基于89C52单片机的太阳能热水器智能控制系统
基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计
三、软件设计
1、初始化程序
在系统开始运行时，需要先对AT89C51单片机的I/O端口和定时器进行初始化。 I/O端口的初始化需要根据实际连接情况设置输入输出模式；定时器的初始化 则包括设定定时器模式、计数值等。
2、循环控制程序
循环控制程序是LED彩灯控制器的核心部分，主要负责实时监控I/O端口的输 入状态，并根据设定值调节LED彩灯的颜色和亮度。在软件中，可以通过嵌套 循环实现不同LED彩灯之间的切换，利用定时器实现动态效果。
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二、设计思路
LED彩灯控制器的主要设计思路是通过AT89C51单片机控制LED彩灯的颜色和亮 度。AT89C51单片机的I/O端口可以用来连接LED彩灯，通过编程控制I/O端口 的输出电压，可以实现LED彩灯的颜色和亮度的调节。同时，可以利用定时器 实现LED彩灯的动态效果，例如流水灯、跑马灯等。
参考内容
随着科技的进步和人们生活水平的提高，全自动洗衣机已经成为家庭和工业洗 涤的必备设备。全自动洗衣机通过机械和电气的配合，简化了人们的洗衣过程， 提高了洗涤效率。为了进一步优化全自动洗衣机的功能和性能，本次演示将介 绍基于STC89C51单片机全自动洗衣机控制器的设计方法和步骤。
在全自动洗衣机中，单片机担任着重要的控制角色。它负责接收用户的操作指 令，如启动、暂停、模式选择等，并根据这些指令控制洗衣机的各个部件，如 进水管、电机、洗涤程序等，实现全自动洗衣的功能。因此，单片机的设计是 全自动洗衣机控制器的核心。
3、AT89C51单片机的选择
AT89C51单片机是控制器的核心部分，需要根据实际需求选择合适的单片机型 号。在本设计中，可以选择常见的AT89C51单片机，该单片机具有丰富的I/O 端口和定时器资源，能够满足本设计的需求。
基于单片机AT89C51控制的热水器设计33249
2.1方案比较方案一设计的太阳能热水器控制系统以89C52单片机为检测控制中心单元，采用DSl2887实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。
控制系统可以根据天气情况利用辅助加热装置(电加热器)使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。
实际应用结果表明，该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。
AT89C52图2-1 系统硬件结构图方案二采用系统的温度采集选用PTl000铂电阻温度传感器，采集到的电压信号经集成运放LM324放大到2.O一5.0伏之间，送入串行加转换器11LCl543N，转换结果由单片机处理，其电路原理如图3所示．设计时将加转换器的参考电压设置为vREF+=5．0V，VREF=1.5V．LM324按照同相比例放大电路连接，则V o=vi*(Rt/R+1)=0.5*(Rt/300+1)．Rt值的变化表示了PtlooO温度传感器温度的变化，每个温度值对应一定的转换结果。
可以在程序中建立一个查找表，表中每个元素的地址即为转换结果，元素值即为所对应的温度值。
图2-2 系统硬件结构图12.2方案选择方案一硬件电路简单，程序设计复杂一些，但是我已经使用开发工具KEIL用汇编语言对系统进行了程序设计，用仿真软件PROTEUS对系统进行了仿真，达到了预期的结果。
由此可见，该方案完成具有可行性，体现了技术的先进性，经济上也没有问题。
根据设计的要求，以及设计的便捷性，综上所述，本课题采用方案一对系统进行设计。
3．单元模块设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计物3.1.1单片机系统设计单片机系统由AT89C52和一定功能的外围电路组成，包括为单片机提供复位电压的复位电路，提供系统频率的晶振。
这部分电路主要负责程序的存储和运行。
上图中MCS-51内部时钟方式电路外接晶体以及电容C5和C6构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。
毕业设计基于单片机的太阳能热水器智能水位水温控制仪的设计
摘要本文设计了一个太阳能热水器智能控制系统。
它以89C52单片机为核心，配合电阻型4档水位传感器、负温度系数NTC热敏电阻温度传感器、8255A扩展键盘和显示器件、驱动电路（电磁阀、电加热、报警）等外围器件，完成对太阳能热水器容器内的水位、水温测量、显示；时间显示；缺水时自动上水，水溢报警；手动上水、参数设置；定时水温过低智能电加热等功能。
其中本文第一章主要说明了太阳能热水器智能控制系统的研究现状和本课题的主要任务，第二章对系统的整体结构作了简单介绍，第三章重点介绍了水位水温测量电路，第四章介绍了时钟电路，第五章介绍了显示和键盘电路，第六章对其他电路作了介绍，第七章是对水位测量电路的硬件调试。
本系统对于水位传感器、水温传感器的电阻数据的处理均采用独特的RC充放电的方法。
它与使用A/D转换器相比，电路简单、制造成本低。
特别适用于对水位、水温要求不精确的场合。
