學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要I摘要如何很好的節(jié)約和利用能源，特別是可持續(xù)能源，一直是人類所面臨的問(wèn)題。所以研究智能化家庭住宅里的能源如何被更有效地節(jié)約和利用，也有著十分現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。而家用太陽(yáng)能熱水器就是一個(gè)節(jié)約能源，有效利用能源的典型。該太陽(yáng)能熱水器智能控制系統(tǒng)主要是由AT89C51單片機(jī)控制、DS18B20溫度傳感器、獨(dú)立鍵盤、LED數(shù)碼管和報(bào)警系統(tǒng)五大部分組成。該系統(tǒng)能測(cè)量并顯示水溫、設(shè)置水溫的范圍，如果水溫不處于所設(shè)置水溫的范圍則報(bào)警。同時(shí)還能對(duì)水位進(jìn)行設(shè)置及加水，預(yù)先設(shè)置好需要加水的水位段數(shù)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)這個(gè)數(shù)來(lái)進(jìn)行判別是否需要加水。通過(guò)Protues軟件仿真以上所述的功能都能正常實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞太陽(yáng)能熱水器，傳感器，AT89C51，溫度控制，水位控制學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ABSTRACTIIABSTRACTToeconomizeandutilizeenergyresource,especiallythelastingenergyresource,isaproblemthathumankindhasfaced.Soitissorealisticandsignificanttoresearchhowtoeconomizeandutilizeenergyresourceishomeusing.AndtheSolarHeaterisagoodexampleineconomizingandutilizingenergyresource.Thedesignofsolarwaterheatersintelligentcontrolsystemismainlycomposedofsingle-chipAT89C51,DS18B20temperaturesensor,anindependentkeyboard,LEDandalarmsystem.Thesystemcanmeasureanddisplaywatertemperature,settherangeofwatertemperature,ifthewatertemperatureisnotintherangeofsettingtemperatureisalarming.Atthesametime,youcansetthewaterlevelandaddwater,first,needtosetupthewaterlevelabovethewater,single-chipwilldeterminewhetheraddthewaterornotaccordingtothenumber.TheusesofProtuessoftwarecanimitablecometruethefunctions.KeywordsSolarEnergyHeater,Sensor,AT89C51,TheTemperatureControl,TheControlofWaterLevel學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄1目錄摘要IABSTRACTII1緒論12太陽(yáng)能熱水器介紹22.1太陽(yáng)能熱水器的概述22.2太陽(yáng)能熱水器的分類22.3我國(guó)太陽(yáng)能熱水器發(fā)展歷史33系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)43.1方案一43.2方案二43.3方案比較44硬件設(shè)計(jì)64.1AT89C51介紹64.2測(cè)溫電路設(shè)計(jì)84.3水位監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)124.4鍵盤電路設(shè)計(jì)134.5顯示電路設(shè)計(jì)174.6加熱和加水電路的設(shè)計(jì)194.7報(bào)警電路設(shè)計(jì)214.8電源電路設(shè)計(jì)225軟件設(shè)計(jì)235.1程序設(shè)計(jì)分析235.2程序流程圖236仿真及調(diào)試246.1程序編譯246.1.1KEILC51介紹246.1.2編譯過(guò)程246.2電路仿真25結(jié)論27參考文獻(xiàn)28附錄A：電路仿真圖29附錄B：源程序30致謝37學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論11緒論隨著全球人口和經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，能源使用帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題及其誘因逐漸為人所認(rèn)識(shí)，“低碳經(jīng)濟(jì)”這一概念開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。人們?cè)诖罅Πl(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)。能源問(wèn)題將更為突出：（1）從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全球已探明石油儲(chǔ)量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能持續(xù)二三百年。（2）環(huán)境污染。（3）溫室效應(yīng)引起全球氣候變化。因此，人類在解決上述能源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽(yáng)能具有：（1）儲(chǔ)量的“無(wú)限性”。（2）太陽(yáng)能對(duì)于地球上的絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。（3）開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染。鑒于此，太陽(yáng)能必將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中擔(dān)綱重任，成為理想的替代能源。在世界范圍內(nèi)，太陽(yáng)能熱水器技術(shù)已經(jīng)很成熟，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不斷的沖擊電熱水器市場(chǎng)和燃?xì)鉄崴魇袌?chǎng)。2000年太陽(yáng)能熱水器取代47000套家用電熱水器；2000年日本太陽(yáng)能熱水器的擁有量將翻一番；以色列更是明文規(guī)定，所有新建房屋必須配備太陽(yáng)能熱水器。