太阳能热水器系统毕设论文Word格式文档下载.docx
《太阳能热水器系统毕设论文Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能热水器系统毕设论文Word格式文档下载.docx（53页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.3太阳能热水器市场前景分析8
1.4太阳能热水器系统功能简介9
2单片机系统简介11
2.1单片机概述11
2.2关于单片机的一些基本概12
2.3芯片简介15
2.3.1MSC-51芯片简介15
2.3.2MCS-51的引脚说明：
18
3传感器的特点及应用21
3.1温度传感器及其应用21
3.2数字温度传感器DS18B2021
4系统硬件结构与工作原理24
4.1系统硬件结构24
4.2电加热、电磁阀控制电路25
4.2.1光电耦合器26
4.2.2双向可控硅26
4.2.3电加热、电磁阀控制电路27
4.3温度监测与控制电路及其工作原理28
4.3.1基本工作原理电路28
4.3.2源程序28
4.4水位监测及控制电路及其工作原理38
4.4.1霍尔效应及霍尔传感器38
4.4.2霍尔流量计的工作原理40
4.4.3测水量软件流程41
4.5显示控制及其实现程序41
4.5.1液晶显示器的特点、分类及其他42
4.5.2液晶显示器与单片机接口电路43
4.6键盘接口电路及其编程44
4.6.1键盘接口方式44
4.6.2键盘接口电路45
4.6.3键盘编程45
4.7总模块电路及其编程46
4.7.1总模块电路图46
4.7.2源程序47
5仿真与测试58
5.1利用proteus绘制电路图58
5.2在KEIL中对程序的调试方法60
5.3仿真的实现64
致谢67
参考文献68
1太阳能热水器系统简介
1.1太阳能热水器发展概况
能源是人类生存和社会发展的物质基础，一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足当前需要又不危及后代人前途的社会。
因而，随着世界性能源短缺和环境污染的日益严重，节约能源和寻找新的可再生无污染的能源就摆在了人们的面前。
节约能源，尽可能多的用洁净能源代替高碳量的矿物燃料，也就成为能源和环境建设必须好遵循的基本原则之一。
太阳能的开发和利用，正是适应了这种需要，据检测，每平方米太阳能热水器在其寿命期内可减少一吨煤所造成的向大气排放的有害化合物。
因而开发利用太阳能，是减少环境污染的重要选择。
1992年联合国召开了全球与环境发展大会之后，许多国家纷纷将太阳能列入重点开发项目。
充分开发利用太阳能也就成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策，一方面可以广泛地应用于热水、发电、制冷、采暖等诸多方面，另一方面可以大量节省石油煤碳等不可再生资源，将大大缓解能源匾乏而带来的严重后果。
早在1973年，美国就制定了政府级的阳光发电计划。
而后许多国家都制定了相应的发展计划。
80年代，日本、澳大利亚、美国、以色列和希腊等国家出现新兴的太阳热水工业。
我国幅员辽阔，具有丰富的太阳能资源和良好的开发利用基础。
全国太阳能国辐射总量在3.8-8.4x10'
千焦/平方米之间，约占全国2/3以上的地区全年日照时数大于2000小时。
经过十余年的努力，我国太阳能利用取得了举世瞩目的成绩，太阳能热水器是太阳能热利用中技术最成熟、应用最广泛、产业化发展最快的领域。
当前我国自主开发的全玻璃真空管太阳能热水器在世界上处于领先水平，并出口到日本、美国等发达国家。
国内应用情况据统计，我国太阳能热水器在2005年年底的年产量为1500万平方米，占世界总产量的75.6%；
保有量为7500万平方米，占世界总保有量的60.6%。
年产量及拥有量均居世界首位，成为我国节能领域的新兴产业，已引起国际能源界的关注，发展势头很好。
进入90年代，中国在改革开放政策指引下，随着太阳能热水器的不断改进、大众文明意识的提高、人民生活水平的不断提高以及对生活热水需求的日益增长和拥有9亿人口的农村潜在，市场的开发，更是促进了太阳热水工业的迅速发展，太阳能热水器应用同时也得到了一个大规模进展，并且形成了与空调、彩电、冰箱等一样的大规模市场。
太阳能热水器是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水储存的装置。
目前，技术水平最高的太阳能热水器是真空集热管太阳能热水器。
真空集热管的内、外管之间是真空夹层，确保冬季管内不结冰，能够正常使用，内管上有一层选择性吸收镀膜，膜层能充分吸收太阳光。
真空管里的水，吸收热量后，通过温差循环，加热储箱内的水。
太阳能中央热水系统采取以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式。
一般情况下全年90%的热水来自太阳能，只需10%的电能作补充，365天全天候可以供应热水。
太阳能热水器可在全国大部分地区使用，并被广泛应用于家庭，在宾馆沐浴、工业用水等方面获得利用。
同时，由于其经济和社会效益显著。
