太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設計【8張CAD圖紙+畢業(yè)論文+開題報告】

太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設計45頁 14000字數(shù)+論文說明書+8張CAD圖紙【詳情如下】主電路圖.DWG主程序控制系統(tǒng)流程圖.DWG太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設計開題報告.doc太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設計說明書.doc水位子程序流程圖.DWG溫度子程序流程圖.DWG系統(tǒng)控制原理圖.DWG系統(tǒng)控制框圖.DWG系統(tǒng)結構圖.DWG除塵子程序流程圖.DWG摘    要針對太陽能熱水器存在著受季節(jié)和天氣的影響、提供的熱水量不夠、不能實現(xiàn)全年正常使用的不足，設計了一種基于PLC控制的太陽能熱水器。該控制器是在現(xiàn)有太陽能熱水器的基礎上開發(fā)的，該系統(tǒng)利用PLC實時監(jiān)測水溫及水位。用水時，若日曬水溫達不到設定值，單片機控制電加熱器自動補溫至設定溫度，無須人為控制加熱時間；缺水時能自動上水到設定值，不必全部加滿。在無光照陰雨天或寒冷季節(jié)進行輔助電加熱，且溫度可由用戶設置。本文利用PLC對太陽能熱水器的自動控制系統(tǒng)進行設計，通過使用PLC，可以大大減少了系統(tǒng)對其它元器件的使用，使系統(tǒng)接線簡單、檢修維護方便快捷、可靠性提高，增進了系統(tǒng)的先進性。關鍵詞：影響 太陽能熱水器  控制系統(tǒng)  PLCAbstractThis paper is based on the machinery design and machinery(PLC) principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory, by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop, first of all, due PLC uese the main parts institutional model of the sewing machine, secondly use the Solidworks drawing software to conduct the part modeling which was designed well.This paper use and the conduct assembly design which the PLC parts was built, get the corresponding assembly model, finally conduct movement simulation to the corresponding assembly model. Keywords： sewingmachine,PLC,part modeling, assembly目  錄摘   要I目  錄II1 緒   論12 本課題研究的目的、意義13 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13 系統(tǒng)總體設計33.1 系統(tǒng)原理框圖33.2 控制系統(tǒng)的組成及工作原理44 硬件功能模塊的設計74.1 單片機系統(tǒng)74.2 水溫測量電路84.3 水位測量電路104.4 實時時鐘電路124.5 顯示電路134.6 電源電路154.7 鍵盤電路164.8 自動上水和報警電路184.9 輔助電加熱電路195 軟件部分的設計205.1 軟件的總體設計205.2 溫度檢測205.3 實時時鐘206 結束語24致   謝25參考文獻26附   錄27附錄1：源程序27附錄2：總原理圖411  緒   論1.1  太陽能熱水器的應用及意義眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機已增長，環(huán)境的危機已威脅著生態(tài)平衡，太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前，有人預測：二一十世紀太陽能將由輔助能源上升為主要能源，但由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術難點尚未突破，產(chǎn)品造價偏高。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器是技術上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。我國從“六五”計劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有250萬平方米采光面積的太陽能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國約有180家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國特色的太陽能企業(yè)，有中國太陽能協(xié)會為中心，以中國農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會為中心，制定了產(chǎn)品標準、測試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。世界各國的太陽能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設置太陽能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽能熱水器。國內(nèi)外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環(huán)保問題是當今世界面臨的主要問題之一。太陽能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預計今后每年將以15%至20%的速度發(fā)展。