太阳能热水器控制系统的设计【8张CAD图纸+毕业论文+开题报告】

太阳能热水器控制系统的设计45页 14000字数+论文说明书+8张CAD图纸【详情如下】主电路图.DWG主程序控制系统流程图.DWG太阳能热水器控制系统的设计开题报告.doc太阳能热水器控制系统的设计说明书.doc水位子程序流程图.DWG温度子程序流程图.DWG系统控制原理图.DWG系统控制框图.DWG系统结构图.DWG除尘子程序流程图.DWG摘    要针对太阳能热水器存在着受季节和天气的影响、提供的热水量不够、不能实现全年正常使用的不足，设计了一种基于PLC控制的太阳能热水器。该控制器是在现有太阳能热水器的基础上开发的，该系统利用PLC实时监测水温及水位。用水时，若日晒水温达不到设定值，单片机控制电加热器自动补温至设定温度，无须人为控制加热时间；缺水时能自动上水到设定值，不必全部加满。在无光照阴雨天或寒冷季节进行辅助电加热，且温度可由用户设置。本文利用PLC对太阳能热水器的自动控制系统进行设计，通过使用PLC，可以大大减少了系统对其它元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。关键词：影响 太阳能热水器  控制系统  PLCAbstractThis paper is based on the machinery design and machinery(PLC) principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory, by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop, first of all, due PLC uese the main parts institutional model of the sewing machine, secondly use the Solidworks drawing software to conduct the part modeling which was designed well.This paper use and the conduct assembly design which the PLC parts was built, get the corresponding assembly model, finally conduct movement simulation to the corresponding assembly model. Keywords： sewingmachine,PLC,part modeling, assembly目  录摘   要I目  录II1 绪   论12 本课题研究的目的、意义13 国内外发展现状13 系统总体设计33.1 系统原理框图33.2 控制系统的组成及工作原理44 硬件功能模块的设计74.1 单片机系统74.2 水温测量电路84.3 水位测量电路104.4 实时时钟电路124.5 显示电路134.6 电源电路154.7 键盘电路164.8 自动上水和报警电路184.9 辅助电加热电路195 软件部分的设计205.1 软件的总体设计205.2 温度检测205.3 实时时钟206 结束语24致   谢25参考文献26附   录27附录1：源程序27附录2：总原理图411  绪   论1.1  太阳能热水器的应用及意义众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已增长，环境的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前，有人预测：二一十世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源，但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高。因而尚未被人们大规模的使用。在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。我国从“六五”计划期间开始推广太阳能热水器，到目前全国已有250万平方米采光面积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有180家左右，是目前世界上推广最大的国家之一，而且形成了规模，形成了中国特色的太阳能企业，有中国太阳能协会为中心，以中国农村能源企业协会太阳能热利用专业委员会为中心，制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发等一系列措施。世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如：澳大利亚政府规定，在北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有25%的新住宅安装了太阳能热水器。国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本原因是：能源问题、环保问题是当今世界面临的主要问题之一。太阳能热水器是节能、环保产品，故受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以15%至20%的速度发展。根据理论计算及实际应用证明，太阳能热水器每平方米光面积一年可节约标准煤200-300公斤节电1500度，或节约液化气180公斤，设计可以参考以下的几个意见：在设计民用建筑时，若此地区没有集中热水供应，可给用户安装太阳能热水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水线预埋，以平均每套住宅建筑面积65平方米计算，工程造价大约每平方米增加18-20元。在设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方米采光面积产热水100升计算，100平方米太阳能热水系统可产热水10吨，每人每次标准用水40升，可解决250人的洗浴用水。作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设计。