太陽能熱水器自動化控制、跟蹤太陽光系統(tǒng)

1、畢業(yè)設計說明書題 目：太太陽能熱水器器控制系統(tǒng)設設計 姓 名： 學 號： 指導教師： 專業(yè)年級： 所在學院和系： 完成日期： 答辯日期：20011年6月133日 摘 要眾所周知，太陽陽能是取之不不盡，用之不不竭，沒有污污染的巨大能能源。隨著世世界上煤、油油、氣的儲量量日益減少，能能源危機已日日益增長，環(huán)環(huán)境污染的危危機已威脅著著生態(tài)平衡。隨著日本9.0級地震，引起的海嘯以及發(fā)生的核電站安全事故，讓人們對核能有著很大的安全隱患擔憂，因而太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前。現(xiàn)有電熱型熱水器費用昂貴及燃氣型的不安全性，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽能熱水器

2、良好的外部生存環(huán)境。目前,太陽能熱水器控制器還一直處于研究與開發(fā)階段,市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能,不具備溫度、水位的自動控制，以及太陽光線自動跟蹤功能。本設計具有很強的實用性,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機技術對生產實際中的太陽能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。本裝置實用性強、性價比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目、太陽光自動跟蹤。關鍵詞：單片機機、太陽能熱熱水器、溫控控系統(tǒng)、水位位控制、太陽陽光自動跟蹤蹤英文摘要：As is kknown to alll, soolar eenergyy is iinexhaaustibble, aan ineexhau

3、sstiblee, no polluution huge energgy. Wiith thhe worrld cooal, ooil annd gass reseerves are ddwindlling, alreaady grrowingg enerrgy crrisis, enviironmeental polluution crisiis hass threeateneed thee ecollogicaal ballance. As Jaapan ccausedd by tthe eaarthquuake, 9.0 ttsunammi andd the nucleear saafe

4、ty acciddents happeened, let ppeoplee in nnucleaar eneergy hhas thhe verry bigg safee hiddden trroublee, so solarr enerrgy cooncernns forr the devellopmennt andd utillizatiion off the alreaady meentionned beefore the hhuman subjeect. The eexistiing ellectriic heaating type waterr heatter iss expeens

5、ivee and gas ttype oof unssafe, and eemissiions oof carrbon ddioxidde, aiir polllutioon cauused bby gass heatting nnortheern ciitys air ppolluttion, thesee are solarr wateer heaater aa goodd exteernal envirronmennt. At prresentt, thee solaar eneergy wwater heateer conntrolller allso haas beeen in re

6、seaarch aand deeveloppment phasee, thee conttrolleer solld in the mmarkett mostt havee onlyy tempperatuure annd watter leevel ddisplaay, doo not have a temmperatture, waterr leveel auttomatiic conntrol, and the ssuns rays autommatic trackking ffunctiion. TThis ddesignn has a strrong ppractiicabillit

7、y, with low-ccost rresisttive ssensorr and electtrode matchh withh micrro-conntrolller teechnollogy tto thee prodductioon praacticee of tthe soolar eenergyy wateer heaater ttemperraturee conttrol aand waater llevel is diisplayyed. TThis ddevicee has stronng, coost-efffectiive, wwater tempeeraturre c

8、onntrol flexiible, waterr showw intuuitionnal maarked, sun autommatic trackking.目錄TOC o 1-4 h z uTOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc281073385 摘 要 PAGEREF _Toc281073385 h 1 HYPERLINK l _Toc281073386 目錄 PAGEREF _Toc281073386 h 2 HYPERLINK l _Toc281073387 第一章 前言（緒緒論） PAGEREF _Toc281073387 h 3 HYPERLINK l

9、_Toc281073388 1.1太陽能熱熱水器的發(fā)展展概況及市場場競爭分析3 HYPERLINK l _Toc281073389 第二章.設計思思路及要求3 HYPERLINK l _Toc281073390 2.1本設計的的目的和意義義3 HYPERLINK l _Toc281073391 2.2設計要求求和目的：4 HYPERLINK l _Toc281073393 2.3本設計實實現(xiàn)思路及方方法4 HYPERLINK l _Toc281073394 第三章.硬件設設計4 HYPERLINK l _Toc281073395 3.1控制系統(tǒng)統(tǒng)組成及工作作原理4 HYPERLINK l _T

10、oc281073396 3.2主要原器器件介紹6 HYPERLINK l _Toc281073397 3.3 AT889S51單單片機的最小小系統(tǒng) ：14 HYPERLINK l _Toc281073398 3.4 AT889S51單片片機時鐘電路路15 HYPERLINK l _Toc281073399 3.5 AT889S51單單片機復位電電路15 HYPERLINK l _Toc281073400 3.6水位檢測測電路的硬件件設計15 HYPERLINK l _Toc281073401 3.7水溫檢測測電路的硬件件設計16 HYPERLINK l _Toc281073402 3.8 鍵盤

11、電電路的硬件設設計18 HYPERLINK l _Toc281073403 3.9驅動動電路的硬件件設計21 HYPERLINK l _Toc281073404 3.10顯示電電路的硬件設設計213.11 太陽陽能自動跟蹤蹤系統(tǒng)設計. 25 HYPERLINK l _Toc281073405 第四章.軟件設設計26 HYPERLINK l _Toc281073406 4.1軟件設計計原理及設計計所用工具26 HYPERLINK l _Toc281073407 4.2顯示子程程序28 HYPERLINK l _Toc281073408 第五章.系統(tǒng)調調試 PAGEREF _Toc28107340

12、8 h 30 HYPERLINK l _Toc281073409 5.1軟件調試試 PAGEREF _Toc281073409 h 30 HYPERLINK l _Toc281073410 第六章.系統(tǒng)功功能 PAGEREF _Toc281073410 h 30 HYPERLINK l _Toc28100734111 6.1系統(tǒng)能能實現(xiàn)的功能能29 HYPERLINK l _Toc281073412 6.2系統(tǒng)功能能測試29 HYPERLINK l _Toc281073413 6.3系統(tǒng)功能能分析29 HYPERLINK l _Toc281073414 第七章.參考文文獻30 HYPERLIN

