攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论
1 绪论
1.1 课题背景
目前，中国已经成为世界上最大的太阳能热水器的生产国，年产量约为世界各国的之和，已经有一百多家的太阳能热水器生产厂家。但是与它配套的太阳能热水器的控制器却一直处于研究与开发阶段，当由于天气的原因而光照强度不足的时候，就会给用户带来很多不便；即便热水器具有辅助的加热功能[12]，由于加热的时间不能控制因而产生过烧，导致浪费大量的电能。温度控制采用的是模糊控制，控制器根据天气情况利用辅助加热的装置使蓄水箱内的水温在设定的时间达到设定的温度，从而达到24小时供用热水的目的。太阳能热水器是太阳能的利用中最常见的一种装置，经济的效益明显，正在迅速地推广应用，太阳能热水器能将太阳的辐射能转换为热能
[10]
，供应生产和生活使用。它主要是由平板集热器、
蓄水器与连接管道等部件组成，可以分循环式、直流式和闷晒式。
1.2 课题研究意义
太阳能热水器是环保的、无污染的，人们用着安全放心的。利用的太阳能源，可以大量节约现有的能源，更是以后能源发展的趋势。原有的燃气热水、电热水器，虽然加热的速度比较快，但是所用的煤和气都会对空气造成污染，而且使室内的空气变得不清新，电热水器的功率比较大，对长期使用的一般的家庭来说必定会带来一定的经济上的困难，是一笔不小的开销。而太阳能热水器安全、环保、又经济，而且带有辅助加热功能的热水器，可在全年任何时候使用，设计一个控制器帮助人们了解水的温度、热水器中的水位的高低，使人们清楚的使用。
1.3 国内外研究水平
先前国内外的大多数家庭，使用的只是纯粹的太阳能加热的热水器，还没有其他的智能控制部位，没有太阳的天气中就没有足够的能源能够使水箱中的水加热。其次是对热水器中的水位没有记录，因而人们不能够及时知道水箱中的当前水量，以便补充，缺乏了自动性。如今的大多数家庭的太阳能都装有水位监测、水温测量、显示功能，使用时更加方便。近年来，利用太阳能和其它清洁能源的结合，使太阳能热水器更加的完善，在任何的天气情况下都能够使用到热水。此款热水器由主、从两大系统构成：主系统的特点是在晴朗的天气利用太阳能为热水器加热；而从系统相当于电热水器，它在无光照情况下利用电而辅助加热。它的设计充分利用太阳能丰富免费的资源优势，也同时考虑到在阴天和夜间都无法
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利用太阳能的缺点，充分的发挥了太阳能热水器与电热水器的各自优势[13]。
当今的社会发展日新月异，人们的衣食住行也在不断提高。现有电热型的热水器费用昂贵而且燃气型的不安全性，加上排放二氧化碳污染大气，北方用的煤气取暖造成了城市的空气环境污染，这些是太阳能热水器良好外部的生存环境。太阳能热水器能够克服了上述的缺点，它是绿色且环保的产品。它使用简单而且方便。太阳能热水器顺着时代的发展要求，满足了人们对环保绿色产品的需求。在人类的文明程度日益提高的今天，它是现代的文明社会最佳的选择。应该注意到，特别是集体单位对太阳能热水器的用量很大。
大家都知道，太阳能是取之不尽，用之不竭的，没有污染的巨大的能源。随着世界上的煤、石油、天然气存储量日益的减少，能源的危机已日益增长，环境污染危机已威胁着生态的平衡，太阳能的开发利用课题已提到人类面前。有人预测：二十一世纪的太阳能将由辅助的能源上升为主要的能源。但是由于地区的不同和季节的不同又给太阳能的利用带来的重重困难，有些技术的难点尚未得到突破，产品的造价偏高，所以还没有被人们普遍的使用。
1.4 本课题发展趋势
在太阳能产品的利用中，太阳能热水器的制造在技术的层面是成熟的，同时由于它的能源的消耗比较低、对环境的保护有着重要的作用，而且用水比较安全，所以受到了世界人们的热捧。世界各国太阳能热水器的生产发展速度也很快。例如：澳大利亚的政府规定，在北部的地区新建的房屋必须要设置太阳能热水器，已经有26％的新住宅都安装了太阳能热水器。日本现在每年安装的太阳能热水器将近50万台，计划今后额普及率将更高。有些国家的法令规定所有的新建筑物必须要配备太阳能热水器。
太阳能热水器的推广应用和经济效益据不完全的统计，迄今全国太阳能热水器的累计安装使用总量已经达到300万平方米以上。所以该控制器的设计具有使用时方便、性价比高、工作度可靠、精度高等等特点，为太阳能热水器的进一步的推广具有积极推动的作用。
1.5 本课题研究的主要内容
