智能热水器控制系统的设计
目 录
一、引言 2
二、太阳能热水器智能控制器的设计方案 2
三、硬件系统设计 3
（一）控制系统组成及工作原理 3
(二）主要元器件介绍 5
1.单片机AT89C51 5
2.八段二极管 6
3.温度传感器 7
4.ADC0832 7
（三）模块电路 8
1.时钟电路 8
2.复位电路 8
3.水位检测电路 8
4.水温检测电路 9
5.键盘电路 10
6.驱动电路 11
7.显示电路 11
四、软件设计 12
（一）主函数设计 12
（二）子函数设计 12
1．显示子函数设计 13
2．按键处理子函数设计 13
五、系统调试 14
六、总结 15
致谢 16
参考文献 17
附录 18
附录1 原理图 18
附录2 源程序 19
一、引言
全球煤炭、石油和天然气储量一天比一天减少，能源危机一天天地严重，环境污染也在不断地加重，太阳能的开发利用已经越来越广法。有人预测说：二十一世纪的地球会将太阳能作为主要辅助能源来进行使用。可是，因为太阳能的分散性，时令性和地域性又给太阳能利用和开发带来重重困难，有些技术难点尚未打破，因此有关太阳能产品的造价 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
偏高（如光伏电池）。
在太阳能热技术中，太阳能热水器的应用最为广泛。在行业的发展与进程中，太阳能热水器成熟的应用了将太阳光能转换为热能这一技术，其产业化进程也成为行业领先一步的关键。
目前，中国已成为全球最大的太阳能热水器制造商。但是却没有完整而成熟的一套太阳能热水器控制体系，现在我们在市场上可以看到的热水器都只能具有温控和水控显示，但误差较大，且不具有调节控制功能，当太阳光强度过大，导致太阳能热水器一直处于加热状态，无法进行调节温度，这样的情况便会对太阳能热水器产生较大的伤害，也是因为长时间的加热导致热水器的使用寿命便大大的削减了。本设计的太阳能热水器采用AT89C51单片机为核心，通过智能化的操作，对热水器实现温度的调节与控制以及水位的检测与控制，从而避免温度过高所导致热水器的损伤以及在没有人看管的情况下所导致使用水流失所产生的浪费。
为了可以达到24小时的提供热水的目的，在经过加热升温后，防止温度过低导致无法使用热水情况，可以通过控制储水箱中的加热电阻丝来保持水箱中使用水的温度。
二、太阳能热水器智能控制器的设计方案
在设计过程中采用价格低廉的电阻传感器和功能较强、端口较丰富的单片机相结合，在进行太阳能热水器的水温控制及水位显示方面有较好的作用。运用在现实生活中，性价比较高，对人们来说不失为一个比较好的电子产品。水位的显示一目了然，而且水温的控制比较简单，因此具有良好的市场前景。
运用单片机的运算方法，输入端口采用矩阵键盘，输出则是采用液晶显示屏，从而来实现以下功能：（1）热水器水位显示功能;（2）热水器水位提示功能;（3）热水器水温控制功能;（4）热水器加热与水温调节功能; （5）热水器上水水位的控制功能。
三、硬件系统设计
（一）控制系统组成及工作原理
控制系统由控制器、手动控制阀、自动控制阀、水位检测控制器、温度传感器、储水水箱、加热电阻丝等,系统组成示意图如图3-1所示。其中控制器主要用于水温的控制、水位的控制及电阻丝加热的控制。水温的控制是通过开关YV3和YV2实现的。这几个控制器件都离不开电阀门，依赖于电阀门内部的设置，来控制各个部件功能的实现。自动控制阀受控于控制器，当储水罐里的水温高于设定的温度时，它会自动的打开水箱，获取冷水来中和水的温度，但不会超过目标水位。手动控制阀，顾名思义，手动控制阀与自动控制阀的区别在于需要我们自己手动控制水的水位，水位达到目标值时，我们可以自己手动操作关闭水箱的入水口。水位检测电极用于检测储水罐的水位，可以通过显示屏很直观的显示出水位。其主要工作原理为：通过存在水箱里面的水与水位检测电极的接触，从而达到当下的水位情况。水温检测传感器:主要用来检测出水箱中实际水量的温度。电阻加热丝主要用于保持储水罐里的水的温度。当无需用热水器时，加热电阻丝可以使得储水箱里面的水处于一定的温度。
控制装置的工作原理：当系统处于自动控制的模式时，温度检测器检测到水温过高时，并且未曾达到目标水位时，控制器就会控制电阀门来控制开关，打开储水罐的出水口，使得储水罐中的水得到中和并且达到目标水位。如果水罐中没有水时，就可以自动上水之最低位。这以设计可以大大的减少人们的手动操作，简易方便。
