太阳能热水器控制器设计—毕业设计论文.doc
《太阳能热水器控制器设计—毕业设计论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《太阳能热水器控制器设计—毕业设计论文.doc(53页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1 绪论11 本课题的研究背景 太阳能是地球上取之不尽、用之不竭的最宝贵能源。它在防止和改善大气污染方面,加强对太阳能的研究和利用, 特别是重点发展太阳能热水器有着重大的意义和广阔的前景。太阳能热水器是一种将太阳辐射能转变为热能, 把水逐渐加热的热交换装置, 它是太阳能热利用的基础元件。太阳能的开发利用, 已越来越引起世界人们的注意。由于石油和能源的紧缺, 促使太阳能热水器有很大的发展。日本、法国、澳大利亚等国, 大部分家用热水来自太阳能热水器1。目前市场上太阳能热水器的控制系统大部分都存在着或多或少的缺点:功能单一、操作复杂、控制不方便等。随着人们生活水平的提高和电子技术的发展,这样的太阳能
2、热水器控制系统越来越不适应人们的生活需求,开发一种控制方便,操作灵活的太阳能热水器的控制系统,已经成为当务之急2。 太阳能热水器单片机控制系统就是一种以单片机为控制系统核心的系统,不但其机器性能显著提高,还增加了难以实现的功能,同时也提高了控制的精确度,硬件与软件相互配合实现太阳能热水器工作的智能化和自动化3。 单片机具有集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点,因此在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用设备以及网络技术等方面得到广泛应用4。现今太阳能热水器的控制系统大多都有着功能不全面、操作性复杂、控制不方便等问题,很多控制器只具有温度和水位显示功能,不具有温度控制
3、功能,即使热水器具有辅助加热功能,也可能由于加热时间不能控制而产生过烧,从而浪费电能。本课题设计的太阳能热水器控制系统以AT89S52单片机为检测控制中心单元,不仅实现了时间、温度和水位三种参数显示功能,而且具有时间设定、温度设定与控制功能。控制系统可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度,从而达到24小时供应热水的目的。该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点,提高了我国太阳能应用领域控制水平,具有可观的经济效益和社会效益5。12 太阳能热水器的发展历史和现状1.2.1 太阳能热水器的发展历史 太阳能热水器是利用太阳能集热
4、器将太阳辐射能转变为热能,并用来提高水温的,是目前实际应用最多、技术最成熟的太阳能热利用的一种装置。它不仅可为家庭和机关、旅社、医院等提供洗澡、洗衣、炊事等所需热水(100以下),同时还可用于空调、干燥、农业种植、水产养殖、海水淡化等。太阳能热水器的使用已有近百年的历史,最早的太阳能热水器工业出现在18世纪的美国加州,最原始的太阳能热水器仅是一只漆黑的金属圆桶。随着科学技术的进步,太阳能热水器也随之不断改进,由集热和贮热合为一体逐步改进为集热和贮热部分分开,采用先进的太阳能集热器,先进的保温材料和冬季防冻技术及其他辅助装置等。现如今生产的先进的太阳能热水器已实现了全年运行,大大提高了太阳能热水
5、器的热效率和利用效率。目前,太阳能热水器是可再生能源技术领域商业化程度最高,推广应用最普遍的技术之一。以色列在政府的支持下,有85%的住宅都安装了太阳能热水器。美国有130多万个游泳池都装上了太阳能集热器,成为环保型的太阳能游泳池。近年来,太阳能热水器在我国迅猛发展,从20世纪70年代后期就开始了开发家用太阳能热水器。到20世纪90年代,随着科技进步,环境意识增强和人的生活水平的提高,使中国太阳能热水器的应用获得了巨大动力,以每年25%-30%的速度快速增长。到2000年,全国太阳能热水器总使用面积达2600万平方米。太阳能热水器市场的扩大,使热水器产业也得到迅速崛起和发展,全国有近1000多
6、家生产企业,年总销量达6000万平方米,产量已跃居世界首位,产值60多亿元6。1.2.2 太阳能热水器的发展现状目前国内的太阳能热水器主要是采用的紧凑式自然循环系统,这种系统的特点是制造简单、价格低廉。但如果从太阳能热水器使用的安全、质量、方便以及操作性等方面来看,分离式强制循环系统更能满足人们的要求。而采用分离式强制循环系统时一般都要采用承压储水箱,这样就对热水器的连接部位的强度以及密封性有了一定的要求。平板型集热器一般是金属制成的,集热器与储水箱之间的连接采用的是金属连接,因此可以承受较高的水压,密封性能也较好。而真空管热水器的集热管与储水箱之间的连接一般是用塑料或橡胶来密封,因此在承压及
7、密封方面效果差。另外,如果对太阳能热水器的水质要求较高,那么通常是采用双循环系统,即集热器加热的是导热工质,再通过导热工质把热量传递给水,避免了水在循环过程中被二次污染,保证了水质。在平板型太阳能集热器中,传热介质可以在集热器与贮水箱内的换热器之间无障碍地流动,通过换热器去加热贮水箱内的水,完成系统的双循环,这一点也是平板太阳能热水器明显的优势之处7。根据我国所处的地理环境,太阳能热水器平均每平方米每年可节约的能源折合100-150公斤标准煤。由此可见,在如今资源短缺,环境恶化的现实中,太阳能热水器的推广和应用,将在节约常规能源,减少环境污染和人类社会可持续发展方面起到不可忽视的重要作用,具有
