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太阳能热水器水位控制电路设计

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- 太阳能热水器水位控制电路设计

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

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-I

目录

第1章 绪论 ................................................................................................................. 0

前言 .............................................................................................................................................................. 0

国内外研究动态 .......................................................................................................................................... 0

太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 ...................................................................................... 1

第2章 方案的选择 ..................................................................................................... 2

水位传感器的选择 ...................................................................................................................................... 2

单片机的选择 .............................................................................................................................................. 4

AT89S52选择和其功能性能 ........................................................................................................... 4

AT89S52引脚功能介绍 .................................................................................................................. 4

第3章 硬件电路设计 ................................................................................................. 7

水位检测模块 .............................................................................................................................................. 7

水位测量原理 ................................................................................................................................. 7

水位检测电路设计 ......................................................................................................................... 8

LCD液晶显示模块 ....................................................................................................................................... 9

12864液晶[8] ................................................................................................................................... 9

LCD液晶显示电路设计 ................................................................................................................ 11

键盘控制模块 ............................................................................................................................................ 12

报警模块 .................................................................................................................................................... 13

电磁阀控制模块 ........................................................................................................................................ 14

双机通信及其他电路设计 ........................................................................................................................ 15

．其他电路设计 ........................................................................................................................................ 16

晶体振荡电路 ............................................................................................................................... 16

复位电路 ....................................................................................................................................... 17

设计总电路图 ............................................................................................................................... 17

结束语 ......................................................................................................................... 20

致谢 ............................................................................................................................. 21

[参考文献] ................................................................................................................. 22

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-II 百度文库 - 好好学习，天天向上

-0 第1章 绪论

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。

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太阳能控制器设计

太阳能控制器设计

毕业设计任务书

题目： 太阳能控制器设计

学生姓名： 张金权 学号： 1203012103

专业班级： B12自动化1班

指导教师： 熊宇

企业导师： 张伟权

二级学院： 电气与信息工程

2015 年12 月 2015版 一、题目来源及原始数据资料：

（一）课题来源

本课题为模拟课题。

（二）原始数据资料

1、输出220Vac交流电源。

2、输出功率小于500W。

3、采用单片机控制。

二、毕业设计要求：

（一）设计任务：完成一个太阳能控制器设计，满足一般家庭的照明或小功率交流用电负载需求。

（二）要求系统完成以下功能:

1、 太阳能板的选择：完成所需功率必须的太阳能板选择。

2、 各种变换器的选择：完成直流变换和逆变器的选择。

3、 控制器软件编写：完成太阳能能量最优控制程序。

(三)工作环境

结合在艾微昕电商运营管理有限公司实习工作，在企业工程实践中完成。

三、进度安排和应完成的工作量：

2015-2016学年度第一学期

第16-17周：撰写开题报告。通过查阅相关文献资料在指导教师的指导下完成《开题报告》，并经指导教师修订完善后向系毕业设计（论文）工作小组申请开题。

第18-19周： 开题报告经工作小组组织严格审核，确定能否开题。未通过者在一周内完成修改并再次报审。如果不合格须重新开题。

第20-21周： 收集太阳能控制器相关资料并分析。完成系统方案论证，并提出设计思路

2015-2016学年度第二学期

第1周：完成太阳能板的选择安装方案。

第2周：完成各种变换器的选择及系统的搭建。

第3周：编写控制器所需的相关软件。

第4周：完成系统联调。

第5周：完成系统和图纸设计，并上交论文初稿。

第6周：在老师指导下修改论文，并继续完成毕业设计。

第7周：交毕业论文第二稿。毕业设计（论文）主审教师对毕业设计(论文)进行审查，提出修改意见。根据主审教师的意见进行毕业论文的修改，上交论文定稿。

太阳能工程热水器控制器的设计与实现

太阳能工程热水器控制器的设计与实现

龙源期刊网

太阳能工程热水器控制器的设计与实现

作者：欧 丹,李 凯

来源：《现代电子技术》2010年第21期

摘 要:设计了一套全自动太阳能工程热水器控制器。该系统利用低功耗高性能的RISC单片机AVR作为控制电路的核心实时监测水温及水位,可实现温度、水位检测管理,故障及相关报警提示等功能,利用E2PROM对设置的参数保存,具有断电记忆功能,断电后,参数无须重新设置。该款全自动太阳能热水器控制器具有使用方便、稳定性高、节能等特点,实用性高。关键词:工程热水器; 控制器; AVR; 控制电路

中图分类号:TN919-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)21-0178-03

Design and Implementation of Controller for Solar Engineering Water-heater

OU Dan1, LI Kai2

(1.Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou

221008, China;

2.Beijing Micoe Solar Energy Technology Company Limited, Lianyungang 222000, China)

Abstract: A set of full-automatic solar water heater controller was designed. The system uses low

consumption and high-performance RISC AVR MCU as the core of control circuit to carry out real-time monitoring of temperature and water level. It can implement the functions such as detection and

