江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)
JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
本科毕业设计（论文
基于单片机的太阳能热水器的设计
学院名称： 东方学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 09电子B 姓 名： 朱明明 指导教师姓名： 黄 阳 指导教师职称：
2011年 5 月
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）
江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)
基于单片机的太阳能热水器的设计
摘要
该设计以单片机 STC89C51 为核心，结合单线数字温度传感器 DS18B20 与 LED设计一种数字化、智能化的太阳能热水器控制系统。该系统由主控芯片模块、DS18B20 温度检测模块、LED显示模块、水位检测模块、键盘控制模块和报警模块组成。给出了各个模块地结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图和部分源程序，并结合理论设计进行实物制作。水位以STC89C51单片机检测缺水溢流，实现自动控制，温度检测采用新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，能直接与单片机完成数据的采集和处理。此系统解除了热水器上水时需人工守候和过量溢水的问题，达到了省时、环 保、节水的目的。该系统与传统的机械式控制系统相比较，具有结构简单，抗干 扰能力强，使用方便等特点。
关键词：单片机 STC89C51；温度传感器 DS18B20；智能控制；温度；水位
Based on SCM solar water heater design
Abstract：This design takes monolithic integrated circuit STC89C51 as the
core, ： combining the single digital temperature sensor DS18B20 and LED , to design a kind of digital, intelligent control system of solarenergy water heater.The system consists of main chip module, DS18B20 temperature detection module, LED display module, the water level detection module, keyboard control module, and alarm module . Given to the structure of each module and its working principle, system hardware, schematics, process flow charts, and some source code, and theoretical design of physical production. Water shortage by STC89C51 detection, the realization of automatic control, overflow temperature detection using new programmable temperature sensor (DS18B20), not in need of sophisticated signal regulate circuit and A/D circuit, can work directly with the single-chip commputer completes data collection and processing. The system needs to lift the water heater in Sheung Shui and excessive artificial overflow problem waiting to reach a time-saving, environmental protection, water conservation purposes. The system with the traditional mechanical control systems compared to simple structure, strong anti-interference ability, easy to use and so on.
Keywords：Microcontroller STC89C51;Transducer DS18B20;Intelligence control；temperature；water level
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目 录
目 录 ......................................................................................................................................... 3 前 言 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。 第一章.系统方案设计 ................................................................................ 错误！未定义书签。
1.1水温水位控制系统的设计任务和要求 ........................................................................... 5 1.2系统总体方案的选择 ....................................................................................................... 5 1.3温度传感器的选择 ........................................................................................................... 6 第二章.元器件介绍及硬件电路设计 ........................................................................................... 7
2.1元器件介绍 ....................................................................................................................... 7
2.1.1温度传感器 ............................................................................................................ 7 2.1.2 STC89C51单片机的特性 .................................................................................... 10 2.1.3 LED显示数码管 .................................................................................................. 12 2.1.4集成块74LS07 .................................................................... 错误！未定义书签。 2.1.5键盘 ...................................................................................................................... 15 2.2硬件电路设计 ................................................................................................................. 15
2.2.1温度采集电路 ...................................................................................................... 15 2.2.2 LED显示电路 ...................................................................................................... 15 2.2.3水位监测电路 ...................................................................................................... 16 2.2.4单片机时钟电路 ................................................................. 错误！未定义书签。 2.2.5单片机复位电路 ................................................................. 错误！未定义书签。 2.2.6键盘电路 .............................................................................................................. 18 2.2.7蜂鸣报警电路 ...................................................................................................... 18
