太阳能热水器硬件设计方案

太阳能热水器硬件设计方案1.1.太阳能控制器硬件结构根据控制要求，采用80C51单片机的智能控制器结构框图如图1所示。因为本系统运算量不是很大，没有太多的中间数据需要处理、保存，所以不再外扩数据存储器。仅使用80C51内部RAM已完全能够满足要求。系统的硬件接口电路包括：控制器实时时钟接口电路，蓄水箱温度和水位检测接口电路、设定键和串行显示接口电路、看门狗和复位接口电路以及继电器输出接口电路等。水位及状态显示水位及状态显示时间及温度显示时间及温度设定辅助加热器隔离温度传感器水位传感器图2-1太阳能控制器硬件结构图1.1.控制器实时时钟接口电路为实现热水器24小时供给热水的目的，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半导体公司最新推出的时钟芯片DS12887,该芯片采用CMOS技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，并与MC146818管脚完全兼容。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高，工作稳定可靠等优点。它与80C51单片机的接口电路见下列图2-2。88歌MOT西方波输出图2-2DS12887与单片机接口电路高位地址用80C51的P1.4选择，则时钟芯片的高8位地址为EFH,而其低8位地址则由芯片内部各单元的地址来决定(00H～80H),DS12887的中断输出端IRQ接上拉电阻，同80C51中断线INTO相连，为单片机提供中断信号。SQW端口编程为2Hz方波输出，经二分频后，驱动两个LED发光二极管作为时钟的秒闪烁显示。1.3.水位检测和温度检测接口电路蓄水箱水位和温度检测局部是实现温度智能控制的重要环节，只有准确地检测出水位和温度，才能通过软件计算提前开始辅助加热的预加热时间。要实现辅助加热提前时间本设计仍采用分段式液位传感器(通过软件来提升精度),在水位显示上也仍采用分段显示。水位检测局部的硬件连接如图2-3所示。十P2.61M×8500×8水箱LED1~LED8 图2-3水位监测及显示接口电路检测原理如下：当水箱中无水时，8个非门均由1M欧姆电阻上拉成高电平，所以图中各“非”门(CD4069)输出均为低电平，LED1～LED8均不亮。当水位高于“非”门1的输入探针时，因为水的导电作用，使“非”门1的输入变为低电平，所以其输出变为高电平，LED点亮，依此类推。随着水位的上升，各“非”门输出相继为高电平，LED依次点亮。这里要注意的是上拉电阻不能选择太小，因为水的电阻在选择在500k～1M欧姆左右能很好地满足电路的工作要求。为了使80C51随时能够读出当前的水位情况，这里选用74LS244作为状态输入缓冲器。蓄水箱温度检测电路采用DS18B20芯片使其换成脉冲信号，送到80C51的I/0口(编程为计数器工作模式),通过测量输出脉冲频率的大小来换1.4看门狗和复位接口电路的设计控制器的看门狗电路由两级74LS123芯片组成。用P1.7作为单稳态触发器的定时脉冲发生端，当P1.7口线超过一定时间不对74LS123发正脉冲时，系统将自动复位(附录1)。下列图为80C51单片机P1口构成的中断方式4*4键盘电路。P1.0-P1.3为行线，P1.4-P1.7为列线，行线与4输入与门74HC21的一组输入端相连，输出端与外部中断INT1相连。16个键号Ki(I=0-15)次序如图中标注。时钟复位图2-480C51P1口构成的4*4中断方式键盘行列式键盘处理程序较为复杂，当有键按下时74HC21该键盘输入处理程序的出口状态是键号在A中。设计中断程1.5.3显示接口电路的设计寄存器74LS164与1片三端可调稳压器LM317T。其中74LS164脚CLK为时钟脉冲输入端，在CLK脉冲的上升沿作用下实现移位，在CLK=0、清除端MR=1时，74LS164保持原来数据状态；MR=0时，74LS164输出清零，其显示电路如3.5.3图。图2-5串行口扩展的4位LED显示电路其工作过程如下：80C51的串行口设定在方式0移位寄存器状态下，串行数据由P3.0发送，移位时钟由P3.1送出。在移位时钟的作用下，串行口发送缓冲器的数据一位一位地移入74LS164中。4片74LS164串级扩展为4个8位并行输出口，是，因为74LS164无并行输出控制端，因而在串行输入过程器LM317T,317T的3、2脚分别是电压输入、输出端，317T接地电阻之间并一个NPN三极管，它的基极受P1.7口线控的脚1约为0.3V,脚2输出电压随之下降到1.5V,缺乏以使此，1片三端可调稳压器LM317T起到了4片锁存器的作用使LED显示不会闪烁。本电路的另一优点是通过可调电位器P1可在线调整脚2的输出电压，使LED的显示亮度均匀可调，而且省掉了大量的LED限流电阻。1.6光电隔离与辅助加热电路设计图2-6辅助加热电路图上图为太阳能热水器光电隔离与辅助加热电路设计。当室外光强缺乏(阴天、下雨)时，对水箱的水提前加热是很必要的，这个电路恰好能完成这