单片机的太阳能热水器自动控制系统的设计
太阳能热水器是以太阳能作为能源进行工作的，具有无污染、低成本、便于维护的优点，极大的方便了人们的生活，目前，市场现有的太阳能热水器控制系统功能还不够完善，仅有显示水位、水温功能，虽然有些热水器内加装了加热模块，但不能实现对水温的智能控制。本文设计一种智能的太阳能热水器控制系统，以STC12C5A08S2为主要芯片，本系统主要由检测、控制以及人机交互电路，检测电路主要功能是对水箱内的水位及水温进行检测，将检测到的信号传回主控芯片，主控芯片对测量数据进行分析处理，进而做出相应的判断；控制电路主要由电磁阀控制电路和辅助加热电路组成，主要实现对水位和水温的控制。人机交互电路主要包括键盘、水温显示、水位显示以及报警电路等。
目录
引言 1
（一）选题背景与意义 1
（二）太阳能热水器控制系统的发展状况 1
（三）主要内容 2
一、太阳能热水器控制系统的组成及工作原理 3
（一）太阳能热水器控制系统的组成 3
（二）太阳能热水器控制系统的工作原理 3
（三）太阳能控制系统的技术指标 4
二、太阳能热水器控制系统硬件设计及调试 4
（一）太阳能热水器控制系统整体结构设计 4
（二）太阳能热水器控制系统最小系统设计 5
（三）太阳能热水器控制系统检测电路设计 6
（四）太阳能热水器控制系统控制电路设计 7
（五）太阳能热水器控制系统人机交互电路设计 7
三、太阳能热水器控制系统软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）显示子程序设计 10
（三）键盘子程序设计 11
（四）加热子程序设计 12
四、硬件电路仿真调试 13
（一）温度控制仿真 13
（二）水位控制仿真 16
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
引言
（一）选题背景与意义
太阳能热水器是清洁、无污染、低成本热水器产品，极大的方便了人们的生活。利用清洁的太阳能，减少了一次能源的消耗，是未来新能源 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
的发展趋势[1]。目前市面上的燃料热水器和电热水器虽然能快速对水加热，但是用到的化石燃料对环境造成严重的污染，而且在使用过程中危险性较高，除此之外，这几类热水器的耗能较大，使用成本较高，对于一般家庭而言也是一笔不小的支出[2]。太阳能热水器使用成本低、安全性能高以及环保，配备辅助加热功能的太阳能热水器能在任何时刻使用，极大保证了热水器的使用效率，因此，设计一个智能的太阳能热水器控制器意义重大。
本文所设计的太阳能热水器控制系统在实际使用过程中非常实用，利用普通的传感器对水温和水位进行精准测量，应用单片机对水温和水位进行精准控制。本系统结构简单、应用广泛、成本低廉、水温和水位控制便利，水位显示直管。可极大改善人们的生活，这里智能热水器可广泛在普通家庭中使用，具有广阔的市场使用前景。
（二）太阳能热水器控制系统的发展状况
大部分的太阳能热水器使用较为便利，耗能低，但是没有辅助功能，控制较为复杂，在使用时不能达到预期的使用效果，仅有简单的显示功能，例如水温、水位的显示，智能化控制水平较低[3]。由于简单的太阳能热水器不能满足人们全年的使用，因此在太阳能热水器加装了辅助加热器，但辅助加热器只能手动加热，在使用过程中无法实现智能控制加热而导致电能的浪费。因此，为了便于人们在使用热水器时能按照自己设定的温度以及水位，并且能在显示器上实时的显示当前的水温、水位以及加热时间和使用时间[4][5]。因此，对太阳能热水器控制器展开深入研究。
进入21世纪以来，随着电子技术的飞速发展，国内太阳能热水器技术得到了质的飞跃，我国已然成为全球最大的太阳能热水器生产国[6]。但是热水器控制器行业不规范，各个热水器厂家的控制器都有所不同，控制器的研发、生产、销售都没有统一标准，太阳能热水器控制系统还处于初级阶段。
随着太阳能热水器应用越来越广泛，市面上现有的太阳能热水器控制系统型号特别多，但是大多数的控制器都不是很完善，大多数显著的为题体现在：控制系统稳定性较低、安全系数低、出现误操作的频率较高；不能实现精准控制、温度、水位的测量偏差明显；系统抗干扰性能差，容易出现误动作；辅助加热器与太阳能热水器不能实现无缝衔接，故障率较高；辅助加热器绝缘性不高，经常发生用户触电事故；控制系统设计不够人性化。
随着一次能源的消耗殆尽，清洁、可再生能源受到了人们的广泛关注[7]。太能能热水器是开发太阳能最为成熟的产品之一，太阳能热水器在人们生活中越来越不可或缺，市场越来越大，但当下我国的太阳能热水器行业没有统一标准、分工混乱，太阳能热水器控制器的研发投入较少、各大企业都不注重产品的研发。因此，研发出高性能的控制器是太阳能热水器市场发展的必然需求，也是发展的必然趋势。
（三）主要内容
本设计主要利用STC单片机为控制芯片，用合理的传感器对测量量进行数据采集，选择热敏电阻对水温进行测量，选择PTJ204压力传感器对水箱内的水位进行检测。水温和水位原理相同，都是将检测的模拟信号进行A/D转换，将转换后的数字量信号送入芯片进行进一步处理。最后利用数码管显示热水器中水的温度，用二极管来显示水位情况。本系统可实现智能控制，可设定水位以及加热温度，实现自动上水及自动加热智能控制。本文的主要研究内容分为以下几部分：
