太阳能热水器水位水温控制设计
太阳能浴室水温水位控制系统设计
太阳能浴室水温水位控制系统设计摘要:由于对于含量丰富且清洁环保的太阳能的开发，以及太阳能热水器的广泛使用和对其性能及设计的标准提高，特提出了太阳能浴室水温水位的控制系统设计。
本设计是针对太阳能水箱内的温度恒温控制目标，基于PLC控制设计PID 算法实现对出水口的水温的恒温调节及储水箱的水位调节。
本设计的主要内容有：控制原理和控制系统流程图；水位的确定及实验曲线分析；水温恒定的控制及合适的温度偏差分析；西门子S7-200可编程控制器件的硬件掌握；PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较；应用PID控制算法所得到的实验曲线分析；整定各个系统各个部分的介绍和应用PLC语句编程来控制水箱水位和出水口水温。
关键词：恒温调节、水位调节、PLC控制、PID算法Solar bathroom water temperature water level control system designAbstract:Because of rich content and clean environmental protection for the solar energy development, and the wide use of solar energy water heater and the performance and design of measures to improve, especially puts forward the solar bathroom water temperature water level control system design. This design is aimed at solar tank temperature thermostatic control target, based on PLC control design PID algorithm for the outlet water temperature thermostat and store water tank water levelcontrol. The design of the main contents are: control principle and control system flow chart, The determination of water level and the experimental curve analysis; Water temperature constant control and suitable temperature deviation analysis; Siemens S7-200 programmable control device hardware control, PID parameter setting and various parameters of the control performance comparison; Application of PID control algorithm the experimental curve analysis.Key words: thermostat、Water level control、PLC、PID一、设计目的和意义太阳能是21世纪人类最看重的环保清洁能源之一，晕含量相当的大并且易于开发，是人类未来环保能源的重点发展对象。
基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计
基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增加，太阳能作为一种清洁、可持续的能源形式，已经引起了广泛的关注和应用。
太阳能热水器作为一种常见的太阳能应用产品，其在节能减排、提高生活质量等方面具有显著的优势。
然而，太阳能热水器在实际使用过程中，仍存在一些问题，如水温控制不稳定、能效利用率不高等。
为了解决这些问题，本文提出了一种基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计方案。
该系统以51单片机为核心控制器，结合温度传感器、水位传感器、执行机构等硬件设备，实现了对太阳能热水器水温和水位的精确控制。
通过实时监测水温和水位信息，系统能够自动调整加热功率和补水流量，确保水温稳定在用户设定的范围内，同时避免了水资源的浪费。
系统还具有故障诊断功能，能够及时发现并处理潜在的故障问题，提高了系统的可靠性和稳定性。
本文首先介绍了太阳能热水器的工作原理和现状，分析了传统控制系统存在的问题和不足。
然后，详细阐述了基于51单片机的太阳能热水器控制系统的硬件组成和软件设计。
在硬件设计方面，本文介绍了各个硬件模块的功能和选型原则，包括温度传感器、水位传感器、执行机构等。
在软件设计方面，本文详细说明了系统的控制算法和程序流程，包括温度控制算法、水位控制算法、故障诊断算法等。
本文通过实验验证了系统的可行性和有效性，为太阳能热水器的智能化、高效化提供了有益的探索和实践。
本文的研究不仅有助于提升太阳能热水器的能效利用率和用户体验，还为其他可再生能源应用产品的智能化控制提供了有益的参考和借鉴。
本文的研究成果对于推动太阳能热水器行业的技术进步和产业发展具有重要的现实意义和应用价值。
二、太阳能热水器控制系统总体设计太阳能热水器控制系统的总体设计是确保整个系统高效、稳定运行的关键。
在设计过程中，我们充分考虑了太阳能热水器的实际应用场景和用户需求，以及51单片机的性能特点，从而构建了一个既实用又可靠的控制系统。
