基于单片机的太阳能热水器控制系统分析及设计报告

1、系统分析及设计报告一.系统分析图1热水器装置简图1-集热器2-下降水管3-循环水箱4-补给水箱5-上升水管6-自来水管7-热水出水管热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。 图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另 一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集 热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后， 水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。 而循环水箱下部的冷水比重较 大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环， 水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。 这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一 般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换 过程，而平板行集热器是直接将太阳辐射传给液体或气体， 是一个复杂的传热过 程。热水器不论在什么样的天气里，都能够在设定的

2、时间向用户提供设定温度的 热水，从而给用户带来便利。当控制器在设定的时间使水温达到设定温度时， 将 通过声光报警提醒用户。二.设计方案本设计以MSC-51系列单片机AT89C51作为中央处理器，采用由4 x4行 列键盘输入加热时间、水温设置等要求，利用温度采集模块和水温采集模块进行 对热水器中的水位和水温的信息采集， 这些信息经由数据处理模块处理后， 一旦 水温达不到预设的水温要求，便会启用电加热模块，对水进行加热，并将水温显 示在显示模块上，而当水温达到设置要求时，便会触发报警模块，并同时停止加 热。而如果在这个过程中水位没有达到预设时的要求，加热器也会进行注水，直 至预设时的水位后停止注水。1.硬件设计太阳能热水器控制系统的主体部分为单片机 AT89C51芯片，其外围电路由 键盘输入模块、显示模块、热电偶温度采集模块、温度和水位采集模块、光敏电 阻测量光照强度模块、电加热模块、以及电热温度参数设置模块构成。单片机部 分主要用于控制和处理各功能模块的工作，实现时间设定、水位和温度显示、加(1)主控芯片模块电路单片机系统由AT89C51和一定功能的外围电路组成，包括为单片机提供复位 电

3、压的复位电路，提供系统频率的晶振。这部分电路主要负责程序的存储和运行。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、谐振器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。晶体可在1.2MHz12MHz之间 任选，电容C1和C2的典型值在20pF100pF之间选择，但在60pF70pF时振 荡器具有较高的频率稳定性。典型值通常选择为30pF左右，但本电路采用30pF。 AT89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。 复位电路通常采用上电自动复位 和按钮复位两种方式。本设计中所用到的是上电按钮复位，如图3所示。图3单片机系统（2）光敏电阻测量光照强度模块本设计选用光敏来对光照强度进行测量，获取光能。光敏电阻获取的是模拟信号，需通过ADC0809CCN模拟信号转化为数字信号。光明电阻及 ADC0809CCN 与单片机的连接电路如图 3所示。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成 的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，入射光强，电阻减小，入 射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱

4、变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧，在强光条件（100LX ）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对 光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76 ）叩的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。在本设计中使用光敏电阻 的好处在于，可选取用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。光敏电阻测量光照强度与单片机的连接电路如图4所示LWJWTTLI412IT；PI I Pit PIPli PI 5 PNPI1Pi 肉痙KiW?PM 并怛 PJiW BflD科幅I 风阳 H14II PtJH 丹训ii niKiRVAI5I帕 raiVADI2jTi%HFIEflTNIK-.1MI-|TJH1MiifF(iISBli/DO A HDD El 3DDCMLS WiFiJi21IJ图4光敏电阻测量光照强度与单片机的连接电路（3 ）温度传感器模块DS18B20是智能温度传感器，它的输入/输出采用数字量，以单总线技术， 接收主机发送的命令，根据 DS18B20内部的协议进行相应的处理，将转换的温 度以串口发送给主机。主机按照通信

5、协议用一个10 口模拟DS18B20的时序，发 送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）给DS18B20，并读取温度值，在 内部进行相应的数值处理，用图形液晶模块显示各点的温度。在系统启动之时， 可以通过4M键盘设置各点温度的上限值，当某点温度超过设置值时，报警器开 始报警，从而实现了对各点温度的实时监控。每个DS18B20有自己的序列号，因此本系统可以在一根总线上挂接了4个DS18B20,通过 CRC校验，对各个 DS18B20的ROM 进行寻址，地址符合的 DS18B20才作出响应，接收主机的命令，向主机发送转换的温度。采用这种DS18B20寻址技术，使系统硬件电路更加简单，图 5所示。Illi III I I I I I I I I I I I I B I I IDS5R9U5DQ VCCR3ID?：GNDRTlVCC4TJ1-1:triTC3191892530124578flXTAL1PO Q/ADOPO 1/ADlP0.2/AD2XIAL2P0.3/AD3PO 4/AD4PO 5/AD5PO 6/AD6RSTP0.7/AD7P2Q/ASPS. 1/A?P2.2/A1DpsSTP2.3/A11ALEP2.A12EAP2.5/A13P2.fi/AMP2.7/A15P1.0P3.o/mPl.lpyirrxDPl.2P3.2mmPl.3P3.3/INT1P14P3J/TDPl.5purnPl.6P3.fi/WRPl.7P3.7/RD393S3736353433212223242526212厂10yT1314151617图5 18B20与单片机的连接电路（4）液晶显示模块液晶显示模块以其微功耗、体积小、显示内容丰富、模块化、接口电路简单 等诸多优点得到广泛应用。液晶显示模块分字符型和点阵型两种， 前者只能显示 常用的字符，点阵型液晶显示模块除显示字符外还能显示各种图形和汉字。如图6所示，为液晶显示屏与单片机的连接电路图。12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有 国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块； 其显示分辨率为128W4, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCI

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