当系统处于手动模式的情况下时，可实现自由上水或停止上水，上水时水箱应当处于不充足状态，在上水情况下，当储水箱中水量达到最多时，系统便会停止上水；当启动电加热，先设定好加热的温度，按下加热键加热；洗浴时，需手动打开阀YV4，系统会自动打开电磁水阀YV2，YV5可以自由调节水温；当电磁水阀YV2和YV3处于无法使用的状态下时，可以手动打开YV5和YV6，解决上下水的困难。为了防止水管冻裂，因此可以通过手动打开YV7阀放完水管中的积水。
（二）主要元器件简介
1．单片机AT89C51
AT89C51单片机具有丰富的端口设计，这些端口设计使得我们在操作时简便许多。在这个信息科技化的时代，单片机已经变得越来越受欢迎，在各个行业都有涉及。小到仪表仪器，大到医疗航天事业方面。这些足以证明，单片机的使用已经变得越来越普及了，正在慢慢的融入我们的生活的每一个方面。
最小系统是单片机上最重要的部分。单片机是一种集成度极高的电路芯片，它的内部包括了中央处理器、输入输出端口、中断系统以及计时器等，通过与外部的复位电路进行连接，然后再连接上晶振电路，这样的话，单片机的最小系统就组成了。
图3-6时钟电路
2.复位电路
图4-2 显示子程序框图
2.按键处理子函数设计
按键函数设计流程图如图4-3所示，每个按键存在自身的功能，先确定是否有按键按下，然后根据读取的数据来判断出是哪一个按键被按下，确定后转相应按键处理程序，实现按键功能。
六．总结
这次毕业设计是对所学知识的一次综合性运用。让我深刻体会到了想要设计出好的东西来，必须打好基础。通过此次的设计，我意识到了自己这三年学习模拟电子、数字电子、电路基础这些必修专业课程中并没有打好扎实的基础明白了扎实的课程基础对于工作来说是多么的重要。在这次毕业设计中，我也收获颇丰，不仅重新回顾了这三年时光里所学习的内容，并且对我现在的岗位有着莫大的帮助。虽然在大学生涯里学习的知识并不少，但是因为时间的原因，已经有所淡忘，不过这次正好补习上，还有的就是解决了通过仿真功能以及KEIL软件共同使用所产生的问题，这么长时间的学习，大大的提升了我对电子设计的兴趣，从这次的设计中，我学到的不只是一点点。最简单的来说，对一些之前从未接触到的电子元器件也有所了解了并且知道了他们的极性和用法。
一、引言 2
二、太阳能热水器智能控制器的设计方案 2
三、硬件系统设计 3
（一）控制系统组成及工作原理 3
(二）主要元器件介绍 5
1.单片机AT89C51 5
2.八段二极管 6
3.温度传感器 7
4.ADC0832 7
（三）模块电路 8
1.时钟电路 8
2.复位电路 8
3.水位检测电路 8
4.水温检测电路 9
5.键盘电路 10
6.驱动电路 11
7.显示电路 11
四、软件设计 12
（一）主函数设计 12
（二）子函数设计 12
1．显示子函数设计 13
2．按键处理子函数设计 13
五、系统调试 14
六、总结 15
致谢 16
参考文献 17
附录 18
附录1 原理图 18
附录2 源程序 19
一、引言
全球煤炭、石油和天然气储量一天比一天减少，能源危机一天天地严重，环境污染也在不断地加重，太阳能的开发利用已经越来越广法。有人预测说：二十一世纪的地球会将太阳能作为主要辅助能源来进行使用。可是，因为太阳能的分散性，时令性和地域性又给太阳能利用和开发带来重重困难，有些技术难点尚未打破，因此有关太阳能产品的造价 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
偏高（如光伏电池）。
在太阳能热技术中，太阳能热水器的应用最为广泛。在行业的发展与进程中，太阳能热水器成熟的应用了将太阳光能转换为热能这一技术，其产业化进程也成为行业领先一步的关键。
目前，中国已成为全球最大的太阳能热水器制造商。但是却没有完整而成熟的一套太阳能热水器控制体系，现在我们在市场上可以看到的热水器都只能具有温控和水控显示，但误差较大，且不具有调节控制功能，当太阳光强度过大，导致太阳能热水器一直处于加热状态，无法进行调节温度，这样的情况便会对太阳能热水器产生较大的伤害，也是因为长时间的加热导致热水器的使用寿命便大大的削减了。本设计的太阳能热水器采用AT89C51单片机为核心，通过智能化的操作，对热水器实现温度的调节与控制以及水位的检测与控制，从而避免温度过高所导致热水器的损伤以及在没有人看管的情况下所导致使用水流失所产生的浪费。
为了可以达到24小时的提供热水的目的，在经过加热升温后，防止温度过低导致无法使用热水情况，可以通过控制储水箱中的加热电阻丝来保持水箱中使用水的温度。
