工作 本课题的研究预期成果 总体系统设计 总体硬件设计 系统总体硬件框图与工作原理 温度传感器 温度传感器 的结构 水压传感器及转换 水压传感器 结构及原理 电磁开关电路及原理 光电隔离器的原理 电磁继电器的原理 单片机控制系统 数码管显示电路 按键电路设计 软件设计方案 驱动程序设计 工作过程及时序 的驱动程序 串行转换器程序设计 按键控制程序设计 数码管显示程序设计 硬件电路仿真结果 温度仿真 温度显示仿真 温度控制仿真 水位仿真 水位显示仿真 水位控制仿真 仿真结果分析 致谢 参考文献 附录Ⅰ系统总原理图 附录Ⅱ系统源程序太阳能热水器控制器的设计 前言 课题背景和意义 目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和， 已有百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制器却直处在研 究与开发阶段，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便即使热水 器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。温度 控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设 定时间达到预先设定的温度，从而达到小时供应热水的目的。太阳能热水器是太阳 能利用中最常见的种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够 将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他主要由平板集热器蓄水器和连接管道 等部件组成，可分循环式直流式和闷晒式。 太阳能热水器是环保无污染，人们用着安全放心。利用太阳的能源，大量节约现 有的能源，是以后能源发展的趋势。原有的燃气热水器和电热水器虽然加热速度比较快， 但是所用的煤和气都会对环境造成定的污染，而且会使室内的空气变得不清新，电热 水器的功率较大，对长期使用的般家庭来说必定会带来定的经济困难，是笔相当 大的开销。太阳能热水器安全环保经济，带有辅助加热功能的热水器可在全年的 任何时候使用，设计个控制器来帮助人们了解水的温度和热水器中水位的高低，使人 们清楚的使用。 先前国内外大多数家庭使用的太阳能热水器只是纯粹的太阳能加热问题，还没有其 他的智能控制方面，在没有太阳的天气中没有足够的能源使水箱中的水加到最热。其次 对太阳能热水器中的水位没有记录，使人们不能及时知道水箱中的水量，以便补充，缺 乏自动性。如今大多数的家庭太阳能都装有水位监测和水温测量显示的功能，使用更 加方便。今年来，利用太阳能和其它能源的结合，使得太阳能热水器更加的完善，在任 何天气情况下都能使用到热水。此款热水器包括主从两大系统主系统的特点是在晴 好的天气利用太阳光能为热水器加热从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利 用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜 间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上 大部分热水器所不能比拟的。 当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。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良好的外部生存环境。太阳能热水器克服了上述缺点，他 是绿色环保产品。它使用简单方便。太阳能热水器顺着时代发展的要求，满足人们对陕西科技大学毕业论文设计说明书 环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。 应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。 众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤 石油天然气的存储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态 平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人预测二十世纪太阳能将由辅 助能源上升为主要能源。但由于太阳能的分散性季节性和地区性又给太阳能利用带来 重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高，因而尚未被人们大规模使用。 在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟造价比较低廉的产品， 同时给人民提供低耗能源保护环境绝对安全的热水而受到人们的欢迎。世界各国的 太阳能热水器 陕西科技大学毕业论文设计说明书 总体硬件设计 系统总体硬件框图与工作原理 经过对所要设计的控制系统的功能要求进行分析，可以得道系统的总体硬件设计框 图，如图所示。 由系统的总框图可以看出该系统的工作原理为单片机作为控制核心并协调 整个系统的工作，通过数字温度传感器检测当前水的温度，由于数数字信号就直接送入 单片机内，通过单片机的处理在数码管上显示当前的温度值。另外路是 在水箱中的水压传感器测水的压力从而得到水位的高低，水压传感器输出的是 的模拟量，要经过转换成为数字量再送入单片机进行处理，在数码管 上显示水位值。按键用来设定想要的温度值，单片机在内部通过比较设定的温度和当前 温度，当前温度小于设定值时就会闭合电磁开关，开启加热装置。自动上水方面是设置 水位的上下限，水位小于下限时就会闭合电磁开关，就会开始上水，水位到达上线时就 会自动断开电磁开关，停止上水。温度和水位值在时时检测，达到控制目的。 温度传感器 水压传感器 上水控制 加热控制 转换 电磁开关 电磁开关 单片机 温度显示 水位显示 按键 图系统总体硬件框图 温度传感器 温度传感器 温度传感器选择数字温度计，它以位数字量的形式反映器件的温度值。 