根據(jù)理論計算及實際應用證明，太陽能熱水器每平方米光面積一年可節(jié)約標準煤200-300公斤節(jié)電1500度，或節(jié)約液化氣180公斤，設計可以參考以下的幾個意見：在設計民用建筑時，若此地區(qū)沒有集中熱水供應，可給用戶安裝太陽能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設計時將冷、熱水線預埋，以平均每套住宅建筑面積65平方米計算，工程造價大約每平方米增加18-20元。在設計工廠浴室時，可考慮采用太陽能熱水系統(tǒng)，每平方米采光面積產(chǎn)熱水100升計算，100平方米太陽能熱水系統(tǒng)可產(chǎn)熱水10噸，每人每次標準用水40升，可解決250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設計。采用太陽能熱水器與電熱水器、燃氣熱水器相比，還具有絕對安全，最為衛(wèi)生的特點，在電費，液化氣、煤氣價格較高的地區(qū)，用戶1-3年及收回投資，在這以后提供的熱水是免費的。太陽能熱水器的推廣應用及經(jīng)濟效益據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器累計安裝使用總量以達300萬平方米以上，所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特為太陽能熱水器的進一步推廣具有積極的推動作用。1.2  太陽能熱水器的發(fā)展狀況及市場競爭分析目前，中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國之和，已經(jīng)有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠，但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，而且分段顯示，溫度顯示誤差為10%，水位顯示誤差為25%，這種顯示器不具有溫度控制功能，當由于天氣原因而光強不足時，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費大量的電能，本文設計的太陽能熱水器控制器以AT89S52單片機為檢測控制核心，不僅實現(xiàn)了時間、溫度和水位三種參數(shù)實時顯示和控制功能，而且具有時間設定、溫度設定與控制功能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設定時間達到預先設定的溫度，從而達到24小時供應熱水的目的。太陽能熱水器時太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟效益明顯，正在迅速的推廣應用，太陽能熱水器能夠將太陽能輻射轉換熱能，供生產(chǎn)和生活使用，他主要有平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式悶曬式。 6   結束語 該控制器和以往顯示儀相比性能價格比高、溫度控制與顯示精度高、使用方便和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。單片機系統(tǒng)具有低價、智能的優(yōu)勢，能夠根據(jù)需求的不同而做相應的調(diào)整，更加個性化。同時，使用單片機控制系統(tǒng)能夠節(jié)約能源，保護設備，延長設備的使用時間。該熱水器具備以下特點：（1）結構簡單、運行可靠、操作維護簡便。（2）熱源取之不盡用之不竭，不需要運輸，節(jié)省采料。（3）無污染，不會對周圍環(huán)境造成任何影響。（4）熱水產(chǎn)量受季節(jié)、地區(qū)維度、才熱面積、采熱器類型、環(huán)境溫度、供水溫度、風速、日照實際等因素影響較大。（5）該系統(tǒng)加裝減壓閥后可與鍋爐配套使用，解決冬季用水。（6）不用考慮玻璃蓋的防凍裝置。該熱水器裝置置于浴室屋占地面積較大，同時增加了建筑物的負載荷。在試制和安裝過程中我們體會到只有注意以下幾個方面才能保證熱水器的正常運行，第一是循環(huán)管道水流方向不允許有反坡現(xiàn)象，拐彎要和緩，管道內(nèi)要清潔無阻塞。第二是冷水箱、熱水箱、集熱器以及熱水保溫的相對位置及標高合理，符合水流的規(guī)律，第三是補充給熱水箱的水流不允許沖擊，第四是電磁閥的選擇及安裝位置要合理，保證動作靈敏可靠?？傊瑹o論從市場或技術抑或價格的角度來說，此款熱水器具有很大的優(yōu)勢。它市場前景廣闊、技術先進、價格合理、高度智能化，方便省事，是當前市面上熱水器的升級產(chǎn)品。它不但適合于城鄉(xiāng)民宅需求，還適合于寫字樓、餐飲、娛樂、商業(yè)服務浴室、理發(fā)店、旅館、招待所、托兒所、敬老院以及外貿(mào)出口等各種需求。                        致   謝  從論文的選題到搜集資料，從論文的初稿的完成到正文的反復修改，我經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫做作的過程中，心情是如此的復雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終完成，心情也逐漸舒暢了許多，自己甚至還有點成就感。在設計的過程中，我要感謝我的指導老師-賁禮進老師，他為人隨和熱情，治學嚴謹細心，在從初稿到整個論文的完成，老師始終認真負責的給予我深刻而細致的指導。正是有了他的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才得以順利完成。我還要感謝的班主任張新亮老師以及在大學三年中給我們授課的老師們，是他們讓我學到了許多許多的知識，讓我看到了世界的精彩，讓我學會了做人做事，同時還要對教導過我的老師表示深深地敬意和謝意。最后感謝三年里陪伴我的同學、朋友們，有了她們的幫助，我的人生才豐富，使我看到了未來的美好，讓我在奮斗的路上才不孤單。參考文獻1 閻石.  數(shù)字電子技術M.  高等教育出版社，19972 胡漢才.   單片機原理及接口技術M   清華大學出版社，19963 童詩白.   模擬電子技術基礎M  高等教育出版社，2001 4 王建平.   串行LED顯示驅動器及應用M  電子技術應用，19965 金偉正.  單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應用M  電子技術應用，20006 單片機原理與應用實例教程M  北京交通大學出版社7 李全利. 