基于单片机的太阳能热水器控制器

分类号: 编号：烟 台 大 学毕 业 论 文（设 计）太阳能热水器控制器设计The design of controller for solar water heater申请学位： 工学学士 院 系： 光电信息科学技术学院 专 业： 姓 名： 学 号： 指导老师： 年 05 月 日烟台大学太阳能热水器控制器设计姓 名： 导 师： 年 05 月 日烟台大学烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院姓名 学号 毕业届别 专业毕业论文（设计）题目 太阳能热水器控制器设计指导教师 学历 博士 职称 所学专业 通信与信息系统主要内容: 本文论述了基于 C51 单片机的太阳能热水器控制器的实现。用 C51 单片机设计一种太阳能热水器控制器，实现水温、水位及时间的实时显示以及水温、水位的自动控制等功能，另外还需要实现时间和水温设定的功能。基本要求: 着重培养学生综合利用所学知识解决实际问题的能力以及查阅书籍资料、调查收集各种有用信息的能力。要求能够比较熟练掌握 C51 单片机、DS18B20 温度测量芯片以及其他测量和显示元件的使用。另外，有利于培养学生的英文阅读、计算机操作和动手能力，撰写毕业设计论文的能力。主要参考文献:1. 余锡存，曹国华. 单片机原理及接口技术（第二版）M. 西安：西安电子科技大学出版社，20072. 赵建领，薛园园等. 51 单片机开发与应用技术详解M 北京：电子工业出版社，2009.进度安排：第一阶段：13 周向导师请教确定课题并查询资料。第二阶段：49 周在导师的指导下确定设计方案和实现方法。第三阶段：1013 周根据方案完成软件仿真和实物焊接，并撰写毕业论文。第四阶段：14 周定稿，打印论文并参加答辩。指导教师（签字）： 年 月 日院（系）意见： 教学院长（主任） （签字）： 年 月 日备注：摘要 该太阳能热水器控制器是基于 C51 单片机设计和实施的，它以 AT89C51 单片机作为检测和控制中心，由主控芯片模块、DS18B20 温度检测及显示模块、水位检测及显示模块、时钟模块、报警模块和电磁阀控制模块、辅助加热模块等模块组成。它通过DS18B20 温度检测及显示模块实时检测和显示水温，通过水位检测及显示模块实时检测和显示水位，通过时钟模块实时显示时钟并在设定的时间给主控芯片特定的信号，通过电磁阀控制模块实现热水器的自动及手动上水，通过辅助加热模块实现太阳能热水器自动及手动加热，当水位过低且水温过高时通过报警模块报警，而主控芯片则负责协调其他各模块的工作。关键词 太阳能热水器控制器；AT89C51 单片机；DS18B20 Abstract The designing of this solar water heater controller is based on C51 single-chip microcomputer, The AT89C51 MCU is used as its detection and control center, It consists of a main control chip module, DS18B20 temperature detection and display module, the water level detection and display module, clock module, alarm module and the electromagnetic valve control module, auxiliary heating module and etc. It is through the DS18B20 temperature detection and display module Detect and display the water temperature in time. It is through the water level detection and display module Detect and display the water level in time. It is through the clock module display time and at the given time, it will give the main control chip module a specific signal. It is through the electromagnetic valve control module to realize the automatic and manual water heater. It is through the auxiliary heating module to heat water automatically and manually. when the water level is too low and the temperature is too high the alarm module will give an alarm, the