关键词：太阳能，热水器，控制器，89C52，RC充放电IAbstractThis article has designed a intelligence control system for solar-powered water heater. It take the 89C52 microcontroller integrated circuit as the core, the coordinate 4 grades of waters level resistance sensor, the negative temperature coefficient NTC thermistor temperature sensor,the 8255A expansion keyboard and the demonstration component, the actuate circuit (solenoid valve, electric heating, warning) and other periphery component, completes to the water level and temperature measure and demonstrate; the time demonstrate; lack of water automatically upstream, the water overflow warn; fixed time intelligencely electric heat.The first chapter of this article mainly explained the research situation of the solar-powered water heater intelligence control system and the primary mission of this topic. The second chapter has made the simple introduction to the overall construction of the system .The third chapter introduced with emphasis on the water level and water temperature metering circuit.The fourth chapter introduced the clock circuit .The fifth chapter introduced the demonstration and the keyboard circuit,.The sixth chapter has made the introduction to other circuits. The seventh chapter is the hardware debugging of the water level measuring circuit.Regarding the process of the water level sensor and water temperature sensor resistance data this system uses the method of the unique RC electric sufficient and discharging. Compared to using the A/D converter, the electric circuit is simple, the production cost is low. Specially it is suitable for the water level and the water temperature measuring requested unprecise situation.Key word: Solar energy, water heater, controller, 89C52, RC electric sufficient and dischargeII目录摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................... I I 目录 ....................................................................................................................... I II 第一章引言 . (1)1.1 课题的背景意义 (1)1.2 太阳能热水器和其控制器的发展现状 (1)1.3课题的研究内容 (3)第二章太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 (4)第三章水位和水温测量电路硬件设计 (5)3.1 水位测量电路 (5)3.1.1 方案比较选择 (5)3.1.2水位测量电路的具体设计及优化 (8)3.2水温测量电路 (15)3.2.1方案比较选择 (15)3.2.2 水温测量电路的设计及温度计算方法 (16)3.3 水位、水温测量电路的整体设计 (20)第四章显示电路 (21)4.1 方案选择 (21)4.1.1 8255A芯片介绍 (21)4.1.2 8255A在太阳能热水器控制电路中的作用 (24)4.2 显示电路工作原理 (25)4.2.1 8255A显示电路的硬件结构。
