太阳能热水器的智能控制系统解析Word格式文档下载.docx

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这是对本专业学习由理论到实践的一个简单的过度。

本课程设计是为毕业设计做好基础工作。

是以太阳能热水器控制为题目，运用所学的课程理论知识设计一个能够自动控制太阳能热水器的水位水温的计算机控制系统。

二、课程设计的题目描述和要求

本次课程设计的题目是基于单片机的太阳能热水器的水位水温的控制。

该太阳能热水器系统是一个二十四小时实时控制系统，具有实时显示热水器水位水温，并且能够实现对水位水温的设定和控制。

具体实现的功能目标为：

1、可自动检测太阳能热水器的水位，并以百分比的形式显示；

2、热水器中水位为0%时，可自动开启电磁阀上水，热水器中水位为95%时，可自动关闭电磁阀，亦可以实现手动加水或者定时加水；

3、水位减到5%或到达100%时，能进行缺水或溢出报警

4、可自动检测太阳能热水器的水温，并以摄氏度形式显示；

5、对热水器中水温二十四小时监控显示，当水温未达到预期温度可以切换电热加热至预期温度。

3、课程设计的报告内容

1、设计的总体方案

为了保证一天二十四小时供应热水，系统设计思路如下：

当日照条件比较好的时候由太阳能对水进行加热，水自动升温，当用户用水时发现水温过高时可以利用冷热水出水阀来调节从而降低水温到适宜温度；

若日照条件比较差时，当发现水温低于系统最低温度（30℃）时,自动启动电加热并通过自动控制使水温恒定。

想要更高的水温，这时可以启动手动加热，设定需要的温度,系统启动电加热装置加热到设定温度并保持恒定。

设定温度的范围控制为在30℃至65℃。

对水位同样实时监控显示，当水位低于5%时，自动启动电磁阀加水使水位上升到设定值，如果没有设定值则上升到系统默设定值认值，则水位上升到95%关闭自动关闭电磁阀，并且还能实现手动加水到期望的水位。

当水温达到最大设定值启动报警装置，水位低于5%或者高于95%是启动报警装置。

2、系统控制模块图

图1

3、系统硬件介绍

1）主控制选择

主控制选择AT89C51单片机介绍

1）主要特性

·

与MCS-51兼容，4K字节可编程闪烁存储器。

2）管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。

P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，P3口同时为编程和编程校验接收控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

·

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2）时钟电路的设计

为实现热水器24小时供应热水的目的，控制器必须有一个实时时钟来为系统提供准确的基准时间，在软件设计上则要求实时地读出当前时间，同设定时间比较，以决定系统工作状态。

本系统采用美国DALLAS半导体公司推出的涓流充电时钟芯片DS1302，它具有实时时钟/日历和31字节的静态RAM，实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24/12小时格式。

DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：

RES（复位）、I/O（数据线）和SCLK（串行时钟）。

时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。

DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

双电源管脚用于主电源和备份电源供应，VCC1（备份电源）为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。

如图3-5所示：

图2实时时钟电路

DS1302芯片介绍如下：

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×

8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

图3-6示出DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。

在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。

当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。

当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。

X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。

RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。

RST输入有两种功能：

首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；

其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。

当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。

如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。

只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。

I/O为串行数据输入输出端（双向），SCLK始终是输入端。

图3-6DS1302引脚图

3）人机交换界面设计

人机界面电路分为输入电路和输出电路。

输入电路采用独立式键盘，其各个按键相互独立地连接一条输入数据线。

这种键盘的优点是结构简单、结构清楚。

输出电路采用128*64的LCD显示，本系统选择无字库PG12864。

人际交换电路如图3和图4

图3

图4

12864液晶引脚功能描述如下：

管脚号

管脚名称

LEVER

管脚功能描述

1

VSS

电源地

2

VDD

+5.0V

电源电压

3

VO

-

液晶显示器驱动电压

4

D/I（RS）

H/L

D/I=“H”，表示DB7∽DB0为显示数据

D/I=“L”，表示DB7∽DB0为显示指令数据

5

R/W

R/W=“H”，E=“H”数据被读到DB7∽DB0

R/W=“L”，E=“H→L”数据被写到IR或DR

6

E

R/W=“L”，E信号下降沿锁存DB7∽DB0

R/W=“H”，E=“H”DDRAM数据读到DB7∽DB0

7

DB0

数据线

8

DB1

9

DB2

10

DB3

11

DB4

12

DB5

13

DB6

14

DB7

15

CS1

H:

选择芯片（右半屏）信号

16

CS2

选择芯片（左半屏）信号

17

RET

复位信号,低电平复位

18

VOUT

-10V

LCD驱动负电压

19

LED+

LED背光板电源

20

LED-

在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：

1.显示质量高

由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。

因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。

2.数字式接口

液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。

3.体积小、重量轻

液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

4.功耗低

相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。

4）、温度和液位检测控制电路

1）温度检测采用DS18B20传感器

2）芯片介绍

DS18B20数字温度计提供9-12位摄氏度温度测量而且有一个由高到电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。

DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需要一条连接线（加上地线）。

的测量范围为-55~+125℃，并且在-10~+85℃精度为±

5℃。

除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的要求。

每个DS18B20都有一个独特的64位序列号，从而允许多只DS18B20同时连在一个单线总线上；

因此，很简单就可以用一个微控制器去控制多覆盖子啊一大片区域的DS18B20。

详细的引脚说明

8引脚SOIC封装

T0-9封装

符号

说明

GND

接地

DQ

数据输入/输出引脚。

对于单片操作：

漏极开路。

当工作在寄生电源模式时用来提供电源

可选的VDD引脚。

工作与寄生电源模式VDD必须接地。

5、系统的硬件电路图

6、系统程序流程图

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7、键盘中断服务程序流程图

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N