太陽(yáng)能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、清華大學(xué)2010屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書太陽(yáng)能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2010年6月太陽(yáng)能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)摘 要：在太陽(yáng)能的熱利用中，用于產(chǎn)生熱水的太陽(yáng)能熱水器應(yīng)用廣泛，它充分利用了自然能源太陽(yáng)能，節(jié)省了大量能源，這對(duì)于資源緊張的今天，具有重要意義。在研究了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的智能控制程度相對(duì)較低。本文綜述了太陽(yáng)能熱水器智能控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)通過(guò)單片機(jī)at89c51和無(wú)線收發(fā)模塊gsm對(duì)太陽(yáng)能熱水器水位、水溫的即時(shí)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控的工作原理及控制方法進(jìn)行了深入的研究和討論,給出了太陽(yáng)能熱水器

2、水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖和設(shè)計(jì)過(guò)程。在本設(shè)計(jì)中由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用水溫傳感器和水位傳感器分別采集水溫、水位連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到cpu89c51中進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)水位、水溫的顯示。然后將采集到的水位、水溫的數(shù)據(jù)通過(guò)gsm無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送到用戶手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能熱水器水位、水溫的即時(shí)監(jiān)控。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器，at89c51，gsm無(wú)線傳輸，at指令 solar water heater water level, water temperature monitoring system timelyabstract：among the ap

3、plications of the solar energy. solar water heater for heating water is being extensively applied. through exploring the energy from the nature. this technology is particularly important for todays society to relieve the stress from lack of sources. researched the related fields present and trends a

4、t home and abroad, we found that solar water heaters in china is relatively low level of intelligent control. this paper reviews the solar water heater intelligent control technology development status and trends, study and discussion in-depth the working principle and control methods of solar water

5、 heaters the water level, water temperature control timely and remote monitoring based the microcontroller at89c51 and gsm wireless transceiver modules , to give out the design and theory block diagram of solar water heater water level, water temperature monitoring timely.in the design, the data acq

6、uisition system collect the succession changes in the analog signal of water temperature, water level by the temperature sensors and water level sensors, convert analog signals into digital signals through the adc, sent it to cpu89c51 to processing, in order to achieve the water level, water tempera

7、ture display. and then send the water level, water temperature data collected through gsm wireless data transmission module input to the mobile phone, make it come true that solar water heater water level, water temperature monitor and control timely.keywords: solar water heater, at89c51, gsm wirele

8、ss, at commands目錄1 緒論.11.1太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀.11.2 需求分析.21.3 gsm/sms技術(shù)的發(fā)展.31.4 本設(shè)計(jì)的目的和意義.41.5 本設(shè)計(jì)的主要研究工作.51.6 本章小結(jié).52 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).62.1 方案功能設(shè)計(jì).62.2 方案總體設(shè)計(jì).62.3 方案設(shè)計(jì)原理.72.3.1 單片機(jī)的選擇.72.3.2 無(wú)線通信模塊的選擇.102.3.3 手機(jī)短信協(xié)議.112.3.4 gsm模塊中與sms有關(guān)的 at指令.132.4 本章小結(jié).143 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).153.1 水溫測(cè)量電路設(shè)計(jì).153.1.1 lm35溫度傳感器.153.1.2 a/d轉(zhuǎn)換芯片ad

9、c0832.163.1.3 水溫檢測(cè)電路.173.2水位測(cè)量電路設(shè)計(jì).183.2.1 lm型液位傳感器.183.2.2 水位測(cè)量電路原理圖.183.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì).193.4 水閥控制電路設(shè)計(jì).193.4.1 繼電器.193.4.2 水閥控制電路.193.5 tc35模塊接口電路.193.6 at89c51cpu的外圍電路.203.6.1 晶振電路.203.6.2 復(fù)位電路.203.6.3 at89c51的外電路接口.213.7 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖.223.8 本章小結(jié).244 系用軟件設(shè)計(jì)方案.254.1 gsm技術(shù)的應(yīng)用.254.2 上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊半雙工通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn).254.2.1