采用太阳能热水器与电热水器、燃气热水器相比，还具有绝对安全，最为卫生的特点，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户1-3年及收回投资，在这以后提供的热水是免费的。太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器累计安装使用总量以达300万平方米以上，所以该控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。1.2  太阳能热水器的发展状况及市场竞争分析目前，中国已经成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已经有一百多家太阳能热水器生产厂，但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能，而且分段显示，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%，这种显示器不具有温度控制功能，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能，本文设计的太阳能热水器控制器以AT89S52单片机为检测控制核心，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。太阳能热水器时太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够将太阳能辐射转换热能，供生产和生活使用，他主要有平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式闷晒式。 6   结束语 该控制器和以往显示仪相比性能价格比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。单片机系统具有低价、智能的优势，能够根据需求的不同而做相应的调整，更加个性化。同时，使用单片机控制系统能够节约能源，保护设备，延长设备的使用时间。该热水器具备以下特点：（1）结构简单、运行可靠、操作维护简便。（2）热源取之不尽用之不竭，不需要运输，节省采料。（3）无污染，不会对周围环境造成任何影响。（4）热水产量受季节、地区维度、才热面积、采热器类型、环境温度、供水温度、风速、日照实际等因素影响较大。（5）该系统加装减压阀后可与锅炉配套使用，解决冬季用水。（6）不用考虑玻璃盖的防冻装置。该热水器装置置于浴室屋占地面积较大，同时增加了建筑物的负载荷。在试制和安装过程中我们体会到只有注意以下几个方面才能保证热水器的正常运行，第一是循环管道水流方向不允许有反坡现象，拐弯要和缓，管道内要清洁无阻塞。第二是冷水箱、热水箱、集热器以及热水保温的相对位置及标高合理，符合水流的规律，第三是补充给热水箱的水流不允许冲击，第四是电磁阀的选择及安装位置要合理，保证动作灵敏可靠。总之，无论从市场或技术抑或价格的角度来说，此款热水器具有很大的优势。它市场前景广阔、技术先进、价格合理、高度智能化，方便省事，是当前市面上热水器的升级产品。它不但适合于城乡民宅需求，还适合于写字楼、餐饮、娱乐、商业服务浴室、理发店、旅馆、招待所、托儿所、敬老院以及外贸出口等各种需求。                        致   谢  从论文的选题到搜集资料，从论文的初稿的完成到正文的反复修改，我经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写做作的过程中，心情是如此的复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终完成，心情也逐渐舒畅了许多，自己甚至还有点成就感。在设计的过程中，我要感谢我的指导老师-贲礼进老师，他为人随和热情，治学严谨细心，在从初稿到整个论文的完成，老师始终认真负责的给予我深刻而细致的指导。正是有了他的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才得以顺利完成。我还要感谢的班主任张新亮老师以及在大学三年中给我们授课的老师们，是他们让我学到了许多许多的知识，让我看到了世界的精彩，让我学会了做人做事，同时还要对教导过我的老师表示深深地敬意和谢意。最后感谢三年里陪伴我的同学、朋友们，有了她们的帮助，我的人生才丰富，使我看到了未来的美好，让我在奋斗的路上才不孤单。参考文献1 阎石.  数字电子技术M.  高等教育出版社，19972 胡汉才.   单片机原理及接口技术M   清华大学出版社，19963 童诗白.   模拟电子技术基础M  高等教育出版社，2001 4 王建平.   串行LED显示驱动器及应用M  电子技术应用，19965 金伟正.  单线数字温度传感器的原理及应用M  电子技术应用，20006 单片机原理与应用实例教程M  北京交通大学出版社7 李全利. 单片机原理及应用技术第2版M  高等教育出版社 学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 毕业论文开题报告书 机电工程学院 机电一体化 专业 学号 姓名 专业 机电一体化 学校导师 开题日期 填表日期 学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 毕业论文题目 太阳能热水器控制系统的设计 一 课题选择背景： 目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制 器却一直处在研究与开发阶段，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到 24 小时供应热水的目的。太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷晒式。 太阳能热水器是环保、无污染，人们用着安全放心。利用太阳的能源，大量节约现有的能源，是以后能源发展的趋势。原有的燃气热水器和电热水器虽然加热速度比较快，但是所用的煤和气都会对环境造成一定的污染，而且会使室内的空气变得不清新，电热水器的功率较大，对长期使用的一般家庭来说必定会带来一定的经济困难，是一笔相当 大 的开销。太阳能热水器安全、环保、经济，带有辅助加热功能的热水器可在全年的任何时候使用，设计一个控制器来帮助人们了解水的温度和热水器中水位的高低，使人们清楚的使用。 