單片機原理及應用技術第2版M  高等教育出版社 畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計題目： 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設計 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導老師： 起訖日期 年 月 日 年 月 日 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 I 摘 要 針對太陽能熱水器存在著受季節(jié)和天氣的影響、提供的熱水量不夠、不能實現(xiàn)全年正常使用的不足，設計了一種基于 制的太陽能熱水器。該控制器是在現(xiàn)有太陽能熱水器的基礎上開發(fā)的，該系統(tǒng)利用 水時，若日曬水溫達不到設定值，單片機控制電加熱器自動補 溫至設定溫度，無須人為控制加熱時間；缺水時能自動上水到設定值，不必全部加滿。在無光照陰雨天或寒冷季節(jié)進行輔助電加熱，且溫度可由用戶設置。 本文利用 太陽能熱水器的自動控制系統(tǒng)進行設計，通過使用 以大大減少了系統(tǒng)對其它元器件的使用，使系統(tǒng)接線簡單、檢修維護方便快捷、可靠性提高，增進了系統(tǒng)的先進性。 關鍵詞： 影響 太陽能熱水器 控制系統(tǒng) 院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 is on d by of to in of LC of to LC to LC,院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 錄 摘 要 . 錯誤 !未定義書簽。 目 錄 . 緒 論 . 1 2 本課題研究的目的、意義 . 錯誤 !未定義書簽。 3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 . 錯誤 !未定義書簽。 3 系統(tǒng)總體設計 . 3 統(tǒng)原理框圖 . 3 制系統(tǒng)的組成及工作原理 . 4 4 硬件功能模塊的設計 . 7 片機系統(tǒng) . 7 溫測量電路 . 8 位測量電路 . 10 時時鐘電路 . 12 示電路 . 13 源電路 . 15 盤電路 . 16 動上水和報警電路 . 18 助電加熱電路 . 19 5 軟件部分的設計 . 20 件的總體設計 . 20 度檢測 . 20 時時鐘 . 20 6 結束語 . 24 致 謝 . 25 參考文獻 . 26 附 錄 . 27 附錄 1：源程序 . 27 附錄 2：總原理圖 . 41 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 1 1 緒 論 太陽能熱水器的應用及意義 眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機已增長，環(huán)境的危機已威脅著生態(tài)平衡，太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前，有人預測：二一十世紀太陽能將由輔助能源上升為主要能源，但由 于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術難點尚未突破，產(chǎn)品造價偏高。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。 在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器是技術上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。 我國從“六五”計劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有 250萬平方米采光面積的太陽能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國約有 180家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國特色的太陽能企業(yè)，有中國太陽能協(xié)會為中心，以中國農(nóng)村能 源企業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會為中心，制定了產(chǎn)品標準、測試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。 世界各國的太陽能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設置太陽能熱水器，西澳大利亞已有 25%的新住宅安裝了太陽能熱水器。 國內(nèi)外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環(huán)保問題是當今世界面臨的主要問題之一。太陽能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預計今后每年將以 15%至 20%的速度發(fā)展。 根據(jù)理論計算及實際應用證明，太陽能熱水器每平方米光面積一年可節(jié) 約標準煤 200500度，或節(jié)約液化氣 180公斤，設計可以參考以下的幾個意見： 在設計民用建筑時，若此地區(qū)沒有集中熱水供應，可給用戶安裝太陽能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設計時將冷、熱水線預埋，以平均每套住宅建筑面積 65平方米計算，工程造價大約每平方米增加 18 在設計工廠浴室時，可考慮采用太陽能熱水系統(tǒng)，每平方米采光面積產(chǎn)熱水100升計算， 100平方米太陽能熱水系統(tǒng)可產(chǎn)熱水 10噸，每人每次標準用水 40升，可解決 250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當?shù)馗鞣N各樣 的不同條件予以特殊設計。 采用太陽能熱水器與電熱水器、燃氣熱水器相比，還具有絕對安全，最為衛(wèi)生的特點，在電費，液化氣、煤氣價格較高的地區(qū)，用戶 1學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 2 這以后提供的熱水是免費的。 