10、 應(yīng)答和重發(fā).254.2.2 收發(fā)端與采集端的握手協(xié)議.254.3 tc35的連機(jī)方法.264.4 軟件設(shè)計(jì)思路.274.4.1 主函數(shù)的設(shè)計(jì)思路.274.4.2 gsm返回參數(shù)的處理shell函數(shù).284.4.3 短信數(shù)據(jù)的處理execdata函數(shù).284.4.4 pdu編碼.284.5 程序設(shè)計(jì).294.5.1系統(tǒng)控制程序.294.5.2 adc0832數(shù)據(jù)讀取的程序流程圖 .294.6 本章小結(jié).315 總結(jié).32參考文獻(xiàn).33附錄a.35附錄b.41附錄c.66附錄d.79致謝.86第i頁(yè) 共ii頁(yè)1 緒論1.1太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀眾所周知，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭，沒(méi)有污染的巨大

11、能源。隨著世界上煤、油、氣的儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預(yù)測(cè)：二十一世紀(jì)太陽(yáng)能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽(yáng)能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽(yáng)能利用帶來(lái)重重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價(jià)偏高，因而尚未被人們大規(guī)模的使用。在太陽(yáng)能熱利用技術(shù)中，太陽(yáng)能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低廉的產(chǎn)品，同時(shí)給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對(duì)安全的熱水而受到人們的歡迎。我國(guó)從“六五”計(jì)劃期間開(kāi)始推廣太陽(yáng)能熱水器，到目前全國(guó)已有250萬(wàn)平方米采光積的太陽(yáng)能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國(guó)約有3500家左右，是目前世界上推

12、廣最大的國(guó)家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國(guó)特色的太陽(yáng)能企業(yè)，有中國(guó)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)為中心的學(xué)術(shù)中心，以中國(guó)農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會(huì)太陽(yáng)能熱利用專業(yè)委員會(huì)為中心，制定了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)一系列措施。世界各國(guó)的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設(shè)置太陽(yáng)能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽(yáng)能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝太陽(yáng)能熱水器近50萬(wàn)臺(tái)，現(xiàn)在有20%的家庭安裝了太陽(yáng)能熱水器，計(jì)劃今后普及率達(dá)到25%，按照日本的“陽(yáng)光計(jì)劃”還將為公寓，辦公樓安裝6500套太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，為工廠安裝1900套工業(yè)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。以色列的法令規(guī)定所有新建筑物必須

13、配備太陽(yáng)能熱水器，目前普及率已超過(guò)60%。英、法、德、意、希臘五國(guó)到2000年底推廣熱水器600萬(wàn)平方米，比1990年增長(zhǎng)2倍多。有專家預(yù)計(jì)到2015年，僅全國(guó)住宅用太陽(yáng)熱水器將達(dá)到2.32億平方米的擁有量，普及率將達(dá)到20-30%，太陽(yáng)能熱水器行業(yè)前景和“錢”景都被雙重看好。據(jù)中國(guó)五金制品協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)城市家庭中，57.4%擁有燃?xì)鉄崴鳎?1.3%擁有電熱水器，擁有太陽(yáng)能熱水器的只有7.6%，但在城市家庭的購(gòu)買預(yù)期調(diào)查中，三者的比例將演變?yōu)?5.8%、30.2%、23.2%，太陽(yáng)能熱水器的比例將大幅度增長(zhǎng)，開(kāi)始成為燃?xì)?、電熱產(chǎn)品的重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。同時(shí)，太陽(yáng)熱水器以其環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和能源可再生

14、性越來(lái)越受到城區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的青睞，太陽(yáng)能將迎來(lái)高速發(fā)展的黃金時(shí)期。仲繼壽認(rèn)為，相對(duì)于城市來(lái)說(shuō)，農(nóng)村太陽(yáng)能市場(chǎng)基本是從零開(kāi)始，目前存在90%以上的市場(chǎng)空白，太陽(yáng)能在農(nóng)村潛在空間巨大。1.2 需求分析目前市售的太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品仍存在著很多不足之處，如受季節(jié)和天氣的影響較大，不能實(shí)現(xiàn)全年的正常使用，提供的熱水量不夠充足等，而且大部分沒(méi)有配備全自動(dòng)的水位、水溫顯示及控制儀器，雖然配有電加熱輔助裝置，但都不是自動(dòng)的，致使用熱水時(shí)不知道水溫及用水量的多少，帶來(lái)許多不便。尤其是在冬天太陽(yáng)光較弱時(shí)不能及時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)能熱水器的水溫，適時(shí)啟動(dòng)電加熱器，只好等幾個(gè)小時(shí)才能洗澡。由于對(duì)水位的監(jiān)控不夠及時(shí)準(zhǔn)確，儲(chǔ)水箱蓄水

