太阳能热水器温控系统设计
基于PLC的太阳能热水器自动控制系统设计
基于PLC的太阳能热水器自动控制系统设计Design of Solar Water Heater Automatic Control System Based on PLC学院：电气工程学院专业班级：自动化1005班学号：100302516学生姓名：魏天野指导教师：白山（教授级高工）2014 年6 月摘要现在，城市居民绝大部分都使用了太阳能热水器，农村也有相当一部分人使用。
太阳能热水器在技术上比较成熟、造价比较低廉，同时由于给人民提供绝对安全的热水而受到人们的欢迎，且具有节能、环保、安全、便利、长久等优点，所以它的应用会越来越广。
因此，研究和开发先进的太阳能热水器控制系统变得越来越重要。
本设计阐述了可编程控制器（PLC）在太阳能热水器控制系统中的应用,重点研究了系统的硬件构成及软件的设计过程。
指出了PLC设计的关键是能满足基本的控制功能,并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。
本设计利用西门子S7-200PLC，进行了太阳能热水器自动控制系统的I/O分配和PLC选型，编写了PLC程序梯形图和接线图，实现了自动上水排水、自动循环、自动加热、PID闭环控制恒温出水、手动与自动模式切换等功能。
并在此基础上，利用S7-200的仿真软件对系统进行了仿真，利用WinCC Flexible 软件组态了人机界面，使用MPI通信协议实现了PLC与触摸屏的通信连接。
把可编程控制器PLC作为太阳能热水器的控制系统，增加了系统的方便性与可靠性，减少了其它元器件的使用。
它使系统接线简单，检修维护方便快捷，增进了系统的先进性。
论文分为四章：第一章介绍了太阳能热水器发展背景及设计意义；第二章介绍了太阳能热水器的工作原理；第三章介绍了硬件选型及系统流程；第四章介绍了系统程序的编写、系统的仿真、人机界面（WinCC Flexible）组态过程。
关键词：太阳能热水器；PLC；自动控制系统AbstractNow, vast majority of urban residents use solar water heaters, so do a considerable number of rural people. Solar water heaters are technically more mature, relatively low cost. Meanwhile, since it provide absolute security to the people of hot and people are welcome, and it has some advantages of energy saving, environmental protection, safety, convenience, long, etc. So it will be widely applied. Therefore, the research and development of controlling system of advanced solar water heater are becoming increasingly important.This design expounds the application of PLC in solar water heater automatic controlling system, especially the designing process of hardware and software of the system. Furthermore, the project shows that the key of PLC designing is to satisfy the basic controlling function, considering the convenience of maintenance and scalability. In this design, the address of I/O is resigned and the suitable PLC is chosen. The electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn, according to the requirement. Automatic water drainage, automatic cycle, automatic heating, PID loop control temperature water, manual and automatic mode switching function have been realized. And on this basis, the system was simulated using the simulation software for S7-200, produced a man-machine interface by using WinCC Flexible software. As the controlling system of solar water heater, PLC greatly reduces the number of other components. Moreover, it has the feature