太陽能熱水器的推廣應用及經(jīng)濟效益據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器累計安裝使用總量以達 300萬平方米以上，所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特為太陽能熱水器的進一步推廣具有積極的推動作用。 太陽能熱水器的發(fā)展狀況及市場競爭分析 目前，中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世 界各國之和，已經(jīng)有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠，但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，而且分段顯示，溫度顯示誤差為 10%，水位顯示誤差為 25%，這種顯示器不具有溫度控制功能，當由于天氣原因而光強不足時，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費大量的電能，本文設計的太陽能熱水器控制器以 僅實現(xiàn)了時間、溫度和水位三種參數(shù)實時顯示和控制功能，而且具有時間設定、溫度設定與控 制功能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設定時間達到預先設定的溫度，從而達到 24小時供應熱水的目的。太陽能熱水器時太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟效益明顯，正在迅速的推廣應用，太陽能熱水器能夠將太陽能輻射轉換熱能，供生產(chǎn)和生活使用，他主要有平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式悶曬式。 當今社會發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高?，F(xiàn)有電熱型熱水器費用昂貴及燃氣型的不安全性，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這 些都是太陽能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽能熱水器克服了上述缺點，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡單、方便。太陽能熱水器順乎時代發(fā)展的要求，滿足人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會的最佳選擇。應該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大。新建居住樓安裝熱水器，已是房屋開發(fā)公司計劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢更好。 此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點是在晴好的天氣領用太陽能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當于電熱水器，它在無光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽能的豐富的免 費的優(yōu)勢，同時考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點，充分發(fā)揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢，這是市面大部分熱水器所不能比擬的。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 3 2 設計思路及要求 設計的思路 針對太陽能熱水器存在著受季節(jié)和天氣的影響、提供的熱水量不夠所設計的熱水器， 主要是實現(xiàn)溫度的實時控制、水位的檢測、自動上水，用水時，如果日曬水溫達不到設定值，單片機控制電加熱自動補溫至設定值，無須人為控制，最重要是在陽光不足或陰雨天時，我們可以通過輔助加熱進行對水箱中的水加熱，以保證一天 24小時的供水量。 本設計的目的及要求 本設計具有很強的實用性，用成本低廉的器件及電極以單片機技術對生產(chǎn)實際中太陽能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡單、實用性強、性價比高、水溫控制靈活、水位顯示直觀醒目?？蓮V泛應用與家庭生活對太陽能熱水器水位顯示和水溫控制。具有良好的市場前景。具體的目的和要求： （ 1） 掌握太陽能熱水器的工作原理及實現(xiàn)控制方法； （ 2） 太陽能熱水器水位的檢測和顯示； （ 3） 太陽能熱水器溫度的檢測和顯示； （ 4） 太陽能熱水器水溫的設定和電加熱的控制； （ 5） 太陽能熱水器上水水位的設計及控制； （ 6） 太陽能熱水器的輔助電加熱的設計； 3 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)原理框圖 本系統(tǒng)以 片機為核心，實現(xiàn)對水溫和水位的實時監(jiān)測和顯示，當水溫達不到設定值，可以用電自動加熱，當水位低于警戒值時自動上水至設定值，從而實現(xiàn)了熱水器的全自動及節(jié)能。 系統(tǒng)主要包括水溫測量電路、水位測量電路、顯示電路、單片機系統(tǒng)、自動加熱上水控制電路、按鍵電路、聲光報警電路等組成。具體原理框圖如圖 1所示。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 4 單片機顯 示 電 路電 源 電 路鍵 盤 電 路實 時 時 鐘溫 度 和 水 位 檢 測報 警 電 路電 磁 閥輔 助 電 加 熱圖 1 系統(tǒng)原理框圖 控制系統(tǒng)的組成及工作原理 系統(tǒng)組成：如圖 2所示，本系統(tǒng)主要有控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫 檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成。 控制器：主要通過里面的電磁閥控制 制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中的位置以及控制機電加熱絲加熱。 