《计算机控制技术》课程设计说明书-太阳能热水器温度控制系统的设计.doc
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1、武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 I 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名:学生姓名: 专业班级:专业班级: 自动化自动化 08010801 指导教师:指导教师: 工作单位:工作单位: 自动化学院自动化学院 题题 目目: : 太阳能热水器温度控制系统的设计太阳能热水器温度控制系统的设计 初始条件:初始条件: 设计一个太阳能热水器温度控制系统,实现水温的自动检测及低于某一温度时自动 启动辅助加热装置。同时用户可以自定义加热温度。 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要 求) 1. 构建计算机控制系统的硬件、软件框架,并详细说
2、明理由及思路; 2. 显示水温,电加热水温可任意设定; 3. 设置温度参数后,自动启动电辅助设备加热; 4.说明书撰写格式应符合课程设计说明书统一书写格式 。 时间安排:时间安排: 1.系统框架、控制方案设计,2 天; 2.硬件系统设计,3 天; 3.软件系统设计,3 天; 4.编写设计报告,3 天。 指导教师签名:指导教师签名: 年年 月月 日日 系主任(或责任教师)签名:系主任(或责任教师)签名: 年年 月月 日日 武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 II 摘要摘要 在太阳能热利用技术中,太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品,同在太阳能热利用技术中,太阳能热水器是技术上比
3、较成熟、造价比较低廉的产品,同在太阳能热利用技术中,太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品,同 时给人们提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。时给人们提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。时给人们提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。 目前目前目前, , ,太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段, , ,市面在售的控制器绝大部分市面在售的控制器绝大部分市面在售的控制器绝大部分 只具备温度和水位显示功能只具备温度和水位显示功能只具备温度和水位显示
4、功能, , ,不具备温度水位的自动控制功能。虽然有的控制器配有电加不具备温度水位的自动控制功能。虽然有的控制器配有电加不具备温度水位的自动控制功能。虽然有的控制器配有电加 热辅助装置热辅助装置热辅助装置, , ,但都不是全智能型的但都不是全智能型的但都不是全智能型的, , ,给用户使用带来许多不便。单片机控制系统是对其水给用户使用带来许多不便。单片机控制系统是对其水给用户使用带来许多不便。单片机控制系统是对其水 温与水位的不同进行检测和控制。温与水位的不同进行检测和控制。温与水位的不同进行检测和控制。 本文设计了一个基于集成温度传感器本文设计了一个基于集成温度传感器本文设计了一个基于集成温度传
5、感器 AD590AD590AD590 的温度测试仪设计(的温度测试仪设计(的温度测试仪设计(LCDLCDLCD) ,它的主要功,它的主要功,它的主要功 能是利用集成温度传感器能是利用集成温度传感器能是利用集成温度传感器 AD590AD590AD590 作为传感元件,集成放大器作为放大电路,作为传感元件,集成放大器作为放大电路,作为传感元件,集成放大器作为放大电路,A/DA/DA/D 转换器作转换器作转换器作 为数据采集器件,单片机作为数据处理器件,数码管作为显示器件。设计最终目的为了为数据采集器件,单片机作为数据处理器件,数码管作为显示器件。设计最终目的为了为数据采集器件,单片机作为数据处理器
6、件,数码管作为显示器件。设计最终目的为了 要实现一个能对重量信息进行实时数据采集、处理及显示,并可用键盘设定阈值。要实现一个能对重量信息进行实时数据采集、处理及显示,并可用键盘设定阈值。要实现一个能对重量信息进行实时数据采集、处理及显示,并可用键盘设定阈值。 关键词:单片机关键词:单片机关键词:单片机 太阳能热水器太阳能热水器太阳能热水器 温控系统温控系统温控系统 武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 III 目录目录 摘要摘要II 引言引言 1 1 1 设计目的与要求设计目的与要求 2 1.1 设计目的.2 1.2 设计要求.2 2 2 设计思路设计思路 3 3 3 硬件设计硬件设计 4
7、 3.1 传感器的选择.4 3.2 放大电路.4 3.3 数据采集电路.5 3.4 显示电路.6 3.5 按键部分.8 3.6 加热部分.9 4 4 软件设计软件设计10 4.1 总程序流程设计10 4.2 监控子程序的设计11 4.3 显示子程序的设计11 4.4 键盘扫描子程序的设计12 总结体会总结体会13 参考文献参考文献14 附录附录 1 1:总电路图:总电路图 15 附录附录 2 2:本科生课程设计成绩评定表:本科生课程设计成绩评定表 16 武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 IV 引言引言 在世界范围内,太阳能热水器技术已很成熟,并已形成行业,正在以优良的性能不 断地冲击电
8、热水器市场和燃气热水器市场。2000 年太阳能热水器取代 47000 套家用电热 水器;2000 年日本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。 然而,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。 目前市场上存在三种样式的热水器:电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。近年 来,在一氧化碳