基于AT89C51单片机的太阳能热水器控制系统的设计
基于单片机的太阳能热水器控制系统的设计摘要太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。
本文结合实际太阳能热水器的具体应用，在介绍太阳能、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。
这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于单片机的太阳能热水器智能控制器的设计方法，给出了系统硬件设计及软件实现方法。
全文分三大部分。
第一部分包括第一章，描述太阳能的利用和前景发展状况。
第二部分包括第二章，描述太阳能系统组成及工作原理。
第三部分包括第三、四章硬件设计及电路原理和软件设计，分别介绍了一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理，这也是此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。
关键词：太阳能热水器;实时时钟;单片机Design of control system for Solar Water Heaterbased on SCMAbstractSo lar Water Heater is popular with its pretty benefits, Based on author’s real experience on Solar Water Heater design, this article describes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar、Single Chip Microcomputer(SCM).According to the request and characteristic of Solar Water heater for the controller. Providing a design of Intelligent Con- troller for Solar Water heater based on SCM. Sum up a design way of the system’s hardware and software. This article is divided into 3 parts. Part One is Chapter1,including the use and perspective of solar energy. Part Two, including Chapter 2, describing the including and the theory of this solar water heater. Part three, including Chapter 3,Chapter 4: the design of hardware and software、the theory of the circuit. Separately introducing common solar water heater and cycle system, the development and theory of Single ChipMicrocomputer(SCM),which are the basic theory and necessary precondition.Key Words：Solar Water Heater；Real clock；Single Chip Microcomputer(SCM)目录摘要 (I)ABSTRACT (II)前言 (V)第1章绪论 (6)1.1太阳能热水器的发展背景及意义 (6)1.2太阳能热水器的主要功能 (7)第2章：太阳能热水器的组成及工作原理 (9)2.1太阳能热水器组成及原理 (9)2.2主要芯片的结构与特点 (10)2.2.1 AT89C51单片机结构特点 (10)2.2.2 74HC595及74HC138介绍 (12)2.2.3 DS1302实时时钟芯片简介 (13)第3章：太阳能热水器硬件设计 (16)3.1太阳能控制器硬件结构 (16)3.2控制器实时时钟接口电路 (16)3.3温度检测及A/D转换 (17)3.4看门狗和复位接口电路的设计 (19)3.5键盘和显示接口电路的设计 (20)3.5.1 键盘电路 (20)3.5.2 显示接口电路的设计 (21)3.6水位传感器 (23)第4章：控制器的软件设计 (25)4.1主程序设计 (25)结论 (26)参考文献 (27)附录一PCB元件材料 (28)附录二程序 (29)附录三NTC103F3950 温度阻值对照表 (37)附录四原理图及PCB图 (40)英文文献 (42)中文翻译 (48)指导教师评语表 (52)前言随着微电子技术的高速发展，单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。
太阳能热水器自动控制系统毕业设计
太阳能热水器自动控制系统绪论太阳能热水器已经进入千家万户，太阳能热水器给人们的生活或工作提供了很大的便利，但是还存在着很大的不足。
比如夜间用水，太阳能即便有很强的保温设备，但收到外接温差的影响，内部温度还是会下降。
