基于单片机的太阳能热水器控制系统设计与仿真电气工程专业.doc

目录 摘要 3 Controling system design and simulation of the solar water heater based on single chip microcomputer 4 第一章 前言 5 1.1设计背景和意义 5 1.2国内外的发展趋势 5 第二章 系统设计总览 7 2.1控制中心 7 2.2外围设备 7 第三章 系统硬件设计 8 3.1 总硬件的设计原理与框图 8 3.2 温度传感器DS18B20模块 9 3.3水位传感器模块 10 3.4电磁阀原理及电路 12 3.4.1光电隔离器原理 12 3.4.2继电器的原理 13 3.5显示模块 13 3.6键盘模块 14 3.7报警器 15 3.8 CPU模块 16 第四章 软件设计 19 4.1 DS18B20的调试与驱动 21 4.1.1 DS18B20的驱动程序 21 4.1.2 DS18B20的工作协议 21 4.1.3 DS18B20的图时序 22 4.2 按键电路模块的程序设计 23 4.3 LED显示模块程序 26 第五章 系统的仿真 29 5.1 仿真软件的介绍 29 5.2 温度的仿真 31 5.3 水位的仿真 32 总结 34 参考文献 35 附录1 37 附录2 40 基于单片机的太阳能热水器控制系统设计与仿真 摘要 跟着社会科技迅速的发展，人们的生活水平的快速提升。在热水器这方面从以前的锅炉成为现在的太阳能热水器仅仅只是用了几十年的时间。 本设计主要采用单片机系统针对太阳能热水器的控制系统展开研究工作。其功能主要是设计和实现太阳能与热能混合为热源提供的热水器控制，可在节能具有做出贡献。 本文设计的系统采用AT89C52单片机为控制中心，在温度控制与检测模块是采用DS18B20。DS18B20具有价格低廉，它的精度有0.5度，十分满足对此控制系统的要求。在水位检测与控制方面是用自制的三条导线，是利用水的导电性良好来决定的。能对水位有三档的检测，最低位、有水位、水满位，实现对水箱的水位检测。 关键字：单片机、太阳能、热水器、DS18B20 Controling system design and simulation of the solar water heater based on single chip microcomputer Abstract With rapid development of science and technology society, the improvement of human life is fast. In this respect from the previous water heater, boiler and is now the solar water heater is only use for decades. The control system is to control the solar energy and electrical energy water heater as heat source provided. There is a great contribution in terms of energy saving. This system uses AT89C52 single chip microcomputer as the control center, and the temperature control and detection module is used DS18B20. DS18B20 with low price, its precision is 0.5 degrees, which meets the requirements of this control system. In the aspect of water level detection and control, three homemade wires with good electrical conductivity of water are used, with which, can water level three gears, its lowest level, water level, water, full implementation of water tank water level be detected. Key words: single chip microcomputer, solar, water heater, DS18B20 第一章 前言 1.1设计背景和意义 跟着社会的发展，人类的生活水平的提升，热水器成为了大家的必须品，传统的锅炉热水器主要用煤来进行给水加热，对环境造成了很大的破坏，用继电器来进行控制，给使用带来不便和效率较低。所以传统的热水器已经不适合于当今社会人们的需求。现在市场上出现的大部分都是用电来给热水器加热，这让效率很大程度上提高了。可是由于电的产生对坏境的污染越来越严重，不管是水能发电还是直接用煤来发电都对环境进行了一定程度上的破坏，所以电热水器的使用间接的导致了环境的破坏。所以此设计采用电和太阳能的集合形式的热水器，最小程度减少在使用热水器的过程中对环境的污染。在太阳能充足的情况下直接采用太阳能来给热水器进行加热，在太阳能不是充足的情况下才采用电热的方式给热水器的水加热。用单片机为控制中心，结合温度传感器和水位传感器实现对水温和水量的检查和控制，让热水器的效率更高更智能化。