自動控制閥：主要通過控制器控制，當水箱中的水的實際溫度大于所設置的溫度時，自動閥就自動打開往水箱中上水，直到上到上一個目標水位為止。 手動控制閥：當自動閥損壞時，可以通過手動閥進行上下水。 水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，主要把水箱分為四個等份，一共有五個電極，接地的電極放在水箱的最低端，其余的分別放在四等份點上 ，比如當水箱中的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當超過第二等分，則顯示二分之一的水。 水溫傳感器：主要用來檢測水箱中水的實際溫度。 電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達到用戶所需要的溫度，尤其當遇到陰雨天或無太陽光時，可以通過它進行加熱水。 太陽能熱水器利用微機控制主要有以下幾種控制功能：加熱控制、溫水循環(huán)控制、冷水集熱控制、水箱加熱控制。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 5 器20來水 地漏圖 2 系統(tǒng)的工作原理圖 (1) 水溫控制 由于清晨太陽光較弱，所以太陽能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。為了提供溫度不低于 30攝氏 度的水 ,具體控制過程如下： 首先，關閉冷水閥門 1，然后單片機開始進行水箱溫度采集，同時進行溫度的比較，當水箱的溫度小于 30攝氏度時，電加熱接通進行加熱，同時單片機繼續(xù)對熱水箱的溫度進行采集。當溫度加熱到大于 30攝氏度時電熱器斷開，如此反復循環(huán)保證了水的溫度。 (2) 循環(huán)水集熱過程 水溫控制之后，設定當日水箱的溫度 N,輸入單片機，再利用單片機的控制系統(tǒng)，通過太陽能加熱以達到理想溫度 N。具體控制如下： 打開循環(huán)閥門 閉冷水閥門 水閥門 后開學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 6 始比較溫度，若（ 攝氏度， 1）為止。如若 ，那么循環(huán)水極熱過程結束，進入冷水極熱過程。 (3) 冷水極熱控制 此時熱水箱溫度已達到了 N，冷水要進入太陽能集熱器，這時溫度為 當日的設定值相比較，若 N 則將已加熱的水送入熱水箱，具體的控制過程如下： 關閉循環(huán)水閥門 開冷水閥門 水閥門 N，打開熱水閥門 保持打開狀態(tài)，否則關閉 見，此過程充分利用太陽能轉化為熱能，方便快捷。 (4) 水箱加熱控制 若沒太陽光或光太弱，我們將怎么辦呢？這就要發(fā)揮這款熱水器的優(yōu)勢。熱 水箱溫度為 它和設定的值相比較，從而控制是否打開電加熱，控制時段為下午，具體的過程如下： 若 ，電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且， 15點 時間（小時） 溫度比較 加熱值（度） 15 5N 35 16 0N 40 17 5N 45 18 0N 50 19 5N 55 20 0N 60 最終熱水箱的溫度加熱到設定值 N 。由此可見，即使沒有日照我們照樣可以使用熱水。 注： 綜上所述，太陽能供熱控制系統(tǒng)不及節(jié)約而且方便，實用，可以適用許多地方，尤其對居住的民用樓非常受用。 控制裝置的工作原理：本控制系統(tǒng)分為手動和自動控制兩種控制方式，在系統(tǒng)處于自動狀態(tài)下，當檢測溫度高于設定溫度時，且水位未達到最高時，控制器打開電磁閥 時點亮上水指示燈，當水位上到一定水位時，自動停止上水（即關閉電磁閥 若水箱內(nèi)無水，則自動上水至最低水位處。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 7 在系統(tǒng)處于手動狀態(tài)下，可自由上水和停止上水（上水時水箱水位必須未滿），若水位達到最高則自動停止上水；若需要啟動加熱器則必須要先設定加熱溫度，然后按下加熱鍵進行加熱；若需洗浴時，則須打開手動閥 統(tǒng)自動打開電磁閥 通過 電磁水閥 通過打開 系統(tǒng)設置 起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動打開此閥放完水管中的積水）。 4 硬件功能模塊的設計 單片機系統(tǒng) 根據(jù)系統(tǒng)硬件框圖可以看出，在本系統(tǒng)所需的外圍電路中，多數(shù)是使用微控制器的 I/且本系統(tǒng)并非實時系統(tǒng)，對微控制器的速度需求不高，所以在本系統(tǒng)中，選擇了性價比較高的 片機 片機是一種低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 儲器。使用 司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80品指令和引腳完全兼容。片上 適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 在系統(tǒng)可編程 得 片機為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 有以下標準功能： 8k 字節(jié) 256 字節(jié) 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， 降至 0態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電工作模式：空閑方式和掉電方式。 空閑模式下， 許 時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， 蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。如圖 3所示。 （ 1）系統(tǒng)時鐘電路設計 本設計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。振蕩晶體可在 12容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響， 在 2000以本 設計中，振蕩晶體選擇 12容選擇 30 （ 2）系統(tǒng)復位電路設計 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要 文） 太陽能熱水器控制電路的設計 8 升時間不超過 1可以實現(xiàn)自動上電復位。