單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì).doc

單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方案摘要：針對(duì)目前家用太陽能熱水器功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等特點(diǎn)，本文提出了一種新型的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)太陽能熱水器對(duì)控制系統(tǒng)的要求，以單片機(jī)為中心控制單元，設(shè)計(jì)了一種太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)具有時(shí)間、溫度、水位設(shè)定與控制功能，且具有良好的抗干擾性能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 太陽能熱水器 智能控制在全球能源形勢(shì)緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國(guó)都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢(shì)，成為關(guān)注重點(diǎn)。在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無疑是最為成熟的。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)查，目前市場(chǎng)上所售的太陽能熱水器普遍存在一些不便之處，如：功能單一、自動(dòng)化程度不高、缺少智能化、使用不方便，等等。本文采用單片機(jī)為檢測(cè)控制核心所設(shè)計(jì)的太陽能熱水器微控制器，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、溫度和水位的實(shí)時(shí)顯示。并具有時(shí)間、溫度、水位設(shè)定與控制功能和良好的抗煩擾功能。停電后再來電時(shí)也不用重新設(shè)定，使熱水器的自動(dòng)化和智能化程度提高。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制有軟件與硬件兩部分組成；1、能熱水器通常由集熱器、絕熱貯水箱、連接管道支架和控制系統(tǒng)組成。太陽能集熱器是太陽能熱水器接收太陽能量并轉(zhuǎn)換為熱能的核心部件和技術(shù)關(guān)鍵，其造價(jià)約占太陽能熱水器總造價(jià)的二分之一左右。太附能熱水器水箱是貯存熱水的裝置，其結(jié)構(gòu)、容量、保溫和材料將直接影響熱水器的性能和運(yùn)行的質(zhì)量。2、智能系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)給太陽能熱水器加裝自動(dòng)控制功能，主要是加裝一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和一個(gè)微電腦控制板。本文選用89C5l單片機(jī)為核心控制器，組成熱水器微控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如下圖所示：系統(tǒng)框圖中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過水溫傳感器和水位傳感器分別采集水溫、水位連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，通過TLC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到CPU89C5l中進(jìn)行處理。本系統(tǒng)具有24h定時(shí)和實(shí)時(shí)顯示功能，因此硬件設(shè)計(jì)上必須有一個(gè)實(shí)時(shí)鐘來為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)時(shí)間，在軟件上則要定時(shí)地讀出當(dāng)前的時(shí)間，并同設(shè)定時(shí)間相比以決定系統(tǒng)的工作情況。系統(tǒng)采用美國(guó)達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的DSl2887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，該片主要特點(diǎn)為：斷電情況下運(yùn)行10a以上不丟失數(shù)據(jù)，計(jì)秒、分、時(shí)、日、月、年，并具有閏年補(bǔ)償功能，可用二進(jìn)制數(shù)碼或BCD碼表示時(shí)間日歷和警報(bào)。89C5l通過RXD和TXD采用串行通信方式向串人并出芯片74LSl64發(fā)送顯示代碼。從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間、水位和溫度的顯示。