8、极大的发展前途8。在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展,世界能源的日益紧缺、油价的不断攀升和居民生活水平的高和洗浴舒适度要求提高的今天,世界各国都在寻求新的能源替代战略,以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势,成为关注重点。在太阳能产业的发展中,太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的9。今后,太阳能热水器将会向更节能、更高效、更环保等方向发展。13 本课题的研究目的和意义当今计算机技术在飞速发展,微机应用日益普及深入,微机在通信自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。嵌入式计算机系统是以应用为中心,以
9、计算机技术为基础,软、硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功效等严格要求的专业计算机系统。其最初应用是基于单片机的。单片机小巧灵活,成本低,易于产品化。它面向控制,能针对性的解决从简单到复杂的各种控制任务10。太阳能热水器使用方便,节能,无污染,普及推广迅速。它是人们日常生活中不可或缺的家用设备,提高居民的生活质量起了不可替代的作用。随着科学技术的发展,人们对太阳能热水器的控制功能的要求也越来越高。目前市场上太阳能热水器的控制系统大部分都存在着或多或少的缺点:功能单一、操作复杂、控制不方便等。随着人们生活水平的提高和电子技术的发展,这样的太阳能热水器控制系统越来越不适应人们的生
10、活需求,开发一种控制方便,操作灵活的太阳能热水器的控制系统,已经成为当务之急11。本文设计了一种以单片机AT89S52为核心的太阳能热水器控制器,本设计具有很强的实用性,用成本低廉的器件以单片机技术对太阳能热水器的温度、水位和时间的显示和控制,并且本设计电路简单、实用性强、性价比高、控制灵活、显示直观醒目,可广泛应用与家用太阳能热水器。2 总体方案21 设计要求本设计以AT89S52单片机为太阳能热水器控制系统的核心,分为单片机时钟电路、单片机复位电路、温度检测电路、水位检测电路、实时时钟电路、键盘电路、显示电路、报警电路等模块。本系统处于监控状态时,具有以下功能:1、利用数码管显示温度和时间
11、;2、利用发光二极管显示水位;3、当水位较低时自动上水,水满时自动停止;4、当温度低于下限温度时自动加热,温度达到上限温度时自动停止加热;5、通过按键实现手动加热、手动加水、时间显示以及设置时间、上限温度和下限温度;6、清晨自动上水。22 总体设计本设计控制系统中水温利用温度传感器DS18B20读入温度数据,在数码管上显示两位数据。水位采用三个电极,一个是电源负极,当电极接触到水后,由于水的导电性,使得两外两根导线也是低电平,从而使三极管导通,P3.6和P3.7是低电平,当两根导线不接触水的时候,输出是高电平。通过P3.6 和P3.7引脚电平高低情况来控制发光二极管点亮的数目,从而来指示当前的
12、水位。当水位比较低的时候,红灯亮,水位在中间的时候,红灯和黄灯亮,当水位高的时候三个灯都亮。时间通过时钟芯片DS1302读取时钟数据,然后在四位数码管上显示时分。控制加热装置和加水装置分别由两个继电器控制,继电器采用三极管驱动。 本系统采用8个独立式按键,按下S1键单片机复位;按下S5键可实现手动上水功能,水满自动停止;按下S6键可实现手动加热功能,温度达到上限温度值自动停止加热;S2为温度调整键,按一次可调整报警上限温度值,按两次可调整报警下限温度值,按三次数码管恢复到正常温度显示;S8为时间调整键,按一次调整分,按两次调整时,按三次确定和保存时间;S3、S4是温度时间加一和减一操作键;按下
13、S7键切换温度和时间显示。系统组成框图如图1所示。温度显示 A T 8 9 S 5 2报警电路水位显示键盘电路加热器继电器温度传感器水位检测电路加水电磁阀继电器水箱时钟芯片 图1 系统组成框图3 软件设计系统软件的设计采用模块化的结构。太阳能热水器控制系统程序主要由主程序、延时子程序、温度读取子程序、温度显示子程序、时间读取和显示子程序、扫描键盘子程序、报警子程序构成。31 主程序设计本控制系统的主程序是本设计的总控制程序,以AT89S52单片机为核心实现对太阳能热水器水位和水温的检测与显示。主程序首先完成系统初始化设置,然后根据存储的键盘状态和检测的水温、水位等状态信号进行相应的处理。系统正
14、常运行时,首先读取水温和水位,然后显示温度和水位,系统会根据显示的水温值和水位值判断是否要进行自动加热和自动上水操作。当检测到的实际水温小于设置的下限温度时,加热指示灯亮,继电器工作进行加热,水温到达上限温度时停止加热;当检测到水位较低时,加水指示灯亮,继电器工作进行加水,水位达到最高时停止加水;通过扫描按键来进行相对应的按键操作。主程序流程图如图2所示。NYYN自动加水YN水位低?Y自动加热显示温度、水位温度下限?读取温度、水位、时间N系统初始化扫描按键开始水位最高?温度=上限?图2 主程序流程图32 延时子程序设计 延时子程序是用来实现数码管显示和扫描按键的延时,num值不同,延时的时间也
