度值的补码高高3位。（2）DS188B20 测测温原理DS18B200内部结构框框图,如图3-44所示。图3-4 DSS18B200内部结构框框图DS18B200 的测温原原理：DS118B20 测量温度采采用了特有的的温度测量技技术，它是通过计计数时钟周期期来实现的，内内部计数器对对一个受温度度影响的振荡荡器的脉冲计计数,低温时,振荡器的脉脉冲可以通过过门电路。而而当到达某一一设置高温时时, 振荡器的的脉冲无法通通过门电路。计计数器设置为为- 55。同时, 计数器复复位在当前的的温度值时, 电路对振振荡器的温度度系数进行补补偿, 计数

38、器重重新开始计数数直到回零。如如果门电路仍仍未关闭, 则系统重复复上述过程。（3）DS188B20的操操作协议DS18B200单纯通信功功能是分时完完成的。单线线信号包括复复位脉冲,响响应脉冲,写写“0”,写“1”,读“1”。它们有严严格的时隙概概念。系统对对DS18BB20的操作作以ROM命命令(5个)和存储器命命令(6个)形式出现。对对它的操作协协议是： 初初始化DS118B20发发复位脉冲)发ROM功功能命令处理数据发存储器命命令处理数据据。各种操作作都有相应的的时序图。DS18B200在使用时，一一般都采用单单片机来实现现数据采集。只只需将DS118B20 信号线与单单片机1位II/O

39、线相连连，且单片机机的1位I/O线可挂接接多个DS118B20，就就可实现单点点或多点温度度检测。DSS18B200传感器精度度高、互换性性好;它直接接将温度数据据进行编码，可可以只使用一一根电缆传输输温度数据，通通信方便，传传输距离远且且抗干扰性好好：与用传统统温度传感器器组成的多点点测温系统相相比可节省大大量电缆，而而且系统得以以简化，系统统扩充维护十十分方便。DDS18B220 可以广广泛用于工厂厂工业过程、大大型粮仓、酿酿酒厂，食品品加工厂的温温度检测以及及宾馆、仪器器仪表室等处处的温度检测测和控制。3.3.4ADDC08322转换器ADC08322引脚图（图图3-5）:ADC0883

40、2 是美美国国家半导导体公司生产产的一种8 位分辨率、双双通道A/DD转换芯片。由由于它体积小小，兼容性强强，性价比高而深受受单片机爱好好者及企业欢欢迎，其目前前已经有很高高的普及率。学习并使用用ADC08832 可是是使我们了解解A/D转换换器的原理，有有助于我们单单片机技术水水平的提高。AADC08332 具有以以下特点： 8位分辨辨率； 双双通道A/DD转换； 输入输出电电平与TTLL/CMOSS相兼容； 5V电源源供电时输入入电压在05V之间； 工作频频率为2500KHZ，转转换时间为332S； 一般功耗耗仅为15mmW； 88P、14PPDIP（双双列直插）、PPICC 多多种封装；

41、 商用级芯芯片温宽为00C too +70C，工业级级芯片温宽为为40CC to +85C；芯片图：图3-5 ADDC08322程序:程序占用资源有有累加器A，工工作寄存器RR7,通用寄寄存器B 和和特殊寄存器器CY。通道道功能寄存器器和转换值共共用寄存器BB。在使用转转换子程序之之前必须确定定通道功能寄寄存器B 的的值，其赋值值语句为“MOV BB,#datta”（00H03H）。运运行转换子程程序后的转换换数据值被放放入B 中。子子程序退出后后即可以对BB 中数据处处理。 3.3.5继继电器（reelay）的的工作原理和和特性 当输入量(如电电压、电流、温温度等)达到到规定值时，使使被控制

42、的输输出电路导通通或断开的电电器。可分为为电气量(如如电流、电压压、频率、功功率等)继电电器及非电量量(如温度、压压力、速度等等)继电器两两大类。具有有动作快、工工作稳定、使使用寿命长、体体积小等优点点。广泛应用用于电力保护护、自动化、运运动、遥控、测测量和通信等等装置中。继电器是一种电电子控制器件件，它具有控控制系统（又又称输入回路路）和被控制制系统（又称称输出回路），通通常应用于自自动控制电路路中，它实际际上是用较小小的电流去控控制较大电流流的一种“自自动开关”。故故在电路中起起着自动调节节、安全保护护、转换电路路等作用。1、电磁继电器器的工作原理理和特性电磁式继电器一一般由铁芯、线线圈、

