太阳能热水器控制器的设计软件设计(附件)
目 录
1 引言 1
1.1 课题目的 1
1.2 课题背景 1
1.3 课题意义 1
1.4 课题内容 2
2 系统总体方案 2
2.1 实现功能 2
2.2 设计方案 3
2.3 芯片选择方案 3
2.4 设计内容 4
3 硬件设计 5
3.1 硬件电路组成 5
3.2 主控芯片模块电路设计 6
3.3 水位采集、显示模块电路设计 7
3.4水温采集模块电路设计 8
3.5 水温显示模块电路设计 9
3.6控制模块电路设计 11
3.7按键模块电路设计 13
3.8报警模块电路设计 13
4 软件设计 14
4.1 软件设计总体流程图 14
4.2 按键流程图 16
4.3 水位的采集与处理流程图 18
4.4 水温检测流程图 19
4.5自动加热流程图 20
4.6 液晶显示流程图 21
5 硬件电路仿真结果 22
5.1 Proteus 仿真软件简介 22
6 软件调试 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录 31
附录一 程序 31
附录二 PCB图 38
附录三 系统原理图 39
1 引言
1.1 课题目的
当全球人口规模和经济规模突飞猛进地增长，人类已经慢慢开始意识到使用能源后所产生的不良环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
境问题和消极影响，“低碳经济”这一概念也逐渐进入公众的视线。虽然当前市场上许多太阳能热水器的控制器可以做到显示水位和温度，却不拥有自动控制温度的能力，所以才会出现阴雨天气时，部分太阳能热水器因缺乏光照而影响了正常的使用的情况。即便有部分热水器已经拥有辅助加热的功用，有时候由于不能精确地控制加热时间的长短而造成过烧的不良现象，这不仅会引起大量电能的浪费还可能带来一定程度上的安全隐患[1-2]。
选择基于单片机控制的太阳能热水器控制器的这个课题，这不单单是太阳能热水器在人们日常生活中占有极其重要的分量，更深层次的原因是热水器控制器可以很好地把水位及温度的参数集中在一起，这对于更加系统的学习、掌握单片机及传感器的应用有着极其深远的影响。
1.2 课题背景
我们所处的时代被称之为“能源时代”，人类是如此地重视能源，大多数国家都在极力探寻新的廉价、清洁的可再生资源，确保在今后的可持续发展中占得一席之位，太阳能由于清洁无害、便于存储、成本低廉、可以重复再生等明显的优越性引起了公众的广泛关注[3-4]。
在众多太阳能产品里，太阳能热水器属于技术发展较为成熟的一种产品，同时也和人们的日常生活最密切相关。太阳能热水器不仅可以高效地利用地太阳能，一方面减轻了其他能源的不必要消耗，而且与传统的燃烧煤炭或者者电力对水进行加热的方式相比，更显示出太阳能清洁、环保、无污染的优点，因此太阳能热水器长期受到广大市民的喜欢。
1.3 课题意义
迄今为止，与太阳能热水器相配套的控制器处于发展相对缓慢的境况，不能及时跟上太阳能热水器的发展步伐。现有的热水器虽然可以进行上水，但这种功能不能实时的显示水位，导致热水器里蓄水量过少，这样很容易造成过烧、干烧或者减少太阳能热水器的使用寿命。其中最为普遍的就是上水过多，这就浪费了大量的水资源，与现在推广的节约水资源的理念背道而驰。因此需要有一个准确显示水位，并且还能稳定控制水位的功能，这是当前亟待解决的一个问题。在深入推广太阳能热水器之后，广大消费者对太阳能热水器，尤其是太阳能热水器控制器的各方面的要求也越来越严格，太阳能热水器的生产厂家和相关销售商家为了能在市场上立足，必须不断提高太阳能热水器的性能，也需刚好的满足消费者对于太阳能使用的便利性，所以太阳能热水器也正逐步往更自动化、人性化的方向发展[3-4]。
之所以选择这个课题，是因为太阳能可以很好的实现我国能源产业的更新换代，在取得了国家的大力扶持的同时，人们也逐渐认识到利用太阳能热是一项投入少、周期短且收益可观的投资项目，而且太阳能热水器有着很大的可开拓市场，建筑节能和新农村建设也为太阳能热水器的推广提供了不可或缺的契机。
1.4 课题内容
