太阳能热水器控制器设计-太阳能热水器控制器

XX职业技术师范大学本科生毕业设计

太阳能热水器控制器

Heater controller of solar water

专业班级：应电0814班 学生姓名：XX

指导教师：XX 讲师

系 别：电子工程学院

2015年6月

摘 要

太阳能是取之不尽，用之不竭的新能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机也越来越严重。环境污染给人类带来了很大的麻烦，人们已经认识到开发利用太阳能的重要性。在太阳能利用技术中，太阳能热水器是比较成熟、造价比较低廉的产品，它为人们提供安全可靠的热水。目前，市场上的太阳能热水器品牌相当繁多，他们各有各的优缺点，这就使得太阳能热水器的开发创新仍然会持续下去。

太阳能热水器控制器是太阳能热水器的核心。技术的进步与创新让热水器的控制系统的功能更加强大。本次设计选用AT89S52单片机对控制系统进行数据处理；通过设置不同的按键控制不同的功能；选用DS18B20数字温度传感器实现对温度的采集；选用超声波测距模块实现对水位的检测；本次设计通过按键实现上水与排水；通过5V蜂鸣器实现过水位与过温度的报警；通过LCD12864液晶显示实现对相关数据的显示功能。

关键词： 太阳能热水器控制器；AT89S52单片机；LCD显示

I

ABSTRACT

Solar energy is inexhaustible new energy. As the coal, oil, gas in the world of reserves dwindling, the energy crisis has become increasingly serious. Environmental pollution brought to mankind a lot of trouble; people have realized the importance of development and utilization of solar energy. Utilization of solar energy technology，solar water heater is a relatively mature relatively technology low cost products, which provide people with safe and reliable hot water. Currently, the market for solar water heater brand quite numerous. They each have their own advantages and disadvantages, which make the development of innovative solar water heaters will still continue.

Solar water heater controller is the core of solar water heater .Advances in

technology and innovation to the water heater control system more powerful. The design of the control system used AT89S52 microcontroller for data processing; by setting different buttons control different functions; optional digital temperature sensor DS18B20 realize the temperature of the collection; optional ultrasonic ranging module to achieve the level of detection. The design through key achieve to increase water and drainage; buzzer 5V realized through water and over-temperature alarm; achieved through LCD12864 display function of the relevant data.

Key Words：Solar water heater controller; AT89S52; LCD12864

II

目 录

1 引 言 .......................................................... 1

1.1课题背景 .................................................... 1 1.2 课题的研究内容 .............................................. 1 1.3 研究的目的及意义 ............................................ 2 2 系统硬件电路的设计 .............................................. 3

2.1系统构成 .................................................... 3 2.2 AT89S52单片机及最小系统 .................................... 3

2.2.1功能特性描述 .......................................... 3 2.2.2单片机最小系统 ........................................ 4 2.2.3 AT89S52单片机主要性能 ................................ 4 2.3 直流稳压电源的设计 .......................................... 5

2.3.1桥式整流电路 .......................................... 6 2.3.2滤波电路 .............................................. 6 2.4 12864液晶显示电路 .......................................... 7

2.4.1 12864液晶显示模块工作时序 ............................ 8 2.4.2单片机与12864液晶的硬件连接 .......................... 8 2.5 DS1302时钟模块 ............................................. 9 2.6 温度采集模块 ............................................... 10 2.7 超声波测水位部分 ........................................... 12

2.7.1超声波测水位的基本原理 ............................... 12 2.7.2超声波测水位的优缺点 ................................. 14 2.7.3测量盲区 ............................................. 14 2.7.4超声波的基本性质 ..................................... 14 2.7.4超声波测距模块内部结构图及实物图 ..................... 15 2.8水位、水温控制部分 ......................................... 16 3 软件部分的设计 ................................................. 19