通过个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和之间仅需 条连接线加上地线。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部 电源。因为每个都有个独特的片序列号，所以多只可以同时连在根太阳能热水器控制器的设计 单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这特性在环境控 制探测建筑物仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。 图引脚排列与封装形式 表引脚说明 引脚符号说明 接地 数据输入输出脚。对于单线操作漏极开路 可选的引脚。 虽然具有测温系统简单测温精度高连接方便占用口少等优点，但 在实际应用中也应注意下问题 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行连接补偿，与微处理器间 采用穿行数据传送，编程时要严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 连接的总线电缆长度是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输长 度不能超过，采用双绞线带屏蔽电缆时可达到。 在测温程序中，向发出温度转换命令后，程序总要等待 的返回信号，要保持接触良好，否则会进入死循环。 的特性 独特的单总线接口方式。在处理器连接时，仅需要个口 即可实现微处理器同的双向通讯。 支持组网功能，多个多个可以并联在唯的单 线上，实现多点测温。 的测温范围为，在时，其精度陕西科技大学毕业论文设计说明书 为。 的测量结果的数字量位数从位，可编程进行选择。 内部寄生电源，器件既可以由单线总线供电，也可以用外部电源供 电。 测温原理测量温度采用了特有的温度测量技术，它是通过计 数时钟周期来实现的，内部计数器对个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时，振 荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为。同时，计数器复位在当前的温度值 时，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍 未关闭，则系统重复上述过程。 的结构 有三个主要数字部件 位激光， 温度传感器， 非易失性温度报警触发器和。 器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量在信号线处于高电平期间把能量储存在 内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄 生电源电容充电。也可用外部电源供电。 存储器和控制逻辑 暂存器 位 产生器 温度传感器 上限触发 下限触发 位和 单线端口 电源检测 图的内部结构 单纯通信功能是分时完成的。单线信号包括复位脉冲，响应脉冲，写， 写，读。它们有严格的时隙概念。系统对的操作以命令个 和存储器命令个形式出现。对它的操作协议是初始化发复位脉冲 发功能命令处理数据发存储器命令处理数据，各种操作都有相应的时序图。 在使用时，般都采用单片机来实现数据采集。只需将信号线 与单片机位线相连，且单片机的位线可挂接多个，就可实现单点 或多点温度测量。传感器的精度高互换性好它直接将温度数据进行编码，太阳能热水器控制器的设计 可以只使用根电缆传输温度数据，通信方便，传输距离远且抗干扰性好，与用传统的 温度传感器系统相比系统得以简化。系统扩充维护十分方便。 水压传感器及转换 水位传感器输出的信号为模拟信号，由于输出量微弱，要经过放大器的放大转化为 的电压信号，才能送入中进行转换，输出为串行数字数据，送入单片 机处理。传感器和转换原理图如下图所示 图模拟量输入及转换电路结构 水压传感器 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器半导体应变片压力传感器电 感式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器谐振式压力传感器及电容式 加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的 精度以及较好的线性特性。在水箱的最底部安装压力传感器，水位的不同，传感器检测 到的压力值就不同，采集到的模拟量信号经过处理和计算，就能换算成水位的高低，经 过单片机显示。 结构及原理 图芯片引脚图 芯片各引脚说明 片选使能，低电平芯片使能。 分享无罪 太阳能热水器控制器的设计 摘要 太阳能是现在社会巨大的能源，人们利用太阳能可以节省好多的能源，所以要好好 利用太阳能，发挥它应有的作用。太阳能热水器因利用太阳能无污染使用方便长 期使用投入费用低等特点而倍受人们的青睐，得到很好的发展。 本设计以单片机做为控制核心并协调整个系统的工作，通过数字温度传感器 检测当前水的温度，由于是数字信号就直接送入单片机内，通过单片机的处理在 数码管上显示当前的温度值。另外路是在水箱中的水压传感器测水的压力从而 得到水位的高低，水压传感器输出的是的模拟量，要经过转换成为数字量 再送入单片机进行处理，在数码管上显示水位值。按键用来设定想要控制 的温度值，单片机在内部通过比较设定的温度和当前温度，当前温度小于设定温度时就 会闭合电磁开关，开启加热装置。高于设定温度时断开开关停止加热。自动上水方面是 设置水位的上限和下限，水位低于下限时就会闭合电磁开关，开始上水，当水位高于上 线时就会自动断开电磁开关，停止上水。温度和水位值在时时检测，达到控制目的。 关键词太阳能热水器,传感器,控制,单片机 , , , , , , , , , , , , 目录 摘要 前言 课题背景和意义 本课题研究内容与主要工作 本课题的研究预期成果 总体系统设计 总体硬件设计 系统总体硬件框图与工作原理 温度传感器 温度传感器 的结构 水压传感器及转换 水压传感器 结构及原理 电磁开关电路及原理