如何实现热水的实时供给，成为一个研究的方向。
本课题根据上述问题，提出解决方案，重在研究自动加热系统，完善太阳能热水器的功能，提高使用性。
本设计使用STC89C52系列单片机作为主节制模块,实现太阳能自动控制系统设计，该系统由八个基本模块组成，实现对太阳能水箱水位、温度的实时检测并报警，通过按键调整时间设置，切换夜间自动加热和手动加热等多种功能。
本设计进行了proteus仿真，验证可行之后，通过软件绘制电路原理图，然后根据电气路焊接实物，在实物上完成所有预期功能。
关键词：单片机太阳能自动控制软件仿真ABSTRACTThe design is designed based on STC89C52 microcontroller to control the smart car automatic tracing system is easy to use, which covers the design of modules and software of automatic tracing smart car hardware on the main part. The smart car automatic tracing system is based on C52 microcontroller based controller core, then the four road to pavement of injection tube of infrared detection system to detect the track, then the signal detected by the real-time feedback transmission for C52 mcu. C52 microcontroller receives the detection signal, compares the relative software according to internal procedures,obtained through the analysis results to control the drive motor running, driving direction which drives rotation control to control the wheels of the car car, allowing the car to travel to their own along the track laying. In this way, the automatic tracing smart car is basically can be completed along the self laying automatic tracing on the track to run.Keywords:STC89C52，Infrared system，Direct-current machine，Auto-tracking目录1概述 (4)1.1本课题的研究意义 (4)1.2本课题研究的应用前景与国内外进展 (4)1.2.1国内wai进展及应用前景 (4)1.2.2本论文的研究目标与研究内容 (4)2 系统总体设计 (4)2.1 系统设计规划 (4)2.2模块方案论证 (5)3 硬件设计 (6)3.1传感器检测模块 (6)3.1.1液位传感器原理与应用 (6)3.1.2水温传感器检测模块 (7)3.2液晶显示模块 (8)3.3单片机 (8)3.3.1单片机晶振模块 (9)3.3.2单片机复位模块 (9)3.3.3单片机P0口上拉电阻 (9)3.3.4最小系统原理图 (10)3.4时钟模块 (10)3.5光耦继电器模块 (11)3.6电源模块 (11)3.7按键模块 (12)4 软件设计 (13)4.1软件架构图 (13)4.2系统设计总流程图 (13)4.3水位检测软件设计 (14)4.4液晶显示软件设计 (15)4.5温度传感器软件设计 (16)4.6时钟模块软件设计 (17)4.7按键扫描软件设计 (18)5测试和分析 (19)5.1测试 (19)5.2性能分析 (20)总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)1概述1.1本课题的研究意义随着科技的进步，太阳能热水器逐步进入千家万户。
基于STC89C52的太阳能热水器控制系统设计
23１、引言太阳能热水器因其具有使用方便、环保、节能等优点，已被越来越多的家庭、学校和工厂的卫浴系统所采用。
介绍了基于单片机的太阳能热水器自动控制系统的组成、硬件设计以及软件编程。
不仅实现了温度、水位和时间实时显示，而且设计了温度预约、水位预约、洗浴时间预约等控制功能；在水位低时自动上水，温度低时自动加热整个系统设计完整，实现了太阳能热水器的自动控制。
２、硬件电路设计系统以微处理器ＳＴＣ８９Ｃ５２为控制核心，采用模块化设计。
硬件结构由模数转换信号放大、ＬＥＤ显示、键盘、智能开关等模块组成。
采用ＴＭＣ水温水位传感器作为信息采集端口，将水温和水位信息转换为模拟电压信号；经模数转换（Ａ／Ｄ）模块ＴＬＣ０８３１将模拟电压信号转换为数字信号，通过串行通讯将数字信号传入微处理器ＳＴＣ８９Ｃ５２；微处理器将接收的数字信号处理，将水温值送到显示模块ＬＥＤ显示。