such as simple interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and advancement of the system.The paper is divided into four chapters: the first chapter describes the background of the development and design of solar water heaters significance; Second chapter describes the working principle of solar water heaters; Third chapter describes the hardware selection and system processes; The fourth chapter describes the procedures for the preparation of the system, system simulation, HMI (WinCC Flexible) configuration process.Keywords: Solar water heater; PLC; Automatic control system目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2国内外研究现状简述 (2)1.3太阳能热水器市场分析 (3)1.4本设计特点及主要内容 (5)第2章太阳能热水器的组成及工作原理 (6)2.1太阳能热水器的基本结构 (6)2.2太阳能热水器的工作原理 (8)2.3本设计要实现的功能 (10)第3章太阳能热水器硬件的选型及设计 (11)3.1 PLC的工作原理 (11)3.2硬件设备的选型 (13)3.2.1 PLC的选型 (13)3.2.2其他硬件的选型 (15)3.3太阳能热水器的整体设计 (18)3.3.1 PID闭环控制 (18)3.3.2 PLC与外部设备连接方案 (20)3.3.3水工艺流程设计 (22)第4章系统软件框架的构建与系统仿真 (23)4.1系统的I/O口地址及相关的软元件功能设置 (23)4.2系统的程序流程图 (25)4.3设计控制系统的梯形图程序 (28)4.4系统仿真 (35)4.5组态人机界面 (39)第5章结论 (42)参考文献 (43)致谢 (45)附录S7-200仿真监控图 (46)第1章绪论1.1课题研究的背景太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，太阳能是一种可再生能源，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，生物质能，潮汐能、水的势能等等。
基于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太阳能热水器控制系统是一种利用太阳能来加热水并保温的设备。
基于单片机的太阳能热水器控制系统能够监测系统状态，并根据需要自动地调节工作参数，实现高效能的利用太阳能热水器。
该系统的设计涉及多个方面，包括传感器、执行元件、控制算法和人机交互界面等。
首先，传感器部分。
在太阳能热水器系统中，常用的传感器包括温度传感器、光照传感器和压力传感器。
温度传感器可以用来测量水温，光照传感器可以用来检测太阳光强度，压力传感器可以用来监测水流状态。
这些传感器的数据可以通过单片机进行采集和分析。
其次，执行元件部分。
太阳能热水器系统中常用的执行元件包括电磁阀和水泵。
电磁阀用于控制水的流动方向，水泵用于实现水的循环。
在系统的运行过程中，单片机可以根据采集到的数据来控制这些执行元件的开关状态，以实现对水的流动和供暖的控制。
第三，控制算法部分。
太阳能热水器控制系统需要进行一系列的控制算法设计，包括针对太阳能热水器的启动和停止控制，水的加热和供暖控制等。
通过合理的控制算法设计，可以最大限度地提高太阳能热水器的工作效率，提升整个系统的性能。
最后，人机交互界面部分。
太阳能热水器控制系统需要一个人机交互界面，使用户可以进行相关参数的设置和监控。
在设计上，可以采用液晶显示屏和按键来实现用户的交互操作。
通过人机交互界面，用户可以方便地设置系统的工作模式、温度设定等，同时可以实时地监测系统的运行状态和各项参数。
综上所述，基于单片机的太阳能热水器控制系统设计包括传感器的选择和布置、执行元件的控制和驱动、控制算法的设计和优化以及人机交互界面的设计等方面。
这些设计要求兼顾系统的可靠性、高效性和便利性，以实现对太阳能热水器的精确控制和高效利用。
通过优化设计，可以将太阳能热水器的效能最大化，提供可靠的热水供应。
太阳能热水器智能控制系统设计
太阳能热水器智能控制系统设计智能控制系统主要分为硬件部分和软件部分。
硬件部分包括传感器、执行器和控制模块；软件部分包括数据采集、数据处理和控制算法。
1.传感器通过安装在太阳能热水器上的不同类型的传感器，可以实时获取一些必要的参数信息，如太阳辐射强度、水温、水位等。
传感器的选择需要考虑到其精度、可靠性和成本等因素。
传感器可以通过模拟信号或数字信号的形式将收集到的数据传输给控制模块。
2.执行器执行器用于控制太阳能热水器的工作状态，如水泵的开关控制、阀门的开关控制等。
执行器通常由电磁阀、电机或电热器等组成，通过开关控制电源的通断来实现相应的操作。
