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毕业设计(论文)基于单片机的全自动太阳能热水器的控制器的设计学生姓名：叶沈霖学号：0815012221所在系部：电气信息系专业班级: 电气工程及其自动化指导教师：石刚讲师日期：二○一二年五月摘要随着人们生活水平的不断提高，全球人口和经济规模的不断增长,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中，能源使用带来的环境问题及其诱因逐渐为人们所认识，“低碳经济”这一概念开始进入人们的视野。
太阳能具有储量的“无限性”、存在的普遍性，并且几乎不产生任何污染。
鉴于此,人们在大力的发展太阳能产业。
太阳能热水器顺应时代发展的要求,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。
本文提出了一种新型的太阳能热水器控制系统设计方案。
本设计采用MSC-51系列单片机AT89S52作为中央处理器，采用DS1302实时时钟,12864点阵式液晶显示屏等模块，完成时间温度水位的显示,以及时间和温度的设定等功能。
关键字：太阳能热水器；单片机；实时时钟；液晶显示屏AbstractWith the continuous improvement of people's living standard, As the global population and economic growth, energy use of environmental problems and causes gradually recognized, "low—carbon economy," the concept became part of the people of vision. Solar energy has reserves of the limitless ”, the universality of existing，and almost does not produce any pollution. In view of this, people in the development of solar energy industry. Solar water heaters，in conformity with the requirements of the times, are meeting the demand for green products。
电热水器的控制系统设计应用电子技术专业学生 XXX指导教师 XX摘要：目前，电能热水器控制器一直处于研究和开发阶段，功能不断完善中，市面在售的控制器虽然有的控制器配有电加热辅助装置，但都不是全智能性的，给用户带来许多不便。
单片机控制系统是对其水温与水位的不同进行检测和控制。
系统采用AT89C52微控制器为数据处理器；采用Pt100传感器作为温度采集元件；采用TLC2201集成芯片作为信号处理电路；采用CS5513转换芯片作为A/D转换电路为微处理器提供数字信号；采用PCF8563芯片作为实时时钟/日历控制电路；选用IMP813芯片用于看门狗复位电路；采用以CH451芯片来实现LED的驱动设计和键盘扫描控制电路。
关键词：微控制器；看门狗；扫描；信号处理电路；数据采集引言我国是热水器生产大国，伴随着住宅消费和人们对生活品质要求的提高，热水器已有一个高档的奢侈品成为居民乔迁新居，厨卫装修的必备家庭用具。
热水器按照能源类型分为：电热水器，燃气热水器和太阳能热水器。
电热水器安全记录比燃气热水器好。
太阳能热水器安装复杂，但节能环保。
燃气热水器小巧，品种多使用方便。
太阳能热水器收到安装场所的限制，不是每个家庭都可以使用的，北方由于天气的原因使用此类热水器的就更少了；燃气热水器目前较为常用的热水器产品之一，但如果家里以前没有安装过，重新安装比较麻烦，需要进行燃气和水的改造；电热水器以其方便，可靠等优点收到了很多人的青睐。
电热水器是指用电加热的热水器，是一种可供洗手间，厨房，浴室使用的加用电器，具有无污染，安全，保温时间长，使用方便等优势。
电热水器看起来简单，实际上却是难以做好的一种家用电器，他的各个部分的设计如控制系统，水路，外壳，内丹制造，防烫伤制造等，都制约着电热水器的性能和发展。
本章将以电热水器控制系统为例，详细介绍其设计与实现。
1．设计方案论证1.1设计的意义随着国民经济的快速发展和改革开发的程度进一步扩展，人们的生活水品不断提高，国内外企业之间的交流不断扩大，国外先进的技术和管理经验逐步被国人引进，以人为本的理念不断被加强，热水器已有一个高档的奢侈品成为企业公共生活设施，居民乔迁新居，厨卫装修的必备用具。
基于单片机控制系统的太阳能热水器水位水温控制系统专业：自动化学号：学生姓名：指导老师：摘要本设计采用AT89C51单片机为控制器，以数字温度传感器DS18B20作为温度检测与无字库液晶12864液晶显示，设计一种数字化的太阳能热水器控制系统。
控制器分为主控芯片模块、温度检测模块、12864显示模块、水位检测模块、键盘控制模块、电磁阀控制模块和报警模块。
本文给出了各个模块地结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图和部分源程序。
此系统除了加水后要加满才结束加水操作的问题，系统达到了省时、环保、节水的目的。
该系统与传统的机械式控制系统相比较，具有结构简单，抗干扰能力强，使用方便等特点。
