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太阳能热水器温度控制系统设计最终.docx
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目 录
1 绪 论 .......................................... 3
1.1 课题背景
....................................... 3
1.2太阳能热水器
.................................... 3
....................................... 3
1.3设计要求
1.3.1控制要求 ........................................... 3
1.3.2受控对象的数学模型.................................. 4
2 对硬件电路的研究与设计 ......................... 4
2.1 单片机核心简介
.................................. 4
2.1.1 组成框图及内部总体结构 ............................. 4
2.1.2 寄存器和存储器 ..................................... 5
2.1.3 单片机各口及其负载能力、接口要求 ................... 6
2.1.4 MCS—51单片机的引脚功能............................ 9
............................. 13
2.2 对温度传感器的选择
2.2.1 温度传感器的作用 .................................. 13
2.2.2 常用的温度传感器类型 .............................. 13
2.2.3 温度传感器的选择 .................................. 14
2.2.4 DS18B20 详解 ...................................... 15
............................... 20
2.3对显示模块的设计
2.3.1 1602液晶的硬件.................................... 20
2.3.2 1602 指令集 ....................................... 22
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2.4 时钟电路设计
.................................. 23
2.4.1时钟电路方案研究................................... 23
2.4.2 DS1302硬件研究.................................... 24
2.5 系统的输入设备
................................. 26
2.5.1 键盘的设计 ........................................ 26
2.5.2 电源的设计 ........................................ 28
2.5.3 电源方案的确定 .................................... 28
2.5.4 电源的设计原理 .................................... 28
2.5.5 电源的性能要求 .................................... 29
............................. 30
............................. 31
2.6 外部驱动电路的设计
2.7 水位监测电路的设计
2.7.1 水位监测的方案对比 ................................ 31
3 软件设计 ...................................... 33
3.1流程图 .............................. 错误!未定义书签。
3.2程序 ................................ 错误!未定义书签。
附录一电路原理图: .............................. 38
附录二 PROTEUS效果图: .......................... 39
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1 绪 论
1.1 课题背景
太阳能作为一种新能源,它与常规能源相比有三大特点:第一:它是人类可
以利用的最丰富的能源。据估计,在过去漫长的 11 亿年中,太阳消耗了它本身
能量的 2%。今后足以供给地球人类,使用几十亿年,真是取之不尽,用之不竭。
第二:地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤
其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。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
会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。
1.2 太阳能热水器
基于太阳能各种优点,我们应该对其进行充分的利用,在以太阳能为主要能
源的家用电器中,与我们日常生活密切相关的产品就是太阳能热水器。随着太阳
能热水器市场竞争的日益激烈,品牌集中度将越来越高,消费者购买时的品牌意
识也逐步增强,因此太阳能市场的前景还是一片大好。在本论文中,我主要阐述
我对太阳能热水器的一种设计理念。本系统会具有时间、温度和水位三种参数实
时显示和控制功能,而且具有时间设定、温度设定与控制功能。
针对我对太阳能热水器的设计理念,首先我要解决的问题是寻求一款性能优
良的温度传感器来实时对太阳能热水器中的水温进行检测,毕竟消费者所买来的
太阳能热水器是用来洗澡的,因此对于能否放出适宜的温度时至关重要的。其次,
要做较好的安全措施,要对消费者的人身安全负责,这样,我便需要对热水器进
行一定的漏电保护及防止电热丝干烧的措施。对于以上我所提出的问题,我将进
行详细的论述与严谨的思考。
1.3 设计要求
1.3.1 控制要求
(1)要求太阳能热水器温度控制系统具有时间、温度和水位三种参数实时
显示和控制。功能,而且具有时间设定、温度设定与控制功能。
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(2)设计和实现太阳能热水器温度控制器的硬件电路,其中包括数据采集
电路、控制执行电路、显示电路等。
(3)用 PROTEL2004软件对本系统的硬件电路进行绘制和设计。同时做出本
控制系统的 PROTEUS仿真。
1.3.2 受控对象的数学模型
在太阳能热水器系统中,最重要的环节便是温度控制环节,我们首先手动设
置适合人类淋浴的水温,我们对水问控制包括两个方面,即:水温太热,我们需
要多加入凉水进行温度的调节;另一方面是水温太高,而外界的太阳能亮又不能
使水温迅速达到我们的要求,那么就是控制系统自动启动电热丝,对水温进行加
热,因此我们的控制对象有两个,那就是加水和加热。
2 对硬件电路的研究与设计
2.1 单片机核心简介
2.1.1 组成框图及内部总体结构
80C5l内部组成方框图如图 1 所示,内部总体结构框图如图 2 所示。
图 2-1 80C51单片机组成方框图
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图 2-2 80C51总体结构框图
80C51主要包括算术/逻辑部件 ALU、累加器 A(有时也称 ACC)、只读存储器 ROM、
随机存储器 RAM、指令寄存器 IR、程序计数据 PC、定时器/计数据、 I/O 接口
电路、程序状态寄存器 PSW、寄存器组,此外,还有堆栈寄存器SP、数据指针寄
存器 DPTR 等部件。这些部件集成在一块芯片上,通过内部总线连接,构成完整
的微型计算机。下面按其部件功能分类予以介绍。
2.1.2 寄存器和存储器
微处理器中的寄存器是学习指令系统和程序设计中常会接触到的、寄存器是
由触发器组成的,8 位寄存器由 8 个触发器组成,16位寄存器由 16个触发器组
成。MCS—51中的寄存器较多,大体可分为通用寄存器和专用寄存器两类。
图 2-3 微处理器存储器结构
MCS—51存储器配置:微型计算机必须配置一定数量的存储器,但不同的微
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