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AbstractThis 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 discharge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。
太阳能热水器水位控制电路设计
太阳能热水器水位控制电路设计摘要随着现代科技的发展，人们对于能源的利用率越来越高，太阳能就是其中最无偿且最环保的论证和确定，和单片机的选择和主要工作原理的介绍。
接下来是本设计的核心部分，着重结合理论着重研究了太阳能热水器的水位控制电路的各个组成部分。
后面的软件设计也必不可少，最后是对本设计的心得和觉一种，如何合理、高效、最大范围地利用太阳能已经成为21世纪最炙手可热的研究课题之一。
本设计以单片机AT89S52为核心，配合RC充放电式水位传感器与一块12864液晶显示器，设计一种数字化且智能化的太阳能热水器水位控制系统。
虽然本论文课题是水位控制电路设计，但水位的检测和温度有着密不可分的联系，所以温度的检测模块也是论文必不可少的一部分。
此外，文中给出了主控芯片模块、LCD显示板、水位监测控制、电键控制、报警器和电磁阀控制等模块的结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图，并结合相应的理论设计进行研究。
开头部分阐述的是研究太阳能热水器的必要性和国内外的研究动态，正文开始是设计要求，接着主要是方案的得不足可以加以改进的地方。
此设计相对来说比较系统解决了热水器上在水时需人工等待和过量溢水的问题，达到了省时、省水的目的。
该系统与传统的太阳能热水器控制系统相比较，具有结构简单、使用方便、价格低廉、抗干扰能力强等特点。
关键词：AT89S52；RC充放电；智能控制；双机通信目录第1章绪论 0前言 0国内外研究动态 0太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 (1)第2章方案的选择 (2)水位传感器的选择 (2)单片机的选择 (4)AT89S52选择和其功能性能 (4)AT89S52引脚功能介绍 (4)第3章硬件电路设计 (7)水位检测模块 (7)水位测量原理 (7)水位检测电路设计 (8)LCD液晶显示模块 (9)12864液晶[8] (9)LCD液晶显示电路设计 (11)键盘控制模块 (12)报警模块 (13)电磁阀控制模块 (14)双机通信及其他电路设计 (15)．其他电路设计 (16)晶体振荡电路 (16)复位电路 (17)设计总电路图 (17)结束语 (20)致谢 (21)[参考文献] (22)第1章绪论前言地球上的不可再生能源总有一天会消耗殆尽，所以开发和有效利用太阳能这样的环保且资源丰富的能源有着重要的意义。
太阳能热水器水温水位控制设计
OCCUPATION1352011 12太阳能热水器水温水位控制设计文/沈建汉太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。
在太阳能的利用中，有效控制水温和水位是需要解决的关键技术。
一、智能仪工作原理１．基本工作原理利用热敏电阻和液位传感器检测水温和水位，并加以显示。
根据水温水位情况进行控制。
当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮，延时15分钟，以免空晒后上水造成炸管，若温度不超过990℃，自动上水至预置水位；若温度高于1000℃，不上水。
太阳晒后，水温上升，当温度超过600℃且水未满时，打开电池阀上水至500℃，防止出现低水量、高水温的不合理现象。
晚上，若热水已用完，延时15分，进行缺水上水；若热水未用完，不上水，以保证热水充分利用；第二天太阳出来后，利用温控上水。
在上水的过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压上水模式，低水压声光报警，间隔30分钟启动上水；若30分钟内不能使水位上升一挡，则停止30分钟，然后再启动，反复循环，以免电池阀长时间通电而烧毁。
２．原理实现方案通过“水位设置”键可进行水位设置，可设置加水水位20%、50%、80%、100%（本仪预置水位50%）。
通过“上水”键，可实现手动上水。
若水位低于预置水位，可上水至预置水位；若水位已达到预置水位，则在原水位基础上再加一挡；若水位已加满，则停止手动加水。
在上水过程中，按“上水”键，可停止上水（见图1）。
二、仪器中的硬件配置１．仪器直流电源可采用集成三端稳压器，只要加上一些外围元件即可实现，如图2所示。
２．输入接口电路的连接接口电路是一组电路，是中央处理器与存储器、输入/输出设备等外设之间协调动作的控制电路。
接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给微处理器，微处理器对数据进行适当加工，再通过接口电路传回外部设备。
所以，接口电路的基本功能就是对数据传送实现控制，具体包括5种功能：地址译码、数据缓冲、信息转换、提供命令译码和状态信息、定时和控制。
太阳能热水器自动温度控制器设计
太阳能热水器自动温度控制器设计
引言
目前，市场上销售的太阳能热水器大多没有自动控制功能，使用起来不
灵活方便，为此，为太阳能热水器加装自动控制功能，具有广泛的市场。
1 自动控制系统技术要求
（1）设定温度的范围为25℃至65℃。
（2）输入信号为水温传感器产生的温度信号；水位传感器产生的水量
信号。
（3）输出信号为控制水温电信号（控制加热电热管）和控制水流量
调节阀信号（控制加水电磁阀）。
（4）配有输入功能键盘：完成自动/手动、手动加水键、手动加热键、
温度设定键、水位档选择键。
