太阳能热水器辅助电加热器的设计

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常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键 盘接口。在本系统中, 键盘主要是用来设置热水器的水 温, 因此采用独立式键盘来完成这一功能, 各按键功能 见表 1 。其电路连接如图 6 所示。
图 6 键盘电路 表 1 按键功能
用。当整个系统出现故障时, 例如没水、不加热等, 均 发出声音提醒用户处理。
3.3 A/D转换电路设计
A D 5 9 0 测温电路输出的电压信号为模拟信号, 要进 行数码显示, 还需将此信号转换成数字信号。通过 A / D 转换器 ADC0804 可以将输入的模拟值转换成数字值,经 AT89S52 单片机处理后输出到 P1 以控制温度显示电路。
A D C 0 8 0 4 是用 C M O S 集成工艺制成的逐次比较型 摸数转换芯片,分辨率 8 位,转换时间 100 μ s,输入电压 范围为 0~5V,增加某些外部电路后,输入模拟电压可为 5 V 。该芯片内有输出数据锁存器, 当与计算机连接时, 转换电路的输出可以直接连接在 C P U 数据总线上, 无 须附加逻辑接口电路。具体硬件连接图如图 4 所示[5]。
XU Hong-hao, GU Gang
(Automation college , Guang Dong University of Technology,Guangzhou 510006 China) Abstract: This paper presents an auxiliary heater of solar water heaters based on the microcontroller of model 51.
控制电路工作原理为: 当 A T 8 9 S 5 2 的 R X D 口输出 一个高电平时,三极管开始工作,驱动继电器 Kl 工作,继 电器 Kl 呈导通状态, 加热装置开始工作。
3.6 报警电路设计
报警电路主要是由发光二极管和蜂鸣器组成的,其 电路如图 7 所示。每当用户按一下键,LS1 就会发出“嘀” 的一声确认音, 提示操作有效。当设定完成热水器开始 运行时 D S 1 发光, 指示当前正在运行。在加热结束后, 蜂鸣器会发出三声“嘀、嘀、嘀” ,提示热水器可以使
3.2 温度采集电路设计
温控系统是保证热水器温度的控制中枢, 直接影响 热水器的使用性能。若温控系统灵敏度不够, 就会使热 水器总是处于启动的状态, 耗电量就大。在传统的电热 水器中,温度传感器多采用的是热电偶、热电阻,其灵敏 度难以满足要求。因此本系统温度传感器选用 A D 5 9 0 , 它是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流 源, 是一种价格低廉高精度的温度传感器, 具有体积小、 稳定性好、测量精度高等优点, 特别是其灵敏度高。 AD590 测温范围为- 55℃~+ 150℃,满足人们日常生 产和生活中的温度范围。A D 5 9 0 电源电压可在 4 V ~6 V 范围变化, 可以承受 4 4 V 正向电压和 2 0 V 反向电压, 因 而器件反接也不会被损坏。AD590 产生的电流与绝对温 度成正比, 它有非常好的线性输出性能, 温度每增加 1 ℃,其电流增加 1 μ A[3]。运算放大器用 LM741。LM741 是单片高性能内补偿运算放大器, 具有较宽的共模电压 范围,在使用中不会出现闩锁现象,可用作积分器、求和 放大器及普通反馈放大器。其电路图如图 3 所示[4]。
3 系统硬件结构
3.1 单片机最小系统设计
Techniques of Automation & Applications | 37
《自 动 化 技 术 与 应 用 》2 0 0 8 年 第 2 7 卷 第 9 期
计算机应用
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图 2 最小系统图
单片机最小系统如图 2 所示, 由主控器 A T 8 9 S 5 2、 时钟电路和复位电路三部分组成[2]。单片机 AT89S52 作 为核心控制器控制着整个系统的工作, 而时钟电路负责 产生单片机工作所必需的时钟信号, 复位电路使得单片 机能够正常、有序、稳定地工作。
