东海科学技术学院本科生毕业论文 目录 第章绪论 前言 国内外研究动态 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 第章方案论证和单片机的选择 方案论证和方案的选择 水位传感器的选择 单片机的选择 选择和其功能性能 引脚功能介绍 第章硬件电路设计 水位检测模块 水位测量原理 水位检测电路设计 温度检测模块 液晶显示模块 液晶 液晶显示电路设计 键盘控制模块 报警模块 电磁阀控制模块 双机通信及其他电路设计 其他电路设计 晶体振荡电路 复位电路 设计总电路图 第章系统软件设计 设计思路 温度测量子程序 水位测量子程序东海科学技术学院本科生毕业论文 液晶显示子程序 结束语 致谢 参考文献 东海科学技术学院本科生毕业论文 第章绪论 前言 地球上的不可再生能源总有天会消耗殆尽，所以开发和有效利用太阳能这样的环保且 资源丰富的能源有着重要的意义。太阳能热水器就是太阳能开发和利用的大产业，所以完 善太阳能热水器也成为最近的研究热门课题。目前太阳能热水器效率和功能上还存在着比较 多的问题例如不可缺水，空晒情况下上水会爆炸春秋天，水温升高造成水变成水蒸气 蒸发，造成热能损失冬天水温不够，导致热水器成为了摆设。现在人们对家用电器的要求 越来越趋向数字化自动化智能化。很多国内外太阳能热水器商家为了使自己的产品能在 市场上有席之地，在不断提高太阳能热水器性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于 太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度也年比年高。但是大部分太阳 能热水器还是存在着使用不便和小毛病多等问题。 本设计是针对上述问题设计的温度控制系统，由单片机和些外围设备，充 分运用软件和硬件结合的方法实现了当前水位高度显示水箱温度显示，以及当水位下降到 最低刻度线时自动上水三种主要功能，很好的解决了些太阳能热水器的通病。 国内外研究动态 我国在太阳能热水器的发展迅猛，已经跃成为太阳热水器第生产大国，但现状是我 国很多企业生产的太阳热水器仍然有着功能单数字化低智能化低的不足。近几年来， 市场上陆续出现了些太阳能热水器监测系统的性能不稳定比如检测误差大显示器乱码， 还有的与电辅助加热装置不能很好配合和太阳能利用率较低等问题，严重影响了用户的日常 使用也从而影响到太阳热水器的销售业绩惨淡。所以我认为太阳热水器，有着广阔的发展前 景，款好的监测系统能让整个太阳热水器提高不止个档次，让企业乐开了花，也给百姓 生活带去了方便，是种双赢的研究。因此，在太阳能热水器水位监测水温检测方面的研究 发，应引起足够重视，加大投入定力量研究开发高质量性能好的测控产品。 在西方，尤其是美国德国以色列这些国家在太阳能热水器方面的研发直比较活跃。 以美国欧沃斯利诺依斯公司的发明的全玻璃真空管太阳集热器最为普及，使用了高真空技 术，使集热器的热损失比普通平板式太阳能集热器的热损失降低了大块该集热器选择性 吸收涂层的吸收阳光的效率。另方面还设计专门开发了用于太阳能热水器的先进的 应用软件，从而使太阳能热水器技术水平领先我国不少。 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 水位水温测量电路。这部分用于采集水位水温信号给单片机，是太阳能热水器控制 器最关键的部位。 时间水位温度显示和键盘电路。这部分磁阀打开，水位不断升高，当达到最高水位时便给单片机 发出中断请求，此时电磁阀关闭，停止加水。在上水过程中，在楼下的既可以显示水 箱的水位值又可显示水箱内水的当前温度，不仅直观方便，而且精确度高，实用性强。此系 统解决了热水器上水时需人工守候和过量溢水的问题，达到了省时环保节水的目的。加 设的缺水报警系统和液晶显示部分，使整个系统更实用，更趋向数字化智能化。 水位传感器的选择 方案排阻分档键盘式水位传感器种类似键盘电路的分档水位传感器，其原理 图如图所示。 排阻式水位传感器的工作原理大致是分别用根铜针分别置于水箱内的四种不同高度 的位置。铜若针不接触水面，其输出为高电平若铜针与其对应水面接触时则输出为低电平， 输出接至电子开关，经过反向并经驱动后分别接到的 引脚。单片机对这些引脚进行判断后，显示相应的水位值。显示共分档，每档为满水位 的。用了这种方法可以省去了传统的转换器步骤，成本也降低。不过也有个缺 点就是精度不高。 房顶 房间 水温 检测 水位 检测 电压 比较 键盘 输入控制 电磁阀 显示 电路 蜂鸣 电路 双机通信东海科学技术学院本科生毕业论文 图排阻式水位检测系统示意图 方案二充放电式水位传感器测量电路其基本形状如图所示。 图充放电式水位传感器示意图 从图中我们可以看到传感器外很形很普通，该传感器共只有两个端口，第个 端口是公共水位，第二个端口是实际水位端口。观察传感器可知水位传感器有个与水接触 点，我们从上到下依次命名它们为触点。