单片机的太阳能热水器控制系统的设计
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
2 系统硬件系统介绍 2
2.1 方案验证 2
2.2 硬件系统设计 4
2.2.1 电源电路 4
2.2.2 键盘接口电路 7
2.2.3 报警电路 7
2.2.4 温度检测电路 8
2.2.5 水位检测电路 9
2.2.6 红外一体接收模块 9
2.2.7 时钟电路 9
2.3 显示电路设计 10
2.3.1 1602液晶模块JHD162A简介 11
2.3.2 单片机与1062LCD接口电路设计 13
2.3.3 AT89S51功能特点介绍 13
3 软件系统设计 16
3.1 主程序流程框图 16
3.2 键扫描子程序流程框图 17
3.3 显示子程序流程框图 18
3.4 运行程序流程框图 18
3.5 软件仿真 19
3.5 程序调试 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录A（实物图） 23
附录B（程序清单） 24
1 引言
如今,我国的太阳能热水器生产量跃居世界第一,每一年生产的太阳能几乎达到世界上热水器产量的一半。但现在的太阳能热水器的控制器技术还很落后，现在主要在智能控制技术探讨和产品开发环节。现在的控制器功能十分有限，只能实现水温以及液位显示的功能,并且显示还是使用的分段显示。没有温度控制的功能,一旦因为天气强度不够大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
,热水器用户经常无法享受舒适的热水。而今国内太阳能热水器市场正在扩张,但太阳能智能控制器却需要优化。因此，太阳能热水器的智能控制器的开发由此而生。太阳能热水器的智能控制器是采用AT89S51单片机作为中心的系统,不但具有温度以及水位的实时显示功能,还能够完成预设温度和对水位的智能控制。控制器可以依据当天天气合理使用辅助加热模块,从而确保水箱里的水的温度维持在设定温度,从而达到全天供应热水的目的。实际结果表明，该控制器的优点是价格低，高精度的温度控制和温度显示，并且操作方便，性能稳定。这款控制器可以大大提高我国太阳能控制器的水平,带来相当大的经济效益和社会效益。
太阳能热水器因为使用方便,无污染,使用太阳能，可用时间长和较低的花销等特征,从而大受欢迎。本文介绍了一款太阳能热水器的智能控制器的设计方法,阐述了系统硬件的原理和软件达成的方法。水温和水位检测传感器发送的信息经由调节和A/ D转换后传输到单片机,同时通过LED显示当前温度和水位,将温度和水位和预设值进行比较、计算,然后通过得出的数据给予相应的加水或加热的指令,从而实现热水器水温和水位的位智能控制。
1.1 课题研究背景及意义
随着全球的人口的增加和经济的发展，能源使用造成的污染问题和其原因逐渐暴露出来，人们开始倡导“低碳经济”的概念。太阳能产业由此而生。
在将来的几十年里，能源问题会加剧，大致体现在下面几条：1.根据每年的资源消耗来计算，石油储量只能供应到2030年，天然气则是2050年，煤炭资源也只能维持两到三个世纪。2环境污染已成为一个不容忽视的问题3全球变暖引起的温室效应等。我们要面对与化解这些问题，完成能源的循环利用，必须提高科技力，着眼于可 因此我们要着眼于免费无限的太阳能资源，太阳能的储量可以看成无限的，太阳每秒钟放射约23106.1KW的能量，每一年到达地球的太阳能相当于约13000千亿吨标准煤。我们应充分利用这巨大的能源。另外，世界上绝大地区都可以得到充分的光照，可以汲取足够的能源。并且利用开发太阳能的时候不会产生污染。因此太阳能在日后世界的能源结构调整中是理想的替代能源。
太阳能热水器技术在世界上已经比较完善，并且产生了相关的产业。太阳能热水器因为具有优良的性能和低廉的价格，从而慢慢的进入热水器市场。日本的太阳能热水器正以直线的姿态上升，以色列政府更是要求新房子必须安装太阳能热水器。
现在，能源和安全问题逐渐成为各界的关注重点。现在市场上现存的热水器有：电力热水器、燃气热水器以及太阳能热水器。然而,一氧化碳中毒事件中有超过三成是燃气热水器造成的,电热水器虽然安全性有保障，但是目前电能的获取方式主要还是依靠化石燃料，并且用电带来的费用也不低。太阳能热水器因为拥有安全，廉价的优点，而被越来越多的家庭选择。
我国最初是从1958年开始研究太阳能利用的课题，自从上世纪70年代末起，我国加强研究和开发力度，并且开始生产太阳能集热器。不过目前相对应的控制器有着显著的缺陷，功能片面,控制精度低,操作不人性化,还有大多控制器虽然可以显示水度和水位,但没有对应的调节控制能力，导致阴天下热水器不能提供适温的热水。部分热水器虽然设计了辅助加热的功能，但是控制器的智能度不够从而导致不能控制加热时间，造成过度烧水，浪费电能。
2 硬件系统介绍
太阳能热水器由于使用太阳能、无污染、使用方便,可长期使用和成本低等优点而备受人们喜爱。这个设计以的核心是单片机AT89S51,温和水位检测传感器发送的信息经由调节和A/ D转换后传输到单片机,并显示出水度及水位[1]，同时将这些信息与预设的温度和水位相比,计算,通过结果给对太阳能热水器的水温和水位进行调整，实现智能控制。
2.1方案验证
本次设计的主要内容：?