先前国内外大多数家庭使用的太阳能热水器只是纯 粹的太阳能加热问题，还没有其他的智能控制方面，在没有太阳的天气中没有足够的能源使水箱中的水加到最热。其次对太阳能热水器中的水 位 没有记录，使人们不能及时知道水箱中的水量，以便补充，缺乏自动性。如今大多数的家庭太阳能 都 装有水位监测和水温测量、显示的功能，使用更加方便。今年来，利用太阳能和其它能源的结合，使得太阳能热水器更加的完善，在任何天气情况下都能使用到热水。此款热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳 能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上大部分热水器所不能比拟的 。 目前，我国大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。太阳能热水器是太阳能热利用中商业化程度最高 、应用最学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 普遍的技术 。但是在热水器自动控制系统中大多采用单片机控制 ，单片机开发价格较高，而 发价格便宜。选用 制，它具有速度快，可靠性 高，体积小，功能全，编程简单的特点。通过改进或完善已有太阳能热水器控制系统的不足，设计开发新型太阳能热水控制系统 基于 太阳能热水器自动控制系统。 二 本课题国内外研究现状及发展趋势 众所周知， 太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、石 油、 天然 气的 存 储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人预测：二十一世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源。 但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高，因而尚未被人们大规模使用。 在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供 低 耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。 世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如：澳大利亚政府规定，在北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，已经有 25 的新住宅安装了太阳能热水器。日本现在每年安装太阳能热水器近 50 万台，计划今后普及率更高。有些国家法令规定所有新建筑物必须配备太阳能 热水器。 太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器累计安装使用总量已达到 300 万平方米以上。所以该控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高等特点，为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。 三 课题研究的主要内容 本课题研究的内容是用 制太阳能热水器系统，实现太阳能热水器系统自动化控制及手工控制，使其满足实际各种控制需要、使更多的工作免于人参与、使系统更加稳定可靠。具体研究工作从以下方面展开： 1）确定系统的各种工序，绘制系统的工艺流程图。 2） 型及 I/O 分 配。 3）设计、绘制梯形图，满足各控制要求。 4）绘制电气原理图、外部接线图等。 5）依据设计要求调试系统成功。 学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 四 参考文献 1 袁任光 M南理工大学出版社， 2003,2152 刘敏 M. 北京：机械工业出版社 73 邱公伟 M. 北京：清华大学出版社， 2001,1124 陈宏 ( 的选型 J2003， 22 (12) ： 13545 胡学芝 J2004， 33(2)： 656 姚伟 J 2005， 27(2):467 李亭寒 ,陈小霓，等 国农业机械出版社， 2004， 25（ 2） 128 赵缓 ,越慧，等 济地理， 1998， 989 刘文强 2002 年第 4 卷 (第 104 卷 ),410 陆维 德 阳能 ,1999 年第 4 期， 2311 奚阳 西学报， 1999 年第 J 期， 612 冯德纯 ,贾玉英，等 国玻璃， 1998 年第 2 期， 413 贾玉英 ,冯心，等 国玻璃， 2000 年第 6 期， 214 唐健正 ,贾玉英，等 材料和应用， 2001 年第 1 期 4515 戴大祥，高效节能的真空玻璃，上海建材， 2003 年第 2 期， 2016 冯德纯 ,贾 玉英，等 国玻璃， 2002 年第 26 卷第 1 期， 1417 18 at 19 毕 业 设 计（论 文） 设计题目： 太阳能热水器控制系统的设计 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 起讫日期 年 月 日 年 月 日 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 I 摘 要 针对太阳能热水器存在着受季节和天气的影响、提供的热水量不够、不能实现全年正常使用的不足，设计了一种基于 制的太阳能热水器。该控制器是在现有太阳能热水器的基础上开发的，该系统利用 水时，若日晒水温达不到设定值，单片机控制电加热器自动补 温至设定温度，无须人为控制加热时间；缺水时能自动上水到设定值，不必全部加满。在无光照阴雨天或寒冷季节进行辅助电加热，且温度可由用户设置。 本文利用 太阳能热水器的自动控制系统进行设计，通过使用 以大大减少了系统对其它元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。 关键词： 影响 太阳能热水器 控制系统 院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 is on d by of to in of LC of to LC to LC,院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 目 录 . 绪 论 . 