太阳能上水自动测水电路功能和原理图

太阳能上水自动测水电路功能和原理图

第 1 页 共 4 页 电路功能简介

一、 功能说明

本电路的主要功能是：水位过低时能实自动上水并报警，能实时显示水温。能显示5级水位，有自动上水和手动上水功能。手动上水功能可人为控制上升到任意水位和上水时间。

二、 原理简介

由五路“传感器”（五根插入水中的导线）检测液位的变化，由单片机控制液位的显示及电泵的抽放水，DS1820温度传感器，可测量水温。控制显示部分将由传感器传过来的温度，水位信息进行显示。并控制水位的高度。

太阳能热水器的控制器主要由传感器部分和控制显示部分组成。传感器部分是由5个不同阻值的电阻串联组成。因此有六个结点。两端结点接电源，下面第二个结点引出。为输出端，当水位上升时，串联的电阻由下到上依次被短路，输出端的电压值会依次升高，输出值经由四个比较器逐个比较组成的转换电路，转换电路把不同的电压值转换成不同的开关量，供单片机读取。因此不同的水位就对应这不同的开关量。传感器部分的下端有DS1820温度传感器，可测量水温。控制显示部分将由传感器传过来的温度，水位信息进行显示。并控制水位的高度。

1．液位采集电路

五路液位检测都采用运放组成的比较器检测电路检测液位变化，将电平信号分别送入单片机。实际检测时，从J2焊出五根导线，分别将接VCC、A、B、C和D的导线放入水杯（太阳能水箱）中，位置如图 1所示。

图1模拟太阳能水箱示意图

2．温度检测电路

该电路主要由DS1820温度传感器测量水温，由传感器传过来的温度传输给单片机，经单片机处理后送数码管显示。

三、 电路功能介绍

默认为手动上水功能，通电源时，手动指示灯亮，若传感器没有插入水中，表明是最低水位，第一级水位指示灯闪烁，并发出报警声，四数码管显示实时水温。

测试手动功能：

在手动功能状态下，按下“UP”键电磁阀指示灯亮，上水指示灯闪烁。表明正在上水，随水位的上升，水位指示灯会依次点亮。当再次按下“UP”健时。电磁阀指示灯熄灭，上水指示灯停止闪烁。表明停止上水。因此可以人为控制上水的高度。

太阳能热水器控制器原理图

太阳能热水器控制器原理图

太阳能热水器控制器原理图

家用太阳能热水器方便、节能、无污染，应用广泛。本文介绍的太阳能热水器辅助控制系统以单片机为核心，对储水箱水位、水温等进行检测和显示；水位过低时进行自动上水、水满自停，防止溢水；在无光照阴雨天或寒冷季节进行辅助电加热，且温度可由用户预置；在寒冷的冬季能对上水管道的水进行排空，防止管道冻裂；具有防漏电、防干烧等多种安全保护和声光报警功能。

一、系统结构

太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示.在真空管太阳能热水器的保温储水箱内增加一个与电热水器类似的电热元件并固定在绝缘底座上，引出交流电源线入户，由辅助控制系统的继电器控制通断电。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中,通过电缆线接入用户室内控制器。进行管道排空时，由控制系统关闭排空控制阀，打开热水开关和淋浴开关，将管道中的水放掉；用水时则打开排空控制阀.系统自动上水时，通过单项电磁阀上水。水流电开关用于检测淋浴开关是否打开、是否有水的流动，当淋浴开关打开用水时，系统自动停止上水、切断辅助电加热器的电源。

二控制系统组成

太阳能热水器控制系统的组成如图2所示.整个系统以AT89C51单片机为核心,对水温、水位等参数进行智能检测和显示，读取水流开关、排空阀门的状态，经键盘操作和单片机内部运算比较，控制相应得执行机构进行通、断电；进行防漏电、防干烧等保护，并进行相应得声光报警。

对水箱水温信号的检测采用DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，它具有3引脚TO—92小体积封装形式，CPU只需一根端口线就能与DS18B20通信控制读取温度值。水流开关信号的检测采用开关式传感器，其内部是一个霍尔开关，排空阀是一个带行程开关的球型阀，由5W交流伺服电机带动,每旋转90度输出一个开关信号，排空阀的开闭状态对应于该开关信号.上水电磁阀采用12V直流单项电磁阀；辅助电加热体的通断电采用继电器控制；排空阀由36V(5W)交流伺服电机带动，由排空阀的开闭状态信号确定并通过继电器控制交流伺服电机电源通断电。 三、控制软件设计 主程序流程图如图3所示。子程序流程图如图4所示.主程序首先完成串行口、定时器、中断源的初始化，设置初始运行参数、开中断，然后循环读取键盘状态、检测系统是否漏电。一旦检测到系统漏电，进行声音和显示报警，将所有执行机构断电；若系统不漏电则根据存储的键盘状态和检测的水温、水位等状态信号进行相应得处理并等待中断服务程序的执行。系统正常控制时，首先显示水温和水位，若检测到水流开关打开用水时，自动断开上水阀和电加热体电源，即实现水电联动，用水停电。当检测到水位过低时打开电磁阀上水；到达最高水位后，自动关闭电磁阀。在水位超过第二档时，将检测的实际水温与设置水温进行比较，若实际水温低于设置水温,则加热体通电进行辅助电加热;若实际水温高于设置水温时,切断加热体电源；若检测到水位低于第二档，不管设置温度高低，总是停止加热,以防止加热体干烧。