15、量不足引起的空燒空曬，不但會(huì)損壞熱水器，甚至引起火災(zāi)，給用戶造成很大的安全隱患。在世界范圍內(nèi)，太陽(yáng)能熱水器技術(shù)已很成熟，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不斷地沖擊電熱水器市場(chǎng)和燃?xì)鉄崴魇袌?chǎng)。國(guó)際上，太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品經(jīng)歷了悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發(fā)展，目前其產(chǎn)品的發(fā)展方向仍注重提高集熱器的效率，如將透明隔熱材料應(yīng)用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層，以減少熱量損失；聚脂薄膜的透明蜂窩已在德國(guó)和以色列批量生產(chǎn)。但是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器許多都沒(méi)有即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，用戶每天早上起來(lái)都需要先給太陽(yáng)能熱水器上水，一旦忘記，機(jī)器可能空曬干燒。還有一部分太陽(yáng)能熱水器所配置的監(jiān)控儀表，實(shí)際上只是一個(gè)水位

16、水溫儀，只能提醒用戶，而且發(fā)揮作用范圍有限，警報(bào)作用很容易被忽視，用處也不大。目前生產(chǎn)的太陽(yáng)能熱水器雖部分也配備了水位、水溫測(cè)控裝置，但普遍存在下列問(wèn)題：（1）采用直流水介質(zhì)電接點(diǎn)型水位傳感器，因電解效應(yīng)，電極極易腐蝕導(dǎo)致接觸不良，可靠性低，電極壽命短。（2）大多數(shù)廠家水位分級(jí)僅有34級(jí)，分辨力為80100mm，不能滿足用戶需要，且成本較高。（3）大多數(shù)廠家生產(chǎn)的熱水器智能化程度不高，用戶界面不友善，即使具有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)大量的電能我國(guó)目前較為先進(jìn)的太陽(yáng)能熱水器的基本功能如下：（1）顯示水位、水溫及工作狀態(tài)，水溫水位任意設(shè)定。（2）自動(dòng)上水，防空曬干燒，

17、安全自檢，水滿及缺水自動(dòng)報(bào)警。（3）自動(dòng)控制電輔助加熱， 太陽(yáng)的光能不能滿足水溫要求時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電輔助加熱。（4）戶外管道自動(dòng)防凍功能，當(dāng)管道內(nèi)水溫低于4度時(shí)，啟動(dòng)電熱帶，防止管道結(jié)凍，實(shí)現(xiàn)冬季管道無(wú)需排空。（5）異常自動(dòng)報(bào)警，漏電保護(hù)等功能。隨著人們生活節(jié)奏日益加快、安全意識(shí)不斷提高，人們要求太陽(yáng)能熱水器更加智能化、人性化，不但希望太陽(yáng)能熱水器的監(jiān)控系統(tǒng)更加安全，更希望能夠?qū)崿F(xiàn)四季的正常使用，陽(yáng)光充足時(shí)不消耗常規(guī)能源，陽(yáng)光不足時(shí)及時(shí)啟動(dòng)電加熱，按照用戶的設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水，隨時(shí)隨地監(jiān)控太陽(yáng)能熱水器等。這就需要一種監(jiān)控即時(shí)性更高、警報(bào)功能更靈活、使用過(guò)程更便利的太陽(yáng)能熱水器監(jiān)控系統(tǒng)。1.3

18、gsm/sms技術(shù)的發(fā)展gsm系統(tǒng)原是泛歐數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，原意為“移動(dòng)通信特別小組”。隨著移動(dòng)通信設(shè)備的研制與開(kāi)發(fā)及數(shù)字蜂窩通信網(wǎng)的建立，gsm就逐步成了歐洲數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的代名詞，從而使其成為了“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱。近年來(lái)，gsm/sms技術(shù)的發(fā)展也是有目共睹的，幾乎每一位國(guó)人每一天都要應(yīng)用這些技術(shù)，人們最為熟悉的科技成果便是手機(jī)，雖然最早的蜂窩式移動(dòng)電話誕生在西方，并且?guī)缀跏窃?0多年之后技術(shù)才擴(kuò)散到中國(guó)大陸，但是手機(jī)在中國(guó)的普及速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了大部分人預(yù)計(jì)，幾乎用5-10年的時(shí)間走完了西方30年走過(guò)的路，完全可以說(shuō)和西方發(fā)達(dá)國(guó)家同步。資料顯示：2005年（11月-12月)日