不用煤油电而用太阳能热水器洗浴的城乡居民全国有3000多万，年节约能源200万吨标准煤。
太阳热水不但为广大城乡用户所接受，而且建设部已将它列入建筑节能新技术，准备推广，太阳热水系统将与被动太阳采暖、光伏器件一起成为21世杨太阳能建筑结构的一个组成部分。
太阳热水要扩展到为工农业生产服务。
太阳能产品本身还存在着使用不方便、不配套、质量档次不高的状况。
同时，由于受自身条件的限制，随着春夏秋冬四季的变化，以及不同季节不同天气的变化，由于真空集热管太阳能热水器的单一性能，出水温度和热水存量的不确定性给使用中带来众多不便，同时也造成了对太阳能的利用效率低下，太阳能热水器也就在一定程度上满足不了不同用户的不同需要，从而影响了太阳能热水器的长期发展。
1.2太阳能热水器控制仪的现状
在太阳能热水器的控制方面，其发展就远远落后于太阳能热水器本身的发展，绝大多数用户对水位（进水）的控制仍然依赖于观察溢流管有无溢流。
但这种方法有明显缺陷:
1）在往水箱进冷水时，水箱内存留的热水往上升，直至从溢流管溢出，这样从溢流口到用户室内这段溢流管所含容积的温度较高的水白白浪费了，溢流管越长，损失越大。
2）进水进到溢流管溢出为止，即水箱已充满，但当在太阳能的作用下，随着水温的不断升高，水的体积不断膨胀，将上层温度最高的水从溢流口不断排出，又造成了大量热能的流失。
为了满足用户的需要，市场上相应也推出了太阳能热水器控制仪。
调查分析目前市场上的此类装置，存在如下缺陷:
1.智能化程度不高，一方面，人工上水，用户需占用大量时间，使用十分不方便；
另一方面，也造成了对太阳能利用的效率低下；
2.其关键元件水温、水位探头插入水箱中，依靠探头金属与水导电产生信号来显示水位。
太阳能水温升高时，探头上会产生水垢，影响了探头与水之间的导电性能，整套水位显示系统也就失去了作用，控制仪也就不能正常使用；
3.虽然此类产品种类多，但功能都不齐全，各有侧重，且通用性较差；
4.交互界面不友好，用户了解信息和操作都不方便。
基于这几点考虑，针对目前市场上的家用太阳能热水器控制系统存在的缺陷，我们做了必要的、有益的调整、改进和完善。
以AT89C51单片机为核心，利用霍尔流量计代替传统的金属探头，解决了升温结垢问题；
同时实现对太阳能热水器的水位、补水方式、补水时间的程序化控制，提高了系统的智能化，同时提高了对太阳能的利用率；
通过液晶显示与用户建立良好的交互界面。
1.3太阳能热水器市场前景分析
在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。
太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。
在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。
但是目前市场还有待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较大的成长空间。
2005年，中国太阳能热水器年产量已突破1500万平方米，保有量超过6200万平方米，行业总产值已逾150亿元。
2005年中国热水器市场销售量达到1283.4万台，销售额达到101.6亿元，比上年同期分别增长了20%与33.7%。
2006年，中国燃气、太阳能及类似能源的器具制造行业累计实现工业总产值24,125,852千元；
实现累计产品销售收入22,071,020千元，比上年同期增长31.32%；
实现累计利润总额为759,646千元，比上年同期增长54.07%。
2007年1-11月，中国燃气、太阳能及类似能源的器具制造行业累计实现工业总产值28,248,917千元，比上年同期增长了29.14%；
累计实现产品销售收入27,222,371千元，比上年同期增长了41.02%；
累计实现利润总额955,850千元，比上年同期增长了65.14%。
中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20％-30％的速度递增。
但是中国太阳能热水器生产的企业有3500多家，除皇明、清华阳光、华扬、澳柯玛、北大四季沐歌等10个全国性品牌因质量、售后服务过硬而市场知名度较高外，行业中存在着大量纷繁芜杂的杂牌子企业，这种状况不利于行业的长远发展。
1.4太阳能热水器系统功能简介
太阳能热水器控制仪具有功能齐全、智能化强、操作简单方便、人机交互界面良好等诸多优点:
1.4.1功能上
1.太阳能热水器水位测定:
通过霍尔双向流量计可较精确的测定目前太阳能热水器的水量，解决了长期困扰太阳能控制器可靠性的难点。
2.太阳能热水器水温测定与控制:
通过温度传感器来探测太阳能热水器的温度，并通过单片机控制在数码管上以数字形式显示；
用户也可以根据需要选用或不选用辅助电加热器。
3.补水方式选择:
用户可以根据自己的需要选择自动补水〔系统一旦检测到水位低于一定值就自动打开电磁阀补水直到满水位）或手动补水〔系统根据用户设定的补水时间来进行补水）。
同时，也加设了紧急补水键，（用户第一次按下紧急补水键，就开始补水，系统就会补水到满水位，若补水当中，用户第二次按下此键，则停止补水）。
3.显示:
