第一章引言1.1選題的依據(jù)及意義（一）選題依據(jù)太陽(yáng)能作為一種清潔能源，它以零成本，分布廣泛，無(wú)需運(yùn)輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)具有無(wú)限的開(kāi)發(fā)潛力。科技迅猛發(fā)展的今天，像光伏電池、太陽(yáng)能熱水器等利用太陽(yáng)能的技術(shù)日趨成熟，極大地便利了人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活。中國(guó)作為一個(gè)人口大國(guó)，也面臨著資源匱乏的窘境。工業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展伴隨著資源的過(guò)度消耗，開(kāi)發(fā)利用可再生的清潔能源成為國(guó)人必須的面臨的課題。增加能源供應(yīng)量，改善能源結(jié)構(gòu)，切實(shí)關(guān)系到可持續(xù)發(fā)展道路的落實(shí)。“低碳”“環(huán)保”理念的日漸深入人心，人們把眼光投向風(fēng)能、潮汐、太陽(yáng)能等清潔能源。太陽(yáng)能作為綠色能源，節(jié)能環(huán)保。中國(guó)擁有最大的生產(chǎn)地和最大的太陽(yáng)能市場(chǎng)，太陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速，規(guī)模逐漸增大。太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)也作為一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，支持著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃增長(zhǎng)。于是，我選擇這個(gè)課題進(jìn)行研究，更好的推動(dòng)新能源的開(kāi)發(fā)與利用。（二）選題意義目前，熱水器的種類(lèi)有四種：電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⑻?yáng)能熱水器和新興起的空氣能熱水器。燃?xì)鉄崴饔捎诎踩缘停装l(fā)生事故而導(dǎo)致使用率下降；電熱水器使用電能加熱，能源消耗量大；空氣能熱水器由于受環(huán)境溫度的限制，在北方寒冷地域無(wú)法大面積推廣使用；反觀(guān)太陽(yáng)能熱水器因光照分布普遍，安全節(jié)能而受到人們的一致好評(píng)。對(duì)這個(gè)課題進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，能讓我充分利用大學(xué)所學(xué)電子知識(shí)，深入了解太陽(yáng)能控制原理。通過(guò)這次理論結(jié)合實(shí)際的實(shí)踐，加強(qiáng)鞏固所學(xué)理論知識(shí)，練習(xí)動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新能力，增強(qiáng)自己發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的能力，為以后走向社會(huì)邁向工作崗位積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。另外，由于太陽(yáng)能熱水器的使用性得到了市場(chǎng)大眾的認(rèn)可，而改善控制系統(tǒng)，提高控制的精確性和可靠性將能更好地做到環(huán)保節(jié)能。本設(shè)計(jì)以太陽(yáng)能加熱為主，以電熱器加熱為輔助，將太陽(yáng)能熱水器和電熱水器有效結(jié)合，既能彌補(bǔ)太陽(yáng)能光照不足時(shí)水溫過(guò)低的缺陷，又能節(jié)省大量能源。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)在