43、衔铁、触触点簧片等组组成的。只要要在线圈两端端加上一定的的电压，线圈圈中就会流过过一定的电流流，从而产生生电磁效应，衔衔铁就会在电电磁力吸引的的作用下克服服返回弹簧的的拉力吸向铁铁芯，从而带带动衔铁的动动触点与静触触点（常开触触点）吸合。当当线圈断电后后，电磁的吸吸力也随之消消失，衔铁就就会在弹簧的的反作用力返返回原来的位位置，使动触触点与原来的的静触点（常常闭触点）吸吸合。这样吸吸合、释放，从从而达到了在在电路中的导导通、切断的的目的。对于于继电器的“常常开、常闭”触触点，可以这这样来区分：继电器线圈圈未通电时处处于断开状态态的静触点，称称为“常开触触点”；处于于接通状态的的静触点称为为“常

44、闭触点点”。2、热敏干簧继继电器的工作作原理和特性性热敏干簧继电器器是一种利用用热敏磁性材材料检测和控控制温度的新新型热敏开关关。它由感温温磁环、恒磁磁环、干簧管管、导热安装装片、塑料衬衬底及其他一一些附件组成成。热敏干簧簧继电器不用用线圈励磁，而而由恒磁环产产生的磁力驱驱动开关动作作。恒磁环能能否向干簧管管提供磁力是是由感温磁环环的温控特性性决定的。 3、固态继电电器（SSRR）的工作原原理和特性固态继电器是一一种两个接线线端为输入端端，另两个接接线端为输出出端的四端器器件，中间采采用隔离器件件实现输入输输出的电隔离离。固态继电器按负负载电源类型型可分为交流流型和直流型型。按开关型型式可分为

45、常常开型和常闭闭型。按隔离离型式可分为为混合型、变变压器隔离型型和光电隔离离型，以光电电隔离型为最最多。 继电器主要产品品技术参数1、额定工作电电压是指继电器正常常工作时线圈圈所需要的电电压。根据继继电器的型号号不同，可以以是交流电压压，也可以是是直流电压。2、直流电阻是指继电器中线线圈的直流电电阻，可以通通过万能表测测量。3、吸合电流是指继电器能够够产生吸合动动作的最小电电流。在正常常使用时，给给定的电流必必须略大于吸吸合电流，这这样继电器才才能稳定地工工作。而对于于线圈所加的的工作电压，一一般不要超过过额定工作电电压的1.55倍，否则会会产生较大的的电流而把线线圈烧毁。4、释放电流是指继电

46、器产生生释放动作的的最大电流。当当继电器吸合合状态的电流流减小到一定定程度时，继继电器就会恢恢复到未通电电的释放状态态。这时的电电流远远小于于吸合电流 5、触点切换换电压和电流流是指继电器允许许加载的电压压和电流。它它决定了继电电器能控制电电压和电流的的大小，使用用时不能超过过此值，否则则很容易损坏坏继电器的触触点。继电器的电符号号和触点形式式 3.3.6电磁磁阀与晶闸管管电磁阀是控制元元件，主要用用来控制气缸缸。也有分析析仪器或者别别的喷枪用来来直接控制气气体。电磁阀阀分为气动、液液压两种，工工作方式都是是一样的，只只是介质不一一样。工作原原理就是在一一个阀体上开开几个孔，然然后用电磁感感应

47、控制阀杆杆的运动来控控制堵哪个孔孔，或者让哪哪个孔出气。以以此达到控制制的目的晶闸管可控的导电开关关，与二极管管相比，不同同之处是正向向导通首控制制极电流控制制 OP07低噪噪声单运放：OP07功能简简介:Op07芯芯片是一种低低噪声，非斩斩波稳零的单单运算放大器器集成电路。由由于OP077具有非常低低的输入失调调电压（对于于OP07AA最大为255V），所所以OP077在很多应用用场合不需要要额外的调零零措施。OPP07同时具具有输入偏置置电流低（OOP07A为22nA）和开开环增益高（对对于OP077A为3000V/mV）的的特点，这种种低失调、高高开环增益的的特性使得OOP07特别别适用