13、K l _Toc281073415 總 結311第一章 緒論1.1太陽能熱熱水器的發(fā)展展概況及市場場競爭分析目前，中國已成成為世界上最最大的太陽能能熱水器生產產國，年產量量約為世界各各國之和，已已有一百多家家太陽能熱水水器生產廠。但但是與之配套套的太陽能熱熱水器控制器器卻一直處在在研究與開發(fā)發(fā)階段。這種種控制器只具具有溫度和液液位顯示功能能，而且對太太陽能的利用用率不高。太太陽每時每刻刻都是在運動動著，不管哪哪種太陽能設設備，如果它它的能量轉換換部分能始終終保持與太陽陽光線垂直，那那么它就可以以在有限的使使用面積內收收集更多的太太陽能。太陽陽能設備的能能量轉換部分分若想保持與與太陽光垂直直，就

14、必須要要跟蹤太陽。太太陽光線自動動跟蹤裝置為為解決這一問問題提供了條條件。研究表表明，太陽能能設備對太陽陽光線運動的的跟蹤與非跟跟蹤，其能量量的利用率相相差37.77%。本文設設計的太陽能能熱水器控制制器以80CC51單片機機為檢測控制制核心，采用用DS128887 實時時時鐘，不僅僅實現(xiàn)了時間間、溫度和水水位三種參數(shù)數(shù)實時顯示和和FUZZYY控制功能，而而且具有時間間設定、溫度度設定與控制制功能，并且且太陽能自動動跟蹤系統(tǒng)可可以使太陽能能的利用最大大化。溫度控控制采用模糊糊控制，控制制器可以根據(jù)據(jù)天氣情況利利用輔助加熱熱裝置使蓄水水箱內的水溫溫在設定時間間達到預先設設定的溫度，從從而達到24

15、4小時供應熱熱水的目的。熱水器包括主、從從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特特點是在晴好好的天氣利用用太陽光能為為熱水器加熱熱，并利用太太陽能自動跟跟蹤系統(tǒng)使光能利用最最大化；從系系統(tǒng)相當于電電熱水器，它它在無光照的的情況下利用用電輔助加熱熱。它充分利利用太陽能豐豐富、免費的的資源優(yōu)勢，同同時考慮到在在陰天及夜間間無法利用太太陽能的缺點點，充分發(fā)揮揮太陽能熱水水器和電熱水水器的各自優(yōu)優(yōu)勢，并最大大程度的利用用了太陽能資資源，這是世世面上大部分分熱水器所不不能比擬的，隨隨著國家對于于節(jié)能的要求求，此設計有有著良好的市市場前景。第二章.設計思思路及要求2.1本設計的的目的和意義義本設計具有很強強的實用性,用成本

16、低廉廉的電阻式傳傳感器以及電電極配以單片片機技術對生生產實際中的的太陽能熱水水器的水溫的的控制以及水水位的顯示，并并利用自動化化跟蹤太陽光光技術使光能能利用最大化化。本裝置電電路簡單、實實用性強、性性價比高、水水溫控制靈活活，水位顯示示直觀醒目?？煽蓮V泛應用于于家庭生活對對太陽能熱水水器的水位顯顯示與水溫控控制，可以更更大程度的節(jié)節(jié)約電能，服服務人們對熱熱水的需求。2.2設計要求求和目的：掌握太陽能熱水水器的工作原原理及實現(xiàn)控控制方法；太陽能熱水器水水位的檢測和和顯示；太陽能熱水器溫溫度的檢測和和顯示；太陽能熱水器水水溫的設定和和電加熱器的的控制；太陽能熱水器上上水水位的設設定和控制；太陽能熱

17、水器自自動化跟蹤太太陽光技術的的實現(xiàn)；編寫控制流程圖圖及單片機控控制程序2.3本設計實實現(xiàn)思路及方方法水位由潛入儲水水容器不同深深度的水位電電極和潛入容容器底部的公公共電極（導導線）檢測；并由四個綠綠色LED發(fā)發(fā)光二極管顯顯示：若無水水則綠燈不亮亮；若有四分分之一儲水箱箱的水亮一盞盞綠燈；通過過觀察綠燈點點亮的數(shù)量可可識別水位的的高低，這里里取5段顯示示，也可根據(jù)據(jù)需要進行增增減。水溫由四個LEED數(shù)碼管顯顯示，前三個個數(shù)碼管顯示示的為溫度最最后一個數(shù)碼碼管我們只用用到了四段碼碼顯示為溫度度的符號，水溫有效效值最多可顯顯示為99.9。跟蹤太陽光系統(tǒng)統(tǒng)以光電式跟跟蹤裝置為基基礎，用圖像像傳感器代

18、替替光敏電阻，研研究一種基于于圖像傳感器器的太陽光線線自動跟蹤裝裝置。根據(jù)小小孔成像原理理設計光學成成像機構，將將發(fā)散的太陽陽光線通過小小孔投影在接接收屏上，成成為太陽光斑斑。放置在接接收屏下方的的圖像傳感器器采集接收屏屏上的圖像信信息，并輸出出數(shù)字圖像信信號。數(shù)字圖圖像處理器對對該數(shù)字圖像像進行處理，提提取光斑的亮亮度特征，得得到光斑在接接收屏上的位位置坐標以及及太陽光線對對接收屏的高高度角和方位位角，在數(shù)碼碼管上顯示檢檢測結果。當當成像機構所所在平面與太太陽光線不垂垂直時，數(shù)字字信號處理器器根據(jù)上述兩兩個角度通過過執(zhí)行機構調調整成像機構構的位置。第三章.硬件設設計3.1控制系統(tǒng)統(tǒng)組成及工作