19、本家庭的手機(jī)普及率為95%，韓國(guó)家庭的手機(jī)普及率為94%，在不包含農(nóng)村地區(qū)用戶的情況下，中國(guó)城市家庭的手機(jī)普及率為93%，排名第三，與此相對(duì)應(yīng)的是，法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)以及美國(guó)家庭的手機(jī)普及率在75%-85%之間，可見(jiàn)，我國(guó)是gsm/sms技術(shù)的應(yīng)用大國(guó)，另一方面，我國(guó)研究者也將此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了大面積的推廣，不僅僅局限于手機(jī)上的使用，例如：我國(guó)燕山大學(xué)臧懷泉教授在05年就提出了利用gsm技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)控系統(tǒng)，并初步實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程測(cè)控。合肥工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀碩士畢業(yè)生周彬在06年設(shè)計(jì)了基于gsm技術(shù)的路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。gsm/sms技術(shù)在我國(guó)被廣泛的應(yīng)用到了不同學(xué)科領(lǐng)域中，并取得了一定的成就。gsm/sms技術(shù)作

20、為手機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的突破技術(shù)，最早是由愛(ài)立信公司研究并推行的，1981年，愛(ài)立信推出第一個(gè)現(xiàn)代移動(dòng)電話系統(tǒng)nordic mobile telephony(北歐移動(dòng)通信，nmt)，作為整個(gè)歐洲移動(dòng)系統(tǒng)的gsm標(biāo)準(zhǔn)于1991年發(fā)布，后來(lái)演進(jìn)成為一個(gè)真正的全球標(biāo)準(zhǔn)。2001年，3g作為gsm的演進(jìn)技術(shù)正式推出，提供速率高達(dá)4ps的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。愛(ài)立信公司總裁思文凱說(shuō)：“手機(jī)的發(fā)明改變了人類交流的方式，可以說(shuō)沒(méi)有一項(xiàng)現(xiàn)代發(fā)明對(duì)今天人類的生活具有如此深刻的影響。1979年，日本開(kāi)放了世界上第一個(gè)蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)。同年，amps制模擬蜂窩式移動(dòng)電話系統(tǒng)在美國(guó)芝加哥試驗(yàn)后，最終在1983年12月在美國(guó)投入

21、商用。至此國(guó)外的手機(jī)技術(shù)，gsm/sms技術(shù)得到了全球性的發(fā)展。而目前國(guó)外對(duì)于gms/sms技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是十分普遍，國(guó)外把應(yīng)用了這種技術(shù)的產(chǎn)品，稱為無(wú)線技術(shù)產(chǎn)品，開(kāi)拓了無(wú)線技術(shù)的市場(chǎng)，也已有很多把sms技術(shù)應(yīng)用于家庭的安全防衛(wèi)的實(shí)例，根據(jù)gms網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)與家庭受到侵害時(shí)的安全報(bào)警，主要是把整個(gè)家庭先布置于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并且已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人時(shí)的遠(yuǎn)程安全報(bào)警。這種sms技術(shù)不僅僅被用來(lái)保護(hù)家庭，國(guó)外的很多研究者也傾向于農(nóng)業(yè)，重工業(yè)方面的即時(shí)監(jiān)控。由此可見(jiàn)，我國(guó)的大部分技術(shù)都是引進(jìn)于國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，某種程度上說(shuō)必定落后于人，但是廉價(jià)的國(guó)內(nèi)科技產(chǎn)品也有著實(shí)用的特色。綜合考慮國(guó)內(nèi)外

