【毕业设计.论文】基于单片机的太阳能热水器控制系统研究85151.docVIP

第28卷第5期 Vol.28 No.5 2007青岛理工大学学报Journal of Qingdao Technological University 基于单片机的太阳能热水器控制系统研究 鲍文胜 (青岛大学师范学院,青岛266071) 摘　要:针对太阳能热水器存在着受季节和天气的影响、提供的热水量不够、不能实现全年正常使 用的不足,建立了一个利用数字温度传感器和单片机设计的,对光热、电热实现智能互补的多功能 太阳能热水器控制系统,实现了水温水量的测量与显示、光电加热智能互补、自动手动上水互补的 功能,具有结构简单、可靠性高、成本低、功能易扩展等优点. 关键词:单片机;数字温度传感器;热水器控制系统 中图分类号:TP 212　　　文献标志码:A　　　文章编号:1673—4602(2007)05—0079—02 　　太阳能热水器以其安全经济、节能环保、使用简单等优点,受到广大消费者的青睐,并得到了快速发展 和广泛应用.然而目前市场上的太阳能热水器产品仍存在着很多不足之处,如受季节和天气的影响较大, 不能实现全年的正常使用,提供的热水量不够充足等.针对上述提到的太阳能热水器存在的种种弊端,笔 者利用传感器和单片机建立了一个对光热、电热实现智能互补的控制系统,其主要功能有:①水温水量的 测量与显示;②实现四季的正常使用,阳光充足时不消耗常规能源,阳光不足时自动启动电加热,实现光电 加热职能互补功能;③按照用户的不同设定,可实现自动/手动上水. 1　系统硬件设计 根据热水控制器的功能要求,并结合对PIC16C5X系列单片机[1]的资源分析,采用此系列中的主流型 号PIC16C57作为电路系统的控制核心.电热水控制器的总体布局如图1所示. 图1　总体布局图 (1)水温测量电路.测温元件采用DALLAS的单线数 字温度传感器DS1820.DS1820提供9位温度读数[2],测量 范围-55~125℃,采用独特1-WIRE总线协议,只需一 根口线即实现与MCU的双向通讯,具有连接简单、高精 度、高可靠性等特点.工作时,通过总线向其提供电源,单片 机发出指令码读取温度值. (2)键盘与水量测量电路.由于在本系统中,只要求显 示5个档位的水量值,因此水量传感器采用的是开关式传 感器,当水量达到某一档时会拉低该档电平,接口电路与按 键按下类似.由此在电路设计中,将水量档位信号与按键通 过一片74HC148优先编码器连接到单片机的I/O口上.按 键的优先权高于水量信号,水量高档位信号优先权高于低档位信号,以保证能优先响应按键. (3)显示电路.温度采用二位七段数码显示,显示范围0~99℃.水量采用一位七段数码显示,显示1、 2、3、4、5,5档水位,对温度和水量进行循环扫描显示.3个LED用于当前按键功能设定. (4)水温和水量控制电路.单片机通过光电耦合对继电器进行控制,用来切断或接通加热管电源,关 收稿日期:2007—03—23青岛理工大学学报第28卷 闭或打开水阀,从而达到对水温和水量的控制. 2　系统软件设计 系统软件采用PIC16C5X精简指令编写[3].由于PIC16C57没有中断功能,因此本系统中键盘扫描程 序通过查询实现,并采用4 MHz的时钟频率,对指令的运行时间进行了精确计算和设计,保证软件的可靠 性和稳定性.系统主程序框图如图2所示. 图2　系统流程图 2.1　按键及显示程序功能 本系统中,有3个功能按键:手动加水、手动加热、自动控制;3 个七段数码显示与3个LED灯指示.正常情况下,两个七段数码显 示当前水温,另一个显示当前水位. (1)手动加水程序:按下手动加水钮时,执行手动加水程序,对 应的手动加水LED指示灯变亮,进水管电磁阀打开并开始加水.手 动加水过程中,再次按下取消加水,水满后系统自动关闭电磁阀. (2)手动加热程序:按下手动加热按键时,手动加热LED变亮 电加热管接通开始电加热.如果水位少于一档,先加水至一档.再按 一次则取消加热,水温大于90℃以后自动切断. (3)自动控制程序:按下自动控制键时启动此程序,此时系统会 在每日的8∶00时自动上水至40%水位,设定最低温度为50℃.若 此时水温大于50℃则继续加水至设定温度,直至满水位.水位从满 水位下降后仍执行以上进水程序,以上过程循环进行.另外,在该模式下系统还会控制电加热管,15∶00 时—16∶00时水温低于35℃加热至40℃;16∶00时—17∶00时水温低于40℃加热至45℃;17∶00 时—18∶00时水温低于45℃加热至50℃;18∶00时—19∶00时水温低于50℃加热至55℃.实践证 明:阳光足够时(15∶00时—16∶00时)太阳热水器的水温必然高于35℃,若低于35℃说明光照不足或 是阴雨天,就自动转换电加热,依此类推.阳光不足或阴雨天时