48、于高增增益的测量设设备和放大传传感器的微弱弱信号等方面面。 OP07特点点：超低偏移： 1150V最最大 。 低输入偏置电电流： 1.8nA 。 低失调电压漂漂移： 0.5V/ 。 超稳定，时间间： 2VV/montth最大 高电源电压范范围： 33V至222V晶振：为给单单片机提供工工作所需要的的时钟信号，本本设计中采用用了6MHZZ的晶振。故故系统中CPPU执行的每每一个机器周周期为2uss.3.4 AT889S51单单片机的最小小系统 ：4. 4.7F 10K6M20pf+5V Vcc EA GNDAT89S51 RST XTAL1 XTAL220pf+5V图3-6 AT89S51单片机

49、最小系统所谓最小系统，即即指使单片机机能正常工作作的所需的最最少的电路，即即应包含CPPU及辅助电电路、ROMM、RAM及及I/O端口口等电路。由由于AT899S51内部部已经包含44KB的Fllash Memorry程序存储储器，所以4. 4.7F 10K6M20pf+5V Vcc EA GNDAT89S51 RST XTAL1 XTAL220pf+5V图3-6 AT89S51单片机最小系统图3-6中，晶晶体振荡器的的频率选6MMHZ，复位位电路采用上上电复位，电电路参数如图图中所示，以以满足系统复复位时两个机机器周期的高高电平的要求求。由于CPPU的内部已已含有程序存存储器，所以以EA引脚

50、接接高电平。图3-7时钟电路3.5 AT889S51单单片机时钟电电路图3-7时钟电路该水位自动显示示控制器采用用AT89CC51单片机机，机内有一一高增益反相相放大器，构构成自激振荡荡电路，振荡荡频率取6MMHz,外接接6MHz晶晶振，两个电电容C1、CC2取20ppF，以便于于起振荡的作作用。 右图中XTTAL1为内部时钟工工作电路的输输入，XTAL22为来自反向振振荡器的输出出。3.6 AT889S51单单片机复位电电路该水位自动显示示控制器采用用上电复位电电路，由R114、C3构构成复位电路路，在上电瞬瞬间，产生一一个脉冲，AAT89S551将复位。为为保证可靠复复位，脉冲宽宽度应大于

51、两两个机器周期期，这取决于于R、C时间间长数。取电电容C=100uF，电阻阻R=10KK。图3-9水位检测电路3.7水位检测测电路的硬件件设计图3-9水位检测电路实验证明，纯净净水几乎是不不导电的，但但自然界存在在的以及人们们日常使用的的水都会含有有一定的Mgg2+、Caa2+等离子子，它们的存存在使水导电电。本控制装装置就是利用用水的导电性性来完成的。我们把储水箱大大致分为四个个等份，水位位由潜入太阳阳能热水器的的储水箱不同同深度的水位位电极和潜入入储水箱底部部的公共电极极（导线）进进行检测；由由单片机依次次使各水位电电极呈现高电电平，由公共共电极所接的的三极管进行行电位转换，水水位到达的电

52、电极，转换电电位为低（00）；水位没没有到达的电电极，转换电电位为高（11）；每检测测一位便得到到一位数据，55个电极检测测一遍以后便便得到了5个个串行数据，然然后把这5个个数据转化为为字节一路送送发光二极管管；在这里我我们可以用发发光二极管亮亮的盏数来显显示水位的高高低。（若没没有发光二极极管亮则表示示箱内没有水水或者只有少少量的水，若若有一个发光光二极管灯亮亮则表示箱内内有四分之一一箱的水，以以此类推，若若有四个发光光二极管亮，则则表示水箱水水是满的。）当水位未达到aa时，即haa时、这时传传感器的总阻阻值为4R，对应，系统统处于缺水状状态。当ahbb时，传感器器电阻阻值为为3R，对应，系

