单片机的太阳能热水器温控设计
目录
ABSTRACT 3
第一章 绪论 5
1.1 太阳能热水器的发展概况 5
1.2 太阳能热水器的应用及意义 5
1.3 课题完成可行性分析 6
1.4 课题研究的内容 6
第二章 硬件部分 7
2.1 总设计框图 7
2.1.1 单片机的选择 7
2.1.2 显示设备的选择 8
2.1.3 温度采集的选择 8
2.1.4 按键电路的选择 9
2.1.5 ADC芯片的选择 9
2.2 各单元模块功能介绍及电路设计 10
第三章 软件部分 15
3.1 系统主程序设计 15
3.2 LCD显示流程 16
3.3 温度传感器程序流程 17
3.4 按键检测程序流程 18
3.5 ADC检测程序流程 19
3.6 keil 软件介绍 20
第四章 调试部分与实物 21
4.1 引言 21
4.2 元件的检测与安装焊接 22
4.3 硬件系统调试 22
4.4 软件调试 23
4.5 调试结果 24
4.6 实物 24
第五章 总结 25
致谢 26
参考文献 27
附录 28
第一章 绪论
1.1 太阳能热水器的发展概况
中国是太阳能热水器使用的大国，热水器覆盖了中国70%以上的居民区。无论哪种热水器，使用上都有两个问题需要解决。一个是热水器的加水问题，水箱中不能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
干水，否则长时间没有水，集聚的热量会烤坏加热管。另外一个温度控制，热水器水箱里的温度在晴天，是会随着光照温度一直上升的。如果没有检测，直接使用会对使用者造成损害，比如烫伤之类。反之如果天气不好，光照时间不足，这样水受热不足，就造成了水温比较低。这样使用者就无法舒适的使用。
此次设计的热水器包的特点是具有高效的温度利用效果。在白天温度高时，直接利用太阳能进行加热。在阴天，下雨等天气利用电热去加热水。这样用户可以再全天候的情况下享受到合适温度的水。充分体现了科技以人为本的理念，在如今提倡环保，节能的社会里，这项研究课题有着广泛的市场和巨大的潜力。
1.2 太阳能热水器的应用及意义
随着经济的发展，世界上煤、油、气储量利用率的增加，地球上可以利用的能源已经变得越来越少，人类面临的能源危机日益增长，再加上煤炭燃烧高污排放是产生“温室效应”， 雾霾，粉尘各种自然灾害的主要诱因，这些问题不仅给环境带来极大破坏，还危及人民群众的生命和身体健康。因此，能源结构的转型显得如此迫切，而太阳能具有无污染，取之不尽、用之不竭，清洁等优点，能轻易解决传统能源污染大，不可再生性，因此有人预测，21世纪的太阳能将会由次要能源上升为主要能源，在能源转型中发挥着举足轻重的地位。
在对太阳能的利用上，目前世界上比较成熟的技术就是太阳能热能的利用，其中最有代表性的产品就是太阳能热水器，它具有快速供热，无污染，不耗能源等诸多优点，而经过多年的利用，太阳能热水器的技术已经很成熟，而且产品造价也很低廉。但是存在一点缺陷，就是科技性不高，与国外产品对比无明显优势，因此本课题将会改善这种情况，整体提高行业的技术水平和产品的科技水平。
1.3 课题完成可行性分析
（1）芯片设计上，单片机的设计越来越成熟，稳定性、可靠性已经大大提升，配合外围的保护电路，足以应对复杂的电梯环境；
（2）芯片功能上，从简单的8051逐步发展到ARM Cortex系列内核，主频不断增加，外设功能也越来越丰富，可以胜任太阳能蓄电池控制的需求；
（3）硬件设计上，可靠性和稳定性已经不再是一个不能跨越的障碍。随着EMC技术的发展和高端分析仪器的出现，可以提供可靠的设计方案；
（4）系统功能上，随着物联网技术的发展，带监控的蓄电池控制控制是未来的一个趋势，这就需要控制器提供可靠的通信接口，如：以太网、USB、无线等，这些是PLC比较难实现的，但是都可以集成到单片机系统上。
1.4 课题研究的内容：
本文共分为四个大部分
第一部分：方案设计，叙述单片机频率计系统的设计方案，并进行比较，选出最适合本课题的方案。
第二部分：硬件设计部分，对硬件电路详细说明，各个模块的设计思路和使用方法。
第三部分：软件设计部分，详细说明各个功能的具体软件实现。
第四部分：系统调试，阐述软硬件的实现和调试心得。
第二章 硬件部分
2.1 总设计框图
2.1.1 单片机的选择
