太阳能热水器控制器设计

西华大学课程设计说明书说明书太阳能热水器控制器设计摘要：针对目前家用太阳能热水器功能单一、操作复杂、控制不方便等特点，本文提出了一种新型的太阳能热水器控制系统设计方案。根据太阳能热水器对控制系统的要求以AT89C51单片机为检测控制核心,设计了一种太阳能热水器智能控制器.该控制器具有时间、温度、水位设定与控制功能,及良好的抗干扰性能.关键词：太阳能热水器、传感器、实时时钟、单片机Abstract:Inviewofatpresenthomeusesolar-poweredwaterheaterfunctionsole,theoperationcomplex,thecontrolnotconvenientandsoonthecharacteristics,thisarticleproposedonekindofnewsolar-poweredwaterheatercontrolsystemdesignproposal.Accordingtothesolar-poweredwaterheatertothecontrolsystemrequesttakeat89C51monolithicintegratedcircuitastheexaminationcontrolcore,hasdesignedonekindofsolar-poweredwaterheaterintelligencecontroller.Thiscontrollerhasthetime,thetemperature,thewaterlevelhypothesisandthecontrolfunction,andgoodresistancetointerference.Keywords:SolarWaterHeater、Sensor、Realclock、SingleChipMicrocomputer(SCM)西华大学课程设计说明书说明书目录1前言...........................................................11.1本设计的目的和意义............................................11.2控制系统设计要求..............................................11.3本设计实现思路及方法..........................................12总体方案设计..................................................22.1方案一........................................................32.1.1系统的组成及原理..........................................32.1.2系统框图...................................................42.2方案二........................................................42.2.1系统组成及工作原理........................................42.2.2系统框图.................................................52.3方案选择......................................................53单元模块设计....................................................63.1单片机概述...................................................63.2水位检测模块..................................................73.3温度检测模块..................................................83.4键盘模块......................................................93.5显示模块......................................................93.6器件介绍.....................................................103.6.1AT89C51单片机.............................................103.6.2数码管显示................................................114软件设计.....................................................124.1主程序流程图.................................................124.2温控进水程序.................................................134.3温度显示子程序...............................................144.4键盘处理程序.................................................155系统调试与原理图................................................166总结与体会.....................................................177参考文献.......................................................18附录1：.........................................................19附录2：.........................................................201西华大学课程设计说明书说明书1前言1.1本设计的目的和意义本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。本装置电路简单、实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目。可广泛应用于家庭生活对太阳能热水器的水位显示与水温控制。具有良好的市场前景。1.2控制系统设计要求1、能够根据水位和水温两个条件控制是否需要进水，每次只进整个水箱的四分之一水量，也可以在手动状态下自由进水（上满时自由停止）或停止进水。2、控制系统具有手动和自动切换功能；3、具有水温和水位显示功能；4、具有进水超水位和超水温报警指示；5、用水时若水温达不到设置值时，可手动起动加热装置，这样可在很大程度上节约电能；6、用水时可自由调节水温；7、控制系统具体管道排空功能，这样防止冬天时因水管内有积水而在夜间冻裂水管。1.3本设计实现思路及方法水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导线）检测；并由四个绿色LED发光二极管显示：若无水则绿灯不亮；若有四分之一储水箱的水亮一盏绿灯；通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取5段显示，也可根据需要进行增减。水温由四个LED数码管显示，前三个数码管显示的为温度最后一个数码管我们只用到了四段码显示为温度的符号C，水温有效值最多可显示为99.9℃。2西华大学课程设计说明书说明书2总体方案设计如图2-1所示，本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制阀、水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成。控制器：主要通过里面的电磁阀控制YV1和YV2的通断，控制水温检测传感器检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制电阻加热丝加热。自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。手动控制阀：当自动阀损坏时，可以通过手动阀进行上下水。水位检测电极：主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五个电极，接地的电极放在最水箱的最底下，其余分别放在四等分点上，比如当水箱中的水在第一等分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当超过第二等分，则显示二分之一的水。水温检测传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度。电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。本控制系统分为手动和自动两种控制方式，在系统处于自动状态下，当检测温度高于设置温图2-1系统组成示意图3西华大学课程设计说明书说明书度，且水位未达到最高时，控制器打开电磁水阀YV1和YV2进行上水，同时点亮上水指示灯，当水位上至上一目标水位时，自动停止上水（即关闭电磁水阀YV1和YV2），若水箱内无水，则自动上水至最低水位处。在系统处于手自动状态下，可自由上水或停止上水（上水时水箱水位必须未满），若水位达到最高则自动停止上水；若需要启动加热器则必须先设定加热温度，然后按下加热键进行加热；若需洗浴时，则需打开手动阀YV4，系统自动打开电磁水阀YV2，可通过YV5自由调节水温；当电磁水阀YV1和YV2损坏或停电时，可通过打开YV5和YV6进行上下水解决燃眉之急；此系统设置YV3是为了防止冬天气温过低引起水管因内有积水而冻裂（即手动打开此阀放完水管中的积水）。2.1方案一2.1.1系统的组成及原理（1）智能控制系统采用MCS-5l单片机为中心控制单元。由于系统运算量不是大，没有太多的中间数据需要处理、保存，使用AT89C51已完全能够满足要求。系统的硬件电路包括：控制器实时时钟接口电路、蓄水箱温度和水位检测接口电路、设定键和串行显示接口电路、看门狗和复位电路等（2）特点：利用单片机实时监测水温及水位。用水时，若日晒水温达不到设定值，单片机控制电加热器自动补温至设定温度间；缺水时能自动上水到设定值。采用外扩EEPROM对设置的参数具有断电保留功能，断电后，参数无须重新设置。该系统具有使用方便、稳定性高。节能等特点，实用性高。4西华大学课程设计说明书说明书2.1.2系统框图图2.1.2热水器微控系统框图2.2方案二2.2.1系统组成及工作原理本系统由温度传感器及调理电路、水位传感器及调理电路、A／D转换电路、液晶显示电路、FPGA控制模块、按键输入和继电器执行部件组成，其中FPGA控制模块是本系统的核心。系统结构如图1所示。(1)液位传感器采用ATSl73型霍尔元件121，若干霍尔元件固定在一个垂直导槽上，浮子带动磁钢沿导槽运动，霍尔元件的输出经电阻网络转换成不同电压，经ADC送入智能控制模块中。温度传感器采用负温度(NTC)型通用热敏电阻，信号经一路ADC送入智能控制部分。(2)FPGA控制部分根据检测到的水位信号、温度信号以及用户的设定或操作，通过必要的逻辑运算，以确定当前应该进行的操作，并通过输出口送至执行部件，进而控制进水阀、加热泵的状态，以实现所要求的控制功能。．在顶层设计中加入了定时器模块和液位、水温信号共同完成控制功能，实现分时段控制，进而实现在自动补水的同时不影响使用热水，在自动开启电加热器补温的同时不造成能源浪费，从而解决了定时补水、加热的问题。AT89C51显示器A/D转换看门狗继电器电磁阀加热控制控制上水时钟控制水量设定温度设定报警装置温度水量检测5西华大学课程设计说明书说明书2.2.2系统框图图2.2.2系统结构示意图2.3方案选择通过比较以上两个方案可知，都能实现太阳能热水器所要求的各种功能：水温测量电路、水位测量电路、显示电路、自动加热上水控制电路等部分，实现对水温和水