基于DS12887的太阳能热水器智能控制器的设计
太阳能热水器控制仪设计(毕设)
摘要本课题的目的是结合太阳能热水器的具体应用，设计一种用于太阳能热水器的检测控制系统，以更好的实现对太阳能热水器的监控与控制。
太阳能热水器作为太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用。
根据太阳能热水器特点以及对控制器的要求，本文提出了一种基于单片机AT89C52的太阳能热水器智能控制器的设计方法。
本文在分析了解太阳能热水器及其控制器的发展和市场分布状况的基础上，描述了太阳能热水器控制器的组成及其工作原理。
论文完成了控制器的硬件设计和软件设计。
在硬件设计中，利用AT89C52单片机作为控制的中心环节，控制整个系统运作。
利用温度传感器DS18B20和分段式水位传感器作为水温水位测量环节，并将测量结果送单片机进行处理。
利用DS12887作为时钟芯片，以实现时间以及日期的显示。
选用液晶显示模块12864显示水温水位时间及日期，显示部分是人机交换的重要媒介之一。
在软件设计部分采用模块化结构，完成了包括主程序，水位检测子程序、LCD显示等子程序的设计。
系统主程序主要完成一些初始化功能，温度的检测以及控制辅助加热系统，同时完成信号转换及送显示功能；水位检测子程序完成水位测量及送数据功能；显示子程序完成水温水位及时间日期的显示功能；键盘扫描子程序实现功能转换及水温水位时间的设定。
论文通过对整体设计方案，硬件电路，软件程序的设计分析，实现了太阳能热水器的水温水位的检测与控制，具有实际的意义。
关键词：太阳能热水器；传感器；DS12887；单片机； FYD12864-0402BIAbstractThe purpose of this study is to introduce a kind of solar water heater detection based on the application of solar water heater，achieving to do the better monitoring and controling of the solar water heater. Solar water heater，as one of the most common use of the solar energy utilization. The economic benefit is obviously and the popularization and application is rapidly. According to the characteristics of solar water heater and the requirement of the controller，here shows a design method of the solar water heater intelligent controller based on the clock chip DS12887.In the analysis of the article about solar water heaters and control of the development and market condition on the basis of distribution, solar water heaters of the controller and the principle of work. The papers finish the control of the hardware and software design. In hardware design of AT89C52 monolithic integrated circuits to control center segments of the whole system. Use of the temperature sensors DS18B20 and sectional form sensors to measure the level as the water, and measurements taken for processing monolithic integrated circuits. Use DS12887 as the clock, to realize the time and date display. Use LCD modules 12864 show that the level of time and date, the display is part of the exchange of one of the man-machine important vehicle. In software design of structure, use modular completed include the program, the level of the inspection or subroutines LCD display design and so on. The main program of the system performs some of the initialization, the temperature of the inspection and control the heating system and the auxiliary signal to show complete the exercise and function testing programs；the water, the measurement and send data to display the functions；a subroutine to complete the water and time functions of the date display；scan a subroutine into the function and the time set.This paper on the overall design, software, hardware circuit analysis of designs, make the measurement and control of the solar water heater into realize, which has played a significant role in the daily life.Keywords: solar water heater; sensor; DS12887; MCU; FYD12864-0402BII目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1太阳能热水器控制器的发展概况及市场分析 (1)1.1.1发展概况 (1)1.1.2市场分析 (1)1.2太阳能热水器控制器的应用及意义 (1)第2章控制器的组成及工作原理 (3)2.1太阳能热水器的结构及工作原理 (3)2.1.1 太阳能热水器的结构 (3)2.1.2 控制器结构及工作原理 (5)2.2控制器的总体设计 (6)2.2.1设计思想及实现功能 (6)2.2.2方案论证 (6)第3章控制器硬件设计 (8)3.1控制器原理框图 (8)3.2单片机外围电路 (8)3.2.1晶振电路 (9)3.2.2上电复位电路 (9)3.3控制器时钟接口电路设计 (10)3.3.1 DS12887时钟芯片简介 (11)3.3.2 时钟电路 (17)3.4温度检测电路设计 (18)3.4.1数字温度传感器DS18B20主要特性 (19)3.4.2温度检测电路设计 (20)3.5水位检测及键盘电路设计 (20)3.5.1水位检测电路设计 (20)3.5.2键盘电路的设计 (21)3.5.3总体电路设计 (21)3.7显示接口电路的设计 (21)3.7.1 FYD12864-0402B模块简介 (22)3.7.2 显示电路设计 (26)3.8光电隔离与辅助加热电路设计 (27)第4章控制器的软件设计 (31)4.1主程序设计 (31)4.2水位检测子程序 (33)4.3键盘扫描子程序设计 (33)4.4显示子程序设计 (34)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录1：电路图 (38)附录2：部分程序 (39)第1章绪论1.1太阳能热水器控制器的发展概况及市场分析1.1.1发展概况当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。
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一、引言太阳能热水器是一种利用太阳能进行加热水的技术设备，具有环保、节能、安全等优点，正逐渐被广大用户所接受和使用。
然而，当前太阳能热水器的控制系统一般较简单，只能实现温度设定和加热控制的基本功能。
本文将基于这种现状，设计一种太阳能热水器智能控制系统，以提高系统的自动化程度和智能化程度，为用户提供更便捷、高效、舒适的使用体验。
二、系统架构智能控制系统的基本架构包括感知层、传输层和应用层。
感知层通过传感器检测环境参数，如太阳能收集器的温度、太阳辐射强度等，传输层将感知层采集到的数据传输给应用层处理，并接收应用层的控制指令。
三、硬件设计1.传感器选择：选择适合使用环境的温度传感器、辐射传感器等多个传感器，确保感知层能够准确地采集各项参数。
2.控制器设计：选用具有较高性能和稳定性的控制器，能够实时处理感知层传输的数据和应用层指令，确保控制系统的高效、稳定工作。
3.通信模块选择：选择适合的无线通信模块，以确保感知层数据的稳定传输和应用层指令的可靠接收。
四、软件设计1.数据处理算法：根据感知层采集的数据，设计相应的数据处理算法。
如根据太阳能收集器的温度和太阳辐射强度，计算热水器加热的时间和功率等参数。
2.智能控制算法：设计智能控制算法，根据用户设定的热水需求以及当前环境参数，自动控制热水器的工作状态，实现最优的加热效果和节能效果。
3.用户界面设计：为用户提供友好、直观的操作界面，以便用户随时设定热水需求、查询加热状态和温度等信息。
五、系统功能1.自动感知：系统能够自动感知太阳能收集器的温度、太阳辐射强度等参数，并采集到控制器。
2.数据处理：根据感知层采集的数据，通过数据处理算法计算热水器的工作参数，并将参数传输给应用层。
3.智能控制：根据用户设定的热水需求，结合当前环境参数，通过智能控制算法自动控制热水器的工作状态，实现最优的加热效果和节能效果。
4.用户界面：为用户提供友好、直观的操作界面，用户可以设定热水需求、查询加热状态和温度等信息。
太阳能热水器的智能控制器毕业设计
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太阳能热水器主要由集热器、保温水箱、支架、控制系统等部分组成。
控制系统用于控制集热器、保温水箱、支架等部分的工作状态，实现自动控制。
支架用于固定集热器和保温水箱，使其能够稳定地接受太阳辐射。
集热器吸收太阳辐射能，将太阳能转化为热能，加热水箱中的水。
优点：使用寿命长，维护成本低
自动控制：根据水温、水量等参数自动调节加热功率
定时控制：用户可以设定加热时间，控制器自动执行
安全保护：过热、过压、漏电等异常情况自动报警并切断电源
远程监控：用户可以通过手机APP实时查看热水器运行状态，远程控制加热过程
电源模块：选择合适的电源模块，如太阳能电池板、蓄电池等
安全性测试：测试智能控制器的安全性，如防雷、防电磁干扰等
智能控制：自动调节水温、水量，提高使用舒适度
节能环保：减少能源消耗，降低碳排放
安全可靠：自动检测故障，提高安全性能
远程控制：通过手机APP远程控制热水器，方便快捷
提高水温稳定性：智能控制器可以实时监测水温，自动调节加热功率，使水温保持稳定。
保温水箱用于储存热水，保持水温稳定。
家庭使用：安装在屋顶，提供热水
商业使用：酒店、学校、医院等场所的热水供应
工业使用：工厂、企业等场所的热水供应
农业使用：温室大棚、养殖场等场所的热水供应
优点：节能环保，可再生能源，无污染
缺点：受天气影响较大，阴雨天无法使用
缺点：安装成本较高，需要专业人员进行安装
编程语言：C++或Java等高级语言
功能模块：温度控制、水位控制、安全保护等
基于DS18B20&DS12C887的热水器智能控制器的设计
１ ３ ＤＳ ２ ８ ７实 时 时 钟 接 口 电路 的设 计 ［ ． １Ｃ ８ 。
第 ２期 （ 第 １ ９ ） 总 ５期
２１ ０ ０年 ４ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＡＬ ＥＮＧＩ Ｃ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎｏ ．２
Ａ ｐｒ ．
文章 编 号 ： ６ ２ ６ １ （ Ｏ ０ Ｏ 一 １ １Ｏ １ ７ — ４ ３ ２ １ ） ２Ｏ ９ 一 ２
１ 系统 硬 件 设 计 方 案
温 度 输 出可进 行 ９位 ～ ｌ 的编 程 。通 过对 便 笺 式 ２位 ＲＡＭ 中 Ｃ ＯＮＦ Ｇ 寄存器 的可 编程 温度分 辨力位 Ｒ０ Ｉ 、 Ｒ１ 进行 编程 ， 可设定 不 同的温 度分辨力 及最 大转换 时 间 ，详 见表 １ 。
表 １ 利 用 Ｒ 、Ｒ１ 来 设 定 分 辨力 和 最 大 转 换 时 间 ０ 位
基 于 ＤＳ Ｂ２ ￣ＤＳ １ ０ ８ １ Ｃ８ ２ ８ ７的热水器 智 能控 制器 的设 计
赵 振 虎 ， 吴 金 强
（ 疆 大 学 机 械 工 程 学 院 ，新 疆 乌 鲁 木 齐 新 ８００） ３０ ８
摘 要 ：该 系 统 是 在 现 有 太 阳 能 热水 器 的基 础 上 开 发 的 。以 ＡＴ ９ ５ ８ Ｃ ２单 片机 为 控 制 核 心 ， 用 智 能温 度 传 感 器 采
１ ２ Ｄ １ Ｂ Ｏ的 工 作 原 理 和 电路 ． Ｓ ８ ２
太阳能热水器智能控制器的设计与实现.