本设计将选取STC89C52单片机作为整个系统的控制核心，通过利用三个按键达到功能切换、增加水温、降低水温的效果，通过DS18B20达到水温的采集的效果，水位的采集则是通用水位采集模块实现的，最后利用LCD1602把经过系统处理过的水温及时准确地显示出来。当系统检测到的水温低于预设的最低水温时，系统就会启动辅助加热功能，对水箱中现有的水进行加热，反之当系统检测到的水温已经高于预设的最高水温时，此时就会触发系统的报警模块，而且会停止对水温的加热。如果在此过程中，水位没有达到预先设置时的要求，加水继电器也会对水箱自动进行加水，直至水位达到预设的要求，系统便会暂停加水，防止水位过高溢出水箱。
2 系统总体方案
2.1 实现功能
基于已经完成的硬件部分，把单片机作为控制基础，实现太阳能热水器控制器显示水温和水位的功能，该控制器的系统功能介绍如下：
1.实现对太阳能热水器水温的设置、显示和自动调节温度。
2.完成对太阳能热水器水箱中水位高低的检测、显示和对水箱中水位的自动调节。
3.根据检测到的温度、水位值的高低超限，自动启动报警系统。
4.单片机控制的可显示的温度范围是0℃-99℃。
5.软件子系统设计的主要任务是完成温度、水位信号采集检测、控制、报警程序设计、键盘扫描程序设计、显示程序设计和调试。
2.2 设计方案
使用单片机作为控制器的电路核心控制器件的原因是单片机的电路结构相对简单、价格便宜，在学生可以承受的范围之内，而且还拥有非常高的可靠性及稳定性，更有利于达到控制各个功能的目的。在检测水位的过程中，通过在水箱内中放置三根导线，一根表示接地公共端，另外两根是根据水的导电性和导线长度不同显示不同水位的。通过获得的电信号便可以检测出目前的水位，再通过单片机内部处理最终把指令送达给显示电路，利用三种不同颜色的LED灯得亮灭显示现在的真实水位情况。水温检测是单片机通过温度传感器（DS18B20）给出的的操作指令和时序，获取当前温度，在送给显示电路后就可以显示出当前水箱中水的温度。本设计用三个按键来作为功能键，设置水温下限温度值和水温上限温度值。联系电路实用性、可行性和价格等几方面的要素来考虑，确定选用STC89C52单片机成为电路的控制核心，再与数字式温度传感器DS18B20和LCD1602等芯片结合在一起，最终才设计出这种太阳能热水器的控制系统。
1 引言 1
1.1 课题目的 1
1.2 课题背景 1
1.3 课题意义 1
1.4 课题内容 2
2 系统总体方案 2
2.1 实现功能 2
2.2 设计方案 3
2.3 芯片选择方案 3
2.4 设计内容 4
3 硬件设计 5
3.1 硬件电路组成 5
3.2 主控芯片模块电路设计 6
3.3 水位采集、显示模块电路设计 7
3.4水温采集模块电路设计 8
3.5 水温显示模块电路设计 9
3.6控制模块电路设计 11
3.7按键模块电路设计 13
3.8报警模块电路设计 13
4 软件设计 14
4.1 软件设计总体流程图 14
4.2 按键流程图 16
4.3 水位的采集与处理流程图 18
4.4 水温检测流程图 19
4.5自动加热流程图 20
4.6 液晶显示流程图 21
5 硬件电路仿真结果 22
5.1 Proteus 仿真软件简介 22
6 软件调试 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录 31
附录一 程序 31
附录二 PCB图 38
附录三 系统原理图 39
1 引言
1.1 课题目的
当全球人口规模和经济规模突飞猛进地增长，人类已经慢慢开始意识到使用能源后所产生的不良环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
境问题和消极影响，“低碳经济”这一概念也逐渐进入公众的视线。虽然当前市场上许多太阳能热水器的控制器可以做到显示水位和温度，却不拥有自动控制温度的能力，所以才会出现阴雨天气时，部分太阳能热水器因缺乏光照而影响了正常的使用的情况。即便有部分热水器已经拥有辅助加热的功用，有时候由于不能精确地控制加热时间的长短而造成过烧的不良现象，这不仅会引起大量电能的浪费还可能带来一定程度上的安全隐患[1-2]。
选择基于单片机控制的太阳能热水器控制器的这个课题，这不单单是太阳能热水器在人们日常生活中占有极其重要的分量，更深层次的原因是热水器控制器可以很好地把水位及温度的参数集中在一起，这对于更加系统的学习、掌握单片机及传感器的应用有着极其深远的影响。
1.2 课题背景
