单片机的太阳能集热器控制系统设计
目录：
1 绪论
1.1 论文课题研究的背景及意义
1.2 研究的内容和解决的问题
2 太阳能集热器的总体设计.
2.1 太阳能集热器的结构框图
2.2 太阳能集热器的工作过程
3 太阳能集热器的硬件设计
3.1 单片机主控芯片模块
3.2 LCD显示模块
3.3 水箱水位检测模块 .
3.4 水箱温度检测电路
3.5 继电器开关模块. .
3.6 键盘设定调控模块
3.7 温度数据储存模块
3.8 报警模块
4 太阳能集热器软件设计 .
4.1 AT24C02的单片机通信 .
4.2 LCD12864芯片的指令和流程图
4.3 DS18B20的流程图
4.4按键检测流程图
4.5 软件KEIL UVISION 2的编写环境
4.6 太阳能控制系统流程图
5 结论和感想
6 致谢.
7 参考文献.
8 附录.
附录一 系统硬件原理图
附录二 系统源程序代码
一、绪论
1.1 论文课题研究的背景及意义
本论文研究的课题是在社会、经济与科技不断的发展过程中，对于能源的各种需求也渐渐的增多，但是随着开采和消耗，地球上的能源越来越少，想要经济的发展离不开能源，能源科技必须要迎来改革，而太阳能是，无污染，无限使用的可再生能源，绿色的太阳能代替传统的能源是大势所趋，是社会发展一定会产生的。
太阳能集热器是其中 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
一大成果，原有的煤气热水器，电热水器虽然加热很快，但是传统能源使用会给环境带来严重的污染，而且传统能源属于易燃、易爆物品，操作不当会带来严重的财产和生命损失，太阳能集热器安全、环保、无污染，经济实用，带有辅助电加热的热水器可以一年四季的使用。
现在人们对于热水器的使用越来越需要操作化，可视化。因此设计一个控制器来让用户直接观察水位的高低和水的温度，可以自己设定自己需要水温，以及实现辅助加热和自动上水的功能，让用户使用的时候放心、省心。
太阳能集热器是种种常见的适用太阳能的一种设备，集热器有直管式、多种瓦楞式、多种扁管式、多种吕翼等二十多种。
1.2 研究的内容和解决的问题
本论文研究的主要内容：
1、 水箱中的温度传感器对于水温等数据的收集。
2、 如何检测水箱中的水位及设计电路
3、 怎样控制水位和温度及设计控制系统。
4、 设计LCD显示水位和温度的电路。
问题：太阳能集热器在长期使用的过程中也会出现一系列的问题，比如：如何在阴雨天没有太阳的情况下加热？当水箱水位过低时，需要手动上水？
1、用户通过LCD显示屏观察水温和水位，按照自己的需求设定加热最低温度。
2、无阳光天气加热问题，使用电加热，已达到正常使用的要求
3、在水位过低时怎么办？自动监测水位，水位过低时自动上水
4、当断电的时候怎么控制加热温度？
二、太阳能集电器的总体设计
2.1太阳能集电器的结构框图
本文中太阳能集热器要实现温度的设定和保存，水位和温度的检测，当温度低于设定温度时实现自动加热，当水位低于最低水位时实现自动上水，以下为结构框图。为图2-1
图2-1结构框图
2.2太阳能集电器的工作过程
太阳能集热器用单片机STC98C52作为中央的CUP处理器，水箱内的温度由温度传感器来检测，水箱中设有低、中低、中、中高、高等五个水位，由设计的水位检测电路来监测。用户可以设定温度的大小，并实时储存用户设定的温度，实行断电保护。当温度过低时，单片机控制继电器常开触点闭合，开启自动加热，当水位下降到低水位的时候，实现自动上水。用户可以通过液晶屏来观察当前的水位、水温及设定的温度。
三、太阳能集电器硬件设计
3.1 单片机主控芯片模块