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 29 S he e t F i l e : E : 畢業(yè)論文 新建文件夾 S he e t 1.S c hD r a w n B y :1y 130y 210 A Cr e sr e T S E T 012 E 89S 52 V C T 11P 3 單片機的外圍電路 水溫測量電路 本系統(tǒng)采用 位 (二進制 )溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過單 線接口送入 和地線 )55到 +125增量值為 l s(典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。因此作為熱水器的溫度測量，精度合乎要求。溫度實時測控集裝箱的設計，在實現(xiàn)測控系統(tǒng)的溫度檢測方面就較好的利用 系統(tǒng)得到了極大的簡化。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 9 圖 4所示。 是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的，內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時，振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當?shù)竭_某一設置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路，計數(shù)設置為 時，計數(shù)器復位在當前的溫度值時，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進行補償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。 線信號包括復位脈沖，響應脈沖，寫“ 0”，寫“ 1”，讀“ 1”，它們有嚴格的時隙概念。系統(tǒng)對 5個）和存儲器命令（ 6個）形式出現(xiàn)。對它的操作協(xié)議是：初始化 理數(shù)據(jù)發(fā)存儲器命令處理數(shù)據(jù)。各種操作都有相應的時序圖。 般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將 ，且單片機的一位 I/可實現(xiàn)單 點或多點溫度測量。 換性好；它直接把溫度數(shù)據(jù)進行編碼，可以只使用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便，傳輸距離遠且抗干擾性好；與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點測溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量的電纜，而且系統(tǒng)得以簡化，系統(tǒng)擴充維護十分方便。 64位 器 和 控 制 器高 速緩 沖存 儲 器8 位 C R C 生 成 器溫 度 靈 敏 元 件低 溫 觸 發(fā) 器 T 觸 發(fā) 器 T 寄 存 器電源檢測圖 4 件電路的連接非常簡單，僅一根電源線，一根地線和一根數(shù)據(jù)線即可，根據(jù)設計要求，數(shù)據(jù)線與單片機的 度測量電路如圖 5所示。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 10 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011- 11- 29 S he e t F i l e : D : 新建文件夾 S he e t H D O C D r a w n B y : 18B 5 水位測量電路 本系統(tǒng)采用電極片的方式來檢測水位（簡稱電極式），原理是利用水的導電性能。電極片按照一定的尺寸要求分布在一根絕緣棒上，構成測量棒，從水箱頂部插入。如圖 6所示，其中 A、 B、 C、 A、 B、 C、 會與公共端產(chǎn)生電流。實際檢測是根據(jù)電極片是否有電流，判斷其是否浸沒在水中。由于電極式的控制及檢測電路比較簡單、成本較低，因而得到廣泛的應用，是目前最受歡迎使用的。然而，當電極片結 垢（鈉鎂離子的附著）之后，導致測量會出現(xiàn)錯誤。因為電極片結垢后，或者厚度達到一定的程度，就不能正常測出水的值。在水質(zhì)較差的地方更為嚴重，為了保證測量的準確性，必須定期更換測量桿。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 30 S he e t F i l e : E : 畢業(yè)論文 新建文件夾 S he e t 1.S c hD r a w n B y :水箱電極式測量桿公共端文） 太陽能熱水器控制電路的設計 11 圖 6 電極片檢測示意圖 我把儲水箱大致分為四個等份，水位由潛入太陽能熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共極（導線）進行檢測；由單片機依次使各電位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉換，水位到達的電極，轉換電位為低（ 0）；水位沒有到達的電極，轉換的電位為高（ 1）；每 檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)，并把它送到發(fā)光二極管； 在這里我用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有四分之一的水，以此類推，若有四個發(fā)光二極管來亮，則表示水箱水是滿的。） 當水位未達到 ha,這時傳感器的總阻值為 4R，對應的系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。 當 ah感器的阻值為 3R，對應系統(tǒng)處于 20%水位。 當 bh感器的阻值為 2R，對應系統(tǒng)處于 50%水位。 當 ch感器的阻值為 R，對應系統(tǒng)處于 80%水位 。 當 h=感器的阻值為 0，對應系統(tǒng)處于 100%水位。 同時用到一個芯片 744有八路正相緩沖器、線路驅動器，三態(tài)輸出。