19、作原理系統(tǒng)組成 ：本本系統(tǒng)主要由由控制器、自自動控制閥、手手動控制閥、水水位檢測電極極、水溫檢測測傳感器、電電阻加熱絲、儲儲水箱、接收收器等組成 控制器：主要要通過里面的的電磁閥控制制YV1和YYV2的通斷斷，控制水溫溫檢測傳感器器檢測水溫、控控制水位檢測測傳感器檢測測水在水箱中中的位置以及及控制電阻加加熱絲加熱。自動控制閥：主主要通過控制制器控制，當當水箱中的水水的實際溫度度大于所設置置的溫度時或或水位低于某某個設計值，自自動閥就自動動打開往水箱箱中上水，直直到上到上一一個目標水位位為止。手動動控制閥：當當自動閥損壞壞時，可以通通過手動閥進進行上下水。水位檢測電極：主要用來檢檢測水箱中水水的

20、位置，主主要把水箱分分成四等分，一一共有五個電電極，接地的的電極放在最最水箱的最底底下，其余分分別放在四等等分點上，比比如當水箱中中的水在第一一等分和第二二等分之間，則則顯示水箱中中有四分之一一的水，當超超過第二等分分，則顯示二二分之一的水水。水溫檢測傳感器器：主要用來來檢測水箱中中水的實際溫溫度。電阻加熱絲：主主要用來加熱熱水箱中水，使使其達到用戶戶所需要的溫溫度。 控制裝置的工作作原理：本控控制系統(tǒng)分為為手動和自動動兩種控制方方式，在系統(tǒng)統(tǒng)處于自動狀狀態(tài)下，當檢檢測溫度高于于設置溫度，且且水位未達到到最高時，控控制器打開電電磁水閥YVV1和YV22進行上水，同同時點亮上水水指示燈，當當水位

21、上至上上一目標水位位時，自動停停止上水（即即關閉電磁水水閥YV1和和YV2），若若水箱內無水水，則自動上上水至最低水水位處。在系統(tǒng)處于手自自動狀態(tài)下，可可自由上水或或停止上水（上上水時水箱水水位必須未滿滿），若水位位達到最高則則自動停止上上水；若需要要啟動加熱器器則必須先設設定加熱溫度度，然后按下下加熱鍵進行行加熱；若需需洗浴時，則則需打開手動動閥YV4，系系統(tǒng)自動打開開電磁水閥YYV2，可通通過YV5自自由調節(jié)水溫溫；當電磁水水閥YV1和和YV2損壞壞或停電時，可可通過打開YYV5和YVV6進行上下下水解決燃眉眉之急；此系系統(tǒng)設置YVV3是為了防防止冬天氣溫溫過低引起水水管因內有積積水而凍裂

22、（即即手動打開此此閥放完水管管中的積水）上圖為熱水器系系統(tǒng)的結構圖圖。系統(tǒng)控制制原理圖如下下圖:注釋: Tl，熱熱水箱的溫度度傳感器 T22，循環(huán)水管管中的溫度傳傳感器 T33，集熱器中中的溫度傳感感器 F11，循環(huán)水閥閥門 F22，冷水閥門門 F33，熱水閥門門此款熱水器利用用微機控制主主要有以下兩兩種控制功能能:水溫控制制、水箱加熱熱控制。太陽能熱水器利利用微機控制制主要有以下下幾種控制功功能：早上加加熱控制、溫溫水循環(huán)控制制、冷水集熱熱控制、水箱箱加熱控制。（1）早上加熱熱控制由于清晨太陽光光較弱，所以以太陽能熱水水器從系統(tǒng)發(fā)發(fā)揮作用。為為了提供溫度度不低于300攝氏度的水水，熱水器在在

23、清晨對水箱箱進行電加熱熱，具體控制制過程如下：首先，關閉冷水水閥門F2和和循環(huán)水閥門門F1，然后后微機開始進進行水箱的溫溫度采集，同同時進行溫度度的比較，當當水箱的溫度度小于35攝氏度時時，電熱器DD接通進行加加熱，同時微微機繼續(xù)對熱熱水箱的溫度度進行采集。當當溫度加熱到到大于35攝氏度時時電熱器斷開開，如此反復復循環(huán)保證了了溫度的穩(wěn)定定。（2）循環(huán)水集集熱過程清晨水溫加熱穩(wěn)穩(wěn)定之后，設設定當日的水水箱溫度N，由兩位BCCD次齒輪開開關設定（BCD次齒齒輪開關是00-9的數(shù)字字.是跟據(jù)BBCD碼的要要求1.2.4.8.用用轉換齒輪開開關轉換成11就是1度22就是2度.BCD次齒齒輪開關能把把0

24、000-1111數(shù)數(shù)據(jù)簡化成00-9的數(shù)字字），輸入微機機，再利用微微機控制系統(tǒng)統(tǒng)，通過太陽陽光能對熱水水箱加熱以達達到理想溫度度N。具體控控制過程如下下：打開循環(huán)閥門FF1，關閉冷冷水進水閥門門F2，熱水水閥門F3處處于空控狀態(tài)態(tài)。然后開始始比較溫度，若若（T3-TT15攝氏氏度，T2T1）為止止。如若T11=N，那么么循環(huán)水集熱熱過程結束，進進入冷水集熱熱控制過程。（3）冷水集熱熱控制此時熱水箱溫度度已達到了NN，冷水要進進入太陽能集集熱器，這時時溫度為T33，和當日的的設定溫度值值相比較，若若T3N則則將已加熱的的水送入熱水水箱，每天的的控制時段大大概為中午太太陽較強時。具具體控制過程程

25、如下：關閉循環(huán)水閥門門F1，打開冷冷水閥門F22，熱水閥門門F3處于可可控狀態(tài)。若若T3N，打打開熱水閥門門F3并將保保持一段時間間，若T3N閥門FF3繼續(xù)保持持打開狀態(tài)，否否則關閉F33。可見，這這個過程充分分利用太陽光光能轉化為熱熱能，方便快快捷。（4）水箱加熱熱控制當光線很弱或遇遇上陰雨天氣氣，這個過程程熱水箱的加加熱系統(tǒng)將發(fā)發(fā)揮最大作用用，設定熱水水箱溫度為TT1，將它和和設定值N相相比較，從而而控制是否打打開電加熱，控控制時段為全全天，具體過過程如下： 若T110000次）FFlash ROM32個雙向I/O口硬件看門狗WDDT電路3個16位可編編程定時/計計數(shù)器時鐘頻率0-333M