二、太阳能热水器智能控制器的设计方案
在设计过程中采用价格低廉的电阻传感器和功能较强、端口较丰富的单片机相结合，在进行太阳能热水器的水温控制及水位显示方面有较好的作用。运用在现实生活中，性价比较高，对人们来说不失为一个比较好的电子产品。水位的显示一目了然，而且水温的控制比较简单，因此具有良好的市场前景。
运用单片机的运算方法，输入端口采用矩阵键盘，输出则是采用液晶显示屏，从而来实现以下功能：（1）热水器水位显示功能;（2）热水器水位提示功能;（3）热水器水温控制功能;（4）热水器加热与水温调节功能; （5）热水器上水水位的控制功能。
三、硬件系统设计
（一）控制系统组成及工作原理
控制系统由控制器、手动控制阀、自动控制阀、水位检测控制器、温度传感器、储水水箱、加热电阻丝等,系统组成示意图如图3-1所示。其中控制器主要用于水温的控制、水位的控制及电阻丝加热的控制。水温的控制是通过开关YV3和YV2实现的。这几个控制器件都离不开电阀门，依赖于电阀门内部的设置，来控制各个部件功能的实现。自动控制阀受控于控制器，当储水罐里的水温高于设定的温度时，它会自动的打开水箱，获取冷水来中和水的温度，但不会超过目标水位。手动控制阀，顾名思义，手动控制阀与自动控制阀的区别在于需要我们自己手动控制水的水位，水位达到目标值时，我们可以自己手动操作关闭水箱的入水口。水位检测电极用于检测储水罐的水位，可以通过显示屏很直观的显示出水位。其主要工作原理为：通过存在水箱里面的水与水位检测电极的接触，从而达到当下的水位情况。水温检测传感器:主要用来检测出水箱中实际水量的温度。电阻加热丝主要用于保持储水罐里的水的温度。当无需用热水器时，加热电阻丝可以使得储水箱里面的水处于一定的温度。
控制装置的工作原理：当系统处于自动控制的模式时，温度检测器检测到水温过高时，并且未曾达到目标水位时，控制器就会控制电阀门来控制开关，打开储水罐的出水口，使得储水罐中的水得到中和并且达到目标水位。如果水罐中没有水时，就可以自动上水之最低位。这以设计可以大大的减少人们的手动操作，简易方便。
当系统处于手动模式的情况下时，可实现自由上水或停止上水，上水时水箱应当处于不充足状态，在上水情况下，当储水箱中水量达到最多时，系统便会停止上水；当启动电加热，先设定好加热的温度，按下加热键加热；洗浴时，需手动打开阀YV4，系统会自动打开电磁水阀YV2，YV5可以自由调节水温；当电磁水阀YV2和YV3处于无法使用的状态下时，可以手动打开YV5和YV6，解决上下水的困难。为了防止水管冻裂，因此可以通过手动打开YV7阀放完水管中的积水。
（二）主要元器件简介
1．单片机AT89C51
AT89C51单片机具有丰富的端口设计，这些端口设计使得我们在操作时简便许多。在这个信息科技化的时代，单片机已经变得越来越受欢迎，在各个行业都有涉及。小到仪表仪器，大到医疗航天事业方面。这些足以证明，单片机的使用已经变得越来越普及了，正在慢慢的融入我们的生活的每一个方面。
最小系统是单片机上最重要的部分。单片机是一种集成度极高的电路芯片，它的内部包括了中央处理器、输入输出端口、中断系统以及计时器等，通过与外部的复位电路进行连接，然后再连接上晶振电路，这样的话，单片机的最小系统就组成了。
图3-6时钟电路
2.复位电路
图4-2 显示子程序框图
2.按键处理子函数设计
按键函数设计流程图如图4-3所示，每个按键存在自身的功能，先确定是否有按键按下，然后根据读取的数据来判断出是哪一个按键被按下，确定后转相应按键处理程序，实现按键功能。
六．总结
这次毕业设计是对所学知识的一次综合性运用。让我深刻体会到了想要设计出好的东西来，必须打好基础。通过此次的设计，我意识到了自己这三年学习模拟电子、数字电子、电路基础这些必修专业课程中并没有打好扎实的基础明白了扎实的课程基础对于工作来说是多么的重要。在这次毕业设计中，我也收获颇丰，不仅重新回顾了这三年时光里所学习的内容，并且对我现在的岗位有着莫大的帮助。虽然在大学生涯里学习的知识并不少，但是因为时间的原因，已经有所淡忘，不过这次正好补习上，还有的就是解决了通过仿真功能以及KEIL软件共同使用所产生的问题，这么长时间的学习，大大的提升了我对电子设计的兴趣，从这次的设计中，我学到的不只是一点点。最简单的来说，对一些之前从未接触到的电子元器件也有所了解了并且知道了他们的极性和用法。
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