3.控制模块控制模块是整个智能控制系统的核心部分，它接收传感器传输过来的数据，并根据一定的控制算法进行处理，最后控制执行器的工作。
控制模块通常由单片机或微处理器组成，具有数据处理能力，并能通过通信接口与其他设备进行数据传输和控制。
4.数据采集数据采集是指将从传感器采集到的数据进行收集和记录的过程，可以将数据存储在数据库或者内存中，供后续的数据处理和分析使用。
数据采集可以通过定时采集、事件触发采集或实时采集等方式进行。
5.数据处理数据处理是指对采集到的数据进行计算、分析和处理的过程，以提取有用的信息。
例如，可以通过计算太阳能辐射强度和水温的关系来预测水温的变化趋势，以及控制相应的工作状态。
6.控制算法控制算法是根据实际应用需求设计的，用于根据传感器数据和其他信息来控制太阳能热水器的工作状态。
例如，根据太阳辐射强度和水温的关系，可以设计一个算法来控制水泵的开关，以实现更高效的加热水温。
总结起来，太阳能热水器智能控制系统的设计可以通过传感器实时获取相关参数信息，经过数据采集和处理，最终通过控制算法控制执行器的工作状态。
这样的设计可以提高太阳能热水器的效率和节能性，实现智能化的控制和管理。
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。
太阳能热水器温度控制系统-毕业设计论文
太阳能热⽔器温度控制系统-毕业设计论⽂毕业设计（论⽂）题⽬太阳能热⽔温度控制系统院别电⽓⼯程学院专业电⽓⾃动化技术班级姓名学号指导教师（职称）⽇期摘要随着社会的发展，节能技术的不断改⾰创新，太阳能成为新时代可持续发展战略中带有绿⾊标志的新型能源。
近年来，随着⼈们购买⼒的提升，太阳能热⽔器⼰经变成我们⽇常⽣活中必不可少的设备，太阳能控制器的使⽤率逐年上升。
太阳能热⽔温度控制器的硬件包括单⽚机处理器部分、⽔位和温度信息采集部分、继电器执⾏部分、显⽰部分控制部分。
根据设计系统的稳定性、精确性、节能性、适应性等原则，进⾏硬件部分设计。
控制系统的软件是服务于硬件的，系统将实时采集到的数据与相应的设定值进⾏⽐较、判断，结果是控制循环⽔泵或上⽔电磁阀的⼯作，实现各种智能控制同时，软件还要兼顾到操作⼈员⽅便地选择⼯作⽅式、设置和修改各种设定值，因为⼈们可以根据天⽓情况及⽤户的需要选择定时加热状态、⾃动加热状态软件还要设定以太阳能为优先使⽤的能源，只有在太阳能没有将⽔温加热到⽤户要求的温度下，才启动辅助能源进⾏加热。
关键词：太阳能热⽔温度控制单⽚机传感器⽔温⽔位AbstractWith the development of the society, continuous reform and innovation of energy-saving technology, solar energy into a new era of sustainable development strategy in the new energy with green logo. In recent years, with the raise of people's purchasing power, solar energy water heater has become in our daily life indispensable equipment, solar controller utilization rate increased year by year.Solar hot water temperature controller hardware including the single chip processor parts, water level and temperature data collection, the relay parts, display control part. According to the design of system stability, accuracy, energy saving, adaptability principle, hardware design.Software is in the service of the hardware of the control system, the system will be collected in real-time data comparing with the corresponding value, judgement, the result is to control the circulating water pump or water solenoid valve, to achieve a variety of intelligent control at the same time, the software gives priority to the operator to easily choose the way to work, set up and modify various Settings, because people can choose according to the weather conditions and the needs of the users regularly heating, automatic heating state software also set to gives priority to the use of solar