监测结果以及相应的用户操作，都在液晶上以图形或数字的方式来显示，直观、明了，用户用起来很方便。
.此外，系统还对多种意外情况做了相应的保护措施。
如，当系统检测到电磁阀打开，而流量计没记数时，则延时2分钟，自动切断电磁阀（防止用户补水时，自来水公司突然停水）;
当电加热启动着时，用户如果用水，则切断电加热，直到用户用水完毕，再重新开启电加热。
（防止带电用水）:
等等。
1.4.2智能上
太阳能热水器满足了不同用户的不同需要，可根据季节不同，用水状况不同，确定每日的上水时间和次数，充分利用太阳能源;
可根据家庭用水时间和温度，自动进行电补温，克服气候的变化，确保家庭用热水;
一次性设定好后无须操心，由控制器进行自动管理。
1.4.3接口上
单管上下水，一阀多能。
它也抛弃了传统的浮球箱来判定水满否，而是微型化处理，无需溢流管，直接由单片机根据预先设定的满水量判断并实现自动水满关闭。
1.4.4实用面上
现在不光有单个的太阳能热水器用户，也有小区式的太阳能热水器用户，该设计可以同时满足两种用户的需要。
另一方面，控制系统可以单独使用于太阳能热水器，也可以与可与家用电热水器连用进行控制。
2单片机系统简介
2.1单片机概述
微型计算机的出现与发展已广泛应用到各行各业中，使人们的日常生活、工作都发生了重大变化，如果没有微型计算机，人们的工作、生活的质量将受很大的损失。
单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重要分支，其独特的结构与性能越来越普及地应用于国民经济的各个领域。
本绪论主要是介绍什么是单片微型计算机:
它与微型计算机的区别是什么;
单片微型计算机的发展概况;
它的特点和应用。
通过对本绪论的学习，使读者对单片微型计算机有一个初略的认识和了解。
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片微型计算机简称单片机。
它在一块芯片上集成了各种功能部件:
中央处理器（CP切、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（RO峋、定时器/计数器、和各种输入/输出（Fo）接口（如并行FO口、串行FO口和A/D转换器）等。
由于它的结构与指令功能同步，也经历了四个阶段:
第一阶段（1971一1974年），主要是美国Intel公司从早先的第一台MCS一4微型计算机，到后来功能较强的8位微处理器Inte18o08和Fairchild公司的FS微处理器。
这些微处理器虽说还不是单片机，但从此拉开了研制单片机的序幕。
第二阶段（1974一1978）初级单片机阶段，以Intel公司的MCS一48为代表。
这个系列的单片机内集成有8位CPU，并行I/0口，8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K，且无串行口。
第三阶段（1978一1983）高性能单片机阶段。
在这一阶段的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统，16位定时器/计数器。
片内ROM，R乃初容量加大，且寻址范围可达64K字节，有的片内还带有A/D转换器接口。
这类单片机有INTEL公司的MCS一51，MOTOROLA公司的6801和ZILOG公司的28等。
其中MCS一51系列产品，由于其优良的性能价格比，特别适合我国的国情，MCS一51系列单片机有可能稳定相当一段时期。
现在，国内的MCS一51热正在升温，随着我国经济建设步伐的加大，MCS一51系列单片机必将在各个领域大显身手。
第四阶段（1983一现在），8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段。
此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机:
另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同用户的需要。
MCS一5王系列属高档单片机，近年来，工NTEL公司在提高该系列产品性能方面作了不少工作，相继推出了不少新产品:
8052/8752/8032、低功耗的CHMOS工艺芯片SOC51/87C51/80C31、具有高级语言编程的芯片8052AH一BASIC、高性能的C252系列等。
在本次设计中我们采用了MCS一51系列中的89C51来完成产品种的CPU的功能。
在单片机的应用领域中按照单片机的特点，单片机可分为单机引用和多机应用。
单机应用领域有:
测控系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口等。
多机应用领域有:
功能集散系统、并行多机控制系统、局部网络系统等。
我们所设计的太阳能供热控制系统属于单机应用领域的测控系统，即利用单片机完成对温度的采集、比较、控制等功能。
2.2关于单片机的一些基本概
随着电子技术的迅速发展，计算机已深入地渗透到我们的生活中，单片机的内容比较抽象，相对已熟悉的模拟电路、数字电路，单片机中有一些新的概念必须要理解，下面就对这些最基本概念作一说明。