关键词：单片机AT89C52；温度传感器 DS18B20；太阳能热水器The system ofsolar water heater controllerbase on MSC-51MCUAbstractThis design incorporates MSC-51 MCU AT89C51as central processors, combining the single digital temperature sensor DS18B20 and LCM 12864,to designed a kind of digital control system of solar energy water heater. The solar energy water heater system consists of main chip module, DS18B20 temperature detection module, LCM display module, the water level detection module, keyboard control module, solenoid valve control module and alarm module. This paper gives each modular structure and working principle, system hardware, schematics, process flow charts, and some source code, and theoretical design of physical production. Except the proble m of it’s ending the operation of add water until full of water .The system with the traditional mechanical control systems compared to simple structure, easy to use and so on.Keywords：Microcontroller AT89C52; Transducer DS18B20; Solar water heater目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 第一章前言............................................................................................................. - 1 - 1.1太阳能热水器的国内外研究和发展趋势 ..................................................... - 1 -1.1.1 国内研究现状与发展趋势.................................................................... - 1 -1.1.2 国外研究与发展趋势............................................................................ - 1 - 1.2 太阳能热水器的市场前景分析 .................................................................... - 2 - 1.4 太阳能热水器的应用及意义 ........................................................................ - 3 - 1.5 系统的设计要求 ............................................................................................ - 3 - 第二章系统的总体方案的设计........................................................................... - 4 -2.1太阳能热水器的组成和基本原理 ................................................................. - 4 - 2.2 热水器的控制系统框图 ................................................................................ - 4 - 2.3 太阳能热水器控制器的硬件实现方案 ...................................................... - 5 - 2.4太阳能热水器控制器的软件方案 ................................................................. - 5 - 第三章太阳能热水器的硬件实现....................................................................... - 7 -3.1 主控芯片模块 ................................................................................................ - 7 - 3.2 时钟模块硬件实现 ........................................................................................ - 8 - 3.3 温度检测模块 ................................................................................................ - 9 - 3.4 水位监测模块 .............................................................................................. - 11 - 3.5 辅助加热和水位上升模块 .......................................................................... - 11 - 3.6 按键模块 ...................................................................................................... - 12 - 3.7报警模块 ....................................................................................................... - 