26、Hz兩個串行中斷5128biit內部RAAM2個外部中斷源源內置時鐘振蕩器器中斷激活睡眠模模式3級加密位雙重數(shù)據(jù)存儲器器軟件設置睡眠和和喚醒功能3.3.2數(shù)碼碼管顯示：由單片機的定時時器To做116位計數(shù)器器（為便于數(shù)數(shù)據(jù)處理，這這里只用低88位計數(shù)值，即即寄存器TLL0中的值）。一一邊記錄脈沖沖數(shù)量，一邊邊以厘米為單單位由四位數(shù)數(shù)碼飛管顯示示出來。四位位數(shù)碼管采用用動態(tài)掃描方方式顯示。長度計量儀采用用0.5英寸寸共陽極連接接的LED數(shù)數(shù)碼管。LED數(shù)碼管由由發(fā)光二極管管作為顯示字字段的數(shù)碼型型顯示器件。右右圖為LEDD數(shù)碼管外形形和引腳圖，其其中7只發(fā)光光二極管分別別對應a-gg筆段，構成成

27、“日”字形，另一一只發(fā)光二極極管DP作為為小數(shù)點，因因此這種LEED顯示器稱稱為八段數(shù)碼碼管。（如圖圖3-3所示示）圖3-3 LED數(shù)碼管共陽極型LEDD數(shù)碼管，是是將各段發(fā)光光二極管的陽陽極連在一起起，作為公共共端com,應接高電平平。ag、Dpp各筆段中，某某筆段接低電電平時發(fā)光，高高電平時不圖3-3 LED數(shù)碼管為了節(jié)省單片機機I/O口的的數(shù)量，將各各位數(shù)碼管的的ag對應筆筆畫并聯(lián)起來來分別與單片片機的P2.0P2.77引腳連接。顯顯示時，由PP2口依次輸輸出各位數(shù)字字的筆段碼，并并依次由P11.0、P11.1、P11.2、P11.3輸出低低電平位選信信號接通數(shù)碼碼管的公共端端，輪流進行

28、行，循環(huán)不止止，由于循環(huán)環(huán)的頻率較高高（約50HHz），加上上人眼的視覺覺暫留，既保保障了各位數(shù)數(shù)字的對應顯顯示，又不會會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)現(xiàn)象，實現(xiàn)動動態(tài)掃描顯示示。本系統(tǒng)需顯示水水溫，測量范范圍為0999 0C，用用四個八位LLED數(shù)碼管管顯示。1）LED結構構和顯示原理理。LED（Lightt Emittting Diodee）顯示器是是由發(fā)光二極極管作為顯示示字段的顯示示器件，最常常見的是由77段型發(fā)光二二極管（ag7段）和和1個圓點型發(fā)發(fā)光二極管（常常以dp表示，主主要用來顯示示小數(shù)點）組組成的LEDD顯示器，其其排列形狀如如下圖所示。這這種LED顯示器器也可稱為77段數(shù)碼顯示示器（或8段數(shù)

29、碼顯示示器）。LED顯示中的的發(fā)光二極管管根據(jù)其連接接的方法有共共陰極和共陽陽極兩種結構構。共陰極結構：把把各段發(fā)光二二極管的陰極極連接在一起起構成公共陰陰極，如圖aa所示。使用用時，公共陰陰極接地，根根據(jù)要求需點點亮發(fā)光二極極管的陽極輸輸入高電平，不不需點亮的發(fā)發(fā)光二極管的的陽極輸入低低電平。共陽極結構：把把各段發(fā)光二二極管的陽極極連接在一起起構成公共陽陽極，如圖bb 所示。使使用時，公共共陽極接+55V，根據(jù)要要求需要點亮亮發(fā)光二極管管的陰極輸入入低電平，不不需點亮的發(fā)發(fā)光二極管的的陰極輸入高高電平。通過控制7個段段的發(fā)光二極極管的亮暗的的不同組合，可可以顯示多種種數(shù)字、字母母以及其他符符

30、號。2）字段碼。為為了顯示各個個數(shù)字或字符符，就需要為為LED提供相相應的代碼，因因為這些代碼碼是控制各段段的亮或滅，供供顯示器顯示示字形的，所所以稱為字段段碼（也可以以稱為段選碼碼或字形碼）。七段發(fā)光二極管管再加上1個小數(shù)點位位，共計8段，因此提提供給LEDD顯示器的字字段碼正好11個字節(jié)。各各代碼位的對對應關系如下下：D7 D6 DD5 D4 D3 D22 D1 DD0DpGfedcba下圖所示為共陰陰極LED所顯示示的不同字符符的字段碼，測測量范圍為0099 00C，當溫度度超出范圍時時，顯示器均均顯示F。顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707

31、H87FH96FHF71H3）N位LEDD顯示器。在在單片機應用用系統(tǒng)中，實實際使用的LLED顯示器器有多個，NN位LED顯示器器的顯示要從從兩個方面來來控制：其一一是控制N位的字段顯顯示（即顯示示什么字符）；其二是控制制字位（即哪哪一位到哪一一位亮）。由由LED的顯示示原理可知，要要使某N位LED顯示器器的某一位顯顯示某個字符符，就必須將將此字符轉換換為對應的字字段碼來控制制該位的8個段，同時時，該位的字字位線也要控控制有效，這這要通過一定定接口來實現(xiàn)現(xiàn)。LED顯示器有有兩種顯示方方式，即靜態(tài)態(tài)顯示方式和和動態(tài)顯示方方式。N位LED顯示器器有N根字位選線線（簡稱：“位選線”）和N*8根字段段