本设计主要是利用AT89S52单片机为核心，选择适当的传感器作为信号的采
集来源[15]：温度传感器选择数字式的DS18B20。并通过LED数码管来显示温度与水位。要经过几部分的设计来完成：
1LED数码管显示部分的设计 ○2水位采集部分的设计○3温度采集部分的设计○4○
控制加热和上水电路的设计
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从系统需要和研究内容可以看出，本设计需要做的主要工作有：查阅相关资料，了解各部分功能原理。查阅元器件资料，掌握器件工作原理和硬件实现方法。利用电脑仿真，对设计的电路进行模拟检测。
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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 方案的论证与选择
2 方案的分析与选择
2.1 方案的分析
2.1.1方案一
1温度传感器的选择。热敏电阻，它的组成是半导体陶瓷。它与普通的电阻不同，○
它是具有与一般的电阻相反的温度的特性，也就是说当温度升高的时候，它的电阻值减小。它的阻值～温度的特性曲线是一条指数曲线，非线性的比例较大，因而在使用时候要进行线性化地处理。但是改善热敏电阻的特性曲线可以用线性化的处理，但是方式比较复杂。所以，在要求不是很高的一般的应用中，常做出在一定温度范围内的温度和阻值成线性关系的假设，从而简化了计算。使用为了感知温度，给热敏电阻通过恒定电流，电阻的两端就可以测到一个电压，然后通过下面的公式可以求得温度：
T=T0-KVT
T和T0分别表示被测量的温度和电阻的特性有关温度参数；K是与热敏的特性有关的系数；VT为电阻的两端电压。
根据公式，测得的电阻的两端的电压，了解到了参数T0和K，通过这样来计算出电阻所处的环境温度，这样就能把热敏电阻随着温度的变化，变化为电压随着温度的变化。这种设计还需用到A/D转换的电路，而且在测量过程中，由于环境影响更会带来较大的误差。
2水位采集系统的选择。该水位的采集系统是把采集到的信号通过A/D转换器，○
传送到单片机中[14]，如图2.1。
I为恒流源，该电流流过一个电阻产生的压降为IR。当K1,K2??K8均打开时，V0=8IR,现取IR=1V，则V0=8V。当水位上升到Kn处时，浮子推动磁体M移动到干簧管Kn，Kn接通。经过OP缓冲，输出电压V0=(n-1)V。输出端经ADC0809转换后直接输入到单片机。当水位达到最高的位置时候，单片机会控制电磁阀停止向水箱加水，并且在LED显示“水已满”字样。
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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 方案的论证与选择
图2.1 方案一
2.1.2方案二
○1温度传感器的选择。传感器DS18B20，它和微处理器连接时仅需要一采用一条总线，它是由美国Dallas半导体公司生产的数字化温度条口线，即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。全部的传感元件和转化电路都集成在一只形如三极管的集成电路内。我们可采用DS18B20采集温度，然后在LED显示电路上显示。 该设计外围的电路比较简单，只需通过DS18B20进行采集的温度，一个LED显示的电路，软件设计的部分只需要采集温度，再对温度进行转化，最后用显示电路将它显示出来。我们知道，环境对DS18B20的影响不大，同时DS18B20测量的精度稳定并且可用软件设置、接线非常简单，从而节省了单片机数据的串口。 ○2水位采集系统的选择。使用5根不锈钢针置于水箱中5种不同高度的位置上，当某根钢针不接触水面的时候，输出为高电平；当它与水面接触的时候则输出为低电平[11]。它们的输出信号接五个反向器CD4069，经过CD4069反向并且经过74LS244驱动后分别接入89S52单片机的P3.0-P3.4脚。单片机将对这些引脚进行判断之后，在LED上显示相对应的值。显示总分为5档，每档为满水位的20%。
2.2 方案的选择
本设计主要从温度传感器的选择考虑。传统测温的元件有热电偶和热电阻，它们测出的一般是电压，然后转换成对应的温度，这就需要较多的外部硬件的支
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