太阳能热水器智能控制器的设计与实现摘要本文实现了PLC（可编程控制器）在太阳能热水器自动控制系统中的应用。
硬件选用OMRON公司CPM1A系列的30点可编程控制器,在软件设计上使用OMRON公司提供的CX-ONE程序进行系统控制梯形图编写。
并指出了PLC设计的关键主要是能满足基本控制功能、考虑维护的方便性、系统可扩展性等。
本文设计的太阳能热水器由自动和手动两种模式组成，在自动模式中太阳能热水器能够自动上水、加热、保温，手动模式则按照用户的按键操作执行相应功能，太阳能热水器在出现故障时还具有报警功能，如温度过高会自动关闭加热器并闪烁温度警示灯，水位过高则自动关闭上水阀闪烁水位警示灯，并且绘制了系统的工艺流程图；按照设计要求合理地进行了系统的I/O分配和PLC的选型，绘制了系统的控制梯形图、控制系统电气原理图和I/O控制原理电路图等。
通过用PLC对太阳能热水器自动控制系统的改造，大大减少了系统对其它元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。
关键字: PLC；太阳能；自动控制系统；热水器AbstractApplication of PLC in solar water heater automatic control system is researched in this paper. The content of this paper on the process of system hardware constitution and the system software design is emphasized . And the key of PLC design that is to satisfy the basic control function is pointed out , meanwhile maintenance convenience and system extension are also considerated. The content of this paper is divided into four parts. In the first part, the procedure of the system is established, and then the treatment flow chart is drawed out; In the second part, The address of I/O is resigned .and the suitable PLC type is choosed. The third part, the control ladder diagram is designed according to the requirement; In the end, the electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn.Through the design of the solar water heater automatic control system, the components that is used in the solar water heater automatic control system are decreased. The performance of the system is lifted, and it has the feature such as simply interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and high reliability. In a word, the system becomes more advanced because of my design.Keywords: PLC; Solar; Automatic control system; Water heater目录绪论 (3)1 太阳能热水器的研究情况 (4)1.1 国内外研究现状 (4)1.1.1 国内研究现状 (4)1.1.2 国外研究现状 (4)1.2 本文研究的内容 (5)2 全玻璃真空管式太阳能热水器的概述 (6)2.1 太阳能热水器系统功能 (6)2.1.1 太阳能热水器组成、原理和工作过程 (6)2.1.2 太阳能热水器的硬件结构 (7)2.1.3 系统的要求 (8)2.2 可编程控制器 (8)2.2.1 PLC的发展历史 (9)2.2.2 可编程序控制器的工作原理 (9)2.2.3 可编程控制器的的特点 (10)2.2.4 PLC的分类 (11)3 热水器控制系统设计 (13)3.1 系统硬件的设计 (13)3.1.1 PLC的选型 (13)3.1.2 PLC硬件控制框图 (13)3.1.3 各单元功能作用 (14)3.1.3 PLC的端口分配 (16)3.1.4 系统电路的设计 ............................................................ 错误！未定义书签。
基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计_王俊杰
第20卷 第3期郑州轻工业学院学报(自然科学版)Vol .20 No .3 2005年8月JOUR NAL OF ZHENGZHOU UNIVER SITY OF LIGHT INDUSTRY (Natural Science )Aug .2005 收稿日期:2005-04-14 作者简介:王俊杰(1972—),男,河南省南乐县人,郑州轻工业学院助理工程师,主要研究方向:模糊控制技术. 文章编号:1004-1478(2005)03-0067-02基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计王俊杰(郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州450002)摘要:以89C51单片机为检测控制核心,采用DS12887实时时钟,设计了一种太阳能热水器智能控制器.该控制器具有时间、温度、水位设定与控制功能,及良好的抗干扰性能.