我们分别测量了触点不同接法时公共和水位 两端口之间的电阻，输出电阻值表如下表。 公共水位 水箱东海科学技术学院本科生毕业论文 表输出电阻值表 短接方式无短接 输出电阻值极大值 方案选择 以充放电式水位传感器来测量水位有较大优势，充放电式水位传感器只要两根 线就可以，这里相对于排阻法就省下不少的导线，另方面占用较少的口，仅需两个 口就能完成水位检测任务，极大地节约了单片机的口资源。 综上比较可见选用第二种方案较为优越。 单片机的选择 选择和其功能性能 是种低功耗高性能的位微控制器，具有在系统可编程 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的位和在系统可编程，使得为 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活超有效的解决方案。与工业产品指 令和引脚完全兼容得益于它使用高密度非易失性存储器制造技术。 单片机标准功能数据存储器，程序存储器， 个外部双向输入输出口，三个可编程位定时器计数器，个看门狗 定时器，个向量级中断结构，两个数据指针，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 此外，如果降至静态逻辑操作，可支持两种软件可选择节点模式在掉电保 护方式下，内容被保存，振荡器被冻结，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复 位。在空闲的模式下，暂停工作，而定时计数器，串行口，外中断系统可继续工 作。 引脚功能介绍 单片机采用双列直排的条引脚的封装形式。的条引脚中，有 条只用于主电源的引脚，还有条外接晶振的引脚，另外条控制和其它电源复用的引脚， 条引脚。如图是单片机引脚图。 东海科学技术学院本科生毕业论文 图单片机引脚图 引脚的名称和功能 接的电源。 为接地。 接在外部晶振的端。在单片机内部是反相放大器的输入端，该放大器 构成了片内振荡器。 接在外部晶振的另端。在单片机内部接至上述的振荡器的反相放大器 的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。 控制信号引脚和 脚也就是，复位输入，单片机上电后如果要使单片机复位，只要在 该引脚输入个振荡周期宽度以上的高电平就可达到。图为该单片机的复位 电路图。在通电瞬间，电容通过电阻进行充电，端出现正脉冲，用以复 位。当振荡器工作时，引脚出现两个机器周期以上高电平将使得单片机复位。 单片机正常工作时，此引脚应为不大与的低电平。 脚，地址锁存使能输出编程脉冲输入端。，地址锁存允许 输出脉冲用于锁存地址的低位。当不访问外部存储器程序时，仍以时钟振 荡频率的输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注 意的是每当访问外部数据存储器时将跳过个脉冲 脚，外部程序存储器读选通信号，低点平有效。当由外部程序 存储器执行外部代码时，每个机器周期中，信号两次有效，也就是输出两个 脉冲。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号不出现。 脚，外部访问允许编程电源输入端。当输入高电平时接端，东海科学技术学院本科生毕业论文 太阳能热水器水位控制电路设计 张洋 东海科学技术学院机电工程系，浙江舟山 摘要 随着现代科技的发展，人们对于能源的利用率越来越高，太阳能就是其中最无偿且最环 保的论证和确定，和单片机的选择和主要工作原理的介绍。接下来是本设计的核心部分，着 重结合理论着重研究了太阳能热水器的水位控制电路的各个组成部分。后面的软件设计也必 不可少，最后是对本设计的心得和觉种，如何合理高效最大范围地利用太阳能已经成 为世纪最炙手可热的研究课题之。 本设计以单片机为核心，配合充放电式水位传感器与块液晶显示 器，设计种数字化且智能化的太阳能热水器水位控制系统。虽然本论文课题是水位控制电 路设计，但水位的检测和温度有着密不可分的联系，所以温度的检测模块也是论文必不可少 的部分。 此外，文中给出了主控芯片模块显示板水位监测控制电键控制报警器和电 磁阀控制等模块的结构及其工作原理系统硬件原理图程序流程图，并结合相应的理论设 计进行研究。开头部分阐述的是研究太阳能热水器的必要性和国内外的研究动态，正文开始 是设计要求，接着主要是方案的得不足可以加以改进的地方。此设计相对来说比较系统解决 了热水器上在水时需人工等待和过量溢水的问题，达到了省时省水的目的。该系统与传统 的太阳能热水器控制系统相比较，具有结构简单使用方便价格低廉抗干扰能力强等特 点。 关键词充放电智能控制双机通信 东海科学技术学院本科生毕业论文 , , , , , , , 东海科学技术学院本科生毕业论文 目录 第章绪论 前言 国内外研究动态 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 第章方案论证和单片机的选择