該三態(tài)輸出由輸出使能端 1意 種方式測量水位簡單直觀，成本低廉。同時單片機也采集水位信息，以便對自動上水的控制。具體的電路如圖 7所示。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 29 S he e t F i l e : E : 畢業(yè)論文 新建文件夾 S he e t H D O C D r a w n B y :1A 121Y 1181A 241Y 2161A 361Y 3141A 481Y 4122A 1172Y 132A 2152Y 252A 3132Y 372A 4112Y 49V C 244101 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5V C 2 4圖 7 水位測量電路 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 12 實時時鐘電路 本系統(tǒng)采用 片， 時時鐘芯片是美國最新研制成功的產(chǎn)品。它可以廣泛應用于計算機、工控儀表、通信器材等設備中，是目前具有實時時鐘功能系統(tǒng)的首選芯片。該芯片為 24 管腳雙排直列封裝 ,內(nèi)部包含鋰電池、石英晶振、非易失靜態(tài) 取代典型應用中的十六個元器件。所以說 時時鐘芯片本身就構成了一個完整的子系統(tǒng)，它的出現(xiàn)不僅縮小了設計系統(tǒng)的體積，而且也大大提高了系統(tǒng)的可靠性。該芯片主要功能包括非易失時鐘、警報器、百年歷、可編程中斷、方波發(fā)生器和 114 個字節(jié)非易失靜態(tài) 腳 圖 8 為 引腳功能說明如下： 地址 /數(shù)據(jù)復用總線 空腳 總線類型選擇 ( 片選 R/W 在 在 復位信號 中斷請求輸出 方波輸出 +5電源 電源地 點 在沒有外部電源 的情況下可工作 10年 自帶晶體振蕩器及電池 可計算到 2100 年前的秒、分、小時、星期、日期、月、年七種日歷信息并帶閏年補償 用二進制碼或 代表日歷和鬧鐘信息 有 12和 24小時兩種制式， 12小時制時有 可選用夏令時模式 可以應用于 數(shù)據(jù) /地址總線復用 內(nèi)建 128字節(jié) 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 13 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011- 11- 29 S he e t F i l e : D : 新建文件夾 S he e t H D O C D r a w n B y :1010U 0M O S E 12C 887I N T 11P ,7圖 8 作原理 ，數(shù)據(jù)由 片 7有 A、 B、 C、 個控制寄存器。時問、日歷和警報是以二避制或 內(nèi)容可通過讀命令來獲取，也可以由寫命令來設置，在寫入數(shù)據(jù)之前，寄存器 1”，以防止在讀寫過程中發(fā)生數(shù)據(jù)更新。完成數(shù)據(jù) 輸入后， 許實時時鐘對時間和日歷字節(jié)進行更新，一旦初始化后，實時時鐘以選定的模式進行更新。 期中斷和更新結束中斷等三個獨立的中斷源。警報中斷的發(fā)生率可編程，從一秒一次到每一天一次。 顯示電路 本設計采用靜態(tài)的顯示方式，用 4個數(shù)碼管來顯示。顯示電路由 4個移位寄存器 74個數(shù)碼管組成，每個數(shù)碼管接有 8個 1護數(shù)碼管，防止電流過大燒壞數(shù)碼管。采用 方案具有實現(xiàn)容易、發(fā)光亮度大、驅動電路簡單等優(yōu)點，其可靠性也優(yōu) 于 體的電路圖如圖 7所示。 74稱灌電流，扇出電流弱，所以適合驅動共陽極數(shù)碼管。本系統(tǒng)的設計思想就是采用共陽極數(shù)碼管來顯示，數(shù)碼管的公共端接高電位。 將數(shù)碼管的 8個輸入端與 740用 4個 74個 74示的每一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 14 該位就能保持相應的顯示字符，由于由一個每一位 8位輸出口控制段選碼， 故在同一時刻各位可以顯示不同的字符。 本設計中，從左到右 4個數(shù)碼管，左邊兩個顯示水位，第 3個不顯示，最后一個顯示水溫，通過鍵盤的輸入進行水溫和水位的切換，檢測和自設定的水溫和水位都會通過數(shù)碼管顯示出來，此顯示非常的直觀，根據(jù)自己的需要進行設定并顯示。 ，只要把數(shù)據(jù)往 統(tǒng)就自動將串行數(shù)據(jù)由 出，其中移位時鐘由 出、將 74,滿足條件時數(shù)據(jù)就傳送到 74前一個 744將 送數(shù)據(jù)時，前后數(shù)據(jù)就會依次從上一個片子傳到下一個片子。 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 30 S he e t F i l e : E : 畢業(yè)論文 新建文件夾 S he e t H D O C D r a w n B y :R E S E 64R E S E 64R E S E 64R E S E 64 1 2 3 4V C 9 顯示電路 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 15 電源電路 對于太陽能用戶來講，最常用、最方便的電源當然是 220太陽能容熱水器控制系統(tǒng)需要的是穩(wěn)定的 +512以要為控制系統(tǒng)設計直流電源電路。 由于本文各芯片工作電壓均為 5了方便，本文將 220V 交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓得到 5壓電路集成穩(wěn)壓器件 7805。具體電路如圖 10所示。 本設計部分用到了集成穩(wěn)壓器 7805系列，如下圖是它的封裝形式， 的封裝形式為 有一系列的電壓輸出，應用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護和安全工作的保護，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 然是按照固定電壓值來設定的，但是當接入適當?shù)耐獠科骷螅湍軌颢@得各種不同的電壓和電流。 