目前，我國(guó)是世界上太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國(guó)家。能源問(wèn)題與安全問(wèn)題是現(xiàn)代社會(huì)各界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)之一。目前市場(chǎng)上存在三種樣式的熱水器：電熱水器、燃?xì)鉄崴骱吞?yáng)能熱水器。近年來(lái)，在一氧化碳中毒事故中，由燃?xì)鉄崴髟斐傻募s占1/3；電熱水器的大規(guī)模用電，并不能給人們的正常生活帶來(lái)便利，作為后來(lái)者的太陽(yáng)能熱水器，因其安全性好、節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，近幾年呈現(xiàn)出爆發(fā)式的發(fā)展趨勢(shì)。選擇太陽(yáng)能熱水器這個(gè)課題，可以讓我更好的認(rèn)知可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，看清目前的能源現(xiàn)狀，以及各國(guó)在節(jié)能能源上的措施，在太陽(yáng)能革新上運(yùn)用的新技術(shù)。此外，太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，控制系統(tǒng)是太陽(yáng)能的核心，可以盡可能做到節(jié)能環(huán)保，作這樣一個(gè)設(shè)計(jì)，不僅可以考察自己大學(xué)四年的專業(yè)課的理論與動(dòng)手實(shí)踐能力，產(chǎn)品也具有一定的市場(chǎng)前景。學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2太陽(yáng)能熱水器介紹22太陽(yáng)能熱水器介紹2.1太陽(yáng)能熱水器的概述太陽(yáng)能熱水器把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們?cè)谏?、生產(chǎn)中的熱水使用。太陽(yáng)能熱水器是由全玻璃真空集熱管、儲(chǔ)水箱、支架及相關(guān)附件組成，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠玻璃真空集熱管。集熱管受陽(yáng)光照射面溫度高，集熱管背陽(yáng)面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。2.2太陽(yáng)能熱水器的分類（1）從集熱部分來(lái)分：真空玻璃管太陽(yáng)能熱水器：目前吸熱效率最高的集熱部分，優(yōu)點(diǎn)在于不需要在集熱部分在增加保溫層，而且現(xiàn)在的真空玻璃管無(wú)論在抗高溫，抗打擊和保溫上，性能都是一流的，也被絕大部分太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠家所采用。其缺點(diǎn)在于體積比較龐大，管中容易集結(jié)水垢。金屬平板太陽(yáng)能熱水器：是在傳熱性能極佳的金屬片上，覆蓋上吸熱涂層，利用金屬的傳熱性，將吸收的熱量傳于水箱中。其有點(diǎn)是外觀美觀，安裝方便，可以做成平板，而且不容易損壞。缺點(diǎn)在于：保溫要花很大的代價(jià)，成本高，間接的就是增加消費(fèi)者負(fù)擔(dān)。（2）從結(jié)構(gòu)分：普通式太陽(yáng)能熱水器：就是將真空玻璃管直接插入水箱中，利用加熱水的循環(huán)，使得水箱中的水溫升高，這是目前廠家都采用的。也是一只流行到現(xiàn)在的最常規(guī)的熱水器。一般改類熱水器只有頂層能用，除非頂層用戶和你樓下的關(guān)系特鐵，而且屋頂?shù)拿娣e是有限的。分體式熱水器：分體式熱水器是為了解決不是頂層用戶也能使用太陽(yáng)能熱水器而誕生的。分體式循環(huán)有2種，一種是靠水的自然循環(huán)，這種熱水器熱交換效率很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用水要求；另一種是靠泵循環(huán)熱交換，這也是為了解決自然循環(huán)效率低的問(wèn)題，使用泵循環(huán)，可以明顯改善水的熱交換。（3）從水箱受壓來(lái)來(lái)分：承壓式太陽(yáng)能熱水器：目前，無(wú)論是哪一種分體式熱水器，都有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，必須使用承壓式水箱，這是所有分體式熱水器的基本思路，這就直接考驗(yàn)?zāi)愕募療岵糠值拿芊庑阅埽贿€有制造承壓水箱成本極高，也存在安全性問(wèn)題，一般要求耐壓7個(gè)大氣；而且循環(huán)效果不是很理想。雖然解決了水的循環(huán)問(wèn)題和使用水時(shí)的方便性。非承壓式太陽(yáng)能熱水器：目前裝在屋頂?shù)钠胀ㄌ?yáng)能熱水器都是屬于非承壓式熱水器，它的水箱有一根管子與大氣相通，是利用屋頂和家里的高度落差，使學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2太陽(yáng)能熱水器介紹3用水時(shí)產(chǎn)生壓力。其安全性，成本，使用壽命都比承壓式要顯著得多。2.3我國(guó)太陽(yáng)能熱水器發(fā)展歷史我國(guó)自78年引進(jìn)全玻璃真空集熱管樣管以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年努力，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，已經(jīng)建立了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化全玻璃真空集熱管產(chǎn)業(yè)，用于生產(chǎn)集熱管的磁控濺射鍍膜機(jī)已有745臺(tái)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，產(chǎn)量雄居世界首位。1978年中國(guó)誕生第一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，到1986年臥式磁控濺射鍍膜機(jī)的設(shè)計(jì)制造，是在政策扶持下的研究開(kāi)發(fā)階段。1987年，我國(guó)制造了第一支全玻璃真空集熱管。在之后的幾年里，全玻璃和熱管式真空管集熱器實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到中試水平，為下一階段產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化奠定了良好的基礎(chǔ)，成為產(chǎn)業(yè)的孕育發(fā)展階段。1993年太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入初級(jí)發(fā)展階段：由于成果轉(zhuǎn)化需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的磨合，特別是受技術(shù)人員缺乏的影響，此階段的產(chǎn)品質(zhì)量有待于進(jìn)一步提高，整體來(lái)講，發(fā)展速度較為緩慢。