关键词:单片机;自动控制;太阳能热水器;实时时钟中图分类号:TP273 文献标识码:ADesign of intelligent controller of solar heater based on 89C51single chipW ANG Jun -jie(College .of Electr .Infor .Eng .,Zheng zho u Univ .of Light Ind .,Zheng zh ou 450002,China )A bstract :Solar heater controller is designed with 89C51as detecting and control core by adopting DS12887lining control clock .It has the following functions :time ,temperatur e and water level fixing and control and anti -jaming .Key words :single chip ;automatic control ;solar heater ;lining control clock0 引言目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题,很多控制器只具有温度和水位显示功能,不具有温度控制功能.即使热水器具有辅助加热功能,也可能由于加热时间不能控制而产生过烧,从而浪费电能.鉴于此,笔者以89C51单片机为检测控制核心,采用DS12887实时时钟,设计了一种太阳能热水器微控制器,不仅实现了时间、温度和水位参数的实时显示,而且具有时间设定、温度设定、水位设定与控制功能,停电后再来电时也不用重新设定.1 系统硬件设计及原理给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微电脑控制板.笔者选用89C51单片机为核心控制器,组成热水器微控制系统.系统框图如图1所示.图1 热水器微控制系统框图 数据采集系统通过水温传感器和水位传感器分别采集水温、水位连续变化的模拟量信号,通过TLC0832模数转换器把模拟信号转换成数字信号,送到CPU89C51中进行处理.本系统具有24h 定时和实时显示功能,因此硬件设计上必须有一个实时时钟来为系统提供准确的基准时间,在软件上则要定时地读出当前的时间,并同设定时间相比较以决定系统的工作情况.系统采用美国达拉斯公司生产的DS12887实时时钟芯片.该片主要特点为:断电情况下运行10a 以上不丢失数据,计秒、分、时、日、月、年,并具有闰年补偿功能,可用二进制数码或BCD 码表示时间日历和警报.89C51通过RXD 和TXD 采用串行通信方式向串入并出芯片74LS164发送显示代码,从而实现时间、水位和温度的显示.2 微控制器的软件设计软件的主要功能是完成对硬件的控制,时间、水位和温度的显示以及对采样信号、键盘指令的处理.系统的软件部分主要由主程序、键盘子程序(见图2,图3)、显示子程序等组成.对于温度和时间,每次设定结束后,就将设定值存入DS12887的非易失性R AM 中,下次开机时进行读取.这样,系统在不进行设定时,就认为该设定值与前一次设定值一样,为用户解决了每次开机总要重新设定的问题;若系统在运行过程中停电,再次来电后不用重新设定,就能按原设定值对温度进行控制,增强了微控制器适应外部变化的能力.图2 主程序3 电路抗干扰设计本系统是用于现场控制的单片机应用系统,易受各种干扰侵袭,因此抗干扰设计比较重要.其方法图3 键盘子程序是:采用集成稳压模块来保证供电的稳定性,防止电源系统的过压和欠压;利用低通滤波器滤去高次谐波以改善电源波形,采用小电感大电容构成的滤波网络.在PCB 设计时,数字地和模拟地要分开,分别与电源端地线相连,同时加宽电源线和地线,并且尽量使电源线、地线的走向与数据传递的方向一致;设计中将所有器件的地接于一点,并使接地构成环路,减少接地电位差,从而减少干扰.在软件设计时,首先采用硬件“看门狗”电路与软件“看门狗”技术相结合,当系统陷入“死循环”时,可强迫程序返回到单片机复位入口,使系统运行纳入正规;其次,在未使用的中断区、R AM 区、用户程序各模块之间空余的单元安排了软件陷阱,及时捕捉乱飞程序并将其引入复位入口地址;最后,对重要的指令采取指令冗余,对重要的数据采取数据冗余.4 结语该智能型太阳能热水器微控制器具有控制精确、方便的特点,并且易于控制,具有良好的抗干扰性能等特点.参考文献:[1] 何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2001.[2] 王幸之.单片机应用系统抗干扰技术[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2000.[3] 张毅刚.MCS —51单片机应用设计[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.·68·郑州轻工业学院学报(自然科学版)2005年。
智能节水系统中DS12887的数据显示程序设计
D esign of data display program of D S12887 in the intelligent water saving syste m
XI A Xue chuan , HOU Feng yun
1 2
( 1. F lag A uto body L i m ited Co m pany , Ch ina YTO G roup Corpo ration, Luoyang 471004, China ; 2 . Co llege of Info r ma tion T echno logy , Luoy ang N or m al U niversity , Luoyang 471022, Ch ina)
M OVX @ DPTR, A DPTR, # 7F09H ; 指向年单元地址 A, # 08H ; 2008年 DPTR, # 7F0AH ; 指向寄存器 A 地址 A, # 26H ; 时钟 运行, 允许 方波 输 出, 频
M OVX @ DPTR, A
M OVX @ DPTR, A M OV M OV DPTR, # 7F0B H ; 指向寄存器 B 地址 A, # 1AH ; 每 秒 更 新一 次, 允 许 方波 输
收稿日期 : 2008 05 08 作者简介 : 夏学川 ( 1968 ) , 男 , 研究方向 : 机电一体化 .
分析和处理, 系统 分别 完成了 红外 模式、 定 时模 式等 功能, 同时还在控制器上附加了时钟显示功能.
