《太陽能光熱技術及應用》工作頁 項目3:《太陽能光熱技術及應用》工作頁 項目3:太陽能熱水器智能控制系統設計---圖3按鍵電路㈣顯示電路的硬件設計本設計采用共陽型數碼管， 8個LED燈如圖3-13中接法，燈的負極依次接到數碼管的a-f段，采用動態掃描電路，并把顯示程序作為主程序。數碼管的段用 P0口控制，P2.0口、P2.3口作為數碼管的位控制， P2.4作為指示燈的控制。 驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦。niTAU]Q.VADI□JFADQoar.Ara口心酬口3|席*n.TWWPZO.O陀平啊FZ.-t^AfZFZJfAtlPZA*AHF3m慎柘PM倔□±irraritfTl^TniTAU]Q.VADI□JFADQoar.Ara口心酬口3|席*n.TWWPZO.O陀平啊FZ.-t^AfZFZJfAtlPZA*AHF3m慎柘PM倔□±irraritfTl^Ta.bra*3smp^j^ncrariKTATTBC-31■f?EElIlfIi?￡r圖4時鐘顯示電路系統輸入信號有：6個液位信號、1個溫度信號、4個觸摸鍵;輸出信號有：4位LED數碼管分時顯示當前溫度和液位， 3個位輸出控制繼電器分別控制上水電磁閥、加熱泵、增壓泵，1個位輸出控制蜂鳴器作為低水位報警信號和其他異常情況報警， 2個位輸出指示上水、加熱狀態。用戶設定項目有水位上限、熱水溫度、上水定時、加熱定時。設定參數用EEPROM保存，停電后參數無需重新設定。系統具有故障自檢功能，電磁閥、加壓

泵在停水時會自動切斷，水位傳感器有故障時禁止上水，以免上水時溢出。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。液位傳感器主要采用ATS173型霍爾元件，若干個霍爾元件被固定在一個垂直的導槽上，磁鋼浮子的帶動下沿著導槽移動，霍爾元件的輸出在電阻網絡的作用下轉換成不同的電壓，經過ADC通道最終送入MCU。這樣，僅用一個ADC通道可以實現多路數字信號的輸入。溫度傳感器采用負溫度（NTC）型通用熱敏電阻，信號經另一路 ADC輸入MCU。保存設定參數的EEPROM采用HT93LC46，采用串行方式與MCU接口，整個控制器的硬件及對MCU的資源要求降到最低。MCU根據檢測到的水位信號、 水箱溫度信號，以及用戶的設定或操作，通過軟件進行數值計算和邏輯運算，以確定當前應該進行的操作，并通過輸出口控制進水閥、加壓泵、加熱泵的狀態，以實現要求的控制功能。由于 SN8P1706的I/O口驅動能力可高達15mA，采用高亮度的LED顯示無須再使用驅動器件，可以由SN8P1706的I/O口直接驅動。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。㈤報警電路設計由于是用于家用熱水器，考慮到成本問題，故采用發光二極管報警，相較蜂鳴器而言,既降低了成本，也使設計簡單化。 構氽頑黌碩飩薺齦話騖。圖5中7407是正向緩沖/驅動器。它具有緩沖功能，同時也可以提高電流的驅動能力。7407有兩種接法：（1）當電路共陽極接法時， 7407主要起著緩沖的作用，就是緩沖單片機的承受能力，如果沒有7407，那么單片機承受的電流能力很小， 那么工作電流就受到了限制，亮度不夠亮，而加上 7407就可以緩解單片機的灌電流，從而，可以減少限流電流的值，使流過二極管的電流增強，從而燈變更亮。（2）當電路共陰極接法時， 即將電源接地,二極管反接過來，這是單片機上拉電流被 7407放大，來驅動燈。綜上所述，報警電路如圖所示：輒嶧陽檉籪癤網儂號澩。D1LED-RED74071 P1.#緩緩緩D1LED-RED74071 P1.#緩緩緩圖5報警電路3、小組分工合作完成熱水器智能管理控制系統的軟件設計。答：㈠軟件設計原理及設計所用工具本次設計主要利用C語言編寫程序，根據功能的需要進行編程， 其中軟件設計所用的軟件主要是KeiluVision3軟件，PROTEUSISIS軟件。堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅。即使在天氣條件不理想的情況下， 太陽能熱水器也能夠在用戶預先設定好的時間內向用戶提供熱水，給用戶生活提供了極大的便捷。當控制器在用戶預先設定的時間范圍內使水溫達到預先設定設定溫度時，控制器會通過聲光報警來提醒告知用戶。 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。