无锡城市职业技术学院
毕业设计论文
太阳能热水器监控仪设计
系 电子信息工程系 专业 应用电子
姓名 于冬晨
班级 应电3 学号 0901123113
指导教师 柳亚平 职称 设计时间 2012.1.31－2012.4.6
目录
无锡城市职业技术学院毕业设计（论文）
摘 要 ............................................................. 3 第一章 总体设计 .................................................... 4
1.1 系统设计方案论证 ............................................ 4
1.1.1 设计方案 ............................................... 4 1.1.2设计要求 ............................................... 4 1.2 总体设计及其工作原理 ........................................ 4
1.2.1 工作原理 ............................................... 4 1.2.2 太阳能热水器的结构 ..................................... 5 1.2.3水位报警控制电路设计 ................................... 8 1.2.4电源设计 ............................................... 9
第2章 控制器硬件设计 ............................................. 10
2.1控制器原理框图 .............................................. 10 2.2单片机外围电路 .............................................. 10
2.2.1上电复位电路 .......................................... 11 2.3控制器时钟接口电路设计 ...................................... 11
2.3.1 DS12887时钟芯片简介 .................................. 12 2.3.2 时钟电路 .............................................. 19 2.4温度检测电路设计 ............................................ 20
2.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性 ........................ 21 2.4.2温度检测电路设计 ...................................... 22 2.5水位检测及键盘电路设计 ...................................... 22
2.5.1水位检测电路设计 ...................................... 22 2.5.2总体电路设计 .......................................... 23 2.6显示电路设计 ................................................ 23 2.7光电隔离与辅助加热电路设计 .................................. 24 第3章 控制器的软件设计 ........................................... 28
3.1主程序设计 .................................................. 28 3.2水位检测子程序设计 .......................................... 29 3.3键盘扫描子程序设计 .......................................... 30 3.4显示子程序设计 .............................................. 30 第4章 结 论 ..................................................... 32 参考文献 ........................................................... 33 致 谢 ............................................................ 34 附录1 电路图 ...................................................... 35
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太阳能热水器监控仪设计
摘 要
本课题的目的是结合太阳能热水器的具体应用，设计一种用于太阳能热水器的检测控制系统，以更好的实现对太阳能热水器的监控与控制。太阳能热水器作为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。根据太阳能热水器特点以及对控制器的要求，本文提出了一种基于单片机AT89C52的太阳能热水器智能控制器的设计方法。
本文在分析了解太阳能热水器及其控制器的发展和市场分布状况的基础上，描述了太阳能热水器控制器的组成及其工作原理。论文完成了控制器的硬件设计和软件设计。在硬件设计中，利用AT89C52单片机作为控制的中心环节，控制整个系统运作。利用温度传感器DS18B20和分段式水位传感器作为水温水位测量环节，并将测量结果送单片机进行处理。利用DS12887作为时钟芯片，以实现时间以及日期的显示。选用液晶显示模块12864显示水温水位时间及日期，显示部分是人机交换的重要媒介之一。在软件设计部分采用模块化结构，完成了包括主程序，水位检测子程序、LCD显示等子程序的设计。系统主程序主要完成一些初始化功能，温度的检测以及控制辅助加热系统，同时完成信号转换及送显示功能；水位检测子程序完成水位测量及送数据功能；显示子程序完成水温水位及时间日期的显示功能。
论文通过对整体设计方案，硬件电路，软件程序的设计分析，实现了太阳能热水器的水温水位的检测与控制，具有实际的意义。
关键词：太阳能热水器；传感器；DS12887；单片机； FYD12864-0402B
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无锡城市职业技术学院毕业设计（论文）
第一章 总体设计
1.1 系统设计方案论证 1.1.1 设计方案
方案一：基于FPGA的太阳能热水器控制系统
本方案利用EDA技术和VHDL语言，设计了基于FPGA的太阳能热水器控制系统，实现了系统的硬件电路及相关配套软件，使系统能够完成太阳能热水器温度、水位参数的采集和对采集数据实时记录、处理、分析、显示和控制等功能
方案二：基于CPLD的太阳能热水器控制系统
本方案以Altera公司的EPMl270芯片作为数据处理器，将外界各种电路检测得到的环境信息进行综合处理和分析，智能化地解决太阳能热水器日常使用中普遍存在的问题。
方案三：基于89C52单片机的太阳能热水器控制系统
本方案以89C52单片机为核心控制整个系统，选用合适传感器及接口，显示电路，实现太阳能热水器的温度，压力，时间检测与控制。另外，该系统为点加热系统，在阳光不足的情况下实现辅助加热。
综合三个方案的优缺点，从现实可行性，经济条件以及个人知识掌握情况考虑本设计选用第三种方案。 1.1.2设计要求 1.有4级水位控制
2.具有温度监测及显示的功能 3.具有水位显示的功能 4.具有自动上水的功能 1.2 总体设计及其工作原理 1.2.1 工作原理
控制器主要由主控制器（即单片机），温度检测单元，水位检测单元以及辅助加热单元组成。各个单元发挥各自不同的作用及功能。外接显示器以及按键作为人机交流介质。
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太阳能热水器监控仪设计
太阳能热水器控制器结构看似复杂，但总结重要部分，得出结构简图如下图1-1所示：
出热水 T1温度传感器 F4热水阀门 F3循环水管阀 T2水位自动控制系统 保温水箱集热器 太阳光 电加热系统 自来水 F2循环水管阀F1冷水阀门
图1-1 控制系统结构简图
在图1-1中，T1代表保温水箱中的温度传感器。T2代表保温水箱中的水位自动控制系统。F1代表冷水阀门。F2代表循环水管阀门。F3代表循环水管阀门。F4代表热水阀门。
工作原理：
不用水时，阀门F1，F4关闭，F2，F3打开，热水在保温水箱和集热器中流动。T1传感器实时检测温度。用水时，阀门F4打开，传感器T2检测水位，当水位低于设定最小值时打开阀门F1给水箱供水。当阳光不足时，温度传感器T1检测水温不在升高且达不到设定值，则发出命令启动从系统进行电加热。整个系统循环运作，可以达到24小时提供热水的目的。 1.2.2 太阳能热水器的结构
现在市场上的太阳能热水器的结构复杂多样，但总和看来，主要有三个部分：1.循环（保温）水箱；2.集热器；3.连接管道。而各个部分发挥了不同的作用：
1.集热器：
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