7805的特點： * 最大輸出電流為 輸出電壓為 5V *短路保護 *輸出 晶體管安全工作區(qū)保護 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 16 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 12/ 1 S he e t F i l e : E : 畢業(yè)論文 新建文件夾 S he e t H D O C D r a w n B y :V i n V 02200 D 1010 電源電路 上圖電路為輸出電壓 5V，輸出電流 穩(wěn)壓電源，它由電源變壓器 T，橋式整流電路 波電容 止自激電容 7805）極為簡潔方便的搭成。 220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，在經(jīng)過橋式整流電路 1的整流和濾波，在固定三端穩(wěn)壓器 電壓因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變 化），此直流電壓經(jīng)過 2的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高使用簡潔方便等特點，成為穩(wěn)壓電源中使用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 鍵盤電路 鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關集合，通常選用機械彈性開關，它們利用了機械觸點的合、斷作用。鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈 現(xiàn)低電平還是高電平，通過對電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認是否有鍵按下。為了確保 就必須消除抖動的影響，這樣才能使鍵盤在單片機系統(tǒng)中使用的更加穩(wěn)定。 常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口 , 由于本文只需要四個開關，因此本電路選用獨立觸摸式開關，如圖 11所示。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 17 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011/ 11/ 29 S he e t F i l e : E : 畢業(yè)論文 新建文件夾 S he e t H D O C D r a w n B y :1121314V C 11 鍵盤電路 當開關沒按下時， 5K 的電阻直接給控制器輸入一個高電平“ 1”；當開關被按下時， 5K 的電阻接地，控制器上輸入低電平“ 0”。 按鍵功能的定義如下： 鍵盤 2 分別為功能按鍵、移位按鍵、“ +”按鍵、“ ”按鍵 2分別為共功能按鍵、移位按鍵、“ +”按鍵、“ ”按鍵。 按下開關鍵 S 鍵，系統(tǒng)在工作狀態(tài)，開關機指示燈 , 再按下 S 鍵，開關機指示燈滅，系統(tǒng)處在關機狀態(tài)。 功能設置：在系統(tǒng)工作時，按 校準時鐘、設定熱水溫度和設定定時加熱時間三種功能之間循環(huán)變換，通過指示燈進行區(qū)別。 校準時鐘設置：系統(tǒng)工作時，按 準時鐘指示燈 按 減少時鐘時間 。 定時加熱溫度設置：系統(tǒng)工作時，按 時加熱時間指示燈 按 減少設定的定時加熱溫度。 定時加熱時間設置：系統(tǒng)工作時，按 時加熱時間指示燈 按 減少設定的定時加熱時間。 移位鍵：在調(diào)整時間，在系統(tǒng)工作時，按 入到調(diào)整時間后，秒鐘開始閃爍，可以調(diào)整秒鐘。按下 進入分鐘調(diào)整，可調(diào)整分鐘。再按下 進入時鐘調(diào)整，可調(diào)整時鐘。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 18 自動 上水和報警電路 本系統(tǒng)采用 方法簡單方便，容易實行。 功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力 ,以便于驅動各種類型的負載。功率驅動電路是功率電子設備輸出電路的一個重要組成部分。 在大型儀器儀表系統(tǒng)中 ,經(jīng)常要用到電磁閥、泵等驅動電壓高且功率較大的器件。 由于這類器件功能強、應用范圍語廣。因此 ,許多公司都生產(chǎn)高壓大電流達 林頓晶體管陣列產(chǎn)品 ,從而形成了各種系列產(chǎn)品 ,國 們的系列型號分類如表 1所列 ,生產(chǎn) 2000、 2800高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品的公司與型號對照表如表 2所列。在上述系列產(chǎn)品中 ,組高壓大電流負載， 載 ,組高壓大電流負載。美國 國 組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡以及鉗位二極管網(wǎng)絡構成 ,具有同時驅動 7組負載的能力 ,為單片雙極型大功率高速集成電路。以下介紹該電路的構成、性能特征、電參數(shù)以及典型應用。 電流增益高（大于 1000）； 帶負載能力強（輸出電流大于 500 溫度范圍寬（ 85）； 工作電壓高（大于 50V）。 電磁閥； 可控照明燈。 本系統(tǒng)通 過單片機的 果 電器吸合啟動電磁閥，指示燈 于繼電器吸合需要較大的電流驅動，一般的三極管不能驅動，所以使用 當加水時間超過設定值時，單片機將 動蜂鳴器發(fā)聲，同時點亮指示燈 于蜂鳴器工作電流較大，需要用三極管對電流進行放大。具體的電路如圖 9所示。 學院畢業(yè)設計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設計 19 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2011- 11- 29 S he e t F i l e : D : 新建文件夾 S he e t H D O C D r a w n B y :I N 11I N 22I N 33I N 44I N 55I N 66I N 77O U T 116O U T 314O U T 413O U T 512O U T 611O U T 710O U T 215C O N 20030