当水温或水位数值超出报警值时微处理器将发出报警信号驱动蜂鸣器和指示灯工作，同时发出自动加水或加热命令，保持水温和水位都在安全范围。
控制系统框图如图１所示。
２．１ 模数转换、信号放大模块设计为充分利用微控制器ＳＴＣ８９Ｃ５２的资源，设计了单通道分时双转换电路，既利用微控制器ＳＴＣ８９Ｃ５２分时开启水温和水位的电源使模数转换模块ＴＬＣ０８３１有序的进行转换。
为保证数据的精确度，放大模块采用高保真模拟放大器ＬＭ３５８。
其模数转换、信号放大原理图如图２所示。
２．２ 显示模块为保证显示效果，系统采用三位数码管静态显示；利用串行移位寄存器ＭＣ７４ＨＣ５９５接受显示数据和驱动数码管显示，其显示模块原理图如图３所示。
２．３ 键盘模块基于ＳＴＣ８９Ｃ５２的太阳能热水器控制系统设计李和平（娄底职业技术学院 湖南娄底 ４１７０００）摘要：设计一种基于单片机的太阳能热水器控制系统，系统以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机作为处理器，能实时监测热水器水箱内水的水位、温度及系统工作状态等信息，实现了太阳能热水器的智能控制。
基于89C52单片机的智能温控仪设计
第29卷 第3期2008年6月大连交通大学学报JOURNAL OF DAL I A N J I A OT ONG UN I V ERSI TY Vol .29 No .3 Jun .2008 文章编号:167329590(2008)0320091204基于89C52单片机的智能温控仪设计普仕凡1,张丽艳2,李桂林2,郭宇明2,孙灵姗2,郭峰2(1.大连市91550部队230所,辽宁大连116023;2.大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028)3摘要:采用89C52单片机,设计了一种应用于供暖系统的智能温控仪,该温控仪采用DS18B20三引脚的温度传感器和PCF8583时间芯片,可以自动实现不同时间采用不同的供暖温度.详细介绍了该仪表的硬件设计和软件流程,并分析了该温控仪的应用前景.关键词:智能;温控;单片机中图分类号:TP391文献标识码:AD esi gn of I n telli gen t Tem pera ture Con trolM eter Ba sed on 89C52SCMPU Shi 2fan 1,ZHANG L i 2yan 2,L I Gui 2lin 2,G UO Yu 2m ing 2,S UN L ing 2shan 2,G UO Feng2(1.I nstitute 230of Unit 91550,P LA,Dalian 116023,China;2.School of Electrical &I nf or mati on,DalianJ iaot ong University,Dalian 116028,China )Abstract:By adop ting 89C52SC M ,a kind of intelligent te mperature contr ol meter used forheating syste m has been designd .The meter adop ts the three p ins DS18B20te mperature sens orand ti m e chi p t o realize different heating te mperature on different ti m e aut omatically .The struc 2ture of this meter,hard ware design method and corres ponding s oft w are fl ow p r ocess is illustra 2ted in details .Finally,the f oregr ound of the meter app licati on is als o exp lained .Key words:intelligence;te mperature contr ol;SC M电热供暖主要用于我国北方的厂房以及家庭分户供暖.本文针对小区域电热供暖的实际需要开发了该仪器.本温控仪的功能是:①监测暖气管道内的回水温度.②对嵌入到暖气管道内的加热体进行软加电或断电.③24h 内,由用户通过键盘设定三段上限温度、下限温度、起控时间、停控时间.这可以满足供暖系统在白天、夜间、凌晨采用不同的供暖温度.1 智能温控仪组成图1 硬件框图该仪器的硬件框图如图1所示,由89C52单片机[1]、温度传感器(DS18B20)、时钟/日历芯片(PCF8583)、数码管、过零检测、可控硅、RS485、看门狗、键盘输入组成.3收稿日期:2007212208作者简介:普仕凡(1975-),男,工程师,硕士E 2ma il:pushifan@.92 大连交通大学学报第29卷2 软、硬件设计说明2.1 硬件设计本文给出了单片机与温度传感器及时钟/日历芯片的硬件设计说明,而且简单阐述了过零检测电路、可控硅驱动电路、看门狗电路及RS485通讯电路的原理及设计.(1)温度传感器DS18B20 图2 D S18B20与单片机的硬件连接图DS18B20[2]只有一个引脚用于通讯,可提供9～12位的数字温度测量结果(默认为12位),并具有非易失性的用户可编程温度上下限报警功能.