3.1温度检测程序设计 ........................................... 20 3.2水位检测程序设计 ........................................... 21 3.3显示程序设计 ............................................... 21 3.4按键程序设计 ............................................... 22 结 论 .......................................................... 25 参考文献 ......................................................... 26

III

致 谢 ......................................................... 27 附录一： 电路原理图 .............................................. 28 附录二： 程序 .................................................... 29

IV

天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计

1 引 言

1.1课题背景

随着全球人口和经济规模的不断增长，旧能源使用带来的环境问题和社会问题逐渐为人们所认识，“低碳经济”的概念已经深入人心。鉴于旧能源使用出现的问题，人们开始大力发展太阳能等新能源产业。太阳能等新能源利用是节能的重要措施。太阳能热水器可以每天为我们提供大量热水，并且大大节约了电能，太阳能热水器已经越来越多地进入我们的生活。

目前，全球出现了各种各样的能源问题，首先地球上的可利用的资源有限，从长远来看，全球已探明的石油储量大约可持续50年，天然气也只能再延续60年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能持续二三百年；然后是环境污染问题，旧能源带来的环境问题对人们的影响已经越来越显著；再就是温室效应引起的全球气候变暖等旧能源引起的种种问题。要解决这些问题，需要人们开发新能源。

太阳能具有以下特点：（1）能量是无尽的，太阳每秒钟释放的能量大约是1.6×10的23次方千瓦，一年内到达地球表面的太阳能总量相当于约1.892×10的13次方千亿吨标准煤的燃烧能量。（2）太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。(3)开发利用后几乎不产生任何污染。鉴于此，太阳能必将在世界能源结构转换中担纲重任，成为理想的旧能源替代者。

在世界范围内，太阳能热水器技术已经比较成熟，并且已经形成了比较普遍的太阳能行业，正在以优良的性能不断的冲击电热水器市场和燃气热水器市场。到目前为止太阳能热水器已经取代了大多数的家用电热水器；我国的太阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。

1.2 课题的研究内容

本设计采用AT89S52系列单片机作为中央处理器，采用12864液晶显示模块，温度传感器温度采集模块，键盘模块，水位采集模块，1302时钟模块，电加热模块，以及水位温度参数设置模块。本设计通过控制单片机编程来完成对时间温度和水位的显示功能，并能够设定时间、温度等。基本实现的功能目标为：

（1）显示水温和水位，电加热水温可任意设定； （2）显示时间，可通过键盘设置时间参数；

1

天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计

（3）设置温度参数后，自动控制电辅助设备加热。

本设计以AT89S52单片机作为中央处理器，采用键盘输入加热时间，水温设置等要求，利用温度采集模块和水位采集模块对热水器中的水温和水位信息进行采集，这些信息由单片机数据处理模块进行处理，一旦水温达不到预设的水温要求时便会启用电加热模块，对水进行加热，并将水温显示在显示模块上，而当水温达到设置要求时便会触发报警模块，并同时停止加热。而如果在这个过程中水位没有达到预设时的要时热水器也会进行注水，直至预设时的水位后停止注水。

1.3 研究的目的及意义

能源问题与安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一。选择太阳能热水器这个课题，符合能源领域倡导的可持续发展。根据目前的能源现状，以及各国在节约能源上的措施，太阳能的运用技术也必将会出现革命式的进步。到目前为止，太阳能热水器已经走进千家万户，而控制系统是太阳能的核心。本次设计尽可能做到节能环保，符合市场上主流产品的应用和想法。通过本次设计不仅可以考察自己大学四年的专业课的理论与动手实践能力，也认识了太阳能领域的相关知识。

目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器具有温度和水位显示功能，却不具有温度控制功能，致使热水器阴天的时候不能方便使用。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。本文设计一个太阳能热水器的控制器，主要是为了通过对太阳能热水器控制部分的制作，清楚的认识太阳能等新能源的重要作用，以及其简单有效的能源利用能力。对太阳能热水器控制器的研究，让我看到了可持续发展的希望。

2