15、不同,具体程序如下:void Delay(uint num)while( -num );33 温度读取子程序设计读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换,转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后,数据格式以0.062 5 /LSB形式表示。当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,直接将二进制位转换为十进制;当S=1时,表示测得的温度值为负值,先将补码变换为原码,再计算十进制
16、值。DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量,数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,并以0.0625LSB形式表示。DS18B20的操作协议是:初始化发ROM功能指令发存储操作指令处理数据。YY发18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作CRC校验9字节完?CRC校验对?移入温度暂存器结束NN图3 读温度流程图34 温度显示子程序设计7段LED数码管是利用7个LED(发光二极管)外加一个小数点的LED组合而成的显示设备,可以显示09等10个数字和小数点,这类数码管可以分为公阴极与共阳极两种,共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同的结点,而每个 LED的阴极分别为a
17、,b,c,d,e,f,g及dp(小数点);共阴极就是把所有LED的阳极连接到共同的结点,而每个 LED的阳极分别为a,b,c,d,e,f,g及dp(小数点)。根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动:每个数码管的每个段都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码的二十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多。动态显示驱动:动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码
18、管会显示出字形,取决于单片机对位选通控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形12。本设计采用共阳型数码管,灯的负极依次接到数码管的a-f段,采用动态扫描电路,数码管编码说明,如1表所示。温度显示流程图如图4所示。表1 控制命令表P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0eddpcgbfa00010100028H111101011EBH20011001032H310100010A2H411100001E1H510100100A4H60010010024H711101010EAH80010000020H910100000A0HH0110000161
19、HL001100013DH-11110111F7HC001111003CHDS18B20读取数值显示个位结束数码管位选、段选显示十位图4 显示子程序流程图35 时间读取和显示子程序设计DS1302内部主要包括实时时钟、输入移位寄存器、31字节静态RAM、电源控制部分、命令控制逻辑、振荡器和分频器等部分。DS1302控制字:控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。位6:如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;位5至位1(A4A0):指示操作单元的地址;位0(最低有效位):如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。控制字总是从最低
20、位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位(0位)开始。同样,在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据也是从最低位到最高位。 DS1302时序:CE输入驱动高时启动所有的数据传输。CE输入有两个功能。首先,CE打开控制逻辑,允许访问的移位寄存器的地址/命令序列。其次,CE提供了一个终止单字节或多字节数据传输方法。一个时钟周期是由一个下降沿之后的上升沿序列。对于数据传输而言,数据必须在有效的时钟的上升沿输入,在时钟的下降沿输出。如果CE为低,所有的I/O引脚变为高阻抗状态,数据传输终止。对
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 太阳能热水器 控制器 设计 毕业设计 论文
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3941511.html