（1）用液晶显示屏显示水温、设置的上下限水位和定时倒计时；
（2）水温检测显示范围为1～100℃，水温精度为±1℃；
（3）预设温度值是1～100℃，当水温比预设温度低时，热水器开启加热模。当水温比预设温度高时，热水器关闭加热模块；
（4）设置4个程序按键。分别问设置按键、加键、减键、确定；
（5）可以红外遥控，通过红外一体接收探头接收遥控器信号，执行与主板按键同等功能。
方案一：以AT89S51单片机为控制中心的智能太阳能热水器
AT89S51单片机的优点有构造简单,易于控制,采用器件少,性价比高等[2],从而广泛应用于许多行业。AT89S51单片机为核心,加上外部电路、计时电路、还原电路等按钮,显示设备便可以构成一个交通灯系统结构图如图2.1.1所示:
方案二：PIC16C72单片机为控制器件的智能太阳能热水器
PIC16C72控制芯片的热水器,功能比较全面,但在存在着一些比较明显的缺陷:PIC16C72指令系统对应的入栈和出栈指令,所以要用一个程序来实现中断现场保护系统。从而对W和状态寄存器的内容实现现场保护，然后中断服务例程的电动机,继电器控制中给出了泄漏检测报警中断,每50毫秒一次中断,因此泄漏发生最多在50 ms以内可以切断电源，进入中断控制系统保护控制电动机,如果使用直流电机控制,速度太快,过调量太大,容易引起震荡。
虽然可以达成能实现智能控制的太阳能热水器方法有很多，例如使用PLC编程或者采用各种单片机。但考虑到成本控制,软件和硬件实现的难度,利用控制系统的设计,可以进一步提高智能太阳能热水器的功能,能保证连续的热水供应,并能满足用户日常生活的需要,提高用户的生活质量。
1 引言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
2 系统硬件系统介绍 2
2.1 方案验证 2
2.2 硬件系统设计 4
2.2.1 电源电路 4
2.2.2 键盘接口电路 7
2.2.3 报警电路 7
2.2.4 温度检测电路 8
2.2.5 水位检测电路 9
2.2.6 红外一体接收模块 9
2.2.7 时钟电路 9
2.3 显示电路设计 10
2.3.1 1602液晶模块JHD162A简介 11
2.3.2 单片机与1062LCD接口电路设计 13
2.3.3 AT89S51功能特点介绍 13
3 软件系统设计 16
3.1 主程序流程框图 16
3.2 键扫描子程序流程框图 17
3.3 显示子程序流程框图 18
3.4 运行程序流程框图 18
3.5 软件仿真 19
3.5 程序调试 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录A（实物图） 23
附录B（程序清单） 24
1 引言
如今,我国的太阳能热水器生产量跃居世界第一,每一年生产的太阳能几乎达到世界上热水器产量的一半。但现在的太阳能热水器的控制器技术还很落后，现在主要在智能控制技术探讨和产品开发环节。现在的控制器功能十分有限，只能实现水温以及液位显示的功能,并且显示还是使用的分段显示。没有温度控制的功能,一旦因为天气强度不够大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
,热水器用户经常无法享受舒适的热水。而今国内太阳能热水器市场正在扩张,但太阳能智能控制器却需要优化。因此，太阳能热水器的智能控制器的开发由此而生。太阳能热水器的智能控制器是采用AT89S51单片机作为中心的系统,不但具有温度以及水位的实时显示功能,还能够完成预设温度和对水位的智能控制。控制器可以依据当天天气合理使用辅助加热模块,从而确保水箱里的水的温度维持在设定温度,从而达到全天供应热水的目的。实际结果表明，该控制器的优点是价格低，高精度的温度控制和温度显示，并且操作方便，性能稳定。这款控制器可以大大提高我国太阳能控制器的水平,带来相当大的经济效益和社会效益。
太阳能热水器因为使用方便,无污染,使用太阳能，可用时间长和较低的花销等特征,从而大受欢迎。本文介绍了一款太阳能热水器的智能控制器的设计方法,阐述了系统硬件的原理和软件达成的方法。水温和水位检测传感器发送的信息经由调节和A/ D转换后传输到单片机,同时通过LED显示当前温度和水位,将温度和水位和预设值进行比较、计算,然后通过得出的数据给予相应的加水或加热的指令,从而实现热水器水温和水位的位智能控制。