22、科技產(chǎn)品的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)將采用無(wú)線模塊與gsm/sms技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能熱水器水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.4 本設(shè)計(jì)的目的和意義在研究了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的智能控制程度相對(duì)較低。目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問(wèn)題，很多控制器只具有溫度和水位顯示功能，不具有溫度控制功能、及時(shí)報(bào)警的功能。隨著人們生活節(jié)奏日益加快、安全意識(shí)不斷提高，人們要求太陽(yáng)能熱水器更加智能化、人性化，不但希望太陽(yáng)能熱水器的監(jiān)控系統(tǒng)更加安全，更加希望能夠?qū)崿F(xiàn)四季的正常使用，陽(yáng)光充足時(shí)不消耗常規(guī)能源，陽(yáng)光不足時(shí)及時(shí)啟動(dòng)電加熱，按照用戶的不同設(shè)定，可實(shí)

23、現(xiàn)自動(dòng)上水，隨時(shí)隨地監(jiān)控太陽(yáng)能熱水器等。這就需要一種監(jiān)控即時(shí)性更高、警報(bào)功能更靈活、使用過(guò)程更便利的太陽(yáng)能熱水器監(jiān)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中基于無(wú)線收發(fā)模塊和gsm模塊的太陽(yáng)能熱水器監(jiān)控系統(tǒng)不但克服了傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器存在的監(jiān)控模式死板、信息反饋不及時(shí)、實(shí)時(shí)性不高等弊端，而且可以實(shí)時(shí)采集的水位、水溫?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)即時(shí)提醒、報(bào)警的功能。1.5 本設(shè)計(jì)的主要研究工作本文所介紹的基于無(wú)線收發(fā)模塊和gsm模塊的太陽(yáng)能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是在充分學(xué)習(xí)gsm數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。該系統(tǒng)在實(shí)際的研制過(guò)程中的工作主要包括如下內(nèi)容:1.硬件設(shè)計(jì)（1） 利用lm35傳感器采集水溫的電路（2） 利用lm液壓傳感器傳感器

24、采集水溫的電路 （3） 控制水閥的電路 （4） 報(bào)警提示電路（5） gsm模塊硬件電路（6） tc35與單片機(jī)的硬件接口電路2軟件設(shè)計(jì)（1）初始化:主要是設(shè)定gsm通信模塊的各種參數(shù)與工作模式（2）數(shù)據(jù)采集: 熱水系統(tǒng)采用at89s52單片機(jī)芯片作為微型控制器，通過(guò)熱敏電阻傳感器，將溫度采樣信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，由軟件計(jì)算出相應(yīng)的溫度參數(shù)，并進(jìn)行溫度顯示；水箱水位的測(cè)量則通過(guò)水位傳感器采樣水位信號(hào)送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)進(jìn)行水位顯示。（3）數(shù)據(jù)處理: 將水位、水溫?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成短信息發(fā)送出去;根據(jù)水位 水溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)判斷是否需要控制自動(dòng)水閥加水 是否需要報(bào)警。1.6 本章小結(jié)本章通過(guò)調(diào)研了解太陽(yáng)

25、能熱水系統(tǒng)國(guó)內(nèi)、國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀，以及國(guó)內(nèi)外在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在控制技術(shù)方面的應(yīng)用情況。通過(guò)分析研究得出：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的發(fā)展前景廣闊，它的應(yīng)用潛力都是無(wú)法估量的，但制約其應(yīng)用推廣的主要原因是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，也即產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用程度，這也是本文的主要議題所在-應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)及無(wú)線收發(fā)模塊和gsm模塊實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能水位、水溫的即時(shí)智能控制。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章通過(guò)市場(chǎng)的需求分析，對(duì)基于無(wú)線收發(fā)模塊和gsm模塊的太陽(yáng)能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行了方案、功能設(shè)計(jì)和總體方案設(shè)計(jì)。并根據(jù)方案的設(shè)計(jì)原理與將要實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)采集水位、水溫?cái)?shù)據(jù)，并控制水閥自動(dòng)加水，報(bào)警提示等功能具體功能，對(duì)方案的功能模塊進(jìn)行了進(jìn)一步