1 DS12887 的显示电路组成 显示电 路 由 AT89C52、 DS 12887、 MAX7219、 LED 共阴极 数 码 管 组成, 如 图 1 所 示, 利 用 89C52 读 取 DS12887 的时钟数据, 经过 数据 处理, 待 显示 的时 钟 数据以串行传送 方 式至 7219, 从 而驱 动 共阴 极数 码
基于单片机的太阳能热水器智能控制器设计
设计一个基于单片机的太阳能热水器智能控制器是一项非常有意义的工程项目。
通过这个设计，我们可以实现对太阳能热水器系统的智能监测和控制，提高系统的效率和可靠性。
下面将详细介绍这一设计的原理、结构、功能和实施步骤。
一、设计原理基于单片机的太阳能热水器智能控制器的核心原理是通过传感器采集环境温度、水箱温度、太阳能辐射等数据，并通过单片机进行数据处理、控制算法运算，最终实现对太阳能热水器系统的自动控制。
二、系统结构1. 传感器模块包括环境温度传感器、水箱温度传感器、太阳能辐射传感器等，用于采集相关参数数据。
2. 控制模块采用单片机作为控制核心，通过编程实现对传感器数据的采集、处理和控制策略的执行。
3. 显示模块一般采用液晶显示屏或数码管显示太阳能热水器的工作状态、温度等信息。
4. 执行模块通过继电器或驱动电路控制太阳能热水器系统中的循环泵、电加热器等设备的开关。
三、功能设计1. 环境监测：实时监测环境温度和太阳光照强度，以便调整系统工作状态。
2. 温度控制：根据水箱温度和环境温度，控制循环泵和电加热器的运行，保证水温在合适范围内。
3. 节能优化：根据太阳能辐射情况，合理利用太阳能资源，减少电加热器的使用，节约能源。
4. 故障检测：监测系统运行状态，及时发现故障并报警，保障系统安全稳定运行。
四、实施步骤1. 传感器接入：将环境温度传感器、水箱温度传感器、太阳能辐射传感器等传感器连接至单片机的模拟输入引脚。
2. 程序设计：编写单片机程序，包括数据采集、控制算法、显示控制等功能的实现。
3. 硬件连接：根据设计需求，将单片机、传感器、显示模块、执行模块等连接至一块PCB板上。
4. 调试测试：将控制器连接至太阳能热水器系统，进行系统调试和测试，验证控制器的功能和稳定性。
5. 性能优化：根据测试结果对控制算法进行优化，提高控制器的响应速度和稳定性。
通过以上设计和实施步骤，我们可以完成一个基于单片机的太阳能热水器智能控制器的设计。
太阳能热水器智能控制器的设计与实现.
太阳能热水器智能控制器的设计与实现摘要本文实现了PLC（可编程控制器）在太阳能热水器自动控制系统中的应用。
硬件选用OMRON公司CPM1A系列的30点可编程控制器,在软件设计上使用OMRON公司提供的CX-ONE程序进行系统控制梯形图编写。
并指出了PLC设计的关键主要是能满足基本控制功能、考虑维护的方便性、系统可扩展性等。
本文设计的太阳能热水器由自动和手动两种模式组成，在自动模式中太阳能热水器能够自动上水、加热、保温，手动模式则按照用户的按键操作执行相应功能，太阳能热水器在出现故障时还具有报警功能，如温度过高会自动关闭加热器并闪烁温度警示灯，水位过高则自动关闭上水阀闪烁水位警示灯，并且绘制了系统的工艺流程图；按照设计要求合理地进行了系统的I/O分配和PLC的选型，绘制了系统的控制梯形图、控制系统电气原理图和I/O控制原理电路图等。
通过用PLC对太阳能热水器自动控制系统的改造，大大减少了系统对其它元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。
关键字: PLC；太阳能；自动控制系统；热水器AbstractApplication of PLC in solar water heater automatic control system is researched in this paper. The content of this paper on the process of system hardware constitution and the system software design is emphasized . And the key of PLC design that is to satisfy the basic control function is pointed out , meanwhile maintenance convenience and system extension are also considerated. The content of this paper is divided into four parts. In the first part, the procedure of the system is established, and then the treatment flow chart is drawed out; In the second part, The address of I/O is resigned .and the suitable PLC type is choosed. The third part, the control ladder diagram is designed according to the requirement; In the end, the electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn.Through the design of the solar water heater automatic control system, the components that is used in the solar water heater automatic control system are decreased. The performance of the system is lifted, and it has the feature such as simply interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and high reliability. In a word, the system becomes more advanced because of my design.Keywords: PLC; Solar; Automatic control system; Water heater目录绪论 (3)1 太阳能热水器的研究情况 (4)1.1 国内外研究现状 (4)1.1.1 国内研究现状 (4)1.1.2 国外研究现状 (4)1.2 本文研究的内容 (5)2 全玻璃真空管式太阳能热水器的概述 (6)2.1 太阳能热水器系统功能 (6)2.1.1 太阳能热水器组成、原理和工作过程 (6)2.1.2 太阳能热水器的硬件结构 (7)2.1.3 系统的要求 (8)2.2 可编程控制器 (8)2.2.1 PLC的发展历史 (9)2.2.2 可编程序控制器的工作原理 (9)2.2.3 可编程控制器的的特点 (10)2.2.4 PLC的分类 (11)3 热水器控制系统设计 (13)3.1 系统硬件的设计 (13)3.1.1 PLC的选型 (13)3.1.2 PLC硬件控制框图 (13)3.1.3 各单元功能作用 (14)3.1.3 PLC的端口分配 (16)3.1.4 系统电路的设计 ............................................................ 错误！未定义书签。