由于单片机成本低，设计简单，经济适用，所以使用单片机来当做中央处理器。分析控制系统的需要，输入以及输出的端口小于等于32个，芯片STC89C52正好适用。STC89C52上有随机存取、只读以及中央处理器，定时器以及输出，输入接口。STC89C52单片机采用40引脚，双列直插封装，四条接控制电路、两条接晶振、两条接上电源剩余32条外接输入输出。如图3-1
图3-1 单片机STC89C52
STC89C52引脚说明：
VCC（40引脚）：电源电压
VSS（20引脚）：接地位
P0端口（P0.0—P0.7，39—32引脚）
P1端口（P1.0—P1.7，1—8引脚）
P2端口（P2.0—P2.7，21—28引脚）
P3端口（P3.0—P3.7，10—17引脚）
如表3-2
表3-2
3.2LCD显示模块
本文中的显示模块可以用液晶显示屏或者是数码管。相比于数码管，液晶屏更为美观、专业、清晰。不仅功耗小，体积小，能够现实的内容更加的丰富。在我们日常生活中的各种电器以及电子设备上被广泛的应用，使得显示越来越丰富多彩。
液晶显示屏有点阵型和字符型，点阵型液晶显示的，不仅能显示字符还能显示各种汉子和图形，后者只能显示常用的字符。在集热器中，需要显示的各项数据中各方面包含许多中文字，所以选择LCD12864
显示屏LCD128648位并行传输，内置八千多个个16*16点的汉字，而且拥有高达128×64的分辨率，外接电路简单，比同类显示屏价格低，功耗也少，操作的指令便利，从而让此液晶显示屏在单片机电子产品得到广泛运用。如图3-3
图3-3 液晶显示屏连接方式
LCD12864的基本特性：
显示方式：正显、半透、STN
背光方式：侧部高亮白色LES，功耗为普通LED的五分之一到十分之一
视角的方向：6点
通训的方式：串行、并口
低电源电压（VDD:+3V-5.5V）
内置DC-DC转换电路
简化了软件的设计，无需片选
图3-6 LCD12864与单片机STC89C52的接线图
3.3水箱水位检测模块
太阳能集热器设计的水位检测电路的工作原理十分简单，在水箱内的五个不同高度的位置分别放置5根不锈钢制的针，同时串接光二极管和一个阻值为10千欧姆的电阻，使用36V电源，当某个不锈钢针脱离水面时，其输出高电平，发光二极管不发光；当其与水箱内的水接触时则输出低电平，发光二极管发光，输出接到单片机STC89C52的 P1．3至P1．7引脚。单片机对这些引脚进行简单判断后 ，送去液晶显示屏相应的水位值。显示分为5个选项，包括高水位、中高水位、中等水位、中低水位、低等水位等。这种方法简单，易实现，成本低，虽然不精确但完全可以满足系统设计使用要求。当水面处于某个水位的临界状态时，为了让单片机STC89C52进行准确的判断，可以在程序中加上延时程序，进行延时判断，这样提高检测水位的准确性。
1 绪论
1.1 论文课题研究的背景及意义
1.2 研究的内容和解决的问题
2 太阳能集热器的总体设计.
2.1 太阳能集热器的结构框图
2.2 太阳能集热器的工作过程
3 太阳能集热器的硬件设计
3.1 单片机主控芯片模块
3.2 LCD显示模块
3.3 水箱水位检测模块 .
3.4 水箱温度检测电路
3.5 继电器开关模块. .
3.6 键盘设定调控模块
3.7 温度数据储存模块
3.8 报警模块
4 太阳能集热器软件设计 .
4.1 AT24C02的单片机通信 .
4.2 LCD12864芯片的指令和流程图
4.3 DS18B20的流程图
4.4按键检测流程图
4.5 软件KEIL UVISION 2的编写环境
4.6 太阳能控制系统流程图
5 结论和感想
6 致谢.
7 参考文献.
8 附录.