本系统采用STC89系列，实物图如图2所示。
STC89C52系列单片机使用的是一种增强型的51内核，其本身兼容标准C52的指令集。同时其外部的管脚功能和封装形式也同标准C51相同，都是DIP40的封装，通用IO口的数量也是 32个。这就非常方便使用者对原系统进行无缝升级。
2.1.2 显示设备的选择
本次采用LCD1602进行显示设计，实物图如图3所示。
使用LCD1602进行温度烟雾等相关信息的显示，优点是显示内容丰富，支持2行X16字符，共32个有效字符的显示，不需要复杂的代码程序即可完成驱动程序的编写，此外可以进行背光调节，适用不同环境下的使用。
2.1.3 温度采集的选择
本次的温度采集选择DS18B20，实物图如图4所示。
DS18B20通过单总线寻址进行采集可以在一个数据线上进行连接多个温度传感器切互相不受影响，也加强了系统的适应性。
2.1.4 按键电路的选择
本次设计使用了独立的按键设计方式进行的开发，实物图如图5所示。
采独立式按键电路，每个I/O独立连接单片机MCU的端口，特点是使用比较方便，开发比较迅速，相应相对较快，但是此种方案浪费系统资源，设计时可以根据设计内容进行考虑，因为不同的设计对资源的使用是不同故还需看时间情况。
2.1.5 ADC芯片的选择
ADC芯片选型主要是要注意课题的需求。一个是通道数和ADC转换的精度另外一个是是否易用。本次设计只需要两个ADC转换通道，并且要求尽量简单易用。因此选择了ADC0832，实物图如图6所示。
2.2各单元模块功能介绍及电路设计
2.2.1单片机系统设计
单片机的最小系统主要由晶振电路和复位电路组成。
晶振电路设计
2.2.6 ADC电路模块
ADC0832是市面上比较常用的ADC转换芯片，除了性价比高的特性以外，其体积小巧，支持两路ADC采集，操作比较简单，采样准确。因此在许多场合得到应用。
ADC0832与单片机的接口比较简单，只需要三根线，其中DI和DO由于工作时需要的时序不同，因此可共用一根。此外还有CLK和CS。与SPI总线的方式相近。但是时序有较大不同。
ABSTRACT 3
第一章 绪论 5
1.1 太阳能热水器的发展概况 5
1.2 太阳能热水器的应用及意义 5
1.3 课题完成可行性分析 6
1.4 课题研究的内容 6
第二章 硬件部分 7
2.1 总设计框图 7
2.1.1 单片机的选择 7
2.1.2 显示设备的选择 8
2.1.3 温度采集的选择 8
2.1.4 按键电路的选择 9
2.1.5 ADC芯片的选择 9
2.2 各单元模块功能介绍及电路设计 10
第三章 软件部分 15
3.1 系统主程序设计 15
3.2 LCD显示流程 16
3.3 温度传感器程序流程 17
3.4 按键检测程序流程 18
3.5 ADC检测程序流程 19
3.6 keil 软件介绍 20
第四章 调试部分与实物 21
4.1 引言 21
4.2 元件的检测与安装焊接 22
4.3 硬件系统调试 22
4.4 软件调试 23
4.5 调试结果 24
4.6 实物 24
第五章 总结 25
致谢 26
参考文献 27
附录 28
第一章 绪论
1.1 太阳能热水器的发展概况
中国是太阳能热水器使用的大国，热水器覆盖了中国70%以上的居民区。无论哪种热水器，使用上都有两个问题需要解决。一个是热水器的加水问题，水箱中不能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
干水，否则长时间没有水，集聚的热量会烤坏加热管。另外一个温度控制，热水器水箱里的温度在晴天，是会随着光照温度一直上升的。如果没有检测，直接使用会对使用者造成损害，比如烫伤之类。反之如果天气不好，光照时间不足，这样水受热不足，就造成了水温比较低。这样使用者就无法舒适的使用。
此次设计的热水器包的特点是具有高效的温度利用效果。在白天温度高时，直接利用太阳能进行加热。在阴天，下雨等天气利用电热去加热水。这样用户可以再全天候的情况下享受到合适温度的水。充分体现了科技以人为本的理念，在如今提倡环保，节能的社会里，这项研究课题有着广泛的市场和巨大的潜力。
1.2 太阳能热水器的应用及意义
