1、 本 科 毕 业 设 计 太阳能热水器水位控制电路设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 随着现代科技的发展，人们对于能源的利用率越来越高，太阳能就是其中最无偿且最环保的论证和确定，和单片机的选择和主要工作原理的介绍 。接下来是本设计的核心部分，着重结合理论着重研究了太阳能热水器的水位控制电路的各个组成部分。后面的软件设计也必不可少，最后是对本设计的心得和觉一种，如何合理、高效、最大范围地利用太阳能已经成为 21 世纪最炙手可热的研究课题之一。 本设计以单片机 AT89S52 为核心，配合 RC 充放电式水位传感器与一块 12864
2、 液晶显示器，设计一种数字化且智能化的太阳能热水器水位控制系统。虽然本论文课题是水位控制电路设计，但水位的检测和温度有着密不可分的联系，所以温度的检测模块也是论文必不可少的一部分。 此外，文中给出了主控芯片模 块、 LCD 显示板、水位监测控制、电键控制、报警器和电磁阀控制等模块的结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图，并结合相应的理论设计进行研究。开头部分阐述的是研究太阳能热水器的必要性和国内外的研究动态，正文开始是设计要求，接着主要是方案的得不足可以加以改进的地方。此设计相对来说比较系统解决了热水器上在水时需人工等待和过量溢水的问题，达到了省时、省水的目的。该系统与传统的太阳能热水器
3、控制系统相比较，具有结构简单、使用方便、价格低廉、抗干扰能力强等特点。 关键词 ： AT89S52； RC 充放电； 智能控制 ； 双 机通信 II Abstract With the development of modern science and technology, efficiency of energy utilization is getting higher and higher. Solar energy is becoming the best one. What kind of rational, efficient, and the greatest extent p
4、ossible use of solar energy has become the 21st century. My design regards the AT89S52 SCM as the core, combining the RC charge-discharge type water-level sensor. I design one kind of digital and intelligent control system of solar energy water heater. Although my issue is about water monitoring sys
5、tem, I still mentioned something about temperature monitoring content. My subject is still mainly in water monitoring. This system consists of main chip modules, LCD display module, the water level detection module. the temperature level detection module, keyboard control module, alarm module and so
6、lenoid valve control module. At the beginning of the study describes the need for the solar water heaters , domestic and international research developments, the final part of this article also brings us the design of requirements. Then article brings us the main demonstration and determination of t
7、he program, and the choice of MCU and the working principle of the introduction. Next is the core of this design, combining theory focuses on the solar water heater control circuit of the various components. Behind the software design is also essential , finally, the lack of design experience and th
8、e improvement is present on our eyes This design has relatively solved the water heater in the water waiting to be artificial and excessive overflow problem, to the province, the provincial water purposes. The solar water heater system compared with traditional ones has many advantages, with a simpl
9、e structure, easy to use, low cost, better stability and so on. Keywords： AT89S52 SCM； RC charge-discharge type； the Intelligence control； SCM Two Machine Communication III 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 前言 . 1 1.2 国内外研究动态 . 1 1.3 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 . 1 第 2 章 方案论证和单片机的选择 . 3 2.1 方案论证和方案的选择 . 3 2.2 水位传感器的选择 .