13 - 3.8 液晶显示芯片 .............................................................................................. - 14 - 第四章软件设计................................................................................................. - 16 -4.1太阳能热水器控制系统的软件流程图 ....................................................... - 16 - 4.2太阳能热水器控制系统软件部分的实现 ................................................... - 17 -4.2.1 系统初始化部分.................................................................................... - 17 -4.2.2温度检测程序实现................................................................................. - 18 -4.2.3水位监测程序......................................................................................... - 19 -4.2.4 键盘扫描程序实现................................................................................ - 19 - 第五章太阳能热水器控制系统的仿真............................................................... - 22 -5.1 Protues环境简介 .......................................................................................... - 22 - 5.2 仿真过程的问题和解决方法 ...................................................................... - 22 - 5.3 仿真结果 ...................................................................................................... - 23 -5.3.1自动上水与手动上水仿真..................................................................... - 23 -5.3.2温度检测控制的仿真............................................................................. - 27 - 结束语..................................................................................................................... - 31 - 参考文献................................................................................................................. - 32 - 致谢......................................................................................................................... - 33 - 附录......................................................................................................................... - 34 -1.太阳能热水器控制系统的硬件仿真电路图 .................................................. - 34 -2.软件源程序 ...................................................................................................... - 35 -第一章前言1.1太阳能热水器的国内外研究和发展趋势1.1.1 国内研究现状与发展趋势中国是太阳能阳能热水器保有量大国，截止到2009年底，我国的太阳能热水器总产量为4200万平方米，总保有量为1.45亿平方米，占世界78%的份额，中国的太阳能热水器市场正在成为国际市场不可分割的重要组成部分。
一种基于单片机的太阳能热水器控制器余斌【摘要】太阳能热水器在实际生活中应用广泛，环保、安全且方便，采用STC12C5A32AD 单片机为主控芯片设计了一个太阳能热水器控制系统，包括水位传感器、温度传感器、电磁阀、泵及电加热管驱动、按键、LCD12864显示、声光报警等硬件电路，并通过软件编程实现了太阳能热水器控制器的主要功能。
该系统实现简单，使用方便，并充分利用了丰富的太阳能资源，可以大大节约煤、电等能源消耗。