energy, not only in the solar energy heat the water temperature to the temperature of the user requirements, to launch the auxiliary energy for heating. Keywords:Solar hot water temperature control; Single chip microcomputer; The sensor; Water level⽬录摘要 ....................................................................................................................................................... I 第1章绪论 (1) 1．1 太阳能热⽔器的发展背景 (1)1.1.1 太阳能热⽔器发展的政治法律环境 (1)1.1.2太阳能热⽔器发展的社会环境 (2)1.1.3 太阳能热⽔器发展的经济环境 (2)1.1.4 太阳能热⽔器发展的技术环境 (2)1.2 太阳能热⽔器及其控制系统发展现状 (3)1.3 本⽂所作的⼯作 (4)第2章⽅案选择 (5)2.1⽅案论证 (5)2.2系统的总体要求 (5)2.3 ⽅案选择实现 (6)第3章硬件电路芯⽚的选型 (7)3.1单⽚机选型 (7)3.2⽔温检测装置选型 (8)3.3⽔位检测装置选择 (15)3.4 显⽰器件选择 (16)3. 5 键盘模块的选择 (16)第4章硬件系统设计 (18)4. 1单⽚机最⼩系统 (18)4.1.1时钟电路 (18)4.1.2 复位电路设计 (19)4.2温度检测电路 (19)4.3⽔位检测电路 (20)4.4接⼝电路设计 (21)4.5 显⽰电路 (23)4.6报警电路 (25)4.7 键盘电路 (25)4.8辅助加热电路 (26)4.9控制电路 (27)第5章太阳能热⽔器中央控制器的软件设计 (29)5.1 系统总体软件设计 (29)5.1.1 主程序软件设计 (29)5.1.2 ⽔位检测⼦程序 (30)4.1.3 显⽰软件设计 (30)5.1.4 键盘软件设计 (30)第6章总结 (33)参考⽂献 (34)附录A 电路图 (35)第1章绪论1．1 太阳能热⽔器的发展背景在当今资源紧张不断威胁⼈们⽣活的时代，环保型的能源不断受到⼈们的重视，⽽太阳能是以它独有的优势引起了政府与民众的关注。
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
基于单片机的太阳能热水器控制系统设计
基于单片机的太阳能热水器控制系统设计在当今能源紧张和环保意识日益增强的背景下，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其应用范围越来越广泛。
太阳能热水器便是其中一种常见且实用的设备。
为了提高太阳能热水器的性能和使用效率，设计一个基于单片机的智能控制系统具有重要的意义。
一、太阳能热水器的工作原理太阳能热水器主要由集热器、水箱和管道等部分组成。
集热器通常安装在屋顶或其他阳光充足的地方，其内部有吸热管，能够吸收太阳能并将其转化为热能。
被加热的水通过管道输送到水箱中储存起来，以供用户使用。
然而，传统的太阳能热水器存在一些不足之处。
例如，在阳光不足或天气变化时，无法保证稳定的热水供应；水温难以精确控制，可能会出现过热或过冷的情况。
为了解决这些问题，我们需要引入单片机控制系统。
二、单片机控制系统的总体设计本控制系统以单片机为核心，结合传感器、执行器和通信模块等组成一个完整的系统。
传感器部分包括温度传感器和水位传感器。
温度传感器用于实时监测水箱内的水温，水位传感器则用于检测水箱内的水位高度。
这些传感器将采集到的信息传输给单片机。
单片机作为控制中心，对传感器传来的数据进行处理和分析，并根据预设的控制策略发出相应的控制指令。
执行器主要包括电加热装置和水泵。
当水温过低时，单片机控制电加热装置启动，对水进行加热；当水位过低时，单片机控制水泵启动，向水箱内注水。
通信模块用于实现系统与用户之间的交互。
用户可以通过手机或其他终端设备远程查看热水器的工作状态，并进行相应的操作。
三、硬件设计1、单片机选型选择一款性能稳定、功能强大且成本适中的单片机，如 STM32 系列。
STM32 具有丰富的外设资源和较高的运算速度，能够满足系统的控制需求。
2、传感器电路设计温度传感器可选用 DS18B20 数字温度传感器，其具有精度高、接口简单等优点。
水位传感器可采用压力式水位传感器，通过测量水压来确定水位高度。
传感器的输出信号需要经过调理电路进行放大、滤波等处理，然后输入到单片机的 ADC 端口。
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第一章前言1.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。
但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。
这种控制器只具有温度和液位显示功能，而且为分段显示，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%。
这种显示器(还称不上控制器)不具有温度控制功能，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。
