太阳能热水器控制器设计与实现.docx

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1、地球上的不可再生能源是有限的，也在一天天的日益减少，所以开发和有效利用太阳能是当下的不二之选，这样的环保且资源丰富的能源有着重要的意义。太阳能热水器控制器就是太阳能开发和利用的一大攻破点，所以完善太阳能热水器在控制这方面的问题也成为我们当下研究热门课题。基于此类现象设计的热水器控制器实现的功能有：胆内水温的实时测量；具有手动加热及预约自动加热工作模式；有计时功能；对水温、阈值、时间等有显示功能；有报警功能以及参数设置功能。在设计中使用STC89C52作为主控芯片，用DS18B20对热水器内的实时水温进行测量，用时钟模块DS1302提供精确的计时，用显示器1CD1602对热水器系统的温度、热水器

2、控制时间等参数进行显示。使用DS18B20温度传感器获取温度，使用1ED小灯模拟当前热水器工作状态，精确的显示出采集的水温。基本实现了用户自己控制和智能控制的功能。关键词：热水器；预约；STC89C52；1CD1602AbstractThenonrenewab1eenergyontheearthwi11beexhaustedoneday,soitisofgreatsignificancetodeve1opandeffective1yuti1izeso1arenergy,whichisanenvironmenta11yfriend1yandresourcerichenergy.So1arwate

3、rheaterisabigindustryofso1arenergydeve1opmentanduti1ization,soimprovingso1arwaterheaterhasbecomeahottopicrecent1y.Thefunctionsofthewaterheatercontro11erdesignedbasedonthisphenomenoninc1ude:rea1-timemeasurementofwatertemperatureinthetank;manua1heatingandautomaticheatingmode;timingfunction;disp1ayfunc

4、tionofwatertemperature,thresho1dandtime;a1armfunctionandparametersettingfunction.Themode1isSTC89C52Comparedwiththerea1-timechip,DS18B20usesmorepowertomeasurethewatertemperatureonthewaterheater.DS1302isusedtodisp1ay1CD1602toensurethecorrecttimeandtemperatureofthe1ionInstrument.Othersystemparametersan

5、dwaterheaterDS18B20isusedtoco11ecttemperatureand1ED1ampisusedtodisp1aytheco11ectedwatertemperatureaccurate1y.ThewatertemperatureencounteredbySo1omonexceedsthetemperature,whichisrequiredbytheheatingsource,sothereisnop1aceforexterna1contro1.Thecurrenttemperatureis1owerthanthetemperatureofwaterbecauseS

6、o1omonandhisstoveneedtobeco11ected.Whenthetemperatureexceedstherequiredtemperatureco11ection,there1aystartsheating.Theinte11igentcontro1functionisbasica11yrea1ized.Keywords：WaterheaterAppointmentSTC89C521CD1602摘要1AbstractI1第1章绪论11.1 课题背景11.2 国内外现状21.3 系统设计目的和意义21.3.1 系统设计目的21.3.2 系统设计意义21.4 系统主要研究内容

7、3第2章系统方案设计42.1 系统设计内容及要求42.2 系统方案比较及选取52.2.1 系统设计方案5222元器件的方案选取72.3 1CD1602液晶显示屏选取72.4 DS18B20温度传感器选取82.5 太阳能供电太阳能板选取82.6 ReIay-SPDT继电器选取9本章小结10第3章系统硬件电路设计113.1 硬件总体设计思路113.2 系统主要单元电路设计113.2.1 系统主控制模块设计113.2.2 时钟电路设计133.2.3 复位电路设计133.2.4 1CD1602液晶显示模块设计143.2.5 DS18B20温度传感器模块设计163.2.6 Re1ay-SPDT继电器模块

8、设计16本章小结17第4章系统软件设计184.1 系统软件设计总体思路184.2 系统主程序设计184.3 系统子程序设计204.3.1 显示模块子程序设计204.3.2 温度传感器子程序设计234.3.3 ReIay-SPDT继电器子程序设计25本章小结26第5章系统焊接与调试275.1 安装步骤275.2 电路的调试275.3 系统集成和测试285.4 实物的运行结果及其分析295.5 实物图错误!未定义书签。结致1234录录录录附附附附译文35英文参考资料37电路原理图39程序代码40第1章绪论1.1 课题背景太阳能热水器是利用太阳辐射能和热水的装置。世界上第一台热水器是美国马里兰州的肯

9、普于1891年发明的。随着世界范围内天燃气和石油的大规模开采，世界的能源危机一天比一天严重，人们开始对太阳能的开发又重视了起来,很多国家都开始大规模一心钻研，开发有关利用太阳能技术的研究，尤其是太阳能热水器的这个方面。使得太阳能热水器的到了迅速的成长和发展。到上世纪90年代，这种新开发出来的太阳能热水器很受人们的欢迎，也赢得了很多用户的认可。热水器的产生给生活带来诸多便利，让在寒冷的冬天能够获得适应温度的生活用水。热水的产生实际上是由能量转换传递而来，根据热源的来源不同，在当前，最常见的热水器有四种，即电加热热水器、太阳能热水器、空气能热水器和燃气热水器。这四种热水器各占据一定的市场份额。但是