這時(shí)候以山東力諾集團(tuán)為主的真空管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品占了真空管生產(chǎn)絕大部分市場(chǎng)。1997-2001年太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展，逐漸形成北京、魯東、泰安、揚(yáng)州、海寧等5個(gè)產(chǎn)業(yè)基地，并以此向周圍不斷輻射，產(chǎn)能得以迅速提升。繼2004年，太陽(yáng)雨將中國(guó)的真空管太陽(yáng)能產(chǎn)品第一次帶出國(guó)門，到2008年上半年出口80個(gè)國(guó)家、銷量繼續(xù)以兩倍速增長(zhǎng)，力諾瑞特、桑樂(lè)、皇明等中國(guó)太陽(yáng)能光熱行業(yè)的龍頭企業(yè)們也紛紛進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)。除這些龍頭企業(yè)外，以生長(zhǎng)于常州和浙江一帶為代表的部分中小企業(yè)，也在循著早年“浙商”闖蕩世界的模式，攜真空管產(chǎn)品的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)和他們慣有的的低價(jià)思維，早已經(jīng)“漂洋過(guò)海”，在國(guó)際太陽(yáng)能光熱市場(chǎng)上形成了一定的沖擊力；還有一些原來(lái)只專注于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的企業(yè)，也開(kāi)始參加廣交會(huì)或不惜成本參加國(guó)外的一些專業(yè)性展會(huì)，以尋求在國(guó)際市場(chǎng)分得一杯羹。學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)43系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1方案一系統(tǒng)溫度采集選用PTl000鉑電阻溫度傳感器，PT100是鉑熱電阻，阻值隨溫度變化而改變。PT后的100表示它在0時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它阻值約為138.5歐姆。工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0的時(shí)候他的阻值為100歐姆，阻值會(huì)隨著溫度上升成勻速增漲。采集的電壓信號(hào)經(jīng)集成運(yùn)放LM324放大到2.O一5.0伏，轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機(jī)處理。水位檢測(cè)采用XYC-1型壓力水位變送器進(jìn)行液位值連續(xù)采集。XYC-1型壓力式液位變送器內(nèi)部采用進(jìn)口高精度擴(kuò)散硅敏感元件作為測(cè)量元件，敏感測(cè)量元件封裝在全不銹鋼探頭里，通過(guò)高強(qiáng)度防水通氣電纜與外部放大電路連接，采用直接驅(qū)動(dòng)四位七段數(shù)碼管顯示，通過(guò)獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行溫度和水位控制，通過(guò)軟件手段實(shí)現(xiàn)按鍵消抖。報(bào)警電路由一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。加熱部分采用光電隔離與輔助加熱電路。3.2方案二系統(tǒng)的溫度采集選用采用溫度傳感器DS18B20，它是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，它支持“一線總線”接口的溫度傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)化電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。我們可以采用DS18B20采集溫度，再進(jìn)行溫度數(shù)值轉(zhuǎn)化，再在顯示電路上顯示。外圍電路只需通過(guò)DS18B20進(jìn)行接收溫度，一個(gè)顯示電路，一個(gè)報(bào)警電路。軟件部分只需要采集溫度，對(duì)溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再用顯示電路將其顯示出來(lái)。很明顯，環(huán)境對(duì)DS18B20影響不是很大，同時(shí)DS18B20的測(cè)量精度穩(wěn)定并可用軟件設(shè)置，接線簡(jiǎn)單，大大的為單片機(jī)節(jié)省了數(shù)據(jù)口。3.3方案比較本設(shè)計(jì)主要是從溫度傳感器進(jìn)行考慮。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻，但它們測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要較多的外部硬件，電路及軟件的調(diào)試較為復(fù)雜，制作難度高。從以上兩種方案中，很容易看出采用方案二所設(shè)計(jì)的電路相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，采用一種智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元器件，測(cè)溫范圍-55125，分辨率最大可達(dá)0.0625。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值。采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5本設(shè)計(jì)對(duì)水位檢測(cè)要求不高，只須知道大概水位就可以了，因此從功能、材料、價(jià)格多方面考慮，只需用水位傳感器檢測(cè)出水位段即可。綜上所述，最終決定采用方案二作為設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)可由主控制器（AT89C51）、顯示電路、測(cè)溫器件（DS18B20）、抽水電動(dòng)機(jī)、發(fā)光二極管報(bào)警、按鍵、水位顯示組成?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示：圖3.1總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4硬件設(shè)計(jì)64硬件設(shè)計(jì)4.1AT89C51介紹AT89C51是帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPEROM）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器（俗稱單片機(jī)）。該單片機(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的M