responsibility of the main control chip is to Coordinate the work of other modules.Key words The Solar water heater controller ; AT89C51 MCU ; DS18B200目 录1 绪论 .11.1 太阳能热水器应用的意义 .11.2 我国太阳能发展现状 .12 系统设计及仿真软件 .22.1 系统的总体结构设计 .22.2 设计功能要求 .22.3 设计思路 .22.4 仿真软件(proteus)简介 .33 AT89C51 简介 .43.1 主要特性 .43.2 中断向量 .43.3 管脚说明 .43.4 内部结构 .64 控制器各模块电路设计 .74.1 主控芯片模块 .74.1.1 时钟电路 .74.1.2 复位电路 .84.1.3 单片机管脚分配 .94.2 DS18B20 温度检测及显示模块 .94.2.1 DS18B20 芯片简介 .104.2.2 74LS245 简介 .124.2.3 LED 数码管显示 .134.3 水位测量及显示模块 .144.4 报警模块 .154.5 辅助加热模块 .164.5.1 继电器工作原理 .164.5.2 辅助加热模块工作原理 .174.6 电磁阀控制模块 .174.6.1 电磁阀工作原理 .184.6.2 电磁阀控制模块工作原理 .184.7 时钟模块 .184.7.1 电子表发声原理及控制器定时工作原理 .195 控制器软件程序设计 .205.1 软件设计分析 .205.2 主程序模块 .205.3 子程序模块 .215.3.1 DS18B20 温度检测子程序设计 .215.3.2 DS18B20 温度转化及显示子程序 .225.3.3 加热子程序设计 .235.3.4 上水子程序设计 .245.4 中断子程序设计 .255.4.1 外部中断 0（设定温度+）子程序设计 .2515.4.2 外部中断 1（设定温度-）子程序设计 .266 调试与总结 .276.1 调试方法 .276.2 遇到的问题及解决办法 .276.3 总结 .28致谢 .29参考文献 .30附录 .31烟台大学毕业论文（设计）01 绪论1.1 太阳能热水器应用的意义迈入 21 世纪以来，随着经济的急速发展，对自然资源的需求缺口越来越大，人口基数过大使得将在很长一段时间保持人口数量的增长，而经济的高发展速度也将持续对资源的供应提出考验。显而易见的，资源储量并不是无限的，若要保证经济的可持续发展，仅仅靠节约能源或是限制开采数量，并不是一个长久的解决办法，只有开发新的能源，才能从根本上解决发展与资源之间的矛盾。所以在今后，新能源必定将会有很大的发展空间，太阳能、风能、潮汐能，这些清洁能源是未来大规模利用的新趋势。 1在各类能源中，太阳能以其清洁、无害、长久和普遍等特点，有极高的发展潜力，可以说是取之不尽用之不竭。虽然离太阳能的广泛利用还有很长的路要走，但是现在已经在不少地方开始使用，如常见的太阳能发电系统，太阳能热水系统，太阳能路灯、交通灯等等。我国目前太阳能产业规模已跃至世界第一，随着技术的日益成熟，太阳能相关的成熟产品造价也将随之降低，将更加广泛地在人们生产生活中普及，这同时也是解决越来越严重环境污染的一个极佳的解决方案。在我们的生活中，最为我们所熟知的太阳能利用系统便是太阳能热水器，太阳能热水器同传统的热水器相比有着许多显著的特点。不仅节能环保，而且使用也非常方便。以其低廉的价格深受各层次消费者的青睐。随着太阳能热水器的大面积使用，太阳能的优势特点已广泛为人们所熟知，这也对以后的相关产品的生产推广起到了很好的宣传效应。大力开发和利用丰富的太阳能资源，对于我国的经济、社会可持续发展具有重大深远意义。 21.2 我国太阳能发展现状我国太阳能热水产业的发展特点可以用“起步晚，发展快”来形容，虽然国内与于上世纪 80 年代才开始研究推广，但是历经多年的飞速发展，我国的太阳能产业已经占据了世界首位，其中热水器的产量占世界百分之五十以上，同时，中国国产太阳能产品在世界同类产品中也占据着很大的市场份额，并且市场占有率还在不断增长。 3尽管有着如此迅猛的发展势头，但是需要指出的是，目前国内的能与太阳能热水器相配置的控制器的功能却并不完善，在市面上很多同类的太阳能热水器产品，控制系统简单，功能不全，大多数只具有设定水温，显示水温这两个功能，较为智能化的产品还尚未推广应用，有些功能还处于研发阶段。因此设计出一款具有温度控制功能和水位控制功能的产品，将很具有实际意义。这样的控制器，将能够解决天气原因导致的光线不足问题导致热水器水温过低的问烟台大学毕业论文（设计）1题，并且因为有了水位控制功能，就可以解决当水位达到一定高度时不能自动开始或停止供水等等问题。烟台大学毕业论文（设计）22 系统设计及仿真软件2.1 系统的总体结构设计系统总体结构设计如图 2.1，该系统包括保温箱、排气管、集热管、溢流管、上下水管、调节阀等。图 2.1 系统总体结构设计2.2 设计功能要求该太阳能热水器的控制器不但需要具有水位、水温及时间的实时显示功能，而且需要具有水位、水温的自动控制功能，必要时，还需要能够实现对时间和水温