1 2 本课题研究的目的、意义 . 错误 !未定义书签。 3 国内外发展现状 . 错误 !未定义书签。 3 系统总体设计 . 3 统原理框图 . 3 制系统的组成及工作原理 . 4 4 硬件功能模块的设计 . 7 片机系统 . 7 温测量电路 . 8 位测量电路 . 10 时时钟电路 . 12 示电路 . 13 源电路 . 15 盘电路 . 16 动上水和报警电路 . 18 助电加热电路 . 19 5 软件部分的设计 . 20 件的总体设计 . 20 度检测 . 20 时时钟 . 20 6 结束语 . 24 致 谢 . 25 参考文献 . 26 附 录 . 27 附录 1：源程序 . 27 附录 2：总原理图 . 41 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 1 1 绪 论 太阳能热水器的应用及意义 众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已增长，环境的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前，有人预测：二一十世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源，但由 于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高。因而尚未被人们大规模的使用。 在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。 我国从“六五”计划期间开始推广太阳能热水器，到目前全国已有 250万平方米采光面积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有 180家左右，是目前世界上推广最大的国家之一，而且形成了规模，形成了中国特色的太阳能企业，有中国太阳能协会为中心，以中国农村能 源企业协会太阳能热利用专业委员会为中心，制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发等一系列措施。 世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如：澳大利亚政府规定，在北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有 25%的新住宅安装了太阳能热水器。 国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本原因是：能源问题、环保问题是当今世界面临的主要问题之一。太阳能热水器是节能、环保产品，故受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以 15%至 20%的速度发展。 根据理论计算及实际应用证明，太阳能热水器每平方米光面积一年可节 约标准煤 200500度，或节约液化气 180公斤，设计可以参考以下的几个意见： 在设计民用建筑时，若此地区没有集中热水供应，可给用户安装太阳能热水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水线预埋，以平均每套住宅建筑面积 65平方米计算，工程造价大约每平方米增加 18 在设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方米采光面积产热水100升计算， 100平方米太阳能热水系统可产热水 10吨，每人每次标准用水 40升，可解决 250人的洗浴用水。作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样 的不同条件予以特殊设计。 采用太阳能热水器与电热水器、燃气热水器相比，还具有绝对安全，最为卫生的特点，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户 1学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 2 这以后提供的热水是免费的。 太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器累计安装使用总量以达 300万平方米以上，所以该控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。 太阳能热水器的发展状况及市场竞争分析 目前，中国已经成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世 界各国之和，已经有一百多家太阳能热水器生产厂，但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能，而且分段显示，温度显示误差为 10%，水位显示误差为 25%，这种显示器不具有温度控制功能，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能，本文设计的太阳能热水器控制器以 仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控 制功能。温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到 24小时供应热水的目的。太阳能热水器时太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够将太阳能辐射转换热能，供生产和生活使用，他主要有平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式闷晒式。 当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这 些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺乎时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。新建居住楼安装热水器，已是房屋开发公司计划之内的事，配套热水器的商品房销势更好。 