10、 4 2.3 单片机的选择 . 6 2.3.1 AT89S52 选择和其功能性能 . 6 2.3.2 AT89S52 引脚功能介绍 . 6 第 3 章 硬件电路设计 . 9 3.1 水位检测模块 . 9 3.1.1 水位测量原理 . 9 3.1.2.水位检测电路设计 . 10 3.2 温度检测模块 . 11 3.3 LCD 液晶显示模块 . 14 3.3.1 12864 液晶 . 14 3.3.2 LCD 液晶显示电路设计 . 16 3.4 键盘控制模块 . 17 3.5 报警模块 . 18 3.6 电磁阀控制模块 . 18 3.7 双机通信及其他电路设计 . 19 3.8其他电路设计 . 2
11、0 3.8.1.晶体振荡电路 . 20 3.8.2 复位电路 . 21 3.8.3 设计总电路图 . 21 第 4 章 系统软件设计 .24 4.1 设计思路 . 24 4.2 温度测量子程序 . 25 4.3 水位测量子程序 . 25 4.4LCD 液晶显示子程序 . 26 IV 结束语 .27 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .28 1 第 1 章 绪论 1.1 前言 地球上的不可再生能源总有一天会消耗殆尽，所以开发和有效利用太阳能这样的环保且资源丰富的能源有着重要的意义。太阳能热水器就是太阳能开发和利用的一大产业，所以完善太阳能热水器也成为最近的研究热门课题。目前太阳能热水器效
12、率和功能上还存在着 比较多的问题：例如不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高造成水变成水蒸气蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，导致热水器成为了摆设。现在人们对家用电器的要求越来越趋向数字化、自动化、智能化。很多国内外太阳能热水器商家为了使自己的产品能在市场上有一席之地，在不断提高太阳能热水器性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度也一年比一年高。但是大部分太阳能热水器还是存在着使用不便和小毛病多等问题。 本设计是针对上述问题设计的温度控制系统，由 AT89S52 单片机 和一些外围设备，充分运用软件和硬件结合的方法实现了当前水位高度
13、显示、水箱温度显示，以及当水位下降到最低刻度线时自动上水三种主要功能，很好的解决了一些太阳能热水器的通病。 1.2 国内外研究动态 我国在太阳能热水器的发展迅猛，已经一跃成为太阳热水器第一生产大国，但现状是我国很多企业生产的太阳热水器仍然有着功能单一、数字化低、智能化低的不足。近几年来，市场上陆续出现了一些太阳能热水器监测系统的性能不稳定：比如检测误差大、显示器乱码，还有的与电辅助加热装置不能很好配合和太阳能利用率较低等问题，严重影响了用户的日常使 用也从而影响到太阳热水器的销售业绩惨淡。所以我认为太阳热水器，有着广阔的发展前景，一款好的监测系统能让整个太阳热水器提高不止一个档次，让企业乐开了
14、花，也给百姓生活带去了方便，是一种双赢的研究。因此，在太阳能热水器水位监测水温检测方面的研究发，应引起足够重视，加大投入一定力量研究开发高质量、性能好的测控产品。 在西方，尤其是美国、德国、以色列这些国家在太阳能热水器方面的研发一直比较活跃。以美国欧沃斯利诺依斯公司的发明的全玻璃真空管太阳集热器最为普及，使用了高真空技术，使集热器的热损失比普通平板式太阳能集热器的 热损失降低了一大块（该集热器选择性吸收涂层的吸收阳光的效率 83%）。另一方面还设计专门开发了用于太阳能热水器的先进的应用软件，从而使太阳能热水器技术水平领先我国不少。 1.3 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 1.水位、水
15、温测量电路。这部分用于采集水位水温信号给单片机，是太阳能热水器控制器最关键的部位。 2时间、水位、温度显示和键盘电路。这部分用于系统和人的信息交互。 2 3驱动电路。上水电磁阀、报警电路，是整个系统的执行部分。 3 第 2 章 方案论证 和单片机的选择 2.1 方案论证和方案的选择 方案一：利用单片机进行水位检测和控制，基于数字电路的全自动控制，其工作过程是被测水位经过模拟信号采集模块进行采样，然后把采样得到的模拟信号送入 ADC0804 进行 A/D 转换读如单片机，再由单片机进行处理，得出结果是否启动 /停止控制电路执行信号以达到水位的控制，具体硬件流程框图入图 2.1 所示。 图 2.1