本文设计的太阳能热水器控制器以80C51单片机为检测控制核心，采用DS12887 实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和FUZZY控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。
温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。
包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。
它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势。
第二章设计思路及要求2.1 本设计的目的和意义本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。
本装置电路简单、实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目。
可广泛应用于家庭生活对太阳能热水器的水位显示与水温控制。
具有良好的市场前景。
2.2 控制系统设计要求1、能够根据水位和水温两个条件控制是否需要进水，每次只进整个水箱的四分之一水量，也可以在手动状态下自由进水（上满时自由停止）或停止进水。
2、控制系统具有手动和自动切换功能；3、具有水温和水位显示功能；4、具有进水超水位和超水温报警指示；5、用水时若水温达不到设置值时，可手动起动加热装置，这样可在很大程度上节约电能；6、用水时可自由调节水温；7、控制系统具体管道排空功能，这样防止冬天时因水管内有积水而在夜间冻裂水管。
2.3 本设计实现思路及方法水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导线）检测；并由四个绿色LED发光二极管显示：若无水则绿灯不亮；若有四分之一储水箱的水亮一盏绿灯；通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取5段显示，也可根据需要进行增减。
水温由四个LED数码管显示，前三个数码管显示的为温度最后一个数码管我们只用到了四段码显示为温度的符号C，水温有效值最多可显示为99.9℃。
第3章硬件设计3.1 控制系统组成及工作原理3.1.1 系统的组成如图2-1所示，本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制阀、水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成。
控制器：主要通过里面的电磁阀控制YV1和YV2的通断，控制水温检测传感器检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制电阻加热丝加热。
自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。
手动控制阀：当自动阀损坏时，可以通过手动阀进行上下水。
水位检测电极：主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五个电极，接地的电极放在最水箱的最底下，其余分别放在四等分点上，比如当水箱中的水在第一等分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当超过第二等分，则显示二分之一的水。
水温检测传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度。
电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。
3.1.2 控制装置的工作原理本控制系统分为手动和自动两种控制方式，在系统处于自动状态下，当检测温度高于设置温度，且水位未达到最高时，控制器打开电磁水阀YV1和YV2进行上水，同时点亮上水指示灯，当水位上至上一目标水位时，自动停止上水（即关闭电磁水阀YV1和YV2），若水箱内无水，则自动上水至最低水位处。
在系统处于手自动状态下，可自由上水或停止上水（上水时水箱水位必须未满），若水位达到最高则自动停止上水；若需要启动加热器则必须先设定加热温度，然后按下加热键进行加热；若需洗浴时，则需打开手动阀YV4，系统自动打开电磁水阀YV2，可通过YV5自由调节水温；当电磁水阀YV1和YV2损坏或停电时，可通过打开YV5和YV6进行上下水解决燃眉之急；此系统设置YV3是为了防止冬天气温过低引起水管因内有积水而冻裂（即手动打开此阀放完水管中的积水）。
图 2-1 系统组成示意图图 2-1 系统组成示意图3.2 主要原器件介绍3.2.1 AT89S51高性能8位单片机AT89S51是一个低功耗高性能CMOS 8位单片机，4k Bytes Flash 只读程序存储器(ROM),512 Bytes 内部数据存储器(RAM),该微处理器采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，引脚兼容80C51和80C52芯片，片内的Flash 存储器可以像常规程序存储器一样进行烧写，AT89S51片内总共有256字节的用户数据区，而128字节的内部扩展数据区需通过清SFR(8EH)的位1并用MOVX 指令访问，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，另一个256BytesRAM 区与ATMEL 之AT89系列8052兼容的单片机是一致的，AT89C51结合通用的8位微处理器和Flash 存储技术构成功能强大单片微处理器，可提供许多高性能低价位的系统控制应用场合。