（5）具有两位LED 数码显示电路，显示温度设定值、实际温度测量值，六个发光二极管指示六档水位（10%、30%、50%、70%、90%、100%）。
2 系统硬件设计及原理
太阳能热水器加装自动控制功能，主要是加装一个数据采集系统和一个
电脑控制板。
根据太阳能热水器的技术要求及经济方面的考虑，我们选用
89C51 单片机为核心控制器,组成热水器温度控制系统。
系统由89C51 单片机、数据采集系统、水位选择电路、温度显示系统、水位指示系统、加水电磁阀控
制电路、加热电热管控制电路、报警讯响电路、复位电路、晶振电路、键盘电
路组成。
硬件系统组成粗略框架如数据采集系统是非常重要的一部分，它通过水。
太阳能热水器温度控制系统-毕业设计
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汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 系 统 概 述
03 硬 件 设ห้องสมุดไป่ตู้计
04 软 件 设 计
05 系 统 测 试 与 优 化
06 结 论 与 展 望
Part One
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研究太阳能热水器 的温度控制与物联 网技术的结合
THANKS
汇报人：
测试环境：室内温度、光照 强度、水箱容量等
测试结果：系统稳定性、准 确性、响应速度等
优化方案：根据测试结果， 调整系统参数，提高系统性
能
优化方案与实施
优化目标：提高太阳能热水器的温度控制精度和稳定性 优化方案：采用PID控制算法，实现温度闭环控制 实施步骤：搭建测试平台，进行参数调整和优化 优化效果：提高温度控制精度，降低温度波动，提高系统稳定性
Part Five
系统测试与优化
测试环境与设备
测试环境：室内、室外、晴天、 阴天、雨天等不同环境
测试设备：温度传感器、控制 器、太阳能热水器、数据采集 器等
测试方法：模拟实际使用环境， 进行长时间连续测试
测试指标：温度控制精度、响 应时间、稳定性、安全性等
测试过程与结果
测试方法：模拟实际使用环 境，记录温度变化、系统响 应时间等
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自动开关机：根据设定时间自动开 关热水器
远程控制：可以通过手机APP远程 控制热水器的运行状态
系统组成
太阳能集热器：收 集太阳能并将其转 化为热能
储水箱：储存热水， 保持水温稳定
太阳能热水器自动上水控制系统设计
太阳能热水器自动上水控制系统设计摘要如何很好的节约和利用能源，特别是可持续能源，一直是人类所面临的问题。
所以研究智能化家庭住宅里的能源如何被更有效地节约和利用，也有着十分现实和长远的意义。
而家用太阳能热水器就是一个节约能源，有效利用能源的典型。
该太阳能热水器智能控制系统主要是由AT89C51单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、LED数码管和报警系统五大部分组成。
该系统能测量并显示水温、设置水温的围，如果水温不处于所设置水温的围则报警。
同时还能对水位进行设置及加水，预先设置好需要加水的水位段数，单片机会根据这个数来进行判别是否需要加水。
通过Protues软件仿真以上所述的功能都能正常实现。
关键词: 太阳能热水器，传感器，温度控制，水位控制Solar energy water- heater auto last water controlthe system designAbstractHow good economize and make use of energy, especially can keep on energy, have been the problem that the mankind face.So study intelligence to turn how the home energy in the residence is be more availably economized and make use of, also have pretty much reality and farsighted meaning.But the household-use solar energy water- heater is an economyenergy, effectively make use of the typical model of energy.The solar energy water- heater intelligence controls system mainly from the AT89 C51 list slice the machine control, the DS18 B20 temperatureses spread a feeling machine, independent keyboard, LED figures tube and report to the police system five greatest parts to constitute.The system can measure and show water temperature and establish the scope of water temperature, if the water temperature doesn't is placed in to then report to the police the scope of establishing the water temperature.Can also carry on a constitution and fill