32、選線（簡稱稱：“段選線”）。根據(jù)顯顯示方式不同同，位選線和和段選線的連連接方式也不不同。各種字符的字段段碼的獲取方方法有兩種：即軟件譯碼碼和硬件譯碼碼法。目前通通常所用的各各種型號的單單片機開發(fā)系系統(tǒng)或實驗裝裝置普遍采用用軟件譯碼。當單片機應用系系統(tǒng)中的LEED顯示器位位數(shù)較多時，為為了簡化電路路降低成本，本本設計采用動動態(tài)顯示的方方式。動態(tài)顯顯示方式的接接口電路的連連接方法是：將所有LEED位的段選選線（a dp）同同名并聯(lián)，即即所有a段并聯(lián)，所所有b段并聯(lián)。依依次類推，然然后由一個88位I/O接口來來控制各個段段，而所有位位的位選線則則由另外一個個相應的I/O接口線來來控制。這樣樣用兩個8

33、位I/O接口就就能控制8位LED顯示器器。LED顯示器是是由電流型控控制器件，其其工作電流為為2mA220mA，使使用時須加限限流電阻。本本設計中限流流電阻選用11K。動態(tài)掃描顯示控控制方式就是是逐個地循環(huán)環(huán)點亮各位顯顯示器，即在在某一瞬間，只只讓某一位的的位選線處于于選通狀態(tài)（共共陽極的為高高電平，共陰陰極的為低電電平）其它各各位的位選線線處于段開狀狀態(tài)，同時段段選線上輸出出相應位要顯顯示字符的字字段碼。這樣樣在每一個瞬瞬間，8位LED中只有有選通的那一一位LED顯示出出字符，而其其它7位則是熄滅滅的。同樣，在在下一瞬間，只只顯示下1位LED。如此此繼續(xù)下去，等等8位LED都顯示示完畢后，在

34、在循環(huán)進行。雖雖然這些字符符是在不同的的瞬時輪流點點亮的，但由由于人眼的視視覺殘留效應應，看到的是是8位穩(wěn)定顯示示的字符，與與靜態(tài)顯示的的效果完全一一樣。所以為為了簡化電路路、降低成本本，此系統(tǒng)中中采用動態(tài)顯顯示方式。3.3.3數(shù)字字溫度傳感器器DS18BB20主要特特性及測溫原原理一線式數(shù)字溫度度傳感器DSS18B200是DS18220的更新?lián)Q換代產品(由美國DA IIAS公公司生產)。它具有體體積小,分辨率高,轉換快等優(yōu)優(yōu)點。由于每每片DS188B20 含含有唯一的硅硅串行數(shù), 所以在一條條總線上可以以掛接多達2248 2181014只DS18BB20,再加加上DS188B20 獨獨特的單

35、線總總線結構,決定了DS118B20 特別適合于于大型的多路路溫度實時測測控系統(tǒng)的溫溫度檢測。溫溫度實時測控控集裝箱的設設計, 在實現(xiàn)測測控系統(tǒng)的溫溫度檢測方面面就較好地利利用了DS118B20 的獨到特點,使系統(tǒng)得得到了極大的的簡化。（1）DS188B20的特特性1）獨特的單線線接口方式。DS18B20 在I/O處理器連接時,僅需要一個I/O 口即可實現(xiàn)微處理器同DS18B20的雙向通訊。2）DS18BB20支持組組網(wǎng)功能,多個DS188B20可以以并聯(lián)在唯一一的單線上,實現(xiàn)多點測測溫。3）DS18BB20 的測測溫范圍為: - 555+125,在-10+ 85時, 其精度為為+ 015。4

36、）DS18BB20的測溫溫結果的數(shù)字字量位數(shù)從9912位,可編程進行行選擇。數(shù)字化溫度傳感感器DS18820測溫范范圍為- 555+125 ，增量值為0.5 (9位溫度讀讀數(shù))，它主要由由4個數(shù)據(jù)部件件部分組成：64位ROM;溫度度傳感器;非易失性的的溫度告警觸觸發(fā)器TH 和TL；高速便便箋存儲器664 位ROM用于存存儲序列號，其首字節(jié)固固定為28HH，表示產品品類型碼，后6個字節(jié)是每每個器件的編編碼，最后1個字節(jié)是CRRC 校驗碼碼. 溫度告警警觸發(fā)器THH和TL 存儲用用戶通過軟件件寫入的報警警上下限值，高高速便箋存儲儲器由9個字節(jié)組組成，其中有2個字節(jié)RAMM單元用來存存放溫度值前前1

37、個字節(jié)為溫溫度值的補碼碼低8位，后1個字節(jié)為符符號位和溫度度值的補碼高高3位。（2）DS188B20 測測溫原理DS18B200內部結構框框圖,如圖3-44所示。圖3-4 DSS18B200內部結構框框圖DS18B200 的測溫原原理：DS118B20 測量溫度采采用了特有的的溫度測量技技術，它是通過計計數(shù)時鐘周期期來實現(xiàn)的，內內部計數(shù)器對對一個受溫度度影響的振蕩蕩器的脈沖計計數(shù),低溫時,振蕩器的脈脈沖可以通過過門電路。而而當?shù)竭_某一一設置高溫時時, 振蕩器的的脈沖無法通通過門電路。計計數(shù)器設置為為- 55。同時, 計數(shù)器復復位在當前的的溫度值時, 電路對振振蕩器的溫度度系數(shù)進行補補償, 計數(shù)

38、器重重新開始計數(shù)數(shù)直到回零。如如果門電路仍仍未關閉, 則系統(tǒng)重復復上述過程。（3）DS188B20的操操作協(xié)議DS18B200單純通信功功能是分時完完成的。單線線信號包括復復位脈沖,響響應脈沖,寫寫“0”,寫“1”,讀“1”。它們有嚴嚴格的時隙概概念。系統(tǒng)對對DS18BB20的操作作以ROM命命令(5個)和存儲器命命令(6個)形式出現(xiàn)。對對它的操作協(xié)協(xié)議是： 初初始化DS118B20發(fā)發(fā)復位脈沖)發(fā)ROM功功能命令處理數(shù)據(jù)發(fā)存儲器命命令處理數(shù)據(jù)據(jù)。各種操作作都有相應的的時序圖。DS18B200在使用時，一一般都采用單單片機來實現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只只需將DS118B20 信號線與單單片機1位II/O