(1)、AT89S51主要特点： 40个引脚，32kBytes 的程序存储器，32个外部双向输入/输出（I/O ）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，内置时钟振荡器,其Flash 存储器，可反复擦写1000次的Flash 存储器可有效地降低开发成本。
软件设置电 源省电模式，睡眠其间，定时/计数器，串行口和中断口均停止工作，RAM 中的数据被“冻结”，直到下次被中断激活或硬件复位方可恢复工作。
(2)、AT89S51主要功能特性兼容MCS51指令系统32k 可反复擦写(>1000次）Flash ROM 32个双向I/O 口硬件看门狗WDT 电路 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 两个串行中断 512×8bit 内部RAM 2个外部中断源 内置时钟振荡器 中断激活睡眠模式 3级加密位双重数据存储器软件设置睡眠和唤醒功能3.2.2数码管显示原理图2-2 AT89S51引脚图由单片机的定时器To 做16位计数器（为便于数据处理，这里只用低8位计数值，即寄存器TL0中的值）。
一边记录脉冲数量，一边以厘米为单位由四位数码管显示出来。
四位数码管采用动态扫描方式显示。
长度计量仪采用0.5英寸共阳极连接的LED 数码管。
LED 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LED 数码管外形和引脚图，其中7只发光二极管分别对应a-g 笔段，构成“日”字形，另一只发光二极管DP 作为小数点，因此这种LED 显示器称为八段数码管。
（如图2-3所示）共阳极型LED 数码管，是将各段发光二极管的阳极连在一起，作为公共端com,应接高电平。
a ——g 、Dp 各笔段中，某笔段接低电平时发光，高电平时不发光。
为了节省单片机I/O 口的数量，将各位数码管的a ——g 对应笔画并联起来分别与单片机的P2.0——P2.7引脚连接。
显示时，由P2口依次输出各位数字的笔段码，并依次由P1.0、P1.1、P1.2、P1.3输出低电平位选信号接通数码管的公共端，轮流进行，循环不止，由于循环的频率较高（约50Hz ），加上人眼的视觉暂留，既保障了各位数字的对应显示，又不会出现闪烁现象，实现动态扫描显示。
3.3 AT89S51单片机的最小系统所谓最小系统，即指使单片机能正常工作的所需的最少的电路，即应包含CPU 及辅助电路、ROM 、RAM 及I/O 端口等电路。
由于AT89S51内部已经包含4KB 的Flash Memory 程序存储器，所以无需再扩展片外程序存储器。
在AT89S51的基础上，加复位电路、时钟电路、EA 引脚信号及电源即可。
结合资料及所学过的内容，得到如图2-4所示的单片机最小系统。
图2-4中，晶体振荡器的频率选6MHZ ，复位电路采用上电复位，电路参数如图中所示，以满足系统复位时两个机器周期的高电平的要求。
由于CPU 的内部已含有程序图2-3 LED 数码管g f C o m a b10 9 8 7 61 2 3 4 5ed C o m c D pD p（ a ） （ b ）D pg f e d c b a+5v4. 4.7F 10K 6M20p f+5VV c c E A G N DA T 89S 51R S T 3 AT89S51单X T A L 1 X T A L 220p f +5V 图2-4 AT89S51单片机最小系统存储器，所以EA 引脚接高电平。
3.4 AT89S51单片机时钟电路该水位自动显示控制器采用AT89C51单片机，机内有一高增益反相放大器，构成自激振荡电路，振荡频率取6MHz,外接6MHz 晶振，两个电容C1、C2取20pF ，以便于起振荡的作用。
右图中XTAL1为内部时钟工作电路的输入，XTAL2为来自反向振荡器的输出。
3.5 AT89S51单片机复位电路该水位自动显示控制器采用上电复位电路，由R14、C3构成复位电路，在上电瞬间，产生一个脉冲，AT89S51将复位。
为保证可靠复位，脉冲宽度应大于两个机器周期，这取决于R 、C 时间长数。
取电容C=10uF ，电阻R=10K 。
3.6水位检测电路的硬件设计 实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定图2-5 时钟电路的Mg2+、Ca2+等离子，它们的存在使水导电。
本控制装置就是利用水的导电性来完成的。
我们把储水箱大致分为四个等份，水位由潜入太阳能热水器的储水箱不同深度的水位电极和潜入储水箱底部的公共电极（导线）进行检测；由单片机依次使各水位电极呈现高电平，由公共电极所接的三极管进行电位转换，水位到达的电极，转换电位为低（0）；水位没有到达的电极，转换电位为高（1）；每检测一位便得到一位数据，5个电极检测一遍以后便得到了5个串行数据，然后把这5个数据转化为字节一路送发光二极管；在这里我们可以用发光二极管亮的盏数来显示水位的高低。
（若没有发光二极管亮则表示箱内没有水或者只有少量的水，若有一个发光二极管灯亮则表示箱内有四分之一箱的水，以此类推，若有四个发光二极管亮，则表示水箱水是满的。