此款热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气领用太阳能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免 费的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是市面大部分热水器所不能比拟的。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 3 2 设计思路及要求 设计的思路 针对太阳能热水器存在着受季节和天气的影响、提供的热水量不够所设计的热水器， 主要是实现温度的实时控制、水位的检测、自动上水，用水时，如果日晒水温达不到设定值，单片机控制电加热自动补温至设定值，无须人为控制，最重要是在阳光不足或阴雨天时，我们可以通过辅助加热进行对水箱中的水加热，以保证一天 24小时的供水量。 本设计的目的及要求 本设计具有很强的实用性，用成本低廉的器件及电极以单片机技术对生产实际中太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。本装置电路简单、实用性强、性价比高、水温控制灵活、水位显示直观醒目。可广泛应用与家庭生活对太阳能热水器水位显示和水温控制。具有良好的市场前景。具体的目的和要求： （ 1） 掌握太阳能热水器的工作原理及实现控制方法； （ 2） 太阳能热水器水位的检测和显示； （ 3） 太阳能热水器温度的检测和显示； （ 4） 太阳能热水器水温的设定和电加热的控制； （ 5） 太阳能热水器上水水位的设计及控制； （ 6） 太阳能热水器的辅助电加热的设计； 3 系统总体设计 系统原理框图 本系统以 片机为核心，实现对水温和水位的实时监测和显示，当水温达不到设定值，可以用电自动加热，当水位低于警戒值时自动上水至设定值，从而实现了热水器的全自动及节能。 系统主要包括水温测量电路、水位测量电路、显示电路、单片机系统、自动加热上水控制电路、按键电路、声光报警电路等组成。具体原理框图如图 1所示。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 4 单片机显 示 电 路电 源 电 路键 盘 电 路实 时 时 钟温 度 和 水 位 检 测报 警 电 路电 磁 阀辅 助 电 加 热图 1 系统原理框图 控制系统的组成及工作原理 系统组成：如图 2所示，本系统主要有控制器、自动控制阀、手动控制阀、水位检测电极、水温 检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成。 控制器：主要通过里面的电磁阀控制 制水温检测传感器检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制机电加热丝加热。 自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。 手动控制阀：当自动阀损坏时，可以通过手动阀进行上下水。 水位检测电极：主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分为四个等份，一共有五个电极，接地的电极放在水箱的最低端，其余的分别放在四等份点上 ，比如当水箱中的水在第一等分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当超过第二等分，则显示二分之一的水。 水温传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度。 电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度，尤其当遇到阴雨天或无太阳光时，可以通过它进行加热水。 太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：加热控制、温水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 5 器20来水 地漏图 2 系统的工作原理图 (1) 水温控制 由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。为了提供温度不低于 30摄氏 度的水 ,具体控制过程如下： 首先，关闭冷水阀门 1，然后单片机开始进行水箱温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于 30摄氏度时，电加热接通进行加热，同时单片机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于 30摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了水的温度。 (2) 循环水集热过程 水温控制之后，设定当日水箱的温度 N,输入单片机，再利用单片机的控制系统，通过太阳能加热以达到理想温度 N。具体控制如下： 打开循环阀门 闭冷水阀门 水阀门 后开学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 6 始比较温度，若（ 摄氏度， 1）为止。如若 ，那么循环水极热过程结束，进入冷水极热过程。 (3) 冷水极热控制 此时热水箱温度已达到了 N，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为 当日的设定值相比较，若 N 则将已加热的水送入热水箱，具体的控制过程如下： 关闭循环水阀门 开冷水阀门 水阀门 N，打开热水阀门 保持打开状态，否则关闭 见，此过程充分利用太阳能转化为热能，方便快捷。 (4) 水箱加热控制 若没太阳光或光太弱，我们将怎么办呢？这就要发挥这款热水器的优势。热 水箱温度为 它和设定的值相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体的过程如下： 若 ，电加热接通；否则，电加热断开，而且， 15点 时间（小时） 温度比较 加热值（度） 15 5N 35 16 0N 40 17 5N 45 18 0N 50 19 5N 55 20 0N 60 最终热水箱的温度加热到设定值 N 。由此可见，即使没有日照我们照样可以使用热水。 注： 综上所述，太阳能供热控制系统不及节约而且方便，实用，可以适用许多地方，尤其对居住的民用楼非常受用。 