基于单片机的太阳能热水器测控仪设计

学号:常州大学毕业设计（论文〉(迎届)题目学生学号:学院专业班级―校内指导教师专业技术职务校外指导老师专业技术职务二〇一二年六月基于单片机的太阳能热水器测控仪设计摘要：如何很好的节约和利用能源，特别是可持续性能源，是人类所面临的重要问题。太阳能热水器以其廉价、节能的特点，受到广大消费者的青睐，与之配套的控制器设计问题一直受到人们的关注。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1^03-51系列单片机八丁89052作为中央处理器，结合外围电路单元，采用液位传感器、温度传感器⑶丁100〕、辅助加热电路、031302实时时钟、1602液晶显示屏、按键等模块，完成时间、温度、水位的显示及设定功能。控制系统可以根据天气情况利用辅助加热装置（电加热器）使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。本文主要介绍了单片机太阳能热水器测控仪的硬件、软件的设计和调试方法等内容。关键词：太阳能热水器；单片机；控制器；传感器^1)81^01：丁0600110111126&11(11111112661161*27^8011106908^)601^117(匕已1&81111861161*8^1*680111*06，1831)101)16111111紂1111111^11^111(11138&丁1168〇1虹21161*27只6扯⑶181)600111111811101631\611101*613013111&I&I11801131'&01；61181100^10^131*106&11(110\^00118111111311011.八11(11116001111*011611881X10171118(^乂已沁!)!!!运.八110\^801^1^3X^1001111*018)^816111丁1118过68每打111001^)01*^1:68^108-51^401171161)681211801&I-1^1161*8^II四1610！001『0116『8这86过0111\1011八丁89052&8⑶01X3101*0⑶8801*8，00011)1116(1^11)111161361^1161^1011*01111：111111：，111011860^11(5111(116^618611801，1；6111|301'&111168611801^？丁100^，1；116&11X111&1*7116^1118011*01111：，0813021*0^11111160100^，16021.008016611，1)111:1:01180X1^0也611110(311168，00！！1口1过1〇110？1111169此呵对111*6，^3X^116乂亡1&11(18^11:1113&11011011.^0001(1111810泔11610011(111；101183001111*018^8拕1X11181118^&11X111^17116&11118^6^106(已^以116紂汉)，801:1161:116出已|31^8过161111)61*31X11^，&01110^11121116131111)0860？111624-110111-0^1101，丁匕18&111016III过1X11:1*0(111(^(1111011101101111110匕比沒&忪过01101111801^1-130^61^(1^3X^101)861^68311(10011^01811161；^80011161118011(180011800^01^8^81211&11^^61)1121X161110(1^^6^8〇1紅6116137^1(^1^；0011汁01161；8&11801目录觀^I@录^III1绪论^11.1概述^11.2太阳能热水器发展概况及市场竞争分析^21.2.1国内外研究现状^21.2.2国IV内外太阳能热水器发展趋势^31.2.3太阳能热水器的市场分析^31.3本课题研究的主要内容^41.3.1太阳能热水器的组成与工作原理^41.3.2太阳能热水器测控仪的设计内容^42太阳能热水器测控仪总体方案的设计^62.1热水器微控制器系统框图^62.2控制器系统主要元件简介^62.2.1单片机八丁89052^62.2.2铂热电阻口丁100^82.2.3转换芯片^00)832^92.2.4超声波测距仪只03尺04^102.2.5时钟芯片031302^113硬件设计^133.1绘图软件？10化199叱简介^133.2控制器各单元模块硬件电路设计^133.2.1单片机及其外围电路的设计^133.2.2超声波液位传感器电路设计^143.2.3时钟电路设计^163.2.4温度传感器电路设计^183.2.5上水控制电路和辅助加热电路设计^203.2.6显示4路设计^213.2.7按键接口电路设计^224软件设计^234.1四扎11^1310^3软件环境^234.2程序徽^234.2.1系统总流程图^234.2.2超声波模块程序设计^244.2.3时钟模块程序设计^254.2.4温度模块程序设计^274.2.5液晶显示模块程序设计^274.2.6按键扫描模块程序设计^295佩试^315.1？1016118简介^315.2软件调试^315.3硬件调试^326雜^35参考纖^36麵^371绪论1.1概述在资源紧张，环境污染的大背景下，太阳能热水器与传统的燃气热水器和电热水器相比有着无可取代的优势，因此近几年太阳能热水器得到了蓬勃的发展。然而，目前市场上的太阳能热水器控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不便等问题。很多控制器只具有温度和水位显示功能，却不具有温度控制功能，致使热水器在阴天不能方便使用。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。所以研究智能型太阳能热水器测控仪有着极其深远的意义。0太阳能节能环保太阳能作为一种新能源，与常规能源相比，它有三大特点：第一，它是最丰富的能源，可随时被我们利用。