我们所处的时代被称之为“能源时代”，人类是如此地重视能源，大多数国家都在极力探寻新的廉价、清洁的可再生资源，确保在今后的可持续发展中占得一席之位，太阳能由于清洁无害、便于存储、成本低廉、可以重复再生等明显的优越性引起了公众的广泛关注[3-4]。
在众多太阳能产品里，太阳能热水器属于技术发展较为成熟的一种产品，同时也和人们的日常生活最密切相关。太阳能热水器不仅可以高效地利用地太阳能，一方面减轻了其他能源的不必要消耗，而且与传统的燃烧煤炭或者者电力对水进行加热的方式相比，更显示出太阳能清洁、环保、无污染的优点，因此太阳能热水器长期受到广大市民的喜欢。
1.3 课题意义
迄今为止，与太阳能热水器相配套的控制器处于发展相对缓慢的境况，不能及时跟上太阳能热水器的发展步伐。现有的热水器虽然可以进行上水，但这种功能不能实时的显示水位，导致热水器里蓄水量过少，这样很容易造成过烧、干烧或者减少太阳能热水器的使用寿命。其中最为普遍的就是上水过多，这就浪费了大量的水资源，与现在推广的节约水资源的理念背道而驰。因此需要有一个准确显示水位，并且还能稳定控制水位的功能，这是当前亟待解决的一个问题。在深入推广太阳能热水器之后，广大消费者对太阳能热水器，尤其是太阳能热水器控制器的各方面的要求也越来越严格，太阳能热水器的生产厂家和相关销售商家为了能在市场上立足，必须不断提高太阳能热水器的性能，也需刚好的满足消费者对于太阳能使用的便利性，所以太阳能热水器也正逐步往更自动化、人性化的方向发展[3-4]。
之所以选择这个课题，是因为太阳能可以很好的实现我国能源产业的更新换代，在取得了国家的大力扶持的同时，人们也逐渐认识到利用太阳能热是一项投入少、周期短且收益可观的投资项目，而且太阳能热水器有着很大的可开拓市场，建筑节能和新农村建设也为太阳能热水器的推广提供了不可或缺的契机。
1.4 课题内容
本设计将选取STC89C52单片机作为整个系统的控制核心，通过利用三个按键达到功能切换、增加水温、降低水温的效果，通过DS18B20达到水温的采集的效果，水位的采集则是通用水位采集模块实现的，最后利用LCD1602把经过系统处理过的水温及时准确地显示出来。当系统检测到的水温低于预设的最低水温时，系统就会启动辅助加热功能，对水箱中现有的水进行加热，反之当系统检测到的水温已经高于预设的最高水温时，此时就会触发系统的报警模块，而且会停止对水温的加热。如果在此过程中，水位没有达到预先设置时的要求，加水继电器也会对水箱自动进行加水，直至水位达到预设的要求，系统便会暂停加水，防止水位过高溢出水箱。
2 系统总体方案
2.1 实现功能
基于已经完成的硬件部分，把单片机作为控制基础，实现太阳能热水器控制器显示水温和水位的功能，该控制器的系统功能介绍如下：
1.实现对太阳能热水器水温的设置、显示和自动调节温度。
2.完成对太阳能热水器水箱中水位高低的检测、显示和对水箱中水位的自动调节。
3.根据检测到的温度、水位值的高低超限，自动启动报警系统。
4.单片机控制的可显示的温度范围是0℃-99℃。
5.软件子系统设计的主要任务是完成温度、水位信号采集检测、控制、报警程序设计、键盘扫描程序设计、显示程序设计和调试。
2.2 设计方案
使用单片机作为控制器的电路核心控制器件的原因是单片机的电路结构相对简单、价格便宜，在学生可以承受的范围之内，而且还拥有非常高的可靠性及稳定性，更有利于达到控制各个功能的目的。在检测水位的过程中，通过在水箱内中放置三根导线，一根表示接地公共端，另外两根是根据水的导电性和导线长度不同显示不同水位的。通过获得的电信号便可以检测出目前的水位，再通过单片机内部处理最终把指令送达给显示电路，利用三种不同颜色的LED灯得亮灭显示现在的真实水位情况。水温检测是单片机通过温度传感器（DS18B20）给出的的操作指令和时序，获取当前温度，在送给显示电路后就可以显示出当前水箱中水的温度。本设计用三个按键来作为功能键，设置水温下限温度值和水温上限温度值。联系电路实用性、可行性和价格等几方面的要素来考虑，确定选用STC89C52单片机成为电路的控制核心，再与数字式温度传感器DS18B20和LCD1602等芯片结合在一起，最终才设计出这种太阳能热水器的控制系统。
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