26、的設(shè)計(jì)。2.1 方案功能設(shè)計(jì)考慮到本系統(tǒng)的先進(jìn)性、實(shí)用性以及智能化，系統(tǒng)主要由信息采集、信息的無(wú)線傳輸和控制電路三大部分組成。信息采集主要是完成對(duì)太陽(yáng)能熱水器即時(shí)的水位、水溫的數(shù)據(jù)采集，不同的傳感器對(duì)水位、水溫有著較大差異的靈敏度，通過(guò)使用不同的傳感器便可以水位、水溫進(jìn)行檢測(cè)；信息的無(wú)線傳輸是本方案的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，在此，通過(guò)基于gms/sms技術(shù)的無(wú)線模塊進(jìn)行短信發(fā)送，將太陽(yáng)能熱水器水位、水溫的信息即時(shí)反應(yīng)給住戶，并控制水閥自動(dòng)加水，報(bào)警提示等功能。為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器即時(shí)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控，本系統(tǒng)采用了相應(yīng)的傳感器、開(kāi)發(fā)板以及相關(guān)的編程語(yǔ)言作為二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，應(yīng)用gsm/sms技術(shù)，以sms形式將相關(guān)

27、信息的字符串傳送到遠(yuǎn)程手機(jī)上。2.2 方案總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案是通過(guò)水溫傳感器和水位傳感器分別采集水溫、水位連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到cpu89c51中進(jìn)行處理，將此信號(hào)輸入a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)處理，再通過(guò)d/a轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)輸出，最后將處理后的信號(hào)送到無(wú)線傳輸模塊的輸出/輸入口，啟動(dòng)控制程序，驅(qū)動(dòng)報(bào)警與自動(dòng)上水系統(tǒng)，并以短信的形式進(jìn)行編輯、翻譯，再發(fā)送到先前設(shè)定的用戶sim卡上。軟件方面，程序在主函數(shù)中運(yùn)行，單片機(jī)和gsm模塊分別進(jìn)行初始化。單片機(jī)的初始化包括設(shè)置串口工作方式、波特率，并初始化變量參數(shù)和標(biāo)志位。gsm模塊初始化包括重新啟動(dòng)、關(guān)

28、閉回顯、選擇pdu模式、開(kāi)發(fā)串口中斷準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。 由于sms數(shù)據(jù)需要包含程序設(shè)置的字符串?dāng)?shù)據(jù)，因此在編寫相應(yīng)程序時(shí)，系統(tǒng)便可以將用戶指定的信息以字符串的形式寫入應(yīng)用程序。收到信息的用戶可以在第一時(shí)間選擇報(bào)警，或采取適當(dāng)措施，遠(yuǎn)程控制太陽(yáng)能熱水器。系統(tǒng)方框圖如圖2-1所示。圖 2-1 系統(tǒng)方框圖2.3 方案設(shè)計(jì)原理 本方案的設(shè)計(jì)原理是利用at89c51cpu為核心實(shí)現(xiàn)水位、水溫的即時(shí)采集、轉(zhuǎn)換，利用t35實(shí)現(xiàn)水位、水溫信息的遠(yuǎn)程傳輸，從而實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)短信的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能熱水器水位、水溫的即時(shí)監(jiān)控。2.3.1 單片機(jī)的選擇 由于本系統(tǒng)運(yùn)算量不是很大，沒(méi)有的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不再外數(shù)據(jù)

29、存儲(chǔ)器，使用本控制器采用性價(jià)比高、使用方便、市場(chǎng)貨源充足的89c51cpu完全能夠滿足要求。1.at89c51單片機(jī)的主要特性：at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的一種低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(perom)和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非常失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元功能特性：at89c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32個(gè)i/o口線，兩個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。一個(gè)5

30、向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)/計(jì)算器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。主要性能參數(shù)：與mcs51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完整兼容4k字節(jié)可擦重寫flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288字節(jié)內(nèi)部ram32個(gè)可編程i/o口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)算器6個(gè)中斷源可編程串行uart通道2. at89c51單片機(jī)的引腳說(shuō)明：圖3-1

31、是at89c51的引腳結(jié)構(gòu)圖，有雙列直插封裝（dip）方式和方形封裝方式，具體引腳功能如下：圖2-2 at89c51引腳圖vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下

32、拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由

33、于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：端口引腳備選功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2/int0（外部中斷0）p3.3/int1（外部中斷1）p3.4t0（記時(shí)器0外部輸入）p3.5t1（記時(shí)器1外部輸入）p3.6/wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）圖 2-3 p3口的特殊功能p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編

34、程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則

35、在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平

36、要求的寬度。 此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 2.3.2 無(wú)線通信模塊的選擇tc35是siemens公司推出的新一代無(wú)線通信gsm模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)(short message service)和傳真。模塊的工作電壓為3.3 5.5v，可以工作在900mhz和1800mhz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2w（900