它的温度测量范围是-55～+128℃.DS18B20可以不需要外部供电而从数据线上直接获得电源(寄生电源).每只DS18B20都有自己的64位串行(系列)码,它允许多个DS18B20在同一个总线上工作;因此仅用单片机的一条口线就可以监控较大区域内的多个热源情况.DS18B20采用T O 292封装,有三个引脚,其中1脚为(G ND )地,2脚为(QD )数据输入输出引脚,漏极开路单线接口引脚,当应用寄生电源供电时也提供电源,3脚为(VDD )电源正极,寄生模式下必须接地.智能温控仪中DS18B20与单片机的硬件连接如图2所示.DS18B20的数据总线需要一个417K 的上拉电阻.DS18B20采用严格的单线协议,每次进入DS18B20都必须遵循:初始化、ROM 命令、DS18B20功能命令这样的处理顺序,否则DS18B20将不会响应.初始化时主控单片机将数据总线拉低不小于480μs 来传送复位脉冲,主机释放总线后,当DS18B20检测到上升沿时,它等待15～60μs 后将总线拉低60～240μs 发送一个存在脉冲,这时主机与DS18B20的通讯才建立.智能温控仪中只用了一个DS18B20,采用DS18B20默认的12位温度测量结果,其准确度是010625℃.因此智能温控仪中只需要一个ROM 命令,两个DS18B20功能命令,它们的命令字分别为:0xCC (跳过ROM );0x44(开始温度变换);0x BE (读暂存器).(2)时间芯片PCF8583 图3 PCF8583与单片机连接图智能温控仪中的时钟芯片选择的是PCF8583.PCF8583通过I 2C 接口与单片机通讯,其内部除了有16个特殊功能寄存器外,还有240个自由RAM区可供使用,向这些RAM 区写入的数据不掉电时可长期存在.因此将用户设定的三段温度上下限和开启、关闭时间暂存于PCF8583自由RAM 区中,使用一个3.6V 的锂电池作为备用电池供电.具体电路如图3所示.在仪器工作区间PCF8583由电源经锗二极管(I N 5819)供电,同时给电池充电,仪器不工作时,PCF8583由电池经1K 电阻供电,使得时间和用户设置的参数不会丢失.(3)过零检测电路过零检测电路用于检测220V 市电的过零点,电路如图4所示.交流220V /50Hz 市电经过变压器T1后,变成9V /50Hz 交流电,降压后的交流电通过整流桥B3整流后,变为100Hz 的直流脉动电压送入电压比较器LM339,L M339将过零点附近的输入信号变成低电平,送入单片机外中断0.这样单片机就根据这一信号来计算可控硅的导通角位置,实现对可控硅导通角的控制.在本供暖系统中采用随机触发型可控硅,上电过程可控硅的导通角从0°增加到360°,历时10s,此后一直处于全导通状态. 第3期普仕凡,等:基于89C52单片机的智能温控仪设计93 图4 过零检测电路 (4)可控硅驱动电路图5 可控硅驱动电路可控硅驱动电路如图5所示.图中K1是60A 的随机触发可控硅,其控制电压为3～16V.当P1.6为低电平时,可控硅导通,如果P1.6发出一个低电平脉冲,则可控硅在P1.6发出低电平脉冲时导通,在220V 市电过零时截止.因此通过准确计算并控制P116发出低电平脉冲的时间,就可以控制加在加热体上的市电的导通角.(5)看门狗电路单片机软件因干扰等各种因素造成程序跑飞时,看门狗能适时复位,确保程序能够返回正常工作状态.本智能温控仪中,采用MAX813L 作为看门狗,如果MAX813L 的WD I 端在1.6s 内没有触发信号,单片机的RESET 端将产生复位脉冲,重新启动系统工作.为了使系统能正常工作,又要使系统在程序跑飞时能及时复位,这就要求有很科学的喂狗方法.本文采用主程序和子程序相结合的喂狗方式,在主程序里置位,在子程序里清零.(6)RS485通讯电路智能温控仪留有RS485接口,有利于实现对多个智能温控仪的连网监控.RS485接口电路如图6所示,采用半双工通讯方式.单片机的P1.7用于控制收发转换.图6 RS485接口电路图2.2 软件设计流程智能温控仪的单片机软件程序采用C 语言[3]编写,可读性强,程序存于单片机内部的Flash 中,其软件流程设计如图7所示.由图7可知,该智能温控仪程序包括参数初始化、PCF8583RAM 区数据的读写、开启关闭时间的判断、控制时间段的选择、对选出段的温度上下限判断、键盘处理、通讯处理等. 大连交通大学学报第29卷94图7 软件设计流程图3 应用前景该智能仪器体积小、成本低、智能化高,可以实时显示时间和温度,还能通过串口与计算机通讯;可以作为大型电热锅炉的控制部件,也可以嵌入小型家用取暖设备,实现定时定温供暖;还可以用于洗浴设备的定时定温控制.该仪器可以给使用单位和个人带来极大方便,使人们生活得更舒适.因此该仪器具有很好的市场前景.参考文献:[1]CYG NAL I N TEGRATE PRODUCTS I N C.C8051F单片机应用解析[M].潘琢金,孙德龙,等译.北京:北京航空航天大学出版社,2002:12268.[2]刘畅生.传感器简明手册及应用电路[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.[3]刘文涛.单片机语言C51典型应用设计[M].北京:人民邮电出版社,2005.。
基于AT89S52单片机的太阳能热水器控制系统设计_张榜英