附录一 系统硬件原理图
附录二 系统源程序代码
一、绪论
1.1 论文课题研究的背景及意义
本论文研究的课题是在社会、经济与科技不断的发展过程中，对于能源的各种需求也渐渐的增多，但是随着开采和消耗，地球上的能源越来越少，想要经济的发展离不开能源，能源科技必须要迎来改革，而太阳能是，无污染，无限使用的可再生能源，绿色的太阳能代替传统的能源是大势所趋，是社会发展一定会产生的。
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一大成果，原有的煤气热水器，电热水器虽然加热很快，但是传统能源使用会给环境带来严重的污染，而且传统能源属于易燃、易爆物品，操作不当会带来严重的财产和生命损失，太阳能集热器安全、环保、无污染，经济实用，带有辅助电加热的热水器可以一年四季的使用。
现在人们对于热水器的使用越来越需要操作化，可视化。因此设计一个控制器来让用户直接观察水位的高低和水的温度，可以自己设定自己需要水温，以及实现辅助加热和自动上水的功能，让用户使用的时候放心、省心。
太阳能集热器是种种常见的适用太阳能的一种设备，集热器有直管式、多种瓦楞式、多种扁管式、多种吕翼等二十多种。
1.2 研究的内容和解决的问题
本论文研究的主要内容：
1、 水箱中的温度传感器对于水温等数据的收集。
2、 如何检测水箱中的水位及设计电路
3、 怎样控制水位和温度及设计控制系统。
4、 设计LCD显示水位和温度的电路。
问题：太阳能集热器在长期使用的过程中也会出现一系列的问题，比如：如何在阴雨天没有太阳的情况下加热？当水箱水位过低时，需要手动上水？
1、用户通过LCD显示屏观察水温和水位，按照自己的需求设定加热最低温度。
2、无阳光天气加热问题，使用电加热，已达到正常使用的要求
3、在水位过低时怎么办？自动监测水位，水位过低时自动上水
4、当断电的时候怎么控制加热温度？
二、太阳能集电器的总体设计
2.1太阳能集电器的结构框图
本文中太阳能集热器要实现温度的设定和保存，水位和温度的检测，当温度低于设定温度时实现自动加热，当水位低于最低水位时实现自动上水，以下为结构框图。为图2-1
图2-1结构框图
2.2太阳能集电器的工作过程
太阳能集热器用单片机STC98C52作为中央的CUP处理器，水箱内的温度由温度传感器来检测，水箱中设有低、中低、中、中高、高等五个水位，由设计的水位检测电路来监测。用户可以设定温度的大小，并实时储存用户设定的温度，实行断电保护。当温度过低时，单片机控制继电器常开触点闭合，开启自动加热，当水位下降到低水位的时候，实现自动上水。用户可以通过液晶屏来观察当前的水位、水温及设定的温度。
三、太阳能集电器硬件设计
3.1 单片机主控芯片模块
由于单片机成本低，设计简单，经济适用，所以使用单片机来当做中央处理器。分析控制系统的需要，输入以及输出的端口小于等于32个，芯片STC89C52正好适用。STC89C52上有随机存取、只读以及中央处理器，定时器以及输出，输入接口。STC89C52单片机采用40引脚，双列直插封装，四条接控制电路、两条接晶振、两条接上电源剩余32条外接输入输出。如图3-1
图3-1 单片机STC89C52
STC89C52引脚说明：
VCC（40引脚）：电源电压
VSS（20引脚）：接地位
P0端口（P0.0—P0.7，39—32引脚）
P1端口（P1.0—P1.7，1—8引脚）
P2端口（P2.0—P2.7，21—28引脚）
P3端口（P3.0—P3.7，10—17引脚）
如表3-2
表3-2
3.2LCD显示模块
本文中的显示模块可以用液晶显示屏或者是数码管。相比于数码管，液晶屏更为美观、专业、清晰。不仅功耗小，体积小，能够现实的内容更加的丰富。在我们日常生活中的各种电器以及电子设备上被广泛的应用，使得显示越来越丰富多彩。
液晶显示屏有点阵型和字符型，点阵型液晶显示的，不仅能显示字符还能显示各种汉子和图形，后者只能显示常用的字符。在集热器中，需要显示的各项数据中各方面包含许多中文字，所以选择LCD12864
显示屏LCD128648位并行传输，内置八千多个个16*16点的汉字，而且拥有高达128×64的分辨率，外接电路简单，比同类显示屏价格低，功耗也少，操作的指令便利，从而让此液晶显示屏在单片机电子产品得到广泛运用。如图3-3
图3-3 液晶显示屏连接方式
LCD12864的基本特性：
显示方式：正显、半透、STN
背光方式：侧部高亮白色LES，功耗为普通LED的五分之一到十分之一
视角的方向：6点
通训的方式：串行、并口
低电源电压（VDD:+3V-5.5V）
内置DC-DC转换电路
简化了软件的设计，无需片选
图3-6 LCD12864与单片机STC89C52的接线图
3.3水箱水位检测模块
太阳能集热器设计的水位检测电路的工作原理十分简单，在水箱内的五个不同高度的位置分别放置5根不锈钢制的针，同时串接光二极管和一个阻值为10千欧姆的电阻，使用36V电源，当某个不锈钢针脱离水面时，其输出高电平，发光二极管不发光；当其与水箱内的水接触时则输出低电平，发光二极管发光，输出接到单片机STC89C52的 P1．3至P1．7引脚。单片机对这些引脚进行简单判断后 ，送去液晶显示屏相应的水位值。显示分为5个选项，包括高水位、中高水位、中等水位、中低水位、低等水位等。这种方法简单，易实现，成本低，虽然不精确但完全可以满足系统设计使用要求。当水面处于某个水位的临界状态时，为了让单片机STC89C52进行准确的判断，可以在程序中加上延时程序，进行延时判断，这样提高检测水位的准确性。
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