控制装置的工作原理：本控制系统分为手动和自动控制两种控制方式，在系统处于自动状态下，当检测温度高于设定温度时，且水位未达到最高时，控制器打开电磁阀 时点亮上水指示灯，当水位上到一定水位时，自动停止上水（即关闭电磁阀 若水箱内无水，则自动上水至最低水位处。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 7 在系统处于手动状态下，可自由上水和停止上水（上水时水箱水位必须未满），若水位达到最高则自动停止上水；若需要启动加热器则必须要先设定加热温度，然后按下加热键进行加热；若需洗浴时，则须打开手动阀 统自动打开电磁阀 通过 电磁水阀 通过打开 系统设置 起水管因内有积水而冻裂（即手动打开此阀放完水管中的积水）。 4 硬件功能模块的设计 单片机系统 根据系统硬件框图可以看出，在本系统所需的外围电路中，多数是使用微控制器的 I/且本系统并非实时系统，对微控制器的速度需求不高，所以在本系统中，选择了性价比较高的 片机 片机是一种低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 储器。使用 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80品指令和引脚完全兼容。片上 适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在系统可编程 得 片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 有以下标准功能： 8k 字节 256 字节 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， 降至 0态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电工作模式：空闲方式和掉电方式。 空闲模式下， 许 时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， 荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。如图 3所示。 （ 1）系统时钟电路设计 本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在 脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。振荡晶体可在 12容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响， 在 2000以本 设计中，振荡晶体选择 12容选择 30 （ 2）系统复位电路设计 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要 文） 太阳能热水器控制电路的设计 8 升时间不超过 1可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 29 S he e t F i l e : E : 毕业论文 新建文件夹 S he e t 1.S c hD r a w n B y :1y 130y 210 A Cr e sr e T S E T 012 E 89S 52 V C T 11P 3 单片机的外围电路 水温测量电路 本系统采用 位 (二进制 )温度读数指示器件的温度信息经过单 线接口送入 和地线 )55到 +125增量值为 l s(典型值 )内把温度变换成数字。因此作为热水器的温度测量，精度合乎要求。温度实时测控集装箱的设计，在实现测控系统的温度检测方面就较好的利用 系统得到了极大的简化。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 9 图 4所示。 是通过计数时钟周期来实现的，内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时，振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路，计数设置为 时，计数器复位在当前的温度值时，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。 线信号包括复位脉冲，响应脉冲，写“ 0”，写“ 1”，读“ 1”，它们有严格的时隙概念。系统对 5个）和存储器命令（ 6个）形式出现。对它的操作协议是：初始化 理数据发存储器命令处理数据。各种操作都有相应的时序图。 般都采用单片机来实现数据采集。只需将 ，且单片机的一位 I/可实现单 点或多点温度测量。 换性好；它直接把温度数据进行编码，可以只使用一根电缆传输温度数据，通信方便，传输距离远且抗干扰性好；与用传统温度传感器组成的多点测温系统相比可节省大量的电缆，而且系统得以简化，系统扩充维护十分方便。 64位 器 和 控 制 器高 速缓 冲存 储 器8 位 C R C 生 成 器温 度 灵 敏 元 件低 温 触 发 器 T 触 发 器 T 寄 存 器电源检测图 4 件电路的连接非常简单，仅一根电源线，一根地线和一根数据线即可，根据设计要求，数据线与单片机的 度测量电路如图 5所示。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 10 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011- 11- 29 S he e t F i l e : D : 新建文件夹 S he e t H D O C D r a w n B y : 18B 5 水位测量电路 本系统采用电极片的方式来检测水位（简称电极式），原理是利用水的导电性能。电极片按照一定的尺寸要求分布在一根绝缘棒上，构成测量棒，从水箱顶部插入。如图 6所示，其中 A、 B、 C、 A、 B、 C、 会与公共端产生电流。实际检测是根据电极片是否有电流，判断其是否浸没在水中。由于电极式的控制及检测电路比较简单、成本较低，因而得到广泛的应用，是目前最受欢迎使用的。然而，当电极片结 垢（钠镁离子的附着）之后，导致测量会出现错误。因为电极片结垢后，或者厚度达到一定的程度，就不能正常测出水的值。在水质较差的地方更为严重，为了保证测量的准确性，必须定期更换测量杆。