第31卷 第2期 吉首大学学报(自然科学版)Vol .31 No .2 2010年3月Jou rnal of Jishou University (Natural Science Edition )M ar .2010 文章编号:1007-2985(2010)02-0069-03基于A T89S52单片机的太阳能热水器控制系统设计＊张榜英(吉首大学物理科学与信息工程学院,湖南吉首 41600)摘 要:通过对当前的太阳能热水器硬件和软件的升级,设计了一个基于A T 89S52单片机的太阳能热水器控制系统,解决了由于水管保温差导致的残余热水变成冷水而引起不便的问题,从而提高了太阳能热水器的日使用率和普及率,对节能减排有着重要的意义.关键词:太阳能热水器;管道排空;智能加水;节能减排中图分类号:T N710 文献标识码:A太阳能资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染.由此可见使用家用太阳能热水器解决中低温用水无论是经济设益,还是节能减排效应,都是非常明显的.对促进可再生能源的开发利用,增加能源供应,改善能源结构,保护环境,实现经济社会的可持续发展起到积极的作用,是一项惠及子孙后代、利国利民的绿色工程.目前,太阳能热水器控制已经进入智能化阶段,市面上在售的控制器绝大部分具备温度、水位显示功能和自动控制功能.有的控制器配备有辅助电加热装置,自动实现了比较理想的人机交互界面.尽管太阳能热水器有着如上所述的诸多好处,但其在中南区的普及率不高.究其原因为不能即开即热,且控制方法智能程度不够.为了解决这2个问题,笔者对现有的太阳能热水器进行了硬件改造和软件升级设计,使其具有以下2个功能:管道排空功能;智能加水功能.使太阳能热水器更适合人们的生活需要,不再受楼层限制,提高其普及率,使得一楼用户用太阳能热水器也和顶楼一样方便.1 控制系统设计图1 控制系统原理图太阳能热水器控制系统结构如图1所示,单片机小系统由AT89S52、电源、时钟电路、复位电路组成.采用基于单片机小系统加外围设备构成的系统.单片机小系统接受温度传感器DS18B20、水位传感器和按键信号,通过端口输出信号到电磁阀、LCD 、蜂鸣器,以控制这些执行部件.温度采集模块专门收集水温信号送单片机处理,水位采集模块收集水位信号送单片机处理.按键输入主要采用直接控制方式,单片机小系统接受按键键入的信息,并作出响应.LCD 用来显示当前工作情况,时钟芯片DS1302提供精准时间,使系统在统一的时钟下工作.＊收稿日期:2009-12-25基金项目:吉首大学教学改革研究项目(教通[2009]3号)作者简介:张榜英(1975-),男,湖南泸溪人,吉首大学物理科学与信息工程学院讲师,主要从事智能控制和嵌入式系统研究、实验室管理及教学与研究.2 管道排空设计图2 排空原理图现在的太阳能热水器均放置在楼顶,初次用水前需放掉管中的冷水,由于出水管的保温效果不好,用水间隔超过约3min ,管中的热水又变冷了,用户再次使用时仍然必须先放完管中冷水,才能用到热水,不能即开即热.太阳能热水器管道越远要放掉的冷水就越多,造成水资源浪费和不必要的麻烦.导致目前每幢楼只有顶层的一两家使用太阳能热水器.排空原理图如图2所示,对现有太阳热水器管道进行改造,在热水器下的进水口下增加一个电磁阀3和一个三通,三通的一头接至水箱的溢出口.加水时,打开电磁阀1,通过三通从溢出口进水,达到设定水量时电磁阀1自动关闭,控制器打开电磁阀2,使管道中的水通过电磁阀2流进备用水箱(水箱通过排气口与外界保持气压一致),延时一段时间使电磁阀2自动关闭,备用水箱大小根据管道中的水量而定.用热水时,用户打开电磁阀3,一开龙头,马上就有热水可用了,根据所需热水用量考虑管道的长度,提前关闭电磁阀3,管道中的热水会从排气口吸气,使管道中的热水放光,达到排空目的.由于管道已排空,还彻底解决了冬季太阳能热水器管道冻结甚至冻裂的问题,备用水箱中的水可用于洗手、洗衣或冲厕所等.3 智能加水设计中南地区天气多变,日照量不充足,尤其是春冬两季,每天天气更是变化无常.目前太阳能热水器加水是由用户预先估计天气情况设定加水量,用户对一天的天气情况无法准确估计,一旦加水太多,天气变冷,水温不够热则不能使用(温度要在45摄氏度以上才方便洗澡、洗碗等),用辅助电加热又达不到节能目的.图3 智能控制模式子流程加水量太少,天气变好时又不能充分利用光照生产更多的可用的热水,因为水温低时,真空管转换效率高,升温快,所以在低温时能尽量多加水就能充分利用光照最大量地生产热水.对现有太阳能热水器的软件进行升级,在现有功能的基础上,增加智能控制模式.在智能控制模式下控制器能根据天气情况自动加水,在保证水温达到可用的前提下(用户可自行设定最低温度T 设,比如设为50℃)使可用的水量达到最大,最大程度地满足人们的生活需要.智能控制过程:每天早上控制器自动控制水箱水量达到1/3,避免真空管空烧.当条件1成立即水箱内水温大于或等于T 设+ΔT (用户可自行设定ΔT时,控制器自动加水;当条件2成立,即水箱水温小于或等于T 设-ΔT 时停止加水,当水箱已加满水或用户定时到了认定时间则自动退出智能控制模式.在智能控制模式中不进行管道排空处理,当退出智能控制模式时进行排空处理.在智能控制模式中,由于冷水从水箱上面加入,避免了由底部进水,冷水直接进入真空管导致真空管破裂的可能,保险起见还可控制进行间歇式加水,智能控制模式子流程图如图3所示.70吉首大学学报(自然科学版)第31卷4 应用价值分析目前太阳能热水器常用的水管内径为12mm ,按6层楼每层楼高3m 即管长按18m 来计算,每次排掉的冷水v =h ×πr 2=18×3.14×(6×10-3)2=2034.7×10-6m 3=2.0347L .