太阳能热水器温控上水系统设计 毕业论文.doc
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1、太阳能热水器温控上水系统设计The Design of Temperature Control Water Supply System of the Solar Water Heater 2013 届 电气工程 系专业 自动化 学号 学生姓名 指导老师 完成日期2013年5月27日 毕业设计成绩单学生姓名学号班级专业自动化毕业设计题目太阳能热水器温控上水系统设计指导教师姓名 指导教师职称教授助教评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩:院长(主任) 签字:年 月 日毕业设计任务书题 目太阳能热水器温控上水系统设计学生姓名学号班级专业自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名冯国胜
2、导师职称教授一、主要内容通过单片机AT89C51和温度传感器等一些元器件设计一套能够根据水温水位的控制系统对热水器内的水进行上水以及加热。使水箱水位保持最低警戒水位,不出现空管现象。使水箱内的水保持最低温度,达到随时用水目的。使在日照不够的情况下进行辅助加热,解决日照不足时用水难的问题。二、基本要求(1)选择合适的单片机。(2)通过数字温度传感器和数码管显示器对水温进行测量和显示。(3)对水温和水位信息进行处理,当达到设定值时对水箱内的电加热和上水管路电路进行控制。(4)保证阴雨天的情况下有50度的水使用。(5)设计显示电路、水位测量电路、水温测量电路、加热电路和加水电路。(6)设计报警电路,
3、水位低于最低限时声光报警。(7)设计电源电路,为单片机供电。(8)编写软件程序,实现系统功能。三、主要技术指标(或研究方法)(1)系统供电电源DC12V。(2)单片机选用AT89C51,DIP40封装。(3)温度传感器建议选用AD590。四、应收集的资料及参考文献1 单片微型计算机原理与接口技术 科学出版社2 单片机原理及应用 高等教育出版社五、进度计划第1-2周: 搜集资料,设定方案第3周: 开题报告 第4-7周: 系统设计第8周: 中期答辩 第9-14周: 整理、撰写、编辑论文(打印) 第15-16周: 答辩 教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目太阳能热水器温控上水系统设计学
4、生姓名田宇江学号班级专业自动化一、选题的背景太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能量,来自太阳的辐射能量每年源源不断的提供给地球。人类的发展和自然界的生存都离不开太阳,而现在人类社会的的发展对与能源的需求也越来越大,尤其是那些可持续使用的,绿色的能源。现在社会的能源主要有风能,水能,核能,太阳能等,而太阳能凭借其广泛的分布性和无污染性越来越得到了人们的青睐。 从最简单的日常生活用水来说,人们每天都需要使用热水,用热水洗衣服,洗澡等,而目前,市场上有三类热水器,燃气热水器,电热水器以及运用最为广泛的太阳能热水器。太阳能热水器凭借其简单的安装,简便的使用方法和安全可靠稳定的使用性而被
5、广泛应用于城市和农村。太阳能的广泛应用不仅可以方便人类生活,还能保护环境,为现在的环境极度恶化的社会贡献一份力量。而且太阳能极大优越于燃气,燃煤等能源,减少了对地球的开发,给子孙后代留下了一片蓝天。二、国内外发展状况中国太阳能热利用起源于上世纪70年代。20世纪80年代,由于能源紧张引起国家和社会重视,国内许多科研院所、大专院校开始从事太阳能热利用的研究工作,以平板太阳热水器、闷晒热水器产品为主的一些生产制造企业相继诞生,但发展比较缓慢。从“七五”至“十五”的科技攻关,将一大批科研成果转化为生产力,如:铜铝复合平板太阳集热器、全玻璃真空管太阳集热器及热水器,热管式真空管热水器等,尤其是立式单靶
6、磁控溅射铝-氮铝全玻璃真空太阳集热管技术的成功转化,全面带动了我国太阳能热利用的产业化进程。1996年以前,太阳热水器产品以平板型为主,占70%以上。1996年后,真空管型太阳热水器逐步成为市场主导产品,现已经占到87.5%以上。国外的太阳能应用早于中国,例如美国、日本、法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯特朗勃的专利,法国的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学,则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。因此国内发展太阳能有很大的前景。三、所要进行的主要工作 (1
7、)选择AT89C51型单片机和一些电路元器件组成主控制电路。(2)温度测量电路采用温度传感器AD590组成,用以测量水箱内温度,并通过数码管显示出来。当阴天下雨时,水箱内温度较低时,启动加热模式,对水箱内温度进行加热,并开启加热指示灯,使水箱内温度保持在50摄氏度 。(3)水箱内有水位测量传感器,当水位较低时如水位少于水箱的50%时,启动报警电路,会有红色灯光提醒,同时启动自动上水电路,给水箱上水,当水箱水位达到90%时,关闭上水电路和报警电路。(4)编写软件程序,实现系统功利用protel绘制电路图并形成PCB图,制作出实物;利用C语言或者汇编语言完成软件设计。四、 预期达到的结果太阳能热水