1.硬件电路的设计
（a）最小系统电路设计
（b）水温、水位检测电路设计
（c）控制加热和上水电路设计
（d）显示、报警电路设计
2.软件设计
（a）主程序设计
（b）加热子程序设计
（c）按键子程序设计
目录
引言 1
（一）选题背景与意义 1
（二）太阳能热水器控制系统的发展状况 1
（三）主要内容 2
一、太阳能热水器控制系统的组成及工作原理 3
（一）太阳能热水器控制系统的组成 3
（二）太阳能热水器控制系统的工作原理 3
（三）太阳能控制系统的技术指标 4
二、太阳能热水器控制系统硬件设计及调试 4
（一）太阳能热水器控制系统整体结构设计 4
（二）太阳能热水器控制系统最小系统设计 5
（三）太阳能热水器控制系统检测电路设计 6
（四）太阳能热水器控制系统控制电路设计 7
（五）太阳能热水器控制系统人机交互电路设计 7
三、太阳能热水器控制系统软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）显示子程序设计 10
（三）键盘子程序设计 11
（四）加热子程序设计 12
四、硬件电路仿真调试 13
（一）温度控制仿真 13
（二）水位控制仿真 16
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
引言
（一）选题背景与意义
太阳能热水器是清洁、无污染、低成本热水器产品，极大的方便了人们的生活。利用清洁的太阳能，减少了一次能源的消耗，是未来新能源 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
的发展趋势[1]。目前市面上的燃料热水器和电热水器虽然能快速对水加热，但是用到的化石燃料对环境造成严重的污染，而且在使用过程中危险性较高，除此之外，这几类热水器的耗能较大，使用成本较高，对于一般家庭而言也是一笔不小的支出[2]。太阳能热水器使用成本低、安全性能高以及环保，配备辅助加热功能的太阳能热水器能在任何时刻使用，极大保证了热水器的使用效率，因此，设计一个智能的太阳能热水器控制器意义重大。
本文所设计的太阳能热水器控制系统在实际使用过程中非常实用，利用普通的传感器对水温和水位进行精准测量，应用单片机对水温和水位进行精准控制。本系统结构简单、应用广泛、成本低廉、水温和水位控制便利，水位显示直管。可极大改善人们的生活，这里智能热水器可广泛在普通家庭中使用，具有广阔的市场使用前景。
（二）太阳能热水器控制系统的发展状况
大部分的太阳能热水器使用较为便利，耗能低，但是没有辅助功能，控制较为复杂，在使用时不能达到预期的使用效果，仅有简单的显示功能，例如水温、水位的显示，智能化控制水平较低[3]。由于简单的太阳能热水器不能满足人们全年的使用，因此在太阳能热水器加装了辅助加热器，但辅助加热器只能手动加热，在使用过程中无法实现智能控制加热而导致电能的浪费。因此，为了便于人们在使用热水器时能按照自己设定的温度以及水位，并且能在显示器上实时的显示当前的水温、水位以及加热时间和使用时间[4][5]。因此，对太阳能热水器控制器展开深入研究。
进入21世纪以来，随着电子技术的飞速发展，国内太阳能热水器技术得到了质的飞跃，我国已然成为全球最大的太阳能热水器生产国[6]。但是热水器控制器行业不规范，各个热水器厂家的控制器都有所不同，控制器的研发、生产、销售都没有统一标准，太阳能热水器控制系统还处于初级阶段。
随着太阳能热水器应用越来越广泛，市面上现有的太阳能热水器控制系统型号特别多，但是大多数的控制器都不是很完善，大多数显著的为题体现在：控制系统稳定性较低、安全系数低、出现误操作的频率较高；不能实现精准控制、温度、水位的测量偏差明显；系统抗干扰性能差，容易出现误动作；辅助加热器与太阳能热水器不能实现无缝衔接，故障率较高；辅助加热器绝缘性不高，经常发生用户触电事故；控制系统设计不够人性化。
随着一次能源的消耗殆尽，清洁、可再生能源受到了人们的广泛关注[7]。太能能热水器是开发太阳能最为成熟的产品之一，太阳能热水器在人们生活中越来越不可或缺，市场越来越大，但当下我国的太阳能热水器行业没有统一标准、分工混乱，太阳能热水器控制器的研发投入较少、各大企业都不注重产品的研发。因此，研发出高性能的控制器是太阳能热水器市场发展的必然需求，也是发展的必然趋势。
（三）主要内容
本设计主要利用STC单片机为控制芯片，用合理的传感器对测量量进行数据采集，选择热敏电阻对水温进行测量，选择PTJ204压力传感器对水箱内的水位进行检测。水温和水位原理相同，都是将检测的模拟信号进行A/D转换，将转换后的数字量信号送入芯片进行进一步处理。最后利用数码管显示热水器中水的温度，用二极管来显示水位情况。本系统可实现智能控制，可设定水位以及加热温度，实现自动上水及自动加热智能控制。本文的主要研究内容分为以下几部分：
1.硬件电路的设计
（a）最小系统电路设计
（b）水温、水位检测电路设计
（c）控制加热和上水电路设计
（d）显示、报警电路设计
2.软件设计
（a）主程序设计
（b）加热子程序设计
（c）按键子程序设计
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