随着经济的发展，世界上煤、油、气储量利用率的增加，地球上可以利用的能源已经变得越来越少，人类面临的能源危机日益增长，再加上煤炭燃烧高污排放是产生“温室效应”， 雾霾，粉尘各种自然灾害的主要诱因，这些问题不仅给环境带来极大破坏，还危及人民群众的生命和身体健康。因此，能源结构的转型显得如此迫切，而太阳能具有无污染，取之不尽、用之不竭，清洁等优点，能轻易解决传统能源污染大，不可再生性，因此有人预测，21世纪的太阳能将会由次要能源上升为主要能源，在能源转型中发挥着举足轻重的地位。
在对太阳能的利用上，目前世界上比较成熟的技术就是太阳能热能的利用，其中最有代表性的产品就是太阳能热水器，它具有快速供热，无污染，不耗能源等诸多优点，而经过多年的利用，太阳能热水器的技术已经很成熟，而且产品造价也很低廉。但是存在一点缺陷，就是科技性不高，与国外产品对比无明显优势，因此本课题将会改善这种情况，整体提高行业的技术水平和产品的科技水平。
1.3 课题完成可行性分析
（1）芯片设计上，单片机的设计越来越成熟，稳定性、可靠性已经大大提升，配合外围的保护电路，足以应对复杂的电梯环境；
（2）芯片功能上，从简单的8051逐步发展到ARM Cortex系列内核，主频不断增加，外设功能也越来越丰富，可以胜任太阳能蓄电池控制的需求；
（3）硬件设计上，可靠性和稳定性已经不再是一个不能跨越的障碍。随着EMC技术的发展和高端分析仪器的出现，可以提供可靠的设计方案；
（4）系统功能上，随着物联网技术的发展，带监控的蓄电池控制控制是未来的一个趋势，这就需要控制器提供可靠的通信接口，如：以太网、USB、无线等，这些是PLC比较难实现的，但是都可以集成到单片机系统上。
1.4 课题研究的内容：
本文共分为四个大部分
第一部分：方案设计，叙述单片机频率计系统的设计方案，并进行比较，选出最适合本课题的方案。
第二部分：硬件设计部分，对硬件电路详细说明，各个模块的设计思路和使用方法。
第三部分：软件设计部分，详细说明各个功能的具体软件实现。
第四部分：系统调试，阐述软硬件的实现和调试心得。
第二章 硬件部分
2.1 总设计框图
2.1.1 单片机的选择
本系统采用STC89系列，实物图如图2所示。
STC89C52系列单片机使用的是一种增强型的51内核，其本身兼容标准C52的指令集。同时其外部的管脚功能和封装形式也同标准C51相同，都是DIP40的封装，通用IO口的数量也是 32个。这就非常方便使用者对原系统进行无缝升级。
2.1.2 显示设备的选择
本次采用LCD1602进行显示设计，实物图如图3所示。
使用LCD1602进行温度烟雾等相关信息的显示，优点是显示内容丰富，支持2行X16字符，共32个有效字符的显示，不需要复杂的代码程序即可完成驱动程序的编写，此外可以进行背光调节，适用不同环境下的使用。
2.1.3 温度采集的选择
本次的温度采集选择DS18B20，实物图如图4所示。
DS18B20通过单总线寻址进行采集可以在一个数据线上进行连接多个温度传感器切互相不受影响，也加强了系统的适应性。
2.1.4 按键电路的选择
本次设计使用了独立的按键设计方式进行的开发，实物图如图5所示。
采独立式按键电路，每个I/O独立连接单片机MCU的端口，特点是使用比较方便，开发比较迅速，相应相对较快，但是此种方案浪费系统资源，设计时可以根据设计内容进行考虑，因为不同的设计对资源的使用是不同故还需看时间情况。
2.1.5 ADC芯片的选择
ADC芯片选型主要是要注意课题的需求。一个是通道数和ADC转换的精度另外一个是是否易用。本次设计只需要两个ADC转换通道，并且要求尽量简单易用。因此选择了ADC0832，实物图如图6所示。
2.2各单元模块功能介绍及电路设计
2.2.1单片机系统设计
单片机的最小系统主要由晶振电路和复位电路组成。
晶振电路设计
2.2.6 ADC电路模块
ADC0832是市面上比较常用的ADC转换芯片，除了性价比高的特性以外，其体积小巧，支持两路ADC采集，操作比较简单，采样准确。因此在许多场合得到应用。
ADC0832与单片机的接口比较简单，只需要三根线，其中DI和DO由于工作时需要的时序不同，因此可共用一根。此外还有CLK和CS。与SPI总线的方式相近。但是时序有较大不同。
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