with water to the water level at the same time, in advance establish to need to add the water level number of water so much, list slice the opportunity carry on if the discretion needs to fill with water according to this piece.It is normal to carry out to imitate through a Protues software really above the functions said all ability.Keyword: solar energy water- heater, spread a feeling machine, temperature control, the water level controls目录摘要-------------------------------------------------------------ⅠAbstract ----------------------------------------------------------Ⅱ第一章绪论-----------------------------------------------------1第二章太阳能热水器介绍----------------------------------------22.1太阳能热水器的概述-----------------------------------------22.2太阳能热水器的分类------------------------------------------22.3我国太阳能热水器的发展历史----------------------------------3 第三章系统方案设计---------------------------------------------43.1方案一-------------------------------------------------------43.2方案二-------------------------------------------------------43.3方案三-------------------------------------------------------4 第四章硬件设计--------------------------------------------------64.1AT89C51介绍-------------------------------------------------64.2测温电路设计-------------------------------------------------84.3水温监测的设计----------------------------------------------114.4键盘电路设计------------------------------------------------124.5显示电路设计------------------------------------------------174.6加热和加水电路设计------------------------------------------194.7报警电路设计------------------------------------------------224.8电源电路设计------------------------------------------------22 第五章软件设计----------------------------------------------------245.1程序设计分析------------------------------------------------245.2程序流程图--------------------------------------------------24 第六章仿真及调试--------------------------------------------------256.1程序翻译----------------------------------------------------256.1.1KEIL C51介绍------------------------------------------256.1.2编译过程----------------------------------------------256.2电路仿真----------------------------------------------------25 结语---------------------------------------------------------------27参考文献-----------------------------------------------------------28致谢----------------------------------------------------------------29第一章绪论随着全球人口和经济的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因逐渐为人所认识，“低碳经济”这一概念开始进入人们的视野。