智能节水系统中DS12887的数据显示程序设计
时钟数据然后完成各种控制功 能． Ｓ ２ ８ Ｄ １８７是一款 功能强大 、 用广泛 的时钟芯片 ， 章中介绍 应 文 了 Ｄ １８ Ｓ２ ８时钟芯片在智 能节水系统 中数 据采集 、 数据 处理 和显示程序 的设计 方法 ， 思路 简洁 ， 运行 可靠 ， 保证 了智能节水系统红外模式 、 定时模式等控制 功能的实现 ， 并且附加 了控 制器上 的
在 工 业 控 制 、 务 以 及 家 居 生 活 等 领 域 中 ， 多 商 诸 智 能 仪 表 和 家用 电 器需 要 先 获 取 实 时 的 时钟 数 据 ， 然 后经过数 据 分 析 和处 理 ， 而 完 成各 种 控 制 功 能． 从
分析和处理 ， 系统分 别完成 了红外模 式 、 时模式 等 定
维普资讯
智能节水系统 中 Ｄ １８７的数 据显示程 序设计 Ｓ２８夏学来自 ， 侯 凤 云
４ １２ ） ７ ０ ２
（． １ 中国一拖集团公司 福莱格 车身有 限公 司， 洛阳 ４ １０ ２ 洛阳师范学院 信息技术学 院， ７ ０４；． 洛阳
摘
要： 在工业控制 、 商务 以及家居生活等领域 中， 诸多智 能仪表 、 家用 电器需要先获 取实时
时钟 显 示 功 能 ．
关键词 ： Ｓ２ ８ ； Ｄ １８ ７ 智能节水系统 ； 时钟 ； 显示
中 图分 类 号 ：Ｐ ７ 文 献 标 识 码 ： Ｔ２４ Ａ 文章 编 号 ：０ ５８５ （ ０ ８ ０ － ４ － １０ —３４ ２ ０ ）５０ ４０ ０ ４
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ａ ａ ｄ ｓ ｌ ｙ ｐｒ ｇ ａ ｏ ８ ７ ｉ ｈ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔ ｓｇ ｆ ｄ ｔ ｉｐ ａ ｏ ｒ ｍ ｆＤＳ１ ８ ｎ ｔ ｅ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ２ ｉ
太阳能热水器的智能控制器-毕业设计
1 绪论 (1)1.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析 (1)1.2太阳能热水器的应用及意义 (2)2 系统组成及工作原理 (4)2.1系统设计要求 (4)2.2系统总体结构设计 (4)2.3太阳能热水器组成及原理 (6)2.4系统的组成框图 (7)3 硬件设计 (9)3.1最小系统板设计 (9)3.2按键及显示电路 (11)3.3温度采集模块电路设计 (11)3.5报警电路模块 (16)3.6继电器控制加热电路 (17)3.7水位检测接口电路 (18)3.8水位控制电路 (19)4 系统软件设计 (20)4.1软件设计分析 (20)4.2软件程序设计要求 (20)4.3主程序模块 (22)4.4中断服务程序设计 (22)4.5子程序模块 (23)5 系统调试 (30)6 结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录A 电路原理图 (35)附录B PCB图 (36)附录C 程序代码 (37)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。
基于单片机的太阳能热水器智能控制器的设计
数 据后 便 可得 知当 前的水 位值 ， 再由 １ ６ ０ ２显示屏 显示 水位情 况 ， 以此达 到 水位检 测 的 目的 Ｊ 。
１ ． ５ 电磁 继电 器 电路及原 理
２ ０ １ ４ ￣
１ ９ 期总第１ ６ ３ 期
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画
基于单 片机 的太 阳能热水 器智能控制 器 的设 计
陈 开开 （ 浙 江工 业 大学 政治 与公 共管 理 学院 ， 浙 江杭 州 ３ １ ０ ０ ２ ３ ）
摘 要 太 阳能热 水 器作 为太 阳能利 用 中最常 见 的一种 装 置 ， 经 济效 益 明显 ， 正在迅 速 的推 广应 用 。本课 题根据 太阳 能热 水 器 的功 能特 点 以及 对 其控 制 器 的要 求 ， 提 出一种 基 于 ５ １ 单 片机 的 太 阳能热 水 器智 能控 制 器 的设 计 方法 。该设 计利用 ５ １ 单 片机 作 为 系统 的主控 制器 ，配合 其他 控 制 电路 协调 工作 。 利用 温度 传 感 器和 水位 测 量传 感 器 实现 了对 水 温 和 水位 的测 量 ， 并 通过 预 定值 ，实时调 节 温度 和 水 量 ， 实现 ２ ４ 小 时 不 间断供 应 热 水 ；同 时 ， 通 过 相 关控 制 电路 和 软 件程 序 的设 计还 实现 了加 热 装置 和上 水装 置 的全 自动运 行 ， 提 高了热 水器 的 自动化和 智 能化程 度 。 关键 词 太 阳能热 水 器 ； 单 片机 ； 智 能控 制 器 中图 分类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ’ 文献 标识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ １ — ７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ４ ）１ ９ － ０ ０ ０ ９ — ０ ２
基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计
基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计王俊杰
【期刊名称】《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(020)003
【摘要】以89C51单片机为检测控制核心,采用DS12887实时时钟,设计了一种太阳能热水器智能控制器.该控制器具有时间、温度、水位设定与控制功能,及良好的抗干扰性能.