39、線相連連，且單片機機的1位I/O線可掛接接多個DS118B20，就就可實現(xiàn)單點點或多點溫度度檢測。DSS18B200傳感器精度度高、互換性性好;它直接接將溫度數(shù)據(jù)據(jù)進行編碼，可可以只使用一一根電纜傳輸輸溫度數(shù)據(jù)，通通信方便，傳傳輸距離遠且且抗干擾性好好：與用傳統(tǒng)統(tǒng)溫度傳感器器組成的多點點測溫系統(tǒng)相相比可節(jié)省大大量電纜，而而且系統(tǒng)得以以簡化，系統(tǒng)統(tǒng)擴充維護十十分方便。DDS18B220 可以廣廣泛用于工廠廠工業(yè)過程、大大型糧倉、釀釀酒廠，食品品加工廠的溫溫度檢測以及及賓館、儀器器儀表室等處處的溫度檢測測和控制。3.3.4ADDC08322轉換器ADC08322引腳圖（圖圖3-5）:ADC0883

40、2 是美美國國家半導導體公司生產產的一種8 位分辨率、雙雙通道A/DD轉換芯片。由由于它體積小小，兼容性強強，性價比高而深受受單片機愛好好者及企業(yè)歡歡迎，其目前前已經有很高高的普及率。學習并使用用ADC08832 可是是使我們了解解A/D轉換換器的原理，有有助于我們單單片機技術水水平的提高。AADC08332 具有以以下特點： 8位分辨辨率； 雙雙通道A/DD轉換； 輸入輸出電電平與TTLL/CMOSS相兼容； 5V電源源供電時輸入入電壓在05V之間； 工作頻頻率為2500KHZ，轉轉換時間為332S； 一般功耗耗僅為15mmW； 88P、14PPDIP（雙雙列直插）、PPICC 多多種封裝；

41、 商用級芯芯片溫寬為00C too +70C，工業(yè)級級芯片溫寬為為40CC to +85C；芯片圖：圖3-5 ADDC08322程序:程序占用資源有有累加器A，工工作寄存器RR7,通用寄寄存器B 和和特殊寄存器器CY。通道道功能寄存器器和轉換值共共用寄存器BB。在使用轉轉換子程序之之前必須確定定通道功能寄寄存器B 的的值，其賦值值語句為“MOV BB,#datta”（00H03H）。運運行轉換子程程序后的轉換換數(shù)據(jù)值被放放入B 中。子子程序退出后后即可以對BB 中數(shù)據(jù)處處理。 3.3.5繼繼電器（reelay）的的工作原理和和特性 當輸入量(如電電壓、電流、溫溫度等)達到到規(guī)定值時，使使被控制

42、的輸輸出電路導通通或斷開的電電器。可分為為電氣量(如如電流、電壓壓、頻率、功功率等)繼電電器及非電量量(如溫度、壓壓力、速度等等)繼電器兩兩大類。具有有動作快、工工作穩(wěn)定、使使用壽命長、體體積小等優(yōu)點點。廣泛應用用于電力保護護、自動化、運運動、遙控、測測量和通信等等裝置中。繼電器是一種電電子控制器件件，它具有控控制系統(tǒng)（又又稱輸入回路路）和被控制制系統(tǒng)（又稱稱輸出回路），通通常應用于自自動控制電路路中，它實際際上是用較小小的電流去控控制較大電流流的一種“自自動開關”。故故在電路中起起著自動調節(jié)節(jié)、安全保護護、轉換電路路等作用。1、電磁繼電器器的工作原理理和特性電磁式繼電器一一般由鐵芯、線線圈、

43、銜鐵、觸觸點簧片等組組成的。只要要在線圈兩端端加上一定的的電壓，線圈圈中就會流過過一定的電流流，從而產生生電磁效應，銜銜鐵就會在電電磁力吸引的的作用下克服服返回彈簧的的拉力吸向鐵鐵芯，從而帶帶動銜鐵的動動觸點與靜觸觸點（常開觸觸點）吸合。當當線圈斷電后后，電磁的吸吸力也隨之消消失，銜鐵就就會在彈簧的的反作用力返返回原來的位位置，使動觸觸點與原來的的靜觸點（常常閉觸點）吸吸合。這樣吸吸合、釋放，從從而達到了在在電路中的導導通、切斷的的目的。對于于繼電器的“常常開、常閉”觸觸點，可以這這樣來區(qū)分：繼電器線圈圈未通電時處處于斷開狀態(tài)態(tài)的靜觸點，稱稱為“常開觸觸點”；處于于接通狀態(tài)的的靜觸點稱為為“常

44、閉觸點點”。2、熱敏干簧繼繼電器的工作作原理和特性性熱敏干簧繼電器器是一種利用用熱敏磁性材材料檢測和控控制溫度的新新型熱敏開關關。它由感溫溫磁環(huán)、恒磁磁環(huán)、干簧管管、導熱安裝裝片、塑料襯襯底及其他一一些附件組成成。熱敏干簧簧繼電器不用用線圈勵磁，而而由恒磁環(huán)產產生的磁力驅驅動開關動作作。恒磁環(huán)能能否向干簧管管提供磁力是是由感溫磁環(huán)環(huán)的溫控特性性決定的。 3、固態(tài)繼電電器（SSRR）的工作原原理和特性固態(tài)繼電器是一一種兩個接線線端為輸入端端，另兩個接接線端為輸出出端的四端器器件，中間采采用隔離器件件實現(xiàn)輸入輸輸出的電隔離離。固態(tài)繼電器按負負載電源類型型可分為交流流型和直流型型。按開關型型式可分為