随着科技的发展单片机的造价是越来越低，用单片机来对热水器的控制，让热水器的价格更低。因此此设计具有价格低廉、使用方便、对环境有一定的保护、智能化等优点。从而满足现代人们的对热水器的需求。 1.2国内外的发展趋势 从总的来说，热水器的使用受到居住的环境，面积的大小和能源的限制。主要从两个方面来讲，1、是从技术的层面上来说：对环境污染小，体积小，维护成本低，使用寿命长，操作简单，智能化和加热快等；2、是从外观设计上来讲：主要还是喜欢欧美的风格，潮流前卫，时尚高雅的外形设计；当然在它的主要研究中，最重要的还是温度、液面的测量检测与控制系统技术。 1）国外最新研究动向：欧美国家关于液面和温度控制的相关技术的研究起于20世纪70年代，相对于中国来说比较早。首先是选用模拟式的组合仪表，收集现场信息并进行指示、记载和控制。80年代末出现了分布式控制系统。当前正在对计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统进行研制和开发。目前当下，在液面和温度测量和控制技术的成长得非常的快，在每一个国家中，然而，很多的国家在不断努力地实现从自动控制到没有人和完全自动的目标。 2）国内最新研究动向：在中国，在1980年，才开始在液面、温度测量和控制技术的研究和开发， 我国对于温度和液面测控技术的研究较晚，在我们国家的在这方面的科技研究科学家们，在不断的学习其他的先进国家的相关科学技术的基础上，才能把在室内的温度和湿度的微机对它们的控制技巧，这项技术，它是只有在温度和湿度上面的单项环境因子的控制应用；国内在温度、湿度和水位的测量和控制措施计算机的应用，从总的来说，应用温度、湿度和水位的测量和控制设备在中国一般都是从吸收和简单应用阶段的实践与综合应用阶段的过度和发展。 从技术上来说，都是用单片机的控制的单参数单回路系统比较多一点，并没有实际上的多参数的综合控制系统，在这方面，和其他的在这方面走在前面的国家来说，是有着一定的距离的；在我们国家还离对液面和温度的检测控制工厂化有非常远的距离，在工厂生产的过程中，还是有许许多的难题还等着我们去解决，但是一些是我们现在还不能解决的问题，比如：产业水平较低、环境控制的水准还达不到、相关配套的装备比较差，在很多的资源上还是不能够进行去分享和共用，可靠性的差等很多缺点。 今年来，国内和国际水平和温度传感器的测量系统向集成化、智能化的发展，随着研究人员的不断努力，类型系统取得了很大的成就，随着社会不断地发展，我们的生活水平的提升，在提升我们的生活水平的高度中，扮演着重要的角色；现在市面上出现的热水器的类型愈来愈多，电加热式、太阳能加热式、煤气加热式的热水器、、观其，它们只是加热的形式不一样，不管是怎么样的，它们的主要参数：温度和水位的都有对它们进行测量和控制，从而让热水器变得智能化。     第二章 系统设计总览 2.1控制中心 要实现本设计，首先是要对设计要达到的目的进行概括。本设计要实现：要用单片机来进行总的控制，来协调各个模块之间的动作，以期望能对温度和水位传感器的检测与控制，本控制中心采用的是单片机AT89C52，是用来对外围设备的检测与控制，让外围设备能工作起来，从而来达到本设计的要求，AT89C52将会在下一章详细的介绍。 2.2外围设备 在本设计中，外围设备起着十分的巨大作用，如果说控制中心是人的大脑，那么外围设备就是人的四支，它在本设计中是起到，收集数据、执行结果，外围设备包括显示模块、按键模块、温度模块、水位模块、温度补偿模块、水位补偿模块。这些模块都将在下一章进行详细的介绍。本设计温度模块采用DS18B20位温度传感器来进行对水温的检测与控制，用自制的导线来成为水位检测器件。用4个按键来作为键盘模块，1按键作为菜单选择、2和3按键作为加减设定、4按键为确定按键，LED为显示器，循环来显示温度和水位状况。用两个光电隔离器来实现对上水、温度加热的控制。 第三章 系统硬件设计 3.1 总硬件的设计原理与框图 对设计的预期目标要求分析可以得到如下框图3—1 单片机AT89C52 4键盘 温度传感器 水位传感器 温度补偿 显示器 警报器 水位补偿 图3.1 系统设计总框图 在框图中系统的工作原理为：以单片机AT89C52为整体的处理器，温度传感器选择为DS18B20，由于DS18B20输出是数字量，所以就直接传给AT89C52进行处理，AT89C52得到DS18B20的温度数据就送到LED显示器进行当前温度的显示。水位的检测是自制的三根导线对当前水位的检测，通过电平转换，把高电平转为低电平，输入到单片机的P1口，然后再由单片机送到显示器进行对当前水位的显示。当然，检测出了温度和水位，当太阳能不能及时满足对水温的加热时，就进行用电加热方式对水加热，为了减少加热负载对单片机的影响，采用一个光电隔离器，让后通过电池阀来控制是加热还是不加热。当水位检测到当前的水位不能满足当前的需求时，通一个抽水泵来就行进对其上水，让水能满足当前的要求，当然，为了减小负载对电路的影响同样用一个光电隔离器来实现，再通过一个电池阀来选择到底是上水还是不上。在满足这些的同时，需要一个报警器来对错处和危险的提醒，报警器是采用一个发光二极管和一个蜂鸣器来实现听觉和视觉的提醒。然后用四个按键来实现对系统的设置，1按键为菜单选择，2和3按键为上下选择和加减，4按键为确认按键[1]。 3.2 温度传感器DS18B20模块 DS18B20温度传感器是有达拉斯生产的数字温度传感器，他有9个数字的温度，0.5最小的分辨率，能够最大程度地对满足对温度检测的需求。它有三个引脚，一个引脚为接地用的，一个引脚是用来接电源的，当然它也是可以通过数据引脚进行对它来电源供应，所以的电源引脚可以不