据估计，在过去的11亿年中，太阳只消耗了它本身能量的27。。因此可足够供给我们使用，可谓是取之不尽，用之不竭；第二，地球上，太阳能就在我们的身边，我们可以随时就地开发利用，不存在任何运输问题。对于交通不发达的农村、海岛和边远地区具有更优越的利用价值；第三，太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。我国目前有13亿人口，3.5亿个家庭，按较低标准每户每天使用6摄氏度热水100升，从冷水到热水升温45摄氏度计算，共需热量450千卡。折合电量5.2度，折合天然气0.5立方米。按每度电0.50元，每立方米天然气。40元计算，每天分别需要2.6元（电)或0.70元〔天然气\按每月30天计算，分别需要72元和21元，每年分别需要864元和252元。以上均为仅根据电和天然气热值进行的计算，尚未考虑电热器与燃气热水器的热转换效率及由于结垢其值肯定会不断下降的影响。根据实际调查，一个家庭用电热水器，全年的电费消耗约1000元，若使用太阳能热水器，其投资在2000—3000元之间，两至三年节约的电费即可收回。2^太阳能的价格趋于平民化近几年来，原油价格飞涨，以原油为原料的燃气价格也大幅上涨，燃气热水器的使用成本大大增加，这给太阳能热水器产业带来了巨大的商机。现在的太阳能热水器越来越受欢迎。常州大学本科生毕业设计（论文〉第2页共37页据北大四季沐歌太阳能热水器经销商家说，近年来的销量比以前同期增长了一倍。现在，越来越多的消费者认同太阳能热水器。也正因如此，全国各地出现了各种品牌的太阳能热水器，这也给消费者带来了更多的选择性。今年的家电市场刮起了一阵节能风暴，节能家电成为一大卖点。太阳能热水器以节能、安全、价格走低的趋势成为了人们关注的焦点。3〉安全可靠使用太阳能热水器没有人身危险，也没有环境污染，而使用燃气热水器有可能发生煤气中毒事故；使用电热水器有可能发生触电身亡事故。据了解，太阳能热水器不仅能以907。以上的效率将辐射能转换为热量，更能以近乎1007。的效率保存热水，使用效率更高。它的确是一种很好的节能型“绿色”产品1.2太阳能热水器发展概况及市场竞争分析1.2.1国内外研究现状0国内研究现状我国太阳能历史可追溯到1958年，在上世纪70年代末起，我国就加大研发与生产太阳能集热器。1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用电真空物理的背景，发明了专利是铝一氮化铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控射制备红外低发射率低层、铝一氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可以在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。太阳能热利用产业的发展，在突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术，通过产学研结合，生产性能价格比较好的介质。国外研究现状国际上，太阳能热水器技术己日趋成熟，已达到了工业化生产阶段，作为商品进入市场，综合起来，国外的太阳能热水器有以下几个特点：政府重视。它首先表现在政府投资大，譬如美国在78年到81年在太阳能供热方面的投资每年都在1亿美元以上。随着投资的增长，太阳能领域里的人员和科研成果增长的速度也都相应得到了提高。其次表现在各国都根据本国的情况，制订出了能源政策，比如美国在能源政策和能源法案中，对国家投资、指定太阳能科研规定以及实行税收优惠等经济措施分别作了规定。^产品的高档化、大型化。由于国外一些主要利用太阳能国家的经济实力较强,为了满足社会的需要，其太阳能热水器从设计、制作以及材料等都趋于高档化，而且在太阳能热水器体统上附加诸如循环泵，专用阀、辅助电加热器等。当然价格也是比较高的。去年北京举行的国际可再生能源展览会上，澳大利亚送展的一套家用太阳能热水器售价达400多美元。但是，从另一方面看，其发展仍不平衡，一些发展中国家应用较为广泛的仍有不少是较为低档的太阳能热水器。近年来，印度研究和使用的大都是日本早期产品一一集热蓄热合一式太阳能热水器。产品多样化，技术上先进。国外近几年来主要发展的仍是管板式，并对降低成本，提高效率和可靠性，以及简化设计和安装程序等都做了大量的研究工作，取得了显著的进展。常州大学本科生毕业设计（论文〉第3页共37页如热水器框架大都采铝挤压件，可以简化制造工艺并为玻璃的装配和吸热板提供了可靠的支架。釆用人造橡胶和特制垫圈以解决漏水和因热应力作用而破裂的问题，管道连接和安装配件己设计成便于快速安装的型式，虽然大部分仍采用回火玻璃做为盖板，但也涌现出许多塑料和复合玻璃材料。普及面广。世界各国主要利用太阳能的国家如日本、美国、澳大利亚和以色列等已将太阳能热水器发展到工业化生产阶段。日本有20多家工厂。澳大利亚有2多家，新西兰有30多家工厂从事太阳能热水器的生产，使用的较为广泛。如日本有400万多台热水器在运行，以色列有607。以上的家庭使用太阳能热水器。目前，全世界正在使用的太阳能热水器（保罗空气集热器）约达700余万平方米【2】。1.2.2国内外太阳能热水器发展趋势近几年来，低温太阳能热水器的产量在国际上略有下降，这主要同国际石油价格下跌有关，预计今后各国将在中高温太阳能热水器，包括充气集热器方面有较大的进展，以利于使其在工业及釆暖、空调以及发电方面取得进展。各国还注意到使用新技术、新材料研制出更多品种的太阳能热水器。特别在提高热性能，降低成本，使之不断提高和完善，使其比在常规能源有更大的竞争能力。特别是太阳能的蓄能技术将把太阳能热水器推进到一个新的天地。我国太阳能热水器的势头仍处在上升阶段。预计这种势头持续2〜4年，可能会出现一个下降趋势，为此，从科研和生产上有一定思想准备，以防止和避免这种可能性的出现。为此应当一方面发展新的技术和材料，使之能打进国际市场，另一方面结合中国的国情，研制出使群众买得起，用得上的太阳能热水器。这样，高、中、低档的太阳能热水器将同时出现，并发挥各自作用和效益。将太阳能热水器同城乡居民住房结合在一起，使之成为房屋的一种构件和装备，将愈来