%Solarwaterheateriswidelyusedinreallife,environmental friendly,safeandconvenient.Thepapermainlydescribesthedesign forsolarwaterheatercontrolsystemwhichbasedonmicrocontroller.Thesystem takesthemicrocontrollerSTC12C5A32ADasmastercon trolchipandconsistso fwaterlevelsensors,temperaturesensors,solenoidvalves,pumpsandelectrichea tingtubedrive,keypad,LCD12864,soundandlightalarm,andotherhardwarecircuit,achievedthemainly functionofsolarwaterheatercontrollerbysoftwarepro gram.Thesystemissim pletoimplement,convenienttouse,andmakefulluseoftheabundantsolarenerg yresources,itcangreatlyreducetheenergyconsumptionofcoal,electricityandsoon.【期刊名称】《湖州职业技术学院学报》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】3页(P85-87)【关键词】单片机;太阳能热水器;控制器【作者】余斌【作者单位】湖州师范学院教务处，浙江湖州 31300【正文语种】中文【中图分类】TK513.11;TP212.9在实际的生产生活中，太阳能热水器应用非常广泛，它利用阳光加热，有利于环保，而不像其他常规能源那样会造成大气污染;它常置于建筑物的楼顶，通过控制器控制热水的使用，安全方便;另外，中国人口众多，常规能源相对不足，而太阳能资源十分丰富。
基于单片机的太阳能热水器控制系统设计该设计以单片机以STC90C52 为核心，结合单线数字温度传感器 DS18B20 与液晶显示器1602，设计一种数字化的太阳能热水器控制系统。
该系统由主控芯片模块、DS18B20 温度检测模块、LCD 显示模块、水位检测模块、键盘控制模块、报警模块和电磁阀控制模块组成。
给出了各个模块结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图和部分源程序。
此系统解除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。
该系统与传统的机械式控制系统相比较，具有结构简单，使用方便等特点。
目录1．引言 (2)2. 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分 (2)2.1太阳能热水器控制器的设计背景 (2)2.2太阳能热水器的应用及意义 (2)3 太阳能热水器的设计要求与工作原理 (3)3.1系统工作原理 (3)3.2太阳能热水器的组成及工作原理 (4)4太阳能热水器控制器系统硬件设计 (5)4.1主控芯片模块电路设计 (5)4.2水位监测模块设计 (6)4.3水温检测模块电路设计 (7)4.4温度传感器简介 (8)4.5自动上水模块设计 (9)4.6报警模块设计 (9)4.7键盘模块设计 (10)4.8加热模块设计 (10)5太阳能热水器控制器系统软件设计 (11)5.1 Proteus软件环境简介 (11)5.2太阳能热水器控制器系统流程 (12)5.3主程序模块 (12)5.4 按键控制流程 (13)5.5 自动上水控制流程 (14)总结................................................................ 错误!未定义书签。
附录：.. (16)太阳能控制系统电路原理图 (16)程序 (17)1．引言当前，我已成为当今世界上最大的太阳能热水器生产的国家，年产量相当于世界各国的生产总和，已经有一百多家太阳能热水器生产厂。
基于80C51单片机的太阳能热水器智能控制系统设计摘要本文介绍了基于80C51单片机的太阳能热水器智能控制系统的设计。
该系统采用了多种传感器，包括温度传感器、光强传感器和水流传感器，以实时监测太阳能热水器的工作情况。
设计了一个基于PID算法的控制器，可以根据监测到的数据来自动调整热水器的工作状态，提高能源利用效率。
在实际测试中，该系统表现出良好的控制性能和可靠性，可以满足太阳能热水器的实际应用需求。
关键词：80C51单片机、太阳能热水器、智能控制系统、传感器、PID算法AbstractThis paper introduces the design of an intelligentcontrol system for solar water heaters based on the 80C51 microcontroller. The system uses multiple sensors, including temperature sensors, light intensity sensors, and flow sensors, to monitor the operation of solar water heaters in real time. A controller based on the PID algorithm isdesigned to automatically adjust the working state of thewater heater according to the monitored data to improveenergy utilization efficiency. In actual tests, the system showed good control performance and reliability, and can meet the actual application needs of solar water heaters.Keywords: 80C51 microcontroller, solar water heater, intelligent control system, sensors, PID algorithm1. 引言太阳能热水器是一种利用太阳能热能将水加热的设备，具有使用方便、能耗低等优点，在全球范围内得到广泛的应用。
