I

分享无罪

太阳能热水器控制器的设计

摘 要

太阳能是现在社会巨大的能源，人们利用太阳能可以节省好多的能源，所以要好好利用太阳能，发挥它应有的作用。太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而倍受人们的青睐，得到很好的发展。

本设计以单片机89S52做为控制核心并协调整个系统的工作，通过数字温度传感器检测当前水的温度，由于是数字信号就直接送入单片机89S52内，通过单片机的处理在LED数码管上显示当前的温度值。另外一路是在水箱中的水压传感器测水的压力从而得到水位的高低，水压传感器输出的是0～5V的模拟量，要经过A/D转换成为数字量再送入单片机89S52进行处理，在LED数码管上显示水位值。按键用来设定想要控制的温度值，单片机在内部通过比较设定的温度和当前温度，当前温度小于设定温度时就会闭合电磁开关，开启加热装置。高于设定温度时断开开关停止加热。自动上水方面是设置水位的上限和下限，水位低于下限时就会闭合电磁开关，开始上水，当水位高于上线时就会自动断开电磁开关，停止上水。温度和水位值在时时检测，达到控制目的。 关键词：太阳能热水器,传感器,控制,单片机

II

Design of Controller of Solar Water Heater

ABSTRACT

Solar energy is now a great resources, people use solar energy can save a lot of energy, so make good use of solar energy, to play its proper role. Solar water heater due to use of solar energy, no pollution, easy to use, long-term use of inputs and low cost has attracted people's favor, well developed.

This design mostly 89S52 microcontroller core as a control and coordinate the work of the entire system, digital temperature sensor by detecting the current water temperature, because the number of digital signal directly into the MCU 89S52, through SCM handle LED digital tube displays the current temperature. Another way is the pressure in the tank pressure sensor measuring the water level to get the water level, water pressure sensor output is 0 ~ 5V for analog to go through A/D converted into digital and then processed into the MCU 89S52, in LED digital tube display level value. Button is used to set the desired temperature, microcontroller internally by comparing the set temperature and current temperature, current temperature is less than the set value will be closed when the electromagnetic switch, open the heating device. Sheung Shui aspect automatically set the upper limit water level, water level less than the lower limit will be closed electromagnetic switch, will begin to water, the water level reaches the line is automatically disconnected when the electromagnetic switch, stop watering . Temperature and water values detect constantly to controlling purposes. KEY WORDS: Solar heater, Sensor, control ,MCU

III

目 录

摘要 ..................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 1 前言 ................................................................... 1

1.1 课题背景和意义 .................................................... 1 1.2 本课题研究内容与主要工作 .......................................... 2 1.3 本课题的研究预期成果 .............................................. 2 2 总体系统设计 ........................................................... 3 3 总体硬件设计 ........................................................... 4

3.1 系统总体硬件框图与工作原理 ........................................ 4 3.2 温度传感器 ........................................................ 4

3.2.1 温度传感器DS18B20 ........................................... 4 3.2.2 DS18B20的结构 ............................................... 6 3.3 水压传感器及A/D转换 .............................................. 7

3.3.1 水压传感器 .................................................. 7 3.3.2 ADC0832结构及原理 ........................................... 7 3.4 电磁开关电路及原理 ................................................ 8

3.4.1 光电隔离器的原理 ............................................ 9 3.4.2 电磁继电器的原理 ........................................... 10 3.5 单片机控制系统 ................................................... 11 3.6 LED数码管显示电路 ............................................... 13 3.7按键电路设计 ..................................................... 15 4 软件设计方案 .......................................................... 16

4.1 DS18B20驱动程序设计 ............................................. 17

4.1.1 DS18B20工作过程及时序 ...................................... 17 4.1.2 DS18B20的驱动程序 .......................................... 19 4.2串行AD转换器ADC0832程序设计 .................................... 21 4.3 按键控制程序设计 ................................................. 25

IV

4.4 LED数码管显示程序设计 ........................................... 27 5 硬件电路仿真结果 ...................................................... 30

5.1 温度仿真 ......................................................... 30

5.1.1 温度显示仿真 ............................................... 30 5.1.2 温度控制仿真 ............................................... 30 5.2 水位仿真 ......................................................... 32

5.2.1 水位显示仿真 ............................................... 32 5.2.2 水位控制仿真 ............................................... 32 5.3 仿真结果分析 ..................................................... 33 致谢 .................................................................... 35 参考文献 ................................................................ 36 附录Ⅰ 系统总原理图 ..................................................... 37 附录Ⅱ 系统源程序 ....................................................... 38

太阳能热水器控制器的设计 1

1 前言

1.1 课题背景和意义

目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷晒式。

太阳能热水器是环保、无污染，人们用着安全放心。利用太阳的能源，大量节约现有的能源，是以后能源发展的趋势。原有的燃气热水器和电热水器虽然加热速度比较快，但是所用的煤和气都会对环境造成一定的污染，而且会使室内的空气变得不清新，电热水器的功率较大，对长期使用的一般家庭来说必定会带来一定的经济困难，是一笔相当大的开销[14]。太阳能热水器安全、环保、经济，带有辅助加热功能的热水器可在全年的任何时候使用，设计一个控制器来帮助人们了解水的温度和热水器中水位的高低，使人们清楚的使用。

先前国内外大多数家庭使用的太阳能热水器只是纯粹的太阳能加热问题，还没有其他的智能控制方面，在没有太阳的天气中没有足够的能源使水箱中的水加到最热。其次对太阳能热水器中的水位没有记录，使人们不能及时知道水箱中的水量，以便补充，缺乏自动性。如今大多数的家庭太阳能都装有水位监测和水温测量、显示的功能，使用更加方便。今年来，利用太阳能和其它能源的结合，使得太阳能热水器更加的完善，在任何天气情况下都能使用到热水。此款热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上大部分热水器所不能比拟的。

当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺着时代发展的要求，满足人们对