1.1 课题研究背景及意义
随着全球的人口的增加和经济的发展，能源使用造成的污染问题和其原因逐渐暴露出来，人们开始倡导“低碳经济”的概念。太阳能产业由此而生。
在将来的几十年里，能源问题会加剧，大致体现在下面几条：1.根据每年的资源消耗来计算，石油储量只能供应到2030年，天然气则是2050年，煤炭资源也只能维持两到三个世纪。2环境污染已成为一个不容忽视的问题3全球变暖引起的温室效应等。我们要面对与化解这些问题，完成能源的循环利用，必须提高科技力，着眼于可 因此我们要着眼于免费无限的太阳能资源，太阳能的储量可以看成无限的，太阳每秒钟放射约23106.1KW的能量，每一年到达地球的太阳能相当于约13000千亿吨标准煤。我们应充分利用这巨大的能源。另外，世界上绝大地区都可以得到充分的光照，可以汲取足够的能源。并且利用开发太阳能的时候不会产生污染。因此太阳能在日后世界的能源结构调整中是理想的替代能源。
太阳能热水器技术在世界上已经比较完善，并且产生了相关的产业。太阳能热水器因为具有优良的性能和低廉的价格，从而慢慢的进入热水器市场。日本的太阳能热水器正以直线的姿态上升，以色列政府更是要求新房子必须安装太阳能热水器。
现在，能源和安全问题逐渐成为各界的关注重点。现在市场上现存的热水器有：电力热水器、燃气热水器以及太阳能热水器。然而,一氧化碳中毒事件中有超过三成是燃气热水器造成的,电热水器虽然安全性有保障，但是目前电能的获取方式主要还是依靠化石燃料，并且用电带来的费用也不低。太阳能热水器因为拥有安全，廉价的优点，而被越来越多的家庭选择。
我国最初是从1958年开始研究太阳能利用的课题，自从上世纪70年代末起，我国加强研究和开发力度，并且开始生产太阳能集热器。不过目前相对应的控制器有着显著的缺陷，功能片面,控制精度低,操作不人性化,还有大多控制器虽然可以显示水度和水位,但没有对应的调节控制能力，导致阴天下热水器不能提供适温的热水。部分热水器虽然设计了辅助加热的功能，但是控制器的智能度不够从而导致不能控制加热时间，造成过度烧水，浪费电能。
2 硬件系统介绍
太阳能热水器由于使用太阳能、无污染、使用方便,可长期使用和成本低等优点而备受人们喜爱。这个设计以的核心是单片机AT89S51,温和水位检测传感器发送的信息经由调节和A/ D转换后传输到单片机,并显示出水度及水位[1]，同时将这些信息与预设的温度和水位相比,计算,通过结果给对太阳能热水器的水温和水位进行调整，实现智能控制。
2.1方案验证
本次设计的主要内容：?
（1）用液晶显示屏显示水温、设置的上下限水位和定时倒计时；
（2）水温检测显示范围为1～100℃，水温精度为±1℃；
（3）预设温度值是1～100℃，当水温比预设温度低时，热水器开启加热模。当水温比预设温度高时，热水器关闭加热模块；
（4）设置4个程序按键。分别问设置按键、加键、减键、确定；
（5）可以红外遥控，通过红外一体接收探头接收遥控器信号，执行与主板按键同等功能。
方案一：以AT89S51单片机为控制中心的智能太阳能热水器
AT89S51单片机的优点有构造简单,易于控制,采用器件少,性价比高等[2],从而广泛应用于许多行业。AT89S51单片机为核心,加上外部电路、计时电路、还原电路等按钮,显示设备便可以构成一个交通灯系统结构图如图2.1.1所示:
方案二：PIC16C72单片机为控制器件的智能太阳能热水器
PIC16C72控制芯片的热水器,功能比较全面,但在存在着一些比较明显的缺陷:PIC16C72指令系统对应的入栈和出栈指令,所以要用一个程序来实现中断现场保护系统。从而对W和状态寄存器的内容实现现场保护，然后中断服务例程的电动机,继电器控制中给出了泄漏检测报警中断,每50毫秒一次中断,因此泄漏发生最多在50 ms以内可以切断电源，进入中断控制系统保护控制电动机,如果使用直流电机控制,速度太快,过调量太大,容易引起震荡。
虽然可以达成能实现智能控制的太阳能热水器方法有很多，例如使用PLC编程或者采用各种单片机。但考虑到成本控制,软件和硬件实现的难度,利用控制系统的设计,可以进一步提高智能太阳能热水器的功能,能保证连续的热水供应,并能满足用户日常生活的需要,提高用户的生活质量。
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