太阳能热水器控制器的设计
一、 引言 1
(一) 太阳能热水器的发展背景 1
(二) 国内发展现状 1
(三) 本文主要内容及设计目标 2
二、 主要元器件的选择及介绍 3
(一) 单片机的选取 3
(二) STC89C51型51单片机 3
(三) DS18B20概述 4
(四) 4位共阳型数码管 5
三、 太阳能热水器的组成及工作原理 6
(一) 系统总体结构设计 6
(二) 太阳能热水器集热器安装结构图 7
四、 硬件系统设计 7
(一) 控制系统方案设计 7
(二) STC89C51最小系统设计 8
(三) DS18B20电路设计 9
(四) 数码管电路设计 10
(五) 按键电路设计 10
(六) 报警器模块设计 11
(七) 水位以及加热开关电路设计 11
五、 软件系统设计 13
(一) 软件系统流程图设计 13
(二) DS18B20温度转换流程设计 14
六、 Proteus仿真设计 15
(一) 程序调试用到的软件及工具 15
(二) 仿真结果 15
总结 20
致谢 21
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
太阳能热水器的发展背景
在我国太阳能热水器的发展历史可以追溯到历史1958年,天津大学有12.6平米的太阳能浴室。70年代兴起开发利用太阳能热潮,开始以平板式和闷晒式为主,生产规模较小,技术水平较低。1979年我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器,但是太阳热水器的产量仅十万m2。1987年,我国引进了加拿大铜铝复合(SUNSTRIP)生产线,而且制造了第一支全玻璃式真空集热管,所以在我国太阳能热水器产业中,也因此开始进入历史新阶段---以现代化生产手段制造国产优质平板集热器。
国内发展现状
*景先生毕设|www.jxszl.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
代兴起开发利用太阳能热潮,开始以平板式和闷晒式为主,生产规模较小,技术水平较低。1979年我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器,但是太阳热水器的产量仅十万m2。1987年,我国引进了加拿大铜铝复合(SUNSTRIP)生产线,而且制造了第一支全玻璃式真空集热管,所以在我国太阳能热水器产业中,也因此开始进入历史新阶段---以现代化生产手段制造国产优质平板集热器。
国内发展现状
太阳能热水器行业是我国第一个实现商业化的可再生能源行业,同时,太阳能热水器也是我国太阳能行业最为成熟的产品。自1998 年始,我国太阳能热水器总产量、保有量呈现逐年升高的态势,其中总产量年均增长率达到25%以上,保有量年均增长率达到20%以上,中国已成为世界上太阳能热利用的第一生产大国和应用大国。
2005年以前,我国太阳能热水器增长率缓慢,2006 年以后,受农村市场刚性需求拉动,整个国内太阳能热水器保持着旺盛的增长势头。2012年前后,因为全球金融危机和海内房地产调控等原因,中国太阳能热利用产业成长放缓,但因为太阳能下乡、节能产品惠民工程实施及修筑节能的须要,太阳能热利用产业总体稳步发展。2012年太阳能热利用年产量达到了6300万平方米,较上年增长11.23%,销售额突破1000亿元大关。2014年达到4.14亿m2,增长10.4%,提前完成“十二五”发展目标。
本文主要内容及设计目标
本文选用宏晶公司生产的STC89C51单片机作为主控核心,DS18B20温度传感器、加热器模块、数码管以及按键模块设计了一个太阳能热水器控制系统。为了能够方便描述本课题的设计过程及原理,本文通过原理图及软件流程图的形式对硬件和软件系统进行了详细描述。在论文结构上共分为五个章节,第一章主要对热水器控制系统发展背景以及发展现状做阐述,第二章主要经过了设计方案的对比,从而选择系统硬件所需的器件,并做介绍。第三章对硬件系统的设计过程做了阐述。第四章通过流程图对软件系统做了描述。第五章通过Proteus和Keil软件进行了系统的联合仿真。
主要元器件的选择及介绍
单片机的选取
方案一:以自身对单片机的使用熟练度为第一考虑要素,则选择51单片机作为本系统的主控芯片最为合适,虽然大多数51单片机内部资源比较匮乏,比如很少有集成ADC、DAC或者SPI模块,但是其内部集成的16为计时器、UART以及中断等功能已经足够使用,并且像SPI以及IIC这种接口都可以通过软件方式模拟,因此这不但节省了系统的开发成本,又能够结合自身的学习情况来顺利进行单片机系统的设计,这是很重要的。在51系列单片机中,台湾宏晶公司推出的STC89C51是近年来比较常用的一款芯片,它采用RISC最简指令集,这同其他51单片机一样,并且管脚排列以及封装形式都是相同的,因此不同型号的51单片机互换可行性很高。在开发环境方面,STC89C51单片机的开发平台使用英国ARM公司的Keil软件进行开发,这款软件非常精简,但是功能齐全,集代码编写、调试以及仿真等多种功能于一身,在该平台上能够实现51单片机开过过程中所需要的所有功能,并且Keil还可以同Proteus软件一起实现系统的联合仿真,开发者通过仿真可以看到系统的实际效果,因此综合上述理由,STC89C51单片机较为适合作为本系统的主控芯片。
方案二:若以系统的功耗作为主要考核目标,那么德州仪器公司生产的MSP430系列单片机绝对是当之无愧的首选,430单片机内部集成了4种低功耗模式,当系统不在正式工作时,可使其进入低功耗,当再次工作时,430单片机能瞬间恢复到正常工作中来,因此如果使用单片机作为本系统的主控芯片,能够结合其低功耗模式将系统的功耗降到最低。在MSP430单片机的内部资源方面,大多数430单片机内部不但集成了定时器、UART以及丰富的管脚中断,并且还具有ADC、DAC以及DMA等功能,这些资源的集成能够将系统的开发变得高效稳定,并且节省硬件系统的开发空间。在MSP430单片机的开发环境方面,它是以UI
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