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 30 S he e t F i l e : E : 毕业论文 新建文件夹 S he e t 1.S c hD r a w n B y :水箱电极式测量杆公共端文） 太阳能热水器控制电路的设计 11 图 6 电极片检测示意图 我把储水箱大致分为四个等份，水位由潜入太阳能热水器的储水箱不同深度的水位电极和潜入储水箱底部的公共极（导线）进行检测；由单片机依次使各电位电极呈现高电平，由公共电极所接的三极管进行电位转换，水位到达的电极，转换电位为低（ 0）；水位没有到达的电极，转换的电位为高（ 1）；每 检测一位便得到一位数据，并把它送到发光二极管； 在这里我用发光二极管亮的盏数来显示水位的高低。（若没有发光二极管亮则表示箱内没有水或只有少量的水，若有一个发光二极管灯亮则表示箱内有四分之一的水，以此类推，若有四个发光二极管来亮，则表示水箱水是满的。） 当水位未达到 ha,这时传感器的总阻值为 4R，对应的系统处于缺水状态。 当 ah感器的阻值为 3R，对应系统处于 20%水位。 当 bh感器的阻值为 2R，对应系统处于 50%水位。 当 ch感器的阻值为 R，对应系统处于 80%水位 。 当 h=感器的阻值为 0，对应系统处于 100%水位。 同时用到一个芯片 744有八路正相缓冲器、线路驱动器，三态输出。该三态输出由输出使能端 1意 种方式测量水位简单直观，成本低廉。同时单片机也采集水位信息，以便对自动上水的控制。具体的电路如图 7所示。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 29 S he e t F i l e : E : 毕业论文 新建文件夹 S he e t H D O C D r a w n B y :1A 121Y 1181A 241Y 2161A 361Y 3141A 481Y 4122A 1172Y 132A 2152Y 252A 3132Y 372A 4112Y 49V C 244101 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5V C 2 4图 7 水位测量电路 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 12 实时时钟电路 本系统采用 片， 时时钟芯片是美国最新研制成功的产品。它可以广泛应用于计算机、工控仪表、通信器材等设备中，是目前具有实时时钟功能系统的首选芯片。该芯片为 24 管脚双排直列封装 ,内部包含锂电池、石英晶振、非易失静态 取代典型应用中的十六个元器件。所以说 时时钟芯片本身就构成了一个完整的子系统，它的出现不仅缩小了设计系统的体积，而且也大大提高了系统的可靠性。该芯片主要功能包括非易失时钟、警报器、百年历、可编程中断、方波发生器和 114 个字节非易失静态 脚 图 8 为 引脚功能说明如下： 地址 /数据复用总线 空脚 总线类型选择 ( 片选 R/W 在 在 复位信号 中断请求输出 方波输出 +5电源 电源地 点 在没有外部电源 的情况下可工作 10年 自带晶体振荡器及电池 可计算到 2100 年前的秒、分、小时、星期、日期、月、年七种日历信息并带闰年补偿 用二进制码或 代表日历和闹钟信息 有 12和 24小时两种制式， 12小时制时有 可选用夏令时模式 可以应用于 数据 /地址总线复用 内建 128字节 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 13 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011- 11- 29 S he e t F i l e : D : 新建文件夹 S he e t H D O C D r a w n B y :1010U 0M O S E 12C 887I N T 11P ,7图 8 作原理 ，数据由 片 7有 A、 B、 C、 个控制寄存器。时问、日历和警报是以二避制或 内容可通过读命令来获取，也可以由写命令来设置，在写入数据之前，寄存器 1”，以防止在读写过程中发生数据更新。完成数据 输入后， 许实时时钟对时间和日历字节进行更新，一旦初始化后，实时时钟以选定的模式进行更新。 期中断和更新结束中断等三个独立的中断源。警报中断的发生率可编程，从一秒一次到每一天一次。 显示电路 本设计采用静态的显示方式，用 4个数码管来显示。显示电路由 4个移位寄存器 74个数码管组成，每个数码管接有 8个 1护数码管，防止电流过大烧坏数码管。采用 方案具有实现容易、发光亮度大、驱动电路简单等优点，其可靠性也优 于 体的电路图如图 7所示。 74称灌电流，扇出电流弱，所以适合驱动共阳极数码管。本系统的设计思想就是采用共阳极数码管来显示，数码管的公共端接高电位。 将数码管的 8个输入端与 740用 4个 74个 74示的每一位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 14 该位就能保持相应的显示字符，由于由一个每一位 8位输出口控制段选码， 故在同一时刻各位可以显示不同的字符。 本设计中，从左到右 4个数码管，左边两个显示水位，第 3个不显示，最后一个显示水温，通过键盘的输入进行水温和水位的切换，检测和自设定的水温和水位都会通过数码管显示出来，此显示非常的直观，根据自己的需要进行设定并显示。 ，只要把数据往 统就自动将串行数据由 出，其中移位时钟由 出、将 74,满足条件时数据就传送到 74前一个 744将 送数据时，前后数据就会依次从上一个片子传到下一个片子。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 30 S he e t F i l e : E : 毕业论文 新建文件夹 S he e t H D O C D r a w n B y :R E S E 64R E S E 64R E S E 64R E S E 64 1 2 3 4V C 9 显示电路 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 15 电源电路 对于太阳能用户来讲，最常用、最方便的电源当然是 220太阳能容热水器控制系统需要的是稳定的 +512以要为控制系统设计直流电源电路。 