根據這一要求，控制器軟件設計采用模塊化結構，包括主程序、鍵盤中斷子程序、DS12887更新周期結束中斷子程序、LED顯示子程序和提前加熱時間計算子程序等。 系統主程序的任務主要是完成溫度和水位的檢測功能以及進行預算輔助加熱時間和一些基本初始化功能。主程序中主要利用查表的方法進行輔助加熱提前量進行預算。 凍鈹鋨勞臘錯癇婦脛糴。系統主程序流程圖如圖6所示：圖6系統程序流程圖關于時間和溫度的設定,每次設定完成后， 設定值會存入到 DS12887的非易失性關于時間和溫度的設定,RAM中，當下次開機時會自動進行數值的讀取。 這樣做有兩個優點：其一是當系統不進行時間和溫度的設定時，就默認該設定值和先前的設定值等同，這樣就解決了每次開機需要從新設定時間和溫度的問題，減少了用戶的操作程序，其二是如果系統在運行中間斷電且供電再次恢復時，可以不用再重新設定溫度和時間值，系統可以按原先設定的默認值對溫度進行控制，使控制器對外界條件環境的處理和適應能力得到進一步提高 。對提前加熱時間的計算，則是系統能否實現預定加熱功能的重要一步。因為系統采用分段式水位檢測，若采用能量守恒的方法對提前加熱時間進行預算，也同樣得不到精確的結果。為了避開繁瑣的計算過程，本系統中采用了模糊控制思想，使用了如下一些控制語句： 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。IF水位高AND溫度差大THEN加熱時間長IF水位適中AND溫度差適中THEN加熱時間適中IF水位低AND溫度差低THEN加熱時間少采用這種思想后，可以用實驗方法獲得各種情況下需要加熱的時間， 編制成表格。使用時，只要查表獲得提前加熱時間就行了。顯然，表格分得越細，控制就越準確。本控制器采用溫差每等于5C為一格，就能滿足控制要求了。為了減小誤差，試驗表明，可以采用如圖7的方法。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統庫。圖7水位監測處理示意圖實驗中，用水位達到B1時的結果代替水位達到 A1時的結果，B2代替A2,B3代替A3,B4代替A4。這樣，CPU讀入的A1水位查表后得到的預加熱時間是實驗中水位在B1處的時間。經過這種處理，會把由于分段檢測而產生的計算誤差減小一半，由原來的h變成了h/2（h為分段水位檢測間隙）。如果水箱水深為40cm，分8段檢測，此種處理方法的計算將使水位誤差由原來的 5cm變成了2.5cm。這種誤差對于民用的熱水器來說，已完全能夠滿足要求了。 碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。㈡顯示子程序

分析表明，移位寄存器74LS164僅有串入并出作用沒有譯碼功能。因此，在編寫顯示驅動程序之前，首先需要計算列寫出與本電路對應的 LED段選碼，然后由89C52的P3.0口送入74LS164的串行輸入端，再并行輸出到 LED的段選端。需要指出的是，上面顯示電路采用TOS28106BHK型號的共陽極LED顯示器，根據PCB印制線路板的連線方便，其LED的8個段選端與74LS164的并行輸出口即8根段選線的連接沒有遵照通常的規律， 而是如圖3-5所示的段排列為 7、6、4、2、1、9、10、5,相應的段選碼也要重新計算，如顯示字符0的段選碼為11H。電路中設計了4位LED顯示器，其功能為：左首位為百位數或標志位，左二位為十位數，左三位為個位數，左四位為小數點后的十分位數。據此，給出如圖8所示的顯示子程序框圖。 閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。査表取段選碼1送百位數取送十位循環取送個位循環返回取送個位循環返回圖8顯示子程序框圖㈢軟件調試軟件的調試主要通過KeiluVision3軟件進行操作，對程序編寫過程中的錯誤進行查找，找出錯誤，進行修改，然后再進行編譯直至編譯成功，生成 HEX文件，才能下載到單片機里，繼而實現相應功能。 氬嚕躑竄貿懇彈濾頷澩。四、 思考討論家用單個太陽能熱水器可以通過以單片機為核心的控制系統實現智能化管理控制。 如果單位同時使用多個熱水器，如何實現對多個熱水器同時智能化管理控制？ 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。答：將多個熱水器進行串聯在一起，形成一個大的熱水器，然后通過單片機實現智能化管理控制。五、 評價反饋評價采用小組長考核與教師考核相結合，從專業能力和素質評價兩個方面對學生進行評價。小組長督導本組同學完成知識的獲取，在作業本上完成作業，并根據小組成員的日常表現、出勤情況及完成作業情況對小組成員進行素質評價