16、 方案一具体流程框图 方案二：采用 AT89S52 单片机为核心控制器的电路。因为单片机电路结 构简单成本低廉、可靠性高，便于实现各个控制功能能很好的完成设计任务。水位检测由本设计使用的RC充放电水位传感器通过检测来实现水位的改变。然后通过 A/D转换把信号输入到单片机，获得当前水位显示。水温检测由单片机根据温度传感器（ DS18B20）的操作指令和时序读取温度，并送达显示电路显示当前水温。本设计再用三个按键来控制上水的水量，本方案智能化、数字化的太阳能热水器控制系统。具体流程框图如图 2.2。 图 2.2 方案二流程框图 方案三：在方案二的整体思路基础 上稍做更改，设计分为房顶和房间，利用两
17、个单片机 AT89S52 分别控制。楼上的 AT89S52 主要利用 DS18B20 进行水温的测量，另一方面 RC充放电水位传感器获取的信号经过电压比较传送给单片机 1，得出结果，由单片机给出命令来控制电磁阀的开与关，另一方面信号通过双机通信传给楼下的单片机来控制显示电路和报警。 同时房间可以通过键盘控制手动控制电磁阀开关、蜂鸣停止和液晶屏幕的开关。 具体流程框图如图 2. 3。 键盘控制输入快 显示电路 控制电磁阀 水温检测 水位检测 蜂鸣报警 A/D AT89S52 A/D 转换 输 出 控 制 单 片 机 控 制 水 位 水 位 传 感 器 4 图 2.3 方案三流程框图 综合以上三种
18、方案，方案一 由于缺少温度检测模块，而水温也是影响太阳能热水器很重要的一方面：比如说水箱中水温度过高导致水沸腾这时候虽然水所在刻度不是满的，实际上已经溢出，这样说来方案一的设计算不上智能。方案二在思路上没有任何问题，可在实际生活中比较不切实际，因为显示器在楼顶，倘若用户在一楼跑到五楼甚至更高，那肯定不方便，液晶成了摆设，再如液晶这样的电子产品放在房顶风吹雨淋长此以往如果没妥善保护很容易坏掉。方案三是在方案二的基础上完善和加强的，采用单片机键的双边通信，用户只要在楼下的房间里或者卫生间门口就可以看到水位和水温的情况，比起方 案二更加方便，也更加合理。 其基本工作原理是当用户在使用热水器时，水箱中
19、水位下降到一定刻度值时，单片机会发指令给报警电路，同时打开电磁阀水箱内会水自动上水，水位达到的最高刻度时单片机会控制电磁阀进行放水。当水位下降到低于设定的最低刻度线时，单片机接受此信号并开始执行指令，报警电路工作，同时电磁阀打开，水位不断升高，当达到最高水位时便给单片机发出中断请求，此时电磁阀关闭，停止加水。在上水过程中，在楼下的 LCD 既可以显示水箱的水位值又可显示水箱内水的当前温度，不仅直观方便，而且精确度高，实用性强。此系统解决了热 水器上水时需人工守候和过量溢水的问题，达到了省时、环保、节水的目的。加设的缺水报警系统和液晶显示部分，使整个系统更实用，更趋向数字化、智能化。 2.2 水
20、位传感器的选择 方案一排阻分档键盘式水位传感器 2：一种类似键盘电路的分档水位传感器，其原理图如图 2.4 所示。 排阻式水位传感器的工作原理大致是分别用 5 根铜针分别置于水箱内的四种不同高度的位置。铜若针不接触水面，其输出为高电平；若铜针与其对应水面接触时则输出为低电平，输出接至电子开关，经过 CD4069反向并经 74LS244驱动后分别接到 AT89S52的 P1 0P1 3引脚。单片机对这些引脚进行判断后 ，显示相应的水位值。显示共分 4 档 ，每档为满水位的 20% 。用了这种方法可以省去了传统的 A D 转换器步骤，成本也降低。不过也有个缺点就是精度不高。 房顶 AT89S52
21、房间 AT89S52 水 温 检 测 水 位 检 测 电 压 比 较 键 盘 输 入 控制 电磁阀 显 示 电 路 蜂 鸣 电 路 双机通信 5 图 2. 4 排阻式水位检测系统示意图 方案二： RC 充放电式水位传感器测量电路其基本形状如图 2.5 所示 。 3 图 2.5 RC 充 放电式水位传感器示意图 从图 2.5 中我们可以看到传感器外很形很普通，该传感器一共只有两个端口，第一个端口是公共水位，第二个端口是实际水位端口。观察传感器可知水位传感器有 5 个与水接触点，我们从上到下依次命名它们为 1 5 触点。我们分别测量了触点不同接法时公共和水位 两端口之间的电阻，输出电阻值表如下表 2.1。 公共 水位 CD 4069 74LS244 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 AT89S52 水箱