8、器能在阳光下安全稳定的工作,当水箱内水位较低时,低于警戒水位时,会有红色灯光提醒上水。在阴天下雨时,水箱内温度低时,低于30摄氏度,启动加热电路,使水箱内温度保持在50摄氏度。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要在21世纪中,人们越来越认识到环境的重要性,而且目前越来越倡导低碳生活出行,而太阳能凭借其绿色、源源不断的特性被人们所青睐。人们生活中对太阳能应用最广泛的就是太阳能热水器。太阳能热水器随着时代的进步不断进行着改进和优化,本篇论文就设计了一种温控的自动上水的太阳能系统。本文结合太阳能热水器的具体应用,设计了以AT89C51单片机为核心,AD590为温度传感器,ADC0832为转换芯片等元
9、器件为基础的太阳能热水器的智能控制系统,详细描述了它的工作原理和设计方案。而且设计了温度控制电路,水位检测电路,上水电路和温度显示电路,并利用C语言编写了A/D转换程序和温度显示程序,可以直观的观测太阳能水箱的温度和水位。通过系统的控制可以对太阳能热水器进行温度的测量和显示,当温度较低时,可以进行加热,并且对水箱的水位显示,当不到规定水位时,开启自动上水。这样以保证用户的正常的生活热水的使用。关键词:AT89C51 太阳能热水器 AD590AbstractIn twenty-first Century, more and more people come to realize the impo
10、rtance of environment, and now more and more advocate low carbon life trip, and the solar energy with its green, everfount is favored by people. People living in the solar energy is the most widely used solar water heater. Solar water heater with the progress of ongoing improvement and optimization,
11、 this paper designs a temperature control automatic water of the solar system.Combining with the practical application of the solar water heater, design of the AT89C51 single-chip microcomputer as the core, the temperature sensor AD590, ADC0832 conversion chips and other components of solar energy w
12、ater heater based on intelligent control system, describes in detail its working principle and design scheme. And design a temperature control circuit, water level detection circuit, water supply circuit and temperature display circuit, and using C language to write the A/D converter program and tem
13、perature display program. It can be intuitive observation of the temperature of the solar water tank and water level. Through control system to temperature measurement and display of solar water heater. When the temperature is low, it can be heated, and according to the water level in the tank, it c
14、an open the automatically water supply syetem, when it is less than regulation water level. So that to ensure the normal life of the user the use of hot water.Key word: AT89C51 Solar water heater AD590目 录第1章 绪论11.1 太阳能热水器的概况11.1.1 选题的背景和意义11.1.2 国内外研究现状1第2章 系统方案设计2第3章 系统元件选型3 3.1 主要元器件介绍33.1.1 单片机AT