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根据中国商业联合会的统计，在城市电网大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动 下，今后几年我国热水器市场将呈现强劲增长势头。目前，太阳能热水器控制器一直处于 研究与开发阶段，市面上大多数的热水器的控制系统功能单一，操作复杂，可靠性差等问 题。很多控制器具有温度和水位显示功能，却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，但都不是全智能化的，本课题采用单片机控制系统对水温与 水位进行检测和控制。
软件程序设计方面： 开始
❖ 软件流程图
初始化 采集水位水温信息
水位超 限
电辅助系统
超限报警程序
数据显示 延时
程序返回
水温超 限
程序代码：
1.主程序 2.子程序程序代码 3.报警程序 4.延时程序 实现方法： 先用Proteus Professional仿真软件和Keil软件 模拟，再做实物。
三、目标及要求
❖ ［3］刘海成．单片机及应用系统设计原理与实践[M]．北京 航天航空大学出版社，2009：495-500
❖ ［4］宋戈，黄鹤松，等．51单片机应用开发范例大全 [M]．北京：人民邮电出版社，2010：107-144
❖ ［5］雷伏容，张小林，等．51单片机常用模块设计查询手 册[M]．清华大学出版社，2010：113-483
❖ ［6］王巧芝，郑锋，等. 51单片机开发应用从入门到精通 [M].中国铁道出版社，2011
THANKS
4/6/2020
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Dept.PEE Hefei Normal Universi5K
储 水 箱
（3）时间、水位、温度显示模块和键盘电路这部分 用于系统和人的信息交互,有对太阳能 热水器状态的直观显示,也有用于人对系统控制 的键盘电路
（4）时钟模块。给系统提供时间显示和参考时间。 （5）驱动电路。包括电加热辅助系统、上水电磁、
报警电路，是整个系统的执行部分。
主要包括两个部分的设计：硬件电路设计和软件程序设计
设计系统的整体结构图如图所示：
硬件电路设计方面：
（1）主机电路
主机电路是以Atmel 公司 生 产的At89S52为核心，选取 一定的晶振频率构成。 AT89S52是一种低功耗、 高性能CMOS 8位微控制器， 具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失 性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程 序存储器在系统可编程，亦 适于常规编程器。
❖ 显示实时的水温和水位，实现上下限温度的 设置
❖ 具有高低水位的控制功能 ❖ 实现上下限温度、水位的控制和报警，同时
具备电辅助设备加热功能
主要参考文献
❖ ［1］段晓飞．太阳能发展前景及应用研究 [J] ．现代商贸工 业，2010（20）
❖ ［2］周荷琴，吴秀清．微型计算机原理与接口技术[M]．中 国科学技术大学出版社第四版
水位采集使用市场上桑乐太阳能的水位 采集方法，RC充放电式 水位传感器测量电路，它的工作原理是，水面每接触一个钢针就会多 并联一个电阻，电阻随水位变化而规律的变化。利用单片机的一个口 周期性的给电容电路充放电，然后用单片机监测电容两端电压的变化， 因为电容电压的上升或下降时间t=RC，所以用单片机记录这个时间就 能判别电阻的变化，进而转化为水位的变化进行显示及其他动作。
（2）温度传感和水位采集模块
温度传感器模块采用是Dallas公司生产的采用1-Wire总线技术的 典型产品DS18B20，该传感器检测温度范围为-55℃~+125℃，内置 E2PROM，具有限温报警功能他可以将被测温度直接转换成数字量， 可以方便地通过串行总线实现读取，通过编程，DS18B20可以实现912位的温度度数。由于DS18B20可以有数据线本身提供电源，因此 单片机与其连接时，需要一根数据线和地线，由于每片DS18B20内部 都有一个独特的片序列号，所以一条单总线上可以挂接多片DS18B20， 特别适合构成多点温度测控系统。
太阳能热水器水位、水温控制器设计
一、选题的意义、研究现状 二、研究的思路和方案 三、目标及要求 四、主要参考文献
一、选题的意义、研究现状
1.课题的背景意义
随着全球人口和经济的迅猛增长，不可再生能源越来越少，而它所带来的环境污染问题 及其诱因逐渐为人们所认识，“低碳经济”这一概念开始进入人们的视野。在这种历史条 件下，为了实现人类的可持续发展，太阳能这一可再生洁净能源越来越被大力应用与发展。 太阳能热水器是我国太阳能利用中应用最广泛，产业化发展最迅猛的太阳能产品，它以其 诸多的优点受到人们的欢迎，它的技术比较成熟，造价比较低廉，同时给人们提供节省资 源，保护环境，绝对安全的热水。
3.课题研究的内容
根据太阳能热水器水温水位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。本设计具有很强的实 用性。本装置电路简单，水温控制精确灵活，水位显示直观 醒目，节能环保，具有一定的市场前景。
二、研究的思路和方案
本课题设计基于单片机AT89S52为核心配合DS18B20温度传感器， LED显示器件，电磁阀，电加热器，报警器等外围器件，采用4×4行列 键盘输入加热时间，水温设置等要求，利用水位采集模块和温度采集模 块对热水器中的水温水位的信息采集，这些信息由数据处理模块处理后， 实现以控制电动机的运转和电加热辅助系统来控制储水箱中的水位、水 温并完成水位、水温实时显示的功能，一旦水温达不到预设的水温要求， 便会启动电加热辅助系统，对水进行加热，并将水温显示在显示模块上， 而当水温达到设定的上下限便会触发报警模块，而如果这个过程中水位 没有达到预设的要求时，热水器会进行注水，直至预设时的水位。