3、智能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件的主要功能是完成對(duì)硬件的控制，時(shí)間，水位和溫度的顯示以及對(duì)采樣信號(hào)、鍵盤指令的處理，系統(tǒng)的軟件部分主要由主程序、鍵盤子程序、顯示子程序等組成。主程序過程如下：開始系統(tǒng)先初始化，接著打開中斷源，調(diào)時(shí)間、水位和溫度的顯示，調(diào)鍵盤和采樣信號(hào)，然后讀溫度水位，接著設(shè)定想要的水位，水位相符后關(guān)閉進(jìn)水閥，如果水位不到則繼續(xù)加水，后再返回到水位調(diào)顯示。開始循環(huán)，水位設(shè)置好后加熱器自動(dòng)加熱，加熱到一定的溫度后關(guān)閉加熱器，如果不到預(yù)置溫度則繼續(xù)加熱后再回到溫度調(diào)顯示，關(guān)閉加熱器后重新調(diào)顯示，接著程序循環(huán)。子程序過程如下：在主程序過程中，如果有鍵盤按下則消除系統(tǒng)內(nèi)的溫度、水位抖動(dòng)，沒有鍵按下則返回主程序，消除抖動(dòng)后再有鍵按下則詢問設(shè)定時(shí)間，設(shè)定好后顯示時(shí)間，再接著設(shè)定水位，設(shè)好后顯示水位；然后繼續(xù)設(shè)定溫度，設(shè)好后顯示溫度。時(shí)間、水位、溫度都不是預(yù)置值時(shí)詢問立即加水，不再加水則返回主程序，時(shí)間、水位、溫度全部設(shè)置好后如果有返回鍵則返回，沒有返回鍵則顯示時(shí)鐘后再返回。設(shè)計(jì)方案因生活用水具有導(dǎo)電特性，所以當(dāng)把探測(cè)器插入水中時(shí)，就構(gòu)成了導(dǎo)電通道，與其相連的發(fā)光二極管就得電點(diǎn)亮，指示出相應(yīng)水位的高低。由于其輸出電壓不定，直接接入單片機(jī)中時(shí)很可能會(huì)損壞單片機(jī)，因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須將其轉(zhuǎn)換成+5V的穩(wěn)定電壓，以用來輸入給單片機(jī)。然后單片機(jī)根據(jù)其輸入，搜索到電壓，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制，最終，等待Sl、s2、s3、S4的輸入，根據(jù)發(fā)光二極管的顯示，可以有以下操作： (1)發(fā)光二極管全部亮，則說明此時(shí)水箱里的水已滿，無需加水，若用戶按了輸入鍵，則程序運(yùn)行，經(jīng)比較，輸入數(shù)值小于或等于OFH，則單片機(jī)會(huì)將程序跳轉(zhuǎn)到加滿閃燈子程序，加滿指示燈則以2HZ的頻率閃爍，閃爍1分鐘，若無其他操作，則跳到結(jié)束位置，程序運(yùn)行結(jié)束。(2)下面三個(gè)發(fā)光二極管亮?xí)r，說明水箱里的水還未滿，則可以根據(jù)天氣當(dāng)前的天氣來決定加不加水，若加水，則按下sl，經(jīng)比較，其輸入值大于07H。電磁閥動(dòng)作，加水，直至水位達(dá)到E，其值為0FH，加滿指示燈閃爍，直至結(jié)束。若按到水位以下所對(duì)應(yīng)的按鈕，則同(1)中所說。(3)下面兩個(gè)發(fā)光二極管亮是，同(2)中所說，只有S1，S2按下時(shí)，電磁閥動(dòng)作，直至到達(dá)對(duì)應(yīng)位置停下。(4)當(dāng)只有下面一位亮?xí)r，只有按下S1，S2，S3有用，按下s4時(shí)電磁閥不動(dòng)作。(5)若無一燈亮?xí)r，則一定要注意，其水已不足，需立即加水，否則會(huì)損壞器件!其控制。電源設(shè)計(jì)：水箱A線路所接電源為220V交流電經(jīng)電容降壓，整流，濾波后的42V直流電(如圖1所示)。單片機(jī)所采用電源為變壓器降壓后的5V電壓。電磁閥通過電源為220V。水位設(shè)計(jì)：測(cè)量水位，為了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易，可以直接利用水(日常用水純度不高)的導(dǎo)電性，只要兩導(dǎo)體與都與水接觸，則電源端的電流通過水這個(gè)導(dǎo)體，從A點(diǎn)傳到B、C、D、E上。當(dāng)B、C、D、E中任一線路導(dǎo)通，均可使發(fā)光二極管發(fā)光，從而可知道水位。然后利用光耦，將輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。水溫設(shè)計(jì)：測(cè)試水溫，為了設(shè)計(jì)能夠簡(jiǎn)單而又易于操作，我們直接應(yīng)用溫度傳感器，只要水溫達(dá)到我們所設(shè)定的溫度是，則發(fā)光二級(jí)管熄滅，太陽能停止工作，當(dāng)水溫不夠時(shí)，則單片機(jī)通過電路控制，打開電路，繼續(xù)供熱，叢而使太陽能應(yīng)用方便安全。結(jié)束語：該智能型太陽能熱水器微控制器具有控制精確、方便的特點(diǎn)，并且易于控制，具有良好的抗干擾性能等特點(diǎn)，且成本低廉，較易被用戶接受。該系統(tǒng)將以其功能強(qiáng)、控制與顯示精度高、可靠性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。【1】杜成龍鐘立肖云NET分布式系統(tǒng)的