45、常常開型和常閉閉型。按隔離離型式可分為為混合型、變變壓器隔離型型和光電隔離離型，以光電電隔離型為最最多。 繼電器主要產品品技術參數(shù)1、額定工作電電壓是指繼電器正常常工作時線圈圈所需要的電電壓。根據(jù)繼繼電器的型號號不同，可以以是交流電壓壓，也可以是是直流電壓。2、直流電阻是指繼電器中線線圈的直流電電阻，可以通通過萬能表測測量。3、吸合電流是指繼電器能夠夠產生吸合動動作的最小電電流。在正常常使用時，給給定的電流必必須略大于吸吸合電流，這這樣繼電器才才能穩(wěn)定地工工作。而對于于線圈所加的的工作電壓，一一般不要超過過額定工作電電壓的1.55倍，否則會會產生較大的的電流而把線線圈燒毀。4、釋放電流是指繼電

46、器產生生釋放動作的的最大電流。當當繼電器吸合合狀態(tài)的電流流減小到一定定程度時，繼繼電器就會恢恢復到未通電電的釋放狀態(tài)態(tài)。這時的電電流遠遠小于于吸合電流 5、觸點切換換電壓和電流流是指繼電器允許許加載的電壓壓和電流。它它決定了繼電電器能控制電電壓和電流的的大小，使用用時不能超過過此值，否則則很容易損壞壞繼電器的觸觸點。繼電器的電符號號和觸點形式式 3.3.6電磁磁閥與晶閘管管電磁閥是控制元元件，主要用用來控制氣缸缸。也有分析析儀器或者別別的噴槍用來來直接控制氣氣體。電磁閥閥分為氣動、液液壓兩種，工工作方式都是是一樣的，只只是介質不一一樣。工作原原理就是在一一個閥體上開開幾個孔，然然后用電磁感感應

47、控制閥桿桿的運動來控控制堵哪個孔孔，或者讓哪哪個孔出氣。以以此達到控制制的目的晶閘管可控的導電開關關，與二極管管相比，不同同之處是正向向導通首控制制極電流控制制 OP07低噪噪聲單運放：OP07功能簡簡介:Op07芯芯片是一種低低噪聲，非斬斬波穩(wěn)零的單單運算放大器器集成電路。由由于OP077具有非常低低的輸入失調調電壓（對于于OP07AA最大為255V），所所以OP077在很多應用用場合不需要要額外的調零零措施。OPP07同時具具有輸入偏置置電流低（OOP07A為22nA）和開開環(huán)增益高（對對于OP077A為3000V/mV）的的特點，這種種低失調、高高開環(huán)增益的的特性使得OOP07特別別適用

48、于高增增益的測量設設備和放大傳傳感器的微弱弱信號等方面面。 OP07特點點：超低偏移： 1150V最最大 。 低輸入偏置電電流： 1.8nA 。 低失調電壓漂漂移： 0.5V/ 。 超穩(wěn)定，時間間： 2VV/montth最大 高電源電壓范范圍： 33V至222V晶振：為給單單片機提供工工作所需要的的時鐘信號，本本設計中采用用了6MHZZ的晶振。故故系統(tǒng)中CPPU執(zhí)行的每每一個機器周周期為2uss.3.4 AT889S51單單片機的最小小系統(tǒng) ：4. 4.7F 10K6M20pf+5V Vcc EA GNDAT89S51 RST XTAL1 XTAL220pf+5V圖3-6 AT89S51單片機

49、最小系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)，即即指使單片機機能正常工作作的所需的最最少的電路，即即應包含CPPU及輔助電電路、ROMM、RAM及及I/O端口口等電路。由由于AT899S51內部部已經包含44KB的Fllash Memorry程序存儲儲器，所以4. 4.7F 10K6M20pf+5V Vcc EA GNDAT89S51 RST XTAL1 XTAL220pf+5V圖3-6 AT89S51單片機最小系統(tǒng)圖3-6中，晶晶體振蕩器的的頻率選6MMHZ，復位位電路采用上上電復位，電電路參數(shù)如圖圖中所示，以以滿足系統(tǒng)復復位時兩個機機器周期的高高電平的要求求。由于CPPU的內部已已含有程序存存儲器，所以以EA引腳

50、接接高電平。圖3-7時鐘電路3.5 AT889S51單單片機時鐘電電路圖3-7時鐘電路該水位自動顯示示控制器采用用AT89CC51單片機機，機內有一一高增益反相相放大器，構構成自激振蕩蕩電路，振蕩蕩頻率取6MMHz,外接接6MHz晶晶振，兩個電電容C1、CC2取20ppF，以便于于起振蕩的作作用。 右圖中XTTAL1為內部時鐘工工作電路的輸輸入，XTAL22為來自反向振振蕩器的輸出出。3.6 AT889S51單單片機復位電電路該水位自動顯示示控制器采用用上電復位電電路，由R114、C3構構成復位電路路，在上電瞬瞬間，產生一一個脈沖，AAT89S551將復位。為為保證可靠復復位，脈沖寬寬度應大于

51、兩兩個機器周期期，這取決于于R、C時間間長數(shù)。取電電容C=100uF，電阻阻R=10KK。圖3-9水位檢測電路3.7水位檢測測電路的硬件件設計圖3-9水位檢測電路實驗證明，純凈凈水幾乎是不不導電的，但但自然界存在在的以及人們們日常使用的的水都會含有有一定的Mgg2+、Caa2+等離子子，它們的存存在使水導電電。本控制裝裝置就是利用用水的導電性性來完成的。我們把儲水箱大大致分為四個個等份，水位位由潛入太陽陽能熱水器的的儲水箱不同同深度的水位位電極和潛入入儲水箱底部部的公共電極極（導線）進進行檢測；由由單片機依次次使各水位電電極呈現(xiàn)高電電平，由公共共電極所接的的三極管進行行電位轉換，水水位到達的電