第三章 系统软件设计 ................................................................................................................. 18
3.1系统总体软件设计 ........................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.1主程序 ................................................................................................................. 18 3.1.2温度采集处理程序 ............................................................................................. 18 3.1.3键盘程序 ............................................................................................................. 18 3.2操作指引 ......................................................................................................................... 20 3.3系统主程序 ..................................................................................................................... 21 第四章. 实验测试 ....................................................................................................................... 27
4.1 LED显示 ......................................................................................................................... 27 4.2键盘及数字显示结合 ..................................................................................................... 27 4.3整机调试 ......................................................................................................................... 27 第五章. 抗干扰技术设计 ........................................................................................................... 27 5.1 主要抗干扰技术 ............................................................................................................. 28 5.2 提高单片机系统抗干扰能力的主要方法 ..................................................................... 28 第六章 设计总结 ......................................................................................................................... 29 致 谢 ....................................................................................................................................... 31 参考文献 ....................................................................................................................................... 30
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前言
目前，随着太阳能热水器集热管的改进，太阳能热水器的集热效果大大增强，太阳能热水器已经成为百姓家里日常洗澡、取暖、用热水的不可缺少的能源装置。但目前市售的太阳能热水器大部分没有配备全自动水温水位显示及控制仪器， 虽然配有电加热辅助装置， 但都不是自动的， 致使用热水时不知道水温及用水量的多少， 带来许多不便。尤其是在冬天太阳光较弱时不能及时启动电加热器， 只好等几个小时才能洗澡。
由于近年来常规能源的紧缺， 开发和利用太阳能这样的绿色能源有着重要的意义， 它既是可再生能源，也不会污染环境。太阳能热水器也是其中的一大产业，太阳能热水器时存在的问题：不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，须用电等等。现在人们对家用电器的要求越来趋向数字化、自动化、智能化。采用太阳能热水器水温水位测控系统，能解决上述问题。使用户省心，使用方便，智能操控，用户不必作任何操作。随着中国经济的快速发展，国内对能源的需求成几何倍数上升。从国际能源 环境来看，形式并不乐观，世界能源危机日趋严重，所以中国经济要想继续高速、健康的发展，摆脱能源这一“瓶颈”已经变得刻不容缓。太阳能这一取之不尽、 用之不完的新型环保可再生能源必然会成为承担这一重任的首选，所以我国太阳能热转换产业的发展前景是非常广阔的，绿色能源代替传统能源，将成为建设和 谐社会的必经之路！本系统是针对上述问题设计的温度控制系统，由 AT89S52 单片机和一些外围设备，充分运用软件和硬件结合的方法实现了当前水位高度显示、水箱温度显示，以及当水位下降到最低或最高刻度线时自动报警三种主要功能。本系统可使用在水 池，锅炉，水塔等装置上，当水位下降到一定刻度值且大于最低水位值时，可由人工控制水泵立即上水，直至水位到达最高刻度当水位下降到报警刻度时，系统可通过自动上水使水位保持在一定的水位高度。每次上水的最大水位值也可根据环境需要由人工自由设置，上水过程的自动控制省去人工守候环节，节省了大量的人力，带来了工作效益。 从未来的发展来看,以投资少、无污染、节约能源、多功能、智能化为设计目标，将会带来客观的经济效益。
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第一章 系统总体设计方案
随着计算机在各种智能控制系统应用中的不断深入与蓬勃发展, 单片机更以其小巧的外形、较高的性价比、灵活的控制方式广泛地应用在这一领域。文章所介绍的太阳能热水器自动控制系统, 将低价位的单片机引入太阳能热水器中, 以单片机作为核心部件,实时采集温度和水位数据, 并设置报警系统，当水位不符合某一标准时发出报警信号，还有定时提醒加水的电路。本系统实现了多重功能的有机结合和智能控制。
1.1水温水位控制系统的设计任务和要求
该系统为一实验系统，系统设计任务：
设计一个水温水位自动控制系统，控制对象为水箱。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。水位超出或低于限定水位自动报警。
利用STC89C52单片机实现对水温的智能控制，使水温在设定温度下控制温度恒定。利用仪器读出水温，并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度（其方式是加热或降温），而且能够将温度显示在LED显示器上。
系统设计具体要求：
1、采用单片机系统实现上下限温度的控制和报警，并进行温度的实时显示。 2、能够实现上下限温度的设置。 3、要求具有高低水位的控制功能。
1.2系统总体方案的选择
（1）方案一 （如图1-1）此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案采用上下限比较电路，控制精度比较高。这种方法还是模拟控制方法，因此也不能实现复杂的控制算法使控制温度做的更精确。而且不能用数码管显示和键盘设定。
信号采集 信号放大 上限比较 温度预置 下限比较 信号处理 固态继电器 负载 图1-1 模拟电路
（2）方案二 （如图1-2）采用单片机为核心控制器的电路。 单片机电路结构简单、 成本低廉，可靠性高，便于实现各个控制功能。水位由设置在水箱内的四个浮子式微动开关 获得的电信号检测，通过单片机处理送达显示电路显示当前水位。通过组织的改变来实现水位的改变。然后通过模/数转换把信号输入到单片机，获得当前水位显示。水温检测由单片机根据温度传感器（DS18B20）的操作指令和时序，读取温度，并送达显示电路显示当前水温。本设计用两个按键来控制上水的温度。从结构、经济、可操作性等方面来看。
方案论证 方案一是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，
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