图 3 AD590 温度采集电路
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图 5 显示电路
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《自动化技术与应用》2008 年第 27 卷第 9 期
数码管是由一个 74LS47 连接 7 个 100 欧姆的电阻 来驱动显示。数码管的 V C C 脚分别连接到两个三极管 的共射极,而三极管的共集电极连在一起接到 +5V 电源 上, 共基极分别连接两个 4 .7 K 的电阻并接到单片机 AT89S52 的 P1.4、P1.5 管脚上。
3.5 键盘电路设计
键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输人数 据、传送命令等功能, 是人工干预单片机的主要手段。 键盘实质上是一组按键开关集合, 通常选用机械弹性开 关,它们利用了机械触点的合、断作用。键的闭合与否, 反映在输出电压上就是呈现低电平还是高电平, 通过对 电平高低状态的检测, 便可确认是否有按键按下。为了 确保 C P U 对一次按键动作只确认一次, 那就必须消除 抖动的影响, 这样才能使键盘在单片机系统中使用得更 加稳定。
(上接第 25 页) 际存在于表示层中,因此将其作为表示层模式。业务委托模式 应用于系统的Web 层,当客户端 MIDlet 向服务器发出RPC 请 求时, Servlet 从请求流中解析出客户端所要求执行的操作,然 后立即将操作请求转发到业务代理对象 B D , 业务对象调用会 话门面Facade 中对应的方法,最终由会话门面匹配请求到其它 会话 Bean 或实体Bean[3][4]。图 3 给出了系统Web 层的时序。
关键词:AT89S52 单片机;温度控制;AD590 中图分类号:TP368.1 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2008)09-0037-04
An Auxiliary Electrical Heater for the Solar-Powered Water Heater
关一、二的共同作用下, 电加热器电源开关打开, 单片 机控制动作有效。本辅助电加热控制器由温度检测电 路、信号调理电路、A/D 转换电路和单片机等组成,如 图 1 所示。工作原理如下: 通过温度传感器将被测温度 转换成电信号, 经信号调理电路放大后, 由 A / D 转换电 路转换成数字信号输入单片机, 单片机对比预先设定的 温度, 判断是否需要开启辅助加热器, 同时将温度值实 时显示在 LED 显示器上。
图 8 控制电路
4 系统软件结构
Techniques of Automation & Applications | 39
《自 动 化 技 术 与 应 用 》2 0 0 8 年 第 2 7 卷 第 9 期
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由于用汇编语言编写的程序效率高, 占用的内存单 元和 CPU 资源少,执行速度快,还可直接访问存储器、输 入/输出接口以及扩展的各种芯片, 并可直接处理中断, 直接管理和控制硬件设备,适用于实时控制系统,因此,系 统软件部分采用汇编语言编写。软件设计部分包括主程 序、A / D 转换子程序、键盘扫描子程序、显示子程序, 这里以主程序为例来进行说明, 其工作流程如图 9 所示。
图 4 模数转换电路 3.4 显示电路设计
本系统采用七段 L E D 数码管作为显示器。由于本 系统设计要求温度检测范围为 0 — 99℃,精度± 1℃ , 数码管只需显示两位即可达到要求, 因此, 显示部分电 路采用两个一位的 LED 数码管来组成显示器,由于不显 示小数点, 故 L E D 数码管的 dp 脚悬空。本设计显示电 路在应用上有两个特点: 一是实时显示热水器当前的水 温值, 另一个是显示键盘设定的温度值。其电路连接如 图 5 所示。
1 引言