52、電極，轉換電電位為低（00）；水位沒沒有到達的電電極，轉換電電位為高（11）；每檢測測一位便得到到一位數(shù)據(jù)，55個電極檢測測一遍以后便便得到了5個個串行數(shù)據(jù)，然然后把這5個個數(shù)據(jù)轉化為為字節(jié)一路送送發(fā)光二極管管；在這里我我們可以用發(fā)發(fā)光二極管亮亮的盞數(shù)來顯顯示水位的高高低。（若沒沒有發(fā)光二極極管亮則表示示箱內沒有水水或者只有少少量的水，若若有一個發(fā)光光二極管燈亮亮則表示箱內內有四分之一一箱的水，以以此類推，若若有四個發(fā)光光二極管亮，則則表示水箱水水是滿的。）當水位未達到aa時，即haa時、這時傳傳感器的總阻阻值為4R，對應，系統(tǒng)統(tǒng)處于缺水狀狀態(tài)。當ahbb時，傳感器器電阻阻值為為3R，對應，系

53、系統(tǒng)處于200%水位。當bhcc時，傳感器器電阻阻值為為2R，對應，系系統(tǒng)處于500%水位。當ch設定5否N設定5 是 液位是否最高 液位是否最高否N設定5 NMM，且r中含含有s，則圖圖像標準誤差差函數(shù)為:如果r(m，nn)與9相對對應，則有EE(m，n)=伍否則EE(m，n)0。某一閩值，就可可以認為找到到了匹配點，即即此坐標為目目標位置。本系統(tǒng)所跟蹤的的對象為由圖圖像傳感器采采集的太陽光光斑圖像。程圖如圖9.33所示。實際上只要E(m，n)小小于比較法定位子程程序的流就目標看，它的的灰度值高能能于背景很好好區(qū)分，且占占圖像整體面面積小。上述述的跟蹤算法對于本系統(tǒng)來來說就顯得很很繁瑣，且需

54、需要較大存儲儲空間?；谟谀繕宋矬w的的特點，本系系統(tǒng)在對所采集圖像像的像素點灰灰度值逐個比比較，就可以以求出整幅圖圖像的最大值值點及其坐標標值，這個點既是是真正的光點點，通過對其其位置的調整整就可以實現(xiàn)現(xiàn)系統(tǒng)對太陽陽光線的自動動跟蹤。在系統(tǒng)調試試階段，在微微處理器外部部擴展了數(shù)據(jù)據(jù)存儲器，可可以保存一幅幅圖像數(shù)據(jù)，所所以采用質心跟蹤蹤算法。其流流程圖如圖99.4所示。9.2.6系統(tǒng)統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序如圖圖9.5所示示。首先對微微處理器初始始化，分配存存儲空間，初初始化其各個個功能寄存器使其其正常工作;再按照設計計要求初始化化圖像傳感器器。N幅圖像后，圖圖像傳感器采采集接收屏的的圖像數(shù)據(jù)，并并輸

55、出到微處處理器處理;為了避免圖像傳感器中中電子噪聲的的干擾，首先先對采集到的的圖像進行中中值濾波，去去除其中的電電子噪聲，并判斷是是否有光斑，若若沒有光斑則則繼續(xù)采集圖圖像，若存在在光斑則由定定位子程序得得到光斑的位置坐坐標;得到光光斑位置坐標標后，顯示坐坐標值并判斷斷其是否在接接收屏的中心心，若不在中心，微微控制器控制制執(zhí)行機構根根據(jù)得到的坐坐標值調整成成像機構位置置，使成像機機構與入射光線垂直直，否則繼續(xù)續(xù)采集接收屏屏的圖像。第五章.系統(tǒng)調調試5.1軟件調試試 軟件的調調試主要通過過Keil uVisiion3軟件件進行操作，對對程序編寫過過程中的錯誤誤進行查找，找找出錯誤，進進行修改，然

56、然后再進行編編譯直至編譯譯成功，生成成HEX文件件，才能下載載到單片機里里，繼而實現(xiàn)現(xiàn)相應功能。第六章.系統(tǒng)功功能6.1系統(tǒng)能實實現(xiàn)的功能本系統(tǒng)通過單片片機控制各個個電路模塊以以實現(xiàn)對溫度度，水位的檢檢測，以及對對整個熱水器器的智能化控控制。6.2系統(tǒng)功能能測試 設計前前期通過KEEIL軟件和和PROTEEUS仿真軟軟件的聯(lián)調，對對設計功能進進行仿真，均均達到了預期期的設計效果果，設計后期期，硬件制作作完畢后，將將仿真成功后后的程序通過過單片機下載載程序，寫入入單片機，再再根據(jù)顯示模模塊的各個端端口連接方式式，正確地將將單片機跟顯顯示模塊連接接，最后都實實現(xiàn)了設計的的功能。6.3系統(tǒng)功能能分析

57、該控制器和以往往顯示儀相比比具有性能價價格比高、溫溫度控制與顯顯示精度高、使使用方便和性性能穩(wěn)定等優(yōu)優(yōu)點。單片機機控制系統(tǒng)具具有低價、智智能的優(yōu)勢，能能夠根據(jù)需求求的不同而作作相應的調整整，更加個性性化。同時，使使用單片機控控制系統(tǒng)能夠夠節(jié)約能源，保保護設備，延延長設備的使使用時間。該熱水器具備以以下特點：結構簡單、運行行可靠、操作作維護簡便。熱源取之不盡用用之不竭，不不需要運輸，節(jié)節(jié)省燃料。無污染，不會對對周圍環(huán)境造造成任何影響響。熱水產量受季節(jié)節(jié)、地區(qū)緯度度、采熱面積積、采熱器類類型、環(huán)境溫溫度、供水溫溫度、風速、日日照實際等因因素影響較大大。該系統(tǒng)加裝減壓壓閥后可與鍋鍋爐配套使用用，解決冬季季用水。不用考慮玻璃蓋蓋的防凍裝置置。該系統(tǒng)加裝減壓壓閥后可與鍋鍋爐配套使用用，解決冬季季用水。不用考慮玻璃蓋蓋的防凍裝置置。該熱水器裝置