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二〇一二年六月
基于单片机的太阳能热水器测控仪设计
摘要：如何很好的节约和利用能源，特别是可持续性能源，是人类所面临的重要问题。 太阳能热水器以其廉价、节能的特点，受到广大消费者的青睐，与之配套的控制器设计 问题一直受到人们的关注。
本文提出了一种新型的太阳能热水器控制系统设计方案。本设计采用1^03-51系列 单片机八丁89052作为中央处理器，结合外围电路单元，采用液位传感器、温度传感器 ⑶丁 100〕、辅助加热电路、031302实时时钟、1602液晶显示屏、按键等模块，完成 时间、温度、水位的显示及设定功能。
控制系统可以根据天气情况利用辅助加热装置（电加热器）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。本文主要介绍了单片机太阳能热 水器测控仪的硬件、软件的设计和调试方法等内容。 关键词：太阳能热水器；单片机；控制器；传感器
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目录
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1绪论^1 1.1概述^1 1.2太阳能热水器发展概况及市场竞争分析^2 1.2.1国内外研究现状^2 1.2.2
国内外太阳能热水器发展趋势^3 1.2.3太阳能热水器的市场分析^3 1.3本课题研究的主要内容^4 1.3.1太阳能热水器的组成与工作原理^4 1.3.2太阳能热水器测控仪的设计内容^4 2太阳能热水器测控仪总体方案的设计^6 2.1热水器微控制器系统框图^6 2.2控制器系统主要元件简介^6 2.2.1 单片机八丁 89052^6 2.2.2铂热电阻口丁 100^8
2.2.3 转换芯片 ^00)832 ^9 2.2.4超声波测距仪只03尺04 ^10 2.2.5 时钟芯片 031302 ^11 3硬件设计^13 3.1绘图软件？10化199叱简介^13 3.2控制器各单元模块硬件电路设计^13 3.2.1单片机及其外围电路的设计^13 3.2.2超声波液位传感器电路设计^14 3.2.3时钟电路设计^16 3.2.4温度传感器电路设计^18 3.2.5上水控制电路和辅助加热电路设计^20 3.2.6显示4路设计^21 3.2.7按键接口电路设计^22 4软件设计^23 4.1四扎11^1310^3软件环境^23 4.2程序徽^23 4.2.1系统总流程图^23 4.2.2超声波模块程序设计^24 4.2.3时钟模块程序设计^25 4.2.4温度模块程序设计^27 4.2.5液晶显示模块程序设计^27 4.2.6按键扫描模块程序设计^29 5佩试^31
5.1 ？1016118 简介 ^31 5.2软件调试^31 5.3硬件调试^32 6 雜 ^35 参考纖^36 麵^371绪论 1.1 概述
在资源紧张，环境污染的大背景下，太阳能热水器与传统的燃气热水器和电热水器 相比有着无可取代的优势，因此近几年太阳能热水器得到了蓬勃的发展。然而，目前市 场上的太阳能热水器控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不便等问题。很多控 制器只具有温度和水位显示功能，却不具有温度控制功能，致使热水器在阴天不能方便 使用。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。所以研究智能型太阳能热水器测控仪有着极其深远的意义。
0太阳能节能环保
太阳能作为一种新能源，与常规能源相比，它有三大特点：第一，它是最丰富的能 源，可随时被我们利用。据估计，在过去的11亿年中，太阳只消耗了它本身能量的27。。 因此可足够供给我们使用，可谓是取之不尽，用之不竭；第二，地球上，太阳能就在我 们的身边，我们可以随时就地开发利用，不存在任何运输问题。对于交通不发达的农村、 海岛和边远地区具有更优越的利用价值；第三，太阳能是一种洁净的能源。在开发利用 时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态帄衡。绝对不会造成污 染和公害。