53、系统处于200%水位。当bhcc时，传感器器电阻阻值为为2R，对应，系系统处于500%水位。当ch设定5否N设定5 是 液位是否最高 液位是否最高否N设定5 NMM，且r中含含有s，则图图像标准误差差函数为:如果r(m，nn)与9相对对应，则有EE(m，n)=伍否则EE(m，n)0。某一闽值，就可可以认为找到到了匹配点，即即此坐标为目目标位置。本系统所跟踪的的对象为由图图像传感器采采集的太阳光光斑图像。程图如图9.33所示。实际上只要E(m，n)小小于比较法定位子程程序的流就目标看，它的的灰度值高能能于背景很好好区分，且占占图像整体面面积小。上述述的跟踪算法对于本系统来来说就显得很很繁琐，且需

54、需要较大存储储空间。基于于目标物体的的特点，本系系统在对所采集图像像的像素点灰灰度值逐个比比较，就可以以求出整幅图图像的最大值值点及其坐标标值，这个点既是是真正的光点点，通过对其其位置的调整整就可以实现现系统对太阳阳光线的自动动跟踪。在系统调试试阶段，在微微处理器外部部扩展了数据据存储器，可可以保存一幅幅图像数据，所所以采用质心跟踪踪算法。其流流程图如图99.4所示。9.2.6系统统主程序系统主程序如图图9.5所示示。首先对微微处理器初始始化，分配存存储空间，初初始化其各个个功能寄存器使其其正常工作;再按照设计计要求初始化化图像传感器器。N幅图像后，图图像传感器采采集接收屏的的图像数据，并并输

55、出到微处处理器处理;为了避免图像传感器中中电子噪声的的干扰，首先先对采集到的的图像进行中中值滤波，去去除其中的电电子噪声，并判断是是否有光斑，若若没有光斑则则继续采集图图像，若存在在光斑则由定定位子程序得得到光斑的位置坐坐标;得到光光斑位置坐标标后，显示坐坐标值并判断断其是否在接接收屏的中心心，若不在中心，微微控制器控制制执行机构根根据得到的坐坐标值调整成成像机构位置置，使成像机机构与入射光线垂直直，否则继续续采集接收屏屏的图像。第五章.系统调调试5.1软件调试试 软件的调调试主要通过过Keil uVisiion3软件件进行操作，对对程序编写过过程中的错误误进行查找，找找出错误，进进行修改，然

56、然后再进行编编译直至编译译成功，生成成HEX文件件，才能下载载到单片机里里，继而实现现相应功能。第六章.系统功功能6.1系统能实实现的功能本系统通过单片片机控制各个个电路模块以以实现对温度度，水位的检检测，以及对对整个热水器器的智能化控控制。6.2系统功能能测试 设计前前期通过KEEIL软件和和PROTEEUS仿真软软件的联调，对对设计功能进进行仿真，均均达到了预期期的设计效果果，设计后期期，硬件制作作完毕后，将将仿真成功后后的程序通过过单片机下载载程序，写入入单片机，再再根据显示模模块的各个端端口连接方式式，正确地将将单片机跟显显示模块连接接，最后都实实现了设计的的功能。6.3系统功能能分析

57、该控制器和以往往显示仪相比比具有性能价价格比高、温温度控制与显显示精度高、使使用方便和性性能稳定等优优点。单片机机控制系统具具有低价、智智能的优势，能能够根据需求求的不同而作作相应的调整整，更加个性性化。同时，使使用单片机控控制系统能够够节约能源，保保护设备，延延长设备的使使用时间。该热水器具备以以下特点：结构简单、运行行可靠、操作作维护简便。热源取之不尽用用之不竭，不不需要运输，节节省燃料。无污染，不会对对周围环境造造成任何影响响。热水产量受季节节、地区纬度度、采热面积积、采热器类类型、环境温温度、供水温温度、风速、日日照实际等因因素影响较大大。该系统加装减压压阀后可与锅锅炉配套使用用，解决冬季季用水。不用考虑玻璃盖盖的防冻装置置。该系统加装减压压阀后可与锅锅炉配套使用用，解决冬季季用水。不用考虑玻璃盖盖的防冻装置置。该热水器装置