【总页数】2页(P67-68)
【作者】王俊杰
【作者单位】郑州轻工业学院,电气信息工程学院,河南,郑州,450002
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于AVR单片机太阳能热水器智能控制器硬件设计 [J], 李晖;王婷
2.基于太阳能热水器智能控制器设计 [J], 王鹏宇;刘文君
3.基于DS1302的太阳能热水器智能控制器的设计 [J], 张先臣;王冬云
4.基于DS12887的太阳能热水器智能控制器的设计 [J], 刘福才;朴春俊
5.基于89C51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计 [J], 杨迁迁
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太阳能热水器的智能控制器的硬件设计
太阳能热水器的智能控制器的硬件设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：太阳能热水器的智能控制器的硬件设计前言一直以来,我国在利用非可再生能源的同时,也在努力寻找合适的可再生能源,用来替代或减少对不可再生能源的使用，为以后的可持续发展创造好的条件.在可再生能源中太阳能是利用最早、最广泛的一种，它自身具有清洁、环保、安全、无污染、取之不尽用之不竭的特点，怎样才能充分、高效的利用太阳能呢?就目前来看，是利用太阳能热水器进行光热转换，给水加热，满足人们的日常用水需求，如:洗澡、洗菜、洗衣服，还有平时的洗梳,拖地洗车等。
为了进一步推进太阳能技术的应用，为国家节约能源，减少环境污染,选择了该课题。
我国的太阳能热水器行业，发展到现在，已经有十几个年头了，已由幼年成长到了青年,正是飞速成长的时期,现在每年大约有20％～30％的新用户使用太阳能热水器,尤其在南方，太阳能热水器的普及率基本达到了40%；在北方消费者也正在接受太阳能产品，目前普及率也基本达到了15%；而在国外，该行业发展缓慢，现在国外的一些国家给予了该行业足够得重视，使它较以前步伐有所加快，总体来说普及率仍然很低。
目前我国多数太阳能热水器功能单一，操作不方便，控制起来不能达到理想效果,只有温度、水位的显示功能,而对其控制的智能化水平不高。
为了较好的处理这一问题,现对太阳能热水器的智能控制器进行如下设计设计。
本文的CPU为89C51单片机,用它来做为检测控制的核心，并采用美国达拉斯公司生产的DS12887实时时钟芯片，不仅实现了水位、水温、时间三种参数的实时显示功能，而且还通过其他的一些芯片,辅助与相关的软件程序实现了水温、水位、时间的设定。
其中，数据采集系统，分别用水温、水位传感器采集连续变化的水温、水位模拟量信号，用ADC0809进行A/D转换，形成数字信号，送到CPU 89C51中进行处理，实现水温、水位的显示。
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文章编号:1001—9944(2000)04—0015—03
基于D S 12887的太阳能热水器智能控制器的设计
Ξ
刘福才,朴春俊,刘 丰
(燕山大学电气工程学院自动化系,河北秦皇岛 066004)
摘 要:根据太阳能热水器对控制器的要求与特点,提出了一种基于D S 12887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。
关键词:太阳能热水器;单片机;模糊控制;实时时钟中图分类号:273+.5 文献标识码:B
1 引言
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8031单片机为检测控制核心,采用D S 12887实时时钟,不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示功能,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。
2 控制器的硬件设计
根据控制要求,采用8031单片机的智能控制器结构框图如图1所示。
由于本系统运算量不是很大,没有太多的中间数据需要处理、保存,因此不再外扩数据存储器。
仅使用8031内部RAM 已完全能够满足要求。
因8031内部没有程序存储器,所以扩展一片2732。
系统的硬件接口电路包括:控制器实时时钟
接口电路,蓄水箱温度和水位检测接口电路、设定键和串行显示接口电路、看门狗和复位接口电路以及继电器输出接口电路等。
(1)控制器实时时钟接口电路的设计为实现热水器24小时供应热水的目的,控制
器必须有一个实时时钟来为系统提供准确的基准
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51・自动化与仪表 第15卷 2000年 第4期
Ξ收稿日期:2000201203(磁盘稿)
时间;在软件设计上则要实时地读出当前时间,同设定时间比较,以决定系统工作状态。
本系统采用美国DALLA S 半导体公司最新推出的时钟芯片D S 12887,该芯片采用C M O S 技术,把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部,并与M C 146818管脚完全兼容。
D S 12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高,工作稳定可靠等优点。
它与8031单片机的接口电路见图2。
模式选择脚M O T 接地,选择I N T EL 时序。
D S 12887的高位地址用8031的P 2.4选择,则时钟芯片的高8位地址为EFH ,而其低8位地址则由芯片内部各单元的地址来决定(00H ～80H ),D S 12887的中断输出端I RQ 接上拉电阻,同8031中断线I N TO 相连,为单片机提供中断信号。
SQW 端口编程为2H z 方波输出,经二分频后,驱动两个L ED 发光二极管作为时钟的秒闪烁显示。