伴随着住宅消费和人们对生活品质要求的不断提 高, 热水器已经成为普通中国人追求的商品。太阳能热 水器, 由于太阳能可无偿使用, 对环境无污染安全、可 靠, 无需维护并且使用寿命长, 而成为国家大力提倡的 环保节能型产品。但目前市场上太阳能热水器辅助电 加热器的控制系统几乎都不具有温度控制功能, 有些热 水器即使有此功能, 也由于控制精度不高, 存在过烧现 象而严重浪费电能[1]。本文利用集成温度传感器 AD590 设计并制作了一款基于 AT89S52 单片机的太阳能热水 器辅助电加热器。将其安置在水箱里, 以备阴、雨、雪 天使用。该加热器具有较高的测量精度和控制精度。
2 系统总体结构
太阳能里面另有两个温度感应器, 当太阳能不足 时, 首先太阳能板上的传感器发挥作用, 让 A 原副线圈 工作, 闭合开关一, 当水温不能达到一定程度的时候, 另 一传感器工作, 让 B A 原副线圈工作, 闭合开关二, 在开
收稿日期:2008-03-24
图 1 系统总体设计框图
始化, 清除温度缓存区中的数据, 然后启动 A D C 0 8 0 4 转换温度传感器输入的电信号。同时检测是否有键按 下设定温度, 有则跳至键盘扫描处理子程序, 没有则待 ADC 数据转换结束读入累加器 A,然后进行十进制数 据转换调整, 输出给温度显示电路。整个系统是一个 闭环的, 系统工作是循环进行的, 这也就实现了实时检 测的设计要求。
5 结束语
本系统以单片机 AT89S52 芯片为核心部件,利用温 度测量技术配合相应的软件程序, 实现了辅助电加热器 实时显示热水器的水温, 自动开启加热装置等功能, 具 有较高的测量精度和控制精度, 特别是其灵敏度高的优 点, 很好地满足了节能的要求。
图 9 主程序流程图 在主程序中, 系统上电自动复位以后首先进行初
The AT89S52 is used as the CPU, and AD590 is for the temperature measurement. The auxiliary heater can display the temperature of water, and switch on the heat installation automatically. Keywords: microcontroller of AT89S52; temperature control; AD590
《自动化技术与应用》2008 年第 27 卷第 9 期
太阳能热水器辅助电加热器的设计
徐鸿浩,谷 刚 (广东工业大学自动化学院,广东 广州 510006)
摘 要: 针对目前市场上太阳能热水器辅助电加热控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不便等问题。本文给出了一种基于 51 单片机实现的太阳能热水器辅助电加热器的设计方案。该系统以 AT89S52 为控制核心,AD590 实现温度检测。该辅助加 热器实时显示热水器的水温, 自动开启加热装置等功能, 具有较高的测量精度和控制精度。
图6键盘电?表1按键功能按键键名功胄苣s1运?键使系统开始散据采集fix31发光指示s2功能键接键按下时显示温室设定值再it按键时显示前温室值s3加一键设定温壹渐汪加一s4艟一键设定温熏渐次减一36报警电?设计报警电?主要是由发光二极管和蜂鸣器组成的其电?如图7所示
计算机应用
Compuபைடு நூலகம்er Applications
图 7 报警电路 3.7 控制电路设计
控制部分电路图如图 8 所示。该电路是由一个固态 继电器作为控制开关。固态继电器是一种无触点通断 型电子开关, 是四端有源器件, 其中两个端口为控制输 人端, 另外两个为输出受控端。为了实现输入与输出的 隔离, 器件采用了高耐压的光耦合器。当输人信号有效 时, 电路呈导通状态; 反之, 呈断开状态, 可以实现类似 电磁继电器的开关功能。固态继电器将 M O S F E T 、 G T R 、普通晶闸管等组合在一起与触发电路封装在一 个模块中, 而且驱动电路与输出电路隔离。固态继电器 是可控硅过零触发器, 无触点, 不用调节, 对电网不会产 生波形畸变。因此, 非常适合本设计。
5 结束语
本文以一个 W E B 应用系统为例, 介绍了应用在移 动 W E B 开发中的几种设计模式。采用设计模式的思想 开发的移动应用软件系统, 在满足用户需求的同时, 提 高了程序的运行性能, 使软件系统具有良好的结构, 并 能极大地提高软件系统的易用性、可复用性与可维护
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