由于本文各芯片工作电压均为 5了方便，本文将 220V 交流电经过整流、滤波、稳压得到 5压电路集成稳压器件 7805。具体电路如图 10所示。 本设计部分用到了集成稳压器 7805系列，如下图是它的封装形式， 的封装形式为 有一系列的电压输出，应用非常广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作的保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于 然是按照固定电压值来设定的，但是当接入适当的外部器件后，就能够获得各种不同的电压和电流。 7805的特点： * 最大输出电流为 输出电压为 5V *短路保护 *输出 晶体管安全工作区保护 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 16 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 12/ 1 S he e t F i l e : E : 毕业论文 新建文件夹 S he e t H D O C D r a w n B y :V i n V 02200 D 1010 电源电路 上图电路为输出电压 5V，输出电流 稳压电源，它由电源变压器 T，桥式整流电路 波电容 止自激电容 7805）极为简洁方便的搭成。 220V 交流市电通过电源变压器变换成交流低压，在经过桥式整流电路 1的整流和滤波，在固定三端稳压器 电压因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变 化），此直流电压经过 2的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高使用简洁方便等特点，成为稳压电源中使用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。 键盘电路 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。键盘实质上是一组按键开关集合，通常选用机械弹性开关，它们利用了机械触点的合、断作用。键的闭合与否，反映在输出电压上就是呈 现低电平还是高电平，通过对电平高低状态的检测，便可确认是否有键按下。为了确保 就必须消除抖动的影响，这样才能使键盘在单片机系统中使用的更加稳定。 常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口 , 由于本文只需要四个开关，因此本电路选用独立触摸式开关，如图 11所示。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 17 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 29 S he e t F i l e : E : 毕业论文 新建文件夹 S he e t H D O C D r a w n B y :1121314V C 11 键盘电路 当开关没按下时， 5K 的电阻直接给控制器输入一个高电平“ 1”；当开关被按下时， 5K 的电阻接地，控制器上输入低电平“ 0”。 按键功能的定义如下： 键盘 2 分别为功能按键、移位按键、“ +”按键、“ ”按键 2分别为共功能按键、移位按键、“ +”按键、“ ”按键。 按下开关键 S 键，系统在工作状态，开关机指示灯 , 再按下 S 键，开关机指示灯灭，系统处在关机状态。 功能设置：在系统工作时，按 校准时钟、设定热水温度和设定定时加热时间三种功能之间循环变换，通过指示灯进行区别。 校准时钟设置：系统工作时，按 准时钟指示灯 按 减少时钟时间 。 定时加热温度设置：系统工作时，按 时加热时间指示灯 按 减少设定的定时加热温度。 定时加热时间设置：系统工作时，按 时加热时间指示灯 按 减少设定的定时加热时间。 移位键：在调整时间，在系统工作时，按 入到调整时间后，秒钟开始闪烁，可以调整秒钟。按下 进入分钟调整，可调整分钟。再按下 进入时钟调整，可调整时钟。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 18 自动 上水和报警电路 本系统采用 方法简单方便，容易实行。 功率电子电路大多要求具有大电流输出能力 ,以便于驱动各种类型的负载。功率驱动电路是功率电子设备输出电路的一个重要组成部分。 在大型仪器仪表系统中 ,经常要用到电磁阀、泵等驱动电压高且功率较大的器件。 由于这类器件功能强、应用范围语广。因此 ,许多公司都生产高压大电流达 林顿晶体管阵列产品 ,从而形成了各种系列产品 ,国 们的系列型号分类如表 1所列 ,生产 2000、 2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品的公司与型号对照表如表 2所列。在上述系列产品中 ,组高压大电流负载， 载 ,组高压大电流负载。美国 国 组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成 ,具有同时驱动 7组负载的能力 ,为单片双极型大功率高速集成电路。以下介绍该电路的构成、性能特征、电参数以及典型应用。 电流增益高（大于 1000）； 带负载能力强（输出电流大于 500 温度范围宽（ 85）； 工作电压高（大于 50V）。 电磁阀； 可控照明灯。 本系统通 过单片机的 果 电器吸合启动电磁阀，指示灯 于继电器吸合需要较大的电流驱动，一般的三极管不能驱动，所以使用 当加水时间超过设定值时，单片机将 动蜂鸣器发声，同时点亮指示灯 于蜂鸣器工作电流较大，需要用三极管对电流进行放大。具体的电路如图 9所示。 学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 19 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011- 11- 29 S he e t F i l e : D : 新建文件夹 S he e t H D O C D r a w n B y :I N 11I N 22I N 33I N 44I N 55I N 66I N 77O U T 116O U T 314O U T 413O U T 512O U T 611O U T 710O U T 215C O N 20030