(2)蓄水箱水位和温度检测接口电路的设计蓄水箱水位和温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节,只有准确地检测出水位和温度,才能通过软件计算提前开始辅助加热的预加热时间。
要实现辅助加热提前时间的精确计算,最好是采用连续液位传感器,但考虑系统成本,本设计仍采用分段式液位传感器(通过软件来提高精度),在水位显示上也仍采用分段显示。
水位检测部分的硬件连接如图3所示。
检测原理如下:当水箱中无水时,8
个非门均由1M 8电阻上拉成高电平,所以图中各“非”门(CD 4069)输出均为低电平,L ED 1～L ED 8均不亮。
当水位高于“非”门1的输入探针时,由于水的导电作用,使“非”门1的输入变为低电平,所以其输出变为高电平,L ED 点亮,依此类推。
随着水位的上升,各“非”门输出相继为高电平,L ED 依次点亮。
这里要注意的是上拉电阻不能选择太小,因
为水的电阻在100k 8左右,所以上拉电阻选择太小的话,将在水位升高时,无法把“非”门输入端拉成低电平。
实验表明,上拉电阻选择在500k 8～1M 8左右能很好地满足电路的工作要求。
为了使8031随时能够读出当前的水位情况,这里选用74L S 244作为状态输入缓冲器。
蓄水箱温度检测电路采用热敏电阻,经555
谐振电路转换成脉冲信号,送到8031的T 1口(编程为计数器工作模式),通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号。
(3)控制键和串行显示接口电路的设计
键盘和显示电路是人机交互的重要手段。
控制键是用户干预系统运行的唯一接口,也是用户比较关心的问题。
为了实现控制器对时间与温度的设定及显示功能,采用74L S 08与74L S 244实现8键中断输入。
串行显示电路采用串入并出芯片74L S 164驱动6位数码管实现时间与温度的静态显示。
(4)看门狗和复位接口电路的设计控制器的看门狗电路由两级74L S 123芯片组成。
用P 1.7作为单稳态触发器的定时脉冲发生端,当P 1.7口线超过一定时间不对74L S 123发正脉冲时,系统将自动复位。
3 控制器的软件设计
热水器不论在什么样的天气里,都能够在设定的时间向用户提供设定温度的热水,从而给用户带来便利。
当控制器在设定的时间使水温达到设定温度时,将通过声光报警提醒用户。
根据这一要求,控制器软件设计采用模块化结构,包括主程序、键盘中断子程序、D S 12887更新周期结束中断子程序、显示子程序和提前加热
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61・仪器仪表与装置
时间计算子程序等。
系统主程序主要完成温度和水位的检测以及进行辅助加热时间预算和一些初始化功能。
在主程序中采用了查表方法进行辅助加热提前量预算。
系统主程序流程图如图4所示。
对于温度和时间设定,每次设定结束后,就将设定值存入D S 12887的非易失性RAM 中,下
次开机时进行读取。
这样作至少有两个优点:一是系统在不进行设定时,就认定该设定值和先前一次一样,解决了每次开机总要从头设定的问题;另一个是若系统在运行中间停电而再次来电时,可以不用重新设定,就能按原设定值对温度进行控制,增强了控制器适应外界变化的能力。
对提前加热时间的计算,则是系统能否实现预定功能的重要一环。
因为系统采用分段式水位检测,若采用能量守恒的方法对提前加热时间进行预算,也同样得不到精确的结果。
为了避开繁琐的计算过程,本系统中采用了模糊控制思想,使用了如下一些控制语句:
IF 水位高AND 温度差大TH EN 加热时间长 IF 水位适中AND 温度差适中TH EN 加热时间适中
IF 水位低AND 温度差低TH EN 加热时间少
采用这种思想后,可以用实验方法获得各种
情况下需要加热的时间,编制成表格。
使用时,只要查表获得提前加热时间就行了。
显然,表格分得越细,控制就越准确。
本控制器采用温差每等于
5℃为一格,就能满足控制要求了。
为了减小误差,试验表明,可以采用如图5的方法。
实验中,用水位达到B 1时的结果代替水位达到A 1时的结果,B 2代替A 2,B 3代替A 3,B 4代替A 4。
这样,CPU 读入的A 1水位查表后得到的预加热时间是实验中水位在B 1处的时间。
经过这种处理,会把由于分段检测而产生的计算误差减小一半,由原来的h 变成了h 2,(h 为分段水位检测间隙)。
如果水箱水深为40c m ,分8段检
测,此种处理方法的计算将使水位误差由原来的5c m 变成了2.5c m 。
这种误差对于民用的热水器来说,已完全能够满足要求了。
4 结束语
实际应用结果表明,该控制器和以往显示仪相比具有性能 价格比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。
在秦皇岛中荣太阳能设备有限公司批量生产,并已投入使用。
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[参考文献]
[1]刘福才,刘新田.80C 196全自动跟踪太阳能发电设备
控制器的设计[J ].微计算机信息,1999,4.
[2]王长胤,文 军.单片单板机原理及应用[M ].武汉:
武汉大学出版社,1993.
[3]向奇汝.多功能温度控制器[J ].自动化与仪器仪表,
1999,2.
[4]Tom Fox .Build the Intelligent T her mom eter [J ].
Computer &E lectronics .January ,1983.
D esign of I n telligen t Con troller for the Solar Energy Heater based on D S 12887
L IU Fu -ca i ,P I AO Chun -jun ,L IU Feng
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71・自动化与仪表 第15卷 2000年 第4期。