37、m）和1w（1800m）。模塊有at命令集接口，支持文本和pdu模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測(cè)功能，常用工作模式有省電模式、idle、talk等模式。通過(guò)獨(dú)特的40引腳的zif連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過(guò) zif連接器及50天線連接器，可分別連接sim卡支架和天線。 tc35模塊主要由gsm基帶處理器、gsm射頻模塊、供電模塊(asic)、閃存、zif連接器、天線接口六部分組成。作為tc35的核心，基帶處理器主要處理gsm終端內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩

38、射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持fr、hr 和efr語(yǔ)音信道編碼。2.3.3 手機(jī)短信協(xié)議手機(jī)所支持的短信息協(xié)議即多媒體協(xié)議，目前主要有sms、ems和mms三種。 1.sms的介紹sms（short messaging service）即：短信服務(wù)。是最早的短消息業(yè)務(wù)，也是現(xiàn)在普及率最高的一種短消息業(yè)務(wù)，通過(guò)它移動(dòng)電話之間可以互相收發(fā)短信，內(nèi)容以文本、數(shù)字或二進(jìn)制非文本數(shù)據(jù)為主，目前，這種短消息的長(zhǎng)度被限定在140字節(jié)之內(nèi)。gsm中唯一不要求建立端-端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)就是短消息，即使移動(dòng)臺(tái)已處于完全電路通信情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸。短消息通信僅限于一個(gè)消息

39、，換言之，一個(gè)消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。因此，業(yè)務(wù)是非對(duì)稱的，一般認(rèn)為移動(dòng)起始短消息傳輸與移動(dòng)終接短報(bào)文傳輸是兩回事。這并不阻礙實(shí)時(shí)對(duì)話，但系統(tǒng)認(rèn)為不同的消息彼此獨(dú)立，消息的傳輸總是由處于gsm外部的短消息服務(wù)中心（smsc）進(jìn)行中繼，消息有目的地或起源地，但只與用戶和smsc有關(guān)，而與其他gsm基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)關(guān)。gsm標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)-點(diǎn)短消息服務(wù)使得短消息能在移動(dòng)臺(tái)和短消息服務(wù)中心之間傳遞。這些服務(wù)中心是通過(guò)稱為sms- gmsc的特定msc同gsm網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的。涉及sms管理的協(xié)議如圖一所示。圖 2-3 sms管理協(xié)議sme：short messaging entity，短消息實(shí)體。它可以接收

40、或改善短消息，位于固話系統(tǒng)、移動(dòng)基站或其他服務(wù)中心內(nèi)；smsc：short message service center，短消息服務(wù)中心，負(fù)責(zé)在基站和sme間中繼、儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)發(fā)短消息；移動(dòng)臺(tái)（me）到smsc的協(xié)議能傳輸來(lái)自移動(dòng)臺(tái)或朝向移動(dòng)臺(tái)的短消息，協(xié)議名為smtp（short message transmission protocol）；smcgwms或smcgmsc：sms-gateway msc，sms網(wǎng)關(guān)。接收由smsc發(fā)送的短消息，向hlr查詢路由信息，并將短消息傳送給接收者所在基站的交換中心；hlr：home location register，歸屬位置寄存器。用于永久儲(chǔ)存管理用戶和服務(wù)記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)，由smsc產(chǎn)生。sms網(wǎng)關(guān)與hlr之間的協(xié)議使前者可以要求hlr搜索可找到的用戶地址。它與msc與hlr之間的協(xié)議一起，能在移動(dòng)臺(tái)因超出覆蓋區(qū)而丟失報(bào)文、隨后又可找到時(shí)加以提示。msc：mobile switching center，移動(dòng)交換中心。負(fù)責(zé)系統(tǒng)切換管理并控制來(lái)自或發(fā)向其他電話或數(shù)據(jù)系統(tǒng)的拔叫。vlr：visitor location register:，訪問(wèn)位置寄存器。含有用戶臨時(shí)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。交換中心服務(wù)訪問(wèn)用戶時(shí)需要這些信息。目前短消息的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，短消息的發(fā)送方式也不僅僅局限于手機(jī)之間互發(fā)