设计基于单片机的太阳能热水器模糊控制系统设计基于单片机的太阳能热水器模糊控制系统本文设计基于AT89S51 单片机的太阳能热水器模糊控制系统，其模糊控制规则能够比较有效地模仿人的经验，合理解决输出的强关联性问题。
给出了模糊控制查询的单片机实现方法及模糊控制系统的核心控制部分的硬件电路和软件流程。
0 引言模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法，它利用隶属度来描述程度，运用分析不确定、不精确的模糊信息来进行决策，从而实现成功的控制。
本文以ATMEL 公司的AT89S51 单片机为例介绍了基于单片机的模糊控制器的应用，其控制对象是带有辅助电加热功能的太阳能热水器。
1 系统概述加热系统主要由蓄热水箱、太阳能集热板、电加热器、中央控制器、电磁阀、电磁继电器等构成。
控制系统的原理方框图如图 1 所示。
2 太阳能热水器模糊控制系统的硬件组成该热水器的控制系统主要包括单片机、段码液晶显示器、时钟芯片、温度传感器、水位传感器、辅助加热电路、定时电路、看门狗和复位接口电路等组成。
2．1 AT89S51 系列单片机太阳能热水器模糊控制系统的控制核心选用AT-MEL 公司生产的AT89551 系列的单片机。
2．2 段码液晶显示器该段码液晶显示组件是12 位段码式液晶显示器组件，内含LCD 控制器、LCD 驱动器，并带有数据译码功能，数据采用串行输入，可直接与CPU 接口。
2．3 时钟芯片时钟芯片采RTC –4553 时钟芯片。
该芯片采用内置晶振，具有独特的数据处理方法，大大提高了时钟精度和可靠性。
2．4 蓄水箱温度和水位检测接口电路的设计本系统温度检测电路仍采用热敏电阻。
温度检测部分的电路图如图 2 所示。
2．5 继电器输出电路在太阳能热水器控制器的设计中，继电器输出是实现蓄水箱辅助加热的手段。
对继电器的控制安全有效是对蓄水箱进行辅助加热的保证。
本控制器中继电器输出电路图如图 3 所示。
2．6 定时电路MCU 和RTC 的选择决定了定时电路的硬件设计。
分类号: 编号：毕业论文（设计）太阳能热水器控制器设计The design of controller for solar water heater申请学位：工学学士院系：光电信息科学技术学院专业：姓名：学号：指导老师：太阳能热水器控制器设计姓名：导师：年05月日烟台大学烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院[摘要]该太阳能热水器控制器是基于C51单片机设计和实施的，它以AT89C51单片机作为检测和控制中心，由主控芯片模块、DS18B20 温度检测及显示模块、水位检测及显示模块、时钟模块、报警模块和电磁阀控制模块、辅助加热模块等模块组成。
它通过DS18B20温度检测及显示模块实时检测和显示水温，通过水位检测及显示模块实时检测和显示水位，通过时钟模块实时显示时钟并在设定的时间给主控芯片特定的信号，通过电磁阀控制模块实现热水器的自动及手动上水，通过辅助加热模块实现太阳能热水器自动及手动加热，当水位过低且水温过高时通过报警模块报警，而主控芯片则负责协调其他各模块的工作。
[关键词] 太阳能热水器控制器；AT89C51单片机；DS18B20[Abstract] The designing of this solar water heater controller is based on C51 single-chip microcomputer, The AT89C51 MCU is used as it’s detection and control center, It consists of a main control chip module, DS18B20 temperature detection and display module, the water level detection and display module, clock module, alarm module and the electromagnetic valve control module, auxiliary heating module and etc. It is through the DS18B20 temperature detection and display module Detect and display the water temperature in time. It is through the water level detection and display module Detect and display the water level in time. It is through the clock module display time and at the given time, it will give the main control chip module a specific signal. It is through the electromagnetic valve control module to realize the automatic and manual water heater. It is through the auxiliary heating module to heat water automatically and manually. when the water level is too low and the temperature is too high the alarm module will give an alarm, the responsibility of the main control chip is to Coordinate the work of other modules.