15、89C5133.1.2 数码管53.1.3 AD59063.1.4 ADC083273.1.5 OP078第4章 硬件设计10 4.1 单片机电路10 4.2 电源电路11 4.3 数码管显示电路11 4.4 温度测量电路及加热电路12 4.5 水位显示及上水电路13第5章 硬件制作145.1protel 99 SE简介145.2新建数据库文件165.3原理图设计步骤185.3.1原理图常见错误185.4PCB的制作185.4.1PCB制作的常见错误19第6章 软件部分20 6.1 Keil uVision4软件206.1.1 Keil uVision4的主要功能206.1.2项目的创建和调试
16、21 6.2 主程序22 6.3 水温控制程序23 6.4 温度显示程序24第7章 结论与展望25参考文献26致谢27附录28附录A 外文资料28 附录B 电路原理图39 附录C PCB板图40 附录D 程序41II石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章 绪 论1.1 太阳能热水器的概况1.1.1 选题的背景和意义太阳能是由内部氢原子发生核聚变释放出巨大核能而产生的能,来自太阳的辐射能量。人类的发展和自然界的生存都离不开太阳,而现在人类社会的的发展对与能源的需求也越来越大。现在社会的能源主要有风能,水能,核能,太阳能等,而太阳能凭借其广泛的分布性和无污染性越来越得到了人们的青睐。从最简单的生活用
17、水来说,人们每天都需要使用热水,用热水洗衣服,洗澡等,而目前,市场上有三类热水器,燃气热水器,电热水器以及运用最为广泛的太阳能热水器。太阳能热水器以其简单的安装,简便的使用方法和安全可靠而被广泛应用于城市和农村。太阳能的广泛应用不仅可以方便自己,还能保护环境,为现在的环境极度恶化的社会贡献一份力量。而且太阳能极大优越于燃气,燃煤等能源,减少了对地球的开发,给子孙后代留下了一片蓝天。1.1.2 国内外研究现状中国太阳能热利用起源于上世纪70年代。20世纪80年代,由于能源紧张引起国家和社会重视,国内许多科研院所、大专院校开始从事太阳能热利用的研究工作,以平板太阳热水器、闷晒热水器产品为主的一些生
18、产制造企业相继诞生,但发展比较缓慢。从“七五”至“十五”的科技攻关,将一大批科研成果转化为生产力,如:铜铝复合平板太阳集热器、全玻璃真空管太阳集热器及热水器,热管式真空管热水器等,尤其是立式单靶磁控溅射铝-氮/铝全玻璃真空太阳集热管技术的成功转化,全面带动了我国太阳能热利用的产业化进程。1996年以前,太阳热水器产品以平板型为主,占70%以上。1996年后,真空管型太阳热水器逐步成为市场主导产品,现已经占到87.5%以上。国外的太阳能应用早于中国,例如美国、日本、法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯特朗勃的专利,法国
19、的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学,则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。因此国内发展太阳能有很大的前景。1第2章 系统方案设计系统主要采用的是AT89C51单片机对数据进行处理。温度传感器采集到的数据经过A/D转换电路处理后输入给单片机,单片机接受数据后,运行数码管显示电路。显示温度,同时判断是否开启驱动电路对水箱内进行加热。同时单片机还处理水位监测到的数据,并根据不同的水位输入信号觉定是否开启驱动电路对水箱进行上水。系统结构框图如图2-1所示。(1)时钟电路:为CPU提供时钟脉冲。(2)复位电路:使单片机在工作状态之前所有部件处
20、于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。(3)电源电路:为系统各个部件供电。(4)驱动电路:驱动加热电路和上水电路。(5)传感器检测和A/D转换电路:检测水箱内的水温并将数据放大后输入A/D转换芯片。(6)数码管显示电路:显示水箱内的温度。(7)水位监测电路:监测水箱内的水位。数码管显示时钟电路驱动电路温度传感器器水位监测图2-1 系统结构框图A/D转换水位监测单片机电源模块DC12V2第3章 系统元件选型3.1 主要元器件介绍3.1.1 单片机AT89C51AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read
21、 Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机. AT89C51 提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32 个I/O 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位 1。单片机引脚图如图3-1所示。图3-1 AT89C51引脚图(1)
22、主要引脚功能VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。P2
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