10、随着近年来科技的不断发展，部分热水器的弊端也逐渐暴露。对于太阳呢热水器而言，其受到空间、气象因素影响较大，在高速发展的当代，特别是在高层建筑中其使用受到大大限制；燃气热水器是近年来产生的一种环保、节能型热水器加热装置,随着西气东输工程的网络不断完善，其市场占有量呈现一种上升的趋势，但是当前燃气管网不全，使用过程危险系数较大，安装等过程不便；空气热水器可以将自然界中空气的能量转移到水内，实现水温加热，但是设备成本高，环境适应性差，比如在寒冷的北方如果使用该方式则制热的效果非常不理想，另外设备的使用寿命及其有限。对于电热水器而言，其加热速率较慢，使用过程消耗电能，但是常见的电热水器安全、小巧、即开

11、即热，使用中不受楼层、地理环境等因素的限制，只要有电的地方均可使用。因此在当前以及未来数年内，电热水器依旧是热水加热装置中的主流产品。近年来，科学技术得到迅猛的发展，但是热水器功能却依旧没有改变，仅仅可以实现将冷水加热的功能，工作过程温度的阈值固定，用户不便根据实际需求进行更改，在温度测量上误差大，水温波动范围也较大，用户体验感较差。因此现阶段有必要借助科技手段对热水器的功能进行升级，使其更能满足当代人的需求。1.2 国内外现状太阳能热水器是把太阳能的幅射光转化成所能给水加热的内能的一种装置。世界上第一台热水器是1891年由美国马里兰州的肯普（KemP）发明的。由于世界各地大量使用天然气和石油

12、，全球不可再生资源的能源危机变得更越来越紧张的局势，迫使人们重新集中精力发展和利用太阳能。许多国家在太阳能利用领域投入了大量的人力和物力进行深入的研究和开发利用。尤其是太阳能加热器控制器的研究和开发。水温控制是指根据预定顺序改变主电路或控制电路的布线并改变电路中的电阻值以控制电动机的启动的速度和制动的基本设备。并且用于记录要执行的指令。指令分为两部分：操作码和地址码。操作码用于指示学习动作的性质，例如加法，减法等。地址码提供指令动作的地址或相关信息，即该地址的地址。一种类型的指令称为传输指令，用于更改指令的正常流程。我国在65计划期间开始引入太阳能加热的热水器。我国目前在很多省份都是太阳能及其

13、充沛的省份，在西藏、新疆每天的太阳能光照及其丰富。现在，我们需要利用这些可再生资源去创造更大的价值，使其发挥着重要的作用，让可再生资源慢慢成长逐渐替代那些煤炭、石油等不可再生能源。1.3 系统设计目的和意义1.3.1 系统设计目的本次设计选用STC89C52单片机作为中央主控制处理器，使用的是1CD1602液晶显示屏幕作为显示模块，STC89C52单片机作为中央处理器。热水温可任意设定，显示水温和水位，加热水温可任意设定。可通过键盘设置时间参数;设置温度参数后，自动控制电辅助设备加热。加水继电器和加热继电器也可以通过连接在电路中的小灯进行虚拟加热和加水。实现了多个功能一起实现的热水器控制器，为

14、了能更好的给用户体验可以实现自动加热，恒温保持，自动蓄水的功能的可调节热水器控制器。1.3.2 系统设计意义在我国的很多城市太阳能资源是很丰富的，很多地方都在很大规模的使用太阳能热水器，使用太阳能光照来提供热水的方法，是我们国家的不可再生资源得到了极大的缓冲，也是我们国家环境的污染得到了减轻。对于热水器控制器这方面的研究，一方面可以增加热水器本身功能，提高市场竞争能力；另一方面迎合用户需求，降低不必要的损耗。太阳热水器，尤其是太阳热水系统及其控制器有着广阔的发展前景，但现有的技术研究和产品开发投入较少。因此,在太阳热水器、太阳热水系统的测量控制方面，应引起足够重视，加大投入一定力量研究开发高质

15、量、性能好的测控产品。1.4 系统主要研究内容本次设计在STC89C52单片机上电复位电路、手动复位电路（复位按键）、晶振电路（给单片机提供时钟周期）。采集1CD1602液晶显示实际温度值,报警参数可以同时在1602显示屏显示出来，可以更直接的看到，温度具体的精确的小数点O在用户使用中有两种模式：自动模式和手动模式，具有水温和水位控制功能。具有预约开启热水器的功能，可以自己任意设置预约时间小时或者是分钟，到了自己设定的加热时间，加热继电器开始模拟工作。这样使用户的使用更加方便还可以节能。自动模式：当DS18B20温度传感器检测到的的当前温度比用户设置的温度低时，继电器开始工作与其连接的模拟小灯亮起，进行模拟的加热。当温度高于用户自己设置的温度值时，继电器自动关闭，与其连接的模拟小灯也关闭，模拟加热停止。在水位检测模块这边分为低、中、高三个档位。当水位低于最低水位传感点时会停止加热防止水箱内部干烧，此时会启动加水的继电器工作开始进行模拟加水，当水位高于最高的水位传感点时，水箱内部停止加水。蜂鸣器通过不同的提示音来表达当前的状况，当温度低于用户自己设置的下限值时，蜂鸣器发出一声长的滴，当温度高于用户自己设置的上限值时，蜂鸣器发出两声短促的滴滴，此时用户可以更加了解热水器当前的状态是什么样的。手动模式：当温度在上限值和下限值之内时，用户能够通过按键开控制加热继电器的开始和关闭。当水