一、总线：
一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以就需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？
这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（能有多个器件同时接收）。
器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。
在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。
二、数据、地址、指令：
之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的──数字，或者说都是一串‘0’和‘1’组成的序列。
换言之，地址、指令也都是数据。
指令：
由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不能由单片机的开发者更改。
地址：
是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元能由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的。
数据：
这是由微处理机处理的对象，在各种不一样的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况：
1·
地址（如MOVDPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。
2·
方式字或控制字（如MOVTMOD，#3），3即是控制字。
3·
常数（如MOVTH0，#10H）10H即定时常数。
4·
实际输出值（如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：
MOVP1，#0FFH，要灯全暗，则执行指令：
MOVP1，#00H）这里0FFH和00H都是实际输出值。
三、P0口、P2口和P3的第二功能使用办法,各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。
如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微片理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有对应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明。
事实上‘不能作为通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不会’将其作为通用I/O口使用。
你完全能在指令中按排一条SETBP3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这常常这会导致系统的崩溃（即死机）。
四、程序的执行过程单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为‘0000’，所以程序总是从‘0000’单元开始执行，也就是说：
在系统的ROM中一定要存在‘0000’这个单元，并且在‘0000’单元中存放的一定是一条指令。
五、堆栈堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的‘先进后出，后进先出’，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即‘PUSH’和‘POP’，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就（在原来值的基础上）自动加1，每当执行一次POP指令，SP就（在原来值的基础上）自动减1。
由于SP中的值能用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了SP的值，就能把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOVSP，#5FH指令，就时把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。
一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的浑乱。
当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是能象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。
六、单片机的开发过程这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。
在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶
升级会员 