[Key words] The Solar water heater controller ; AT89C51 MCU ; DS18B20目录1 绪论 (1)1.1 太阳能热水器应用的意义 (1)1.2 我国太阳能发展现状 (1)2 系统设计及仿真软件 (2)2.1 系统的总体结构设计 (2)2.2 设计功能要求 (2)2.3 设计思路 (2)2.4 仿真软件(proteus)简介 (3)3 AT89C51简介 (4)3.1 主要特性 (4)3.2 中断向量 (4)3.3 管脚说明 (4)3.4 内部结构 (6)4 控制器各模块电路设计 (7)4.1 主控芯片模块 (7)4.1.1 时钟电路 (7)4.1.2 复位电路 (8)4.1.3 单片机管脚分配 (9)4.2 DS18B20 温度检测及显示模块 (9)4.2.1 DS18B20芯片简介 (10)4.2.2 74LS245简介 (12)4.2.3 LED数码管显示 (13)4.3 水位测量及显示模块 (14)4.4 报警模块 (15)4.5 辅助加热模块 (16)4.5.1 继电器工作原理 (16)4.5.2 辅助加热模块工作原理 (17)4.6 电磁阀控制模块 (17)4.6.1 电磁阀工作原理 (18)4.6.2 电磁阀控制模块工作原理 (18)4.7 时钟模块 (18)4.7.1 电子表发声原理及控制器定时工作原理 (19)5 控制器软件程序设计 (20)5.1 软件设计分析 (20)5.2 主程序模块 (20)5.3 子程序模块 (21)5.3.1 DS18B20温度检测子程序设计 (21)5.3.2 DS18B20温度转化及显示子程序 (22)5.3.3 加热子程序设计 (23)5.3.4 上水子程序设计 (24)5.4 中断子程序设计 (25)5.4.1 外部中断0（设定温度+）子程序设计 (25)5.4.2 外部中断1（设定温度-）子程序设计 (26)6 调试与总结 (27)6.1 调试方法 (27)6.2 遇到的问题及解决办法 (27)6.3 总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)1 绪论1.1 太阳能热水器应用的意义迈入21世纪以来，随着经济的急速发展，对自然资源的需求缺口越来越大，人口基数过大使得将在很长一段时间保持人口数量的增长，而经济的高发展速度也将持续对资源的供应提出考验。
显而易见的，资源储量并不是无限的，若要保证经济的可持续发展，仅仅靠节约能源或是限制开采数量，并不是一个长久的解决办法，只有开发新的能源，才能从根本上解决发展与资源之间的矛盾。
所以在今后，新能源必定将会有很大的发展空间，太阳能、风能、潮汐能，这些清洁能源是未来大规模利用的新趋势。
[1]在各类能源中，太阳能以其清洁、无害、长久和普遍等特点，有极高的发展潜力，可以说是取之不尽用之不竭。
虽然离太阳能的广泛利用还有很长的路要走，但是现在已经在不少地方开始使用，如常见的太阳能发电系统，太阳能热水系统，太阳能路灯、交通灯等等。
我国目前太阳能产业规模已跃至世界第一，随着技术的日益成熟，太阳能相关的成熟产品造价也将随之降低，将更加广泛地在人们生产生活中普及，这同时也是解决越来越严重环境污染的一个极佳的解决方案。
在我们的生活中，最为我们所熟知的太阳能利用系统便是太阳能热水器，太阳能热水器同传统的热水器相比有着许多显著的特点。
不仅节能环保，而且使用也非常方便。
以其低廉的价格深受各层次消费者的青睐。
随着太阳能热水器的大面积使用，太阳能的优势特点已广泛为人们所熟知，这也对以后的相关产品的生产推广起到了很好的宣传效应。
大力开发和利用丰富的太阳能资源，对于我国的经济、社会可持续发展具有重大深远意义。
[2]1.2 我国太阳能发展现状我国太阳能热水产业的发展特点可以用“起步晚，发展快”来形容，虽然国内与于上世纪80年代才开始研究推广，但是历经多年的飞速发展，我国的太阳能产业已经占据了世界首位，其中热水器的产量占世界百分之五十以上，同时，中国国产太阳能产品在世界同类产品中也占据着很大的市场份额，并且市场占有率还在不断增长。
[3]尽管有着如此迅猛的发展势头，但是需要指出的是，目前国内的能与太阳能热水器相配置的控制器的功能却并不完善，在市面上很多同类的太阳能热水器产品，控制系统简单，功能不全，大多数只具有设定水温，显示水温这两个功能，较为智能化的产品还尚未推广应用，有些功能还处于研发阶段。
因此设计出一款具有温度控制功能和水位控制功能的产品，将很具有实际意义。
这样的控制器，将能够解决天气原因导致的光线不足问题导致热水器水温过低的问题，并且因为有了水位控制功能，就可以解决当水位达到一定高度时不能自动开始或停止供水等等问题。
2 系统设计及仿真软件2.1 系统的总体结构设计系统总体结构设计如图2.1，该系统包括保温箱、排气管、集热管、溢流管、上下水管、调节阀等。
图2.1 系统总体结构设计2.2 设计功能要求该太阳能热水器的控制器不但需要具有水位、水温及时间的实时显示功能，而且需要具有水位、水温的自动控制功能，必要时，还需要能够实现对时间和水温进行设定等功能。
当蓄水箱水位低于40%时能够实现自动上水，当设定时间到且水位低于蓄水箱水位90%时能够实现自动上水，当上水到达规定的水位时能够实现自动停止上水，当水位界于高低水位之间时，用户可以通过按键操作手动上水、停水；当设定时间到且水温低于规定值时，能够实现自动加热。
必要时还可以对太阳能热水器进行手动加热和上水，禁止高温空晒后进水以及淋浴时禁止上水等功能。
2.3 设计思路该太阳能热水器控制器是基于C51单片机设计和实施的，它以AT89C51单片机作为检测和控制中心，由主控芯片模块、DS18B20 温度检测及显示模块、水位检测及显示模块、时钟模块、报警模块和电磁阀控制模块、辅助加热模块等模块组成。
它通过DS18B20温度检测及显示模块实时检测和显示水温，通过水位检测及显示模块实时检测和显示水位，通过时钟模块实时显示时钟并在设定的时间给主控芯片特定的信号，通过电磁阀控制模块实现热水器的自动及手动上水，通过辅助加热模块实现太阳能热水器自动及手动加热，当水位过低且水温过高时通过报警模块报警，而主控芯片则负责协调其他各模块的工作。
2.4 仿真软件(proteus)简介Proteus可以仿真单片机，兼具EDA软件的仿真功能，还能一部分外围器件，是当前使用最广，用户评价最好的仿真工具。
可以从原理图设计，程序编写调试，再到与外围电路同步仿真，提供与PCB板设计的简单切换，可以由最初的模拟概型一直到产品的模拟仿真。
该软件也是第一款融合电路原理图设计，PCB板设计，产品生产前的仿真三者结合的开发平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430，Cortex，DSP等系列处理器，截止到现在，依然在不断增加其它系列处理器模型。