我国目前有13亿人口，3.5亿个家庭，按较低标准每户每天使用6摄氏度热水100 升，从冷水到热水升温45摄氏度计算，共需热量450千卡。折合电量5.2度，折合天然 气0.5立方米。按每度电0.50元，每立方米天然气。40元计算，每天分别需要2.6元（电) 或0.70元〔天然气\\按每月30天计算，分别需要72元和21元，每年分别需要864 元和252元。以上均为仅根据电和天然气热值进行的计算，尚未考虑电热器与燃气热水 器的热转换效率及由于结垢其值肯定会不断下降的影响。根据实际调查，一个家庭用电 热水器，全年的电费消耗约1000元，若使用太阳能热水器，其投资在2000—3000元之 间，两至三年节约的电费即可收回。
2^太阳能的价格趋于帄民化
近几年来，原油价格飞涨，以原油为原料的燃气价格也大幅上涨，燃气热水器的使 用成本大大增加，这给太阳能热水器产业带来了巨大的商机。现在的太阳能热水器越来 越受欢迎。
IV
常州大学本科生毕业设计（论文〉
据北大四季沐歌太阳能热水器经销商家说，近年来的销量比以前同期增长了 一倍。现在，越来越多的消费者认同太阳能热水器。也札因如此，全国各地出现了各种 品牌的太阳能热水器，这也给消费者带来了更多的选择性。
今年的家电市场刮起了一阵节能风暴，节能家电成为一大卖点。太阳能热水器以节 能、安全、价格走低的趋势成为了人们关注的焦点。
3〉安全可靠
使用太阳能热水器没有人身危险，也没有环境污染，而使用燃气热水器有可能发生 煤气中毒事故；使用电热水器有可能发生触电身亡事故。据了解，太阳能热水器不仅能 以907。以上的效率将辐射能转换为热量，更能以近乎1007。的效率保存热水，使用效率 更高。它的确是一种很好的节能型“绿色?产品
1.2 太阳能热水器发展概况及市场竞争分析 1.2.1 国内外研究现状
0国内研究现状
我国太阳能历史可追溯到1958年，在上世纪70年代末起，我国就加大研发与生产 太阳能集热器。1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用 电真空物理的背景，发明了专利是铝一氮化铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单 个铝阴极通过磁控射制备红外低发射率低层、铝一氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化 铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可以在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种 气候。
太阳能热利用产业的发展，在突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术，通过产学研 结合，生产性能价格比较好的介质。
国外研究现状
国际上，太阳能热水器技术己日趋成熟，已达到了工业化生产阶段，作为商品进入 市场，综合起来，国外的太阳能热水器有以下几个特点：
政府重视。它首先表现在政府投资大，譬如美国在78年到81年在太阳能供 热方面
的投资每年都在1亿美元以上。随着投资的增长，太阳能领域里的人员和科研成 果增长的速度也都相应得到了提高。其次表现在各国都根据本国的情况，制订出了能源 政策，比如美国在能源政策和能源法案中，对国家投资、指定太阳能科研规定以及实行 税收优惠等经济措施分别作了规定。
^产品的高档化、大型化。由于国外一些主要利用太阳能国家的经济实力较强, 为了满足社会的需要，其太阳能热水器从设计、制作以及材料等都趋于高档化，而且在 太阳能热水器体统上附加诸如循环泵，专用阀、辅助电加热器等。当然价格也是比较高 的。去年北京举行的国际可再生能源展览会上，澳大利亚送展的一套家用太阳能热水器 售价达400多美元。
但是，从另一方面看，其发展仍不帄衡，一些发展中国家应用较为广泛的仍有不少 是较为低档的太阳能热水器。近年来，印度研究和使用的大都是日本早期产品一一集热 蓄热合一式太阳能热水器。
产品多样化，技术上先进。国外近几年来主要发展的仍是管板式，并对降低 成本，
提高效率和可靠性，以及简化设计和安装程序等都做了大量的研究工作，取得了 显著的进展。
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