假设一家人1d 平均节约用水2L ,以湖南省为例,全省目前总人口约为0.69亿,按0.1亿家庭计算,有10%用太阳能热水器,其中30%人进行改造升级,1a 按200d 用热水器的水算,将节约用水V =2×0.1×10×10%×30%×200L =1.2×10L =1.2×106m 3,假设1个人1d 用100L 水,这些水可以供1个人用3.3万a ,也就是3.3万人用1a ,在当前水资源紧张的形势下有非常重大的意义.目前每幢楼只有不到1/3的用户使用太阳能热水器,潜在的市场很大,假如每家每户均使用太阳能热水器,再加上直接用热水做饭可节约煤气等能源,节约的水和能源就更可观了.[3]5 结语通过增加1个三通和2个电磁阀进行管道排空设计,成本低廉,改造方便,减少了水的浪费,使太阳能热水器用户不再受楼层限制.再通过对软件进行升级,增加智能控制模式,使得太阳能热水器的日使用率大大提高,为太阳能热水器的普及扫除了障碍,直接经济效益可观,同时对节能减排、保护环境,具有重大战略意义,值得推广.参考文献:[1] 王书清,王海燕,高立峰,等.太阳能热水器节能减排效益分析[J ].科学与管理,2008(3):67-68.[2] 于洪水,袁家普,曹 静.太阳能热水器即开即热技术方案分析[J ].中国住宅设施,2009(3):54-55.[3] 朱定见.基于液压换向阀的太阳能热水器开即热装置的研制[J ].液压与气动,2009(1):59-60.Design of Control System of Solar Water -HeaterZH ANG Bang -ying(Co llege of Physics Science and Info rmatio n Engineering ,Jishou U nive rsity ,Jishou 416000,H unan China )A bstract :The hardw are and the softw are of the current sola r w ater heate r are upg raded .A control sy stem of so lar w ate r heater based on A T89S52microco ntro lle r is desig ned ,w hich solves the problem that the residual ho t w ate r w ill cool do w n due to poo r insulation of the pipe .The desig n increases the daily utiliza -tion rate and the popularity rate of the solar w ater heate r ,and is of g reat significance to energ y conserva -tion and emissio n reduction .Key words :solar w ater heater s ;pipe emptying ;intelligent w atering ;energy conservation and em issio n re -duction(责任编辑 陈炳权)(上接第68页)Charge Pump PLL Circuit Design and Performance Stu dyLI Bing 1,H UANG Zong -hao 1,W U Jian -hui 2(1.I nteg rated Circuits Collog e Southeast U niv ersity ,,Wuxi Branch ,W uxi 214135,Jiang su China ;2.N atio na l A SIC Sy stem Enginee ring Center ,Nanjing 210096,China )A bstract :The techno logy of PLL is widely used in various dom ain of comm unication .Charg e Pum p PLL consists of PFD ,CP ,LPF ,VCO and frequency divider mo dule .G rounded on the non -ideal effect of Charge Pump PLL ,an optimized design has been carried out .A co rrespo nding acting mo del has been created ,in the process of sy stem desig n ,simulated and proved though simulink .A cco mplished by CM OS Process and the entire sy stem meets the design dem and and w o rks w ell .Key words :frequency synthesis ;charge pump PLL ;optimized desig n ;acting mo del (责任编辑 陈炳权)71第2期 张榜英:太阳能热水器控制系统设计。