9、中毒事故中,由燃气热水器造成的约占 1/3;电热水器的大规模用电,并 不能给人们的正常生活带来便利,作为后来者的太阳能热水器,因其安全性好、节能、 绿色环保等优点,近几年呈现出爆发式的发展趋势。 选择太阳能热水器这个课题,可以让我更好的认知可持续发展问题,看清目前的能 源现状,以及各国在节约能源上的措施,在太阳能革新上运用的新技术。 武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 2 太阳能热水器温度控制系统的设计太阳能热水器温度控制系统的设计 1 1 设计目的与要求设计目的与要求 1.1 设计目的设计目的 通过本次课程设计使学生初步了解计算机控制技术在生产生活中的应用领域,了解 如何将计算机技术和
10、自动控制理论应用于工业生产过程,并设计出所需要的计算机控制 系统。这是对学生学习计算机控制技术基本功的综合训练。本课程设计以太阳能热 水器温度控制系统的设计为例,运用课程所学内容,进行一次计算机控制系统的设计演 习,使学生具备一定的开发计算机控制系统的能力。 设计过程中会涉及到一些检测,数据转换,数据处理显示等模块,如何选择元器件 以及熟练掌握这些器件的使用也是课程设计的一个目的。 1.2 设计要求设计要求 本课题设计的基于单片机的太阳能热水器在软件程序的控制下完成温度实时显示功 能,并能完成温度设定等功能,具体实现的功能目标为: (1) 显示水温,电加热水温可任意设定; (2) 设置温度参数
11、后,自动控制电辅助设备加热。 武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 3 2 2 设计思路设计思路 为保证一天 24 小时都能提供热水,系统设计思路如下:当日照条件比较好的时候由 太阳能对水进行加热,水自动升温,当用户用水时发现水温过高时可以利用冷热水出水 阀来调节从而降低水温到适宜温度;若日照条件比较差(比如夜晚或者阴雨天)时,CPU 根据数据采集系统采集的数据,当发现水温低于 30 时,自动启动电加热并通过自动控制 使水温恒定。如果当用户用水时觉得 30 不理想,想要更高的水温,这时可以启动手动 加热,设定需要的温度,系统启动电加热装置加热到设定温度并保持恒定。设定温度的范 围控制为在
12、30 至 65 。 数据处 理模块 AT89C52 数码管 显示模 块 温度采 集模块 电加热 模块 键盘输 入模块 图 2.1 系统框图 其中水温采集模块用到 AD590 集成温度传感器; 电加热模块用电阻丝加热,通过继电器控制器开通与关断; 水温由两个 LED 数码管显示,水温有效值最多可显示为 99。 武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 4 3 3 硬件设计硬件设计 3.1 传感器的选择传感器的选择 本此次课设选用的传感器型号是 AD590 温度传感器。AD590 是单片集成两端感温电 流源。它的主要特性有: 1、AD590 的输出电流 I=(273+T)A(T 为摄氏温度),因此
13、量测的电压 V 为(273+T) A 10K= (2.73+T/100)V,即流过器件的电流(uA)等于器件所处环境的热力学温度 (开尔文)度数。式中: I流过器件(AD590)的电流,单位为 uA; T热力学温度, 单位为 K; 2、AD590 的测温范围为-55+150; 3、AD590 的电源电压范围为 4V30V。电源电压可在 4V6V 范围变化,电流变化 1uA,相当于温度变化 1K。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压,因而器件反 接也不会被损坏。 3.2 放大电路放大电路 本设计利用集成温度传感器 AD590,因为其输出电流是以绝对温度零度(-273) 为基
14、准,每增加 1,它会增加 1A 输出电流,因此在室温 25时,其输出电流 Iout=(273+25)=298A。由于一般电源供应教多器件之后,电源是带杂波的,因此我 们使用齐纳二极管作为稳压元件,再利用可变电阻分压,其输出电压 V1 需调整至 2.73V,接下来我们使用差动放大器其输出 Vo 为(100K/10K)(V2-V1)=T/10,如果 现在为摄氏 28,输出电压为 2.8V,输出电压接 AD 转换器,那么 AD 转换输出的数字 量就和摄氏温度成线形比例关系。 武汉理工大学计算机控制技术课程设计说明书 5 温度传感器放大电路图如图 3.1。 图 3.1 温度传感器的放大电路 3.3 数
15、据采集电路数据采集电路 ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器,可以和单片机直接接口。 ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三 态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道,允许 8 路模拟量分时输入,共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量,当 OE 端为高电平时, 才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 在此实验中我们用 0 到 5V 变化的滑动变阻器代替温度传感器的 0 到 5V 电压。 武汉理工大
16、学计算机控制技术课程设计说明书 6 实验电路图如图 3.2 所示。 模拟的电信号由 ADC0809 的 IN0 口进入,进行模数转换得到的 A/D 转换结果 D 为: D=Vo255/5 (3-1) 图 3.2 模数转换电路 3.4 显示电路显示电路 显示部分为两个八段数码管,分时显示当前温度和用户设显示部分为两个八段数码管,分时显示当前温度和用户设显示部分为两个八段数码管,分时显示当前温度和用户设 定的温度值。当用户未设定温度值时,数码管不闪烁,始终显定的温度值。当用户未设定温度值时,数码管不闪烁,始终显定的温度值。当用户未设定温度值时,数码管不闪烁,始终显 示当前温度,当用户设定了温度值时
17、,数码管闪烁并分时显示示当前温度,当用户设定了温度值时,数码管闪烁并分时显示示当前温度,当用户设定了温度值时,数码管闪烁并分时显示 当前温度值和设定的值。当前温度值和设定的值。当前温度值和设定的值。 LEDLEDLED 数码管由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。数码管由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。数码管由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。 右图为右图为右图为 LEDLEDLED 数码管外形和引脚图,其中数码管外形和引脚图,其中数码管外形和引脚图,其中 7 7 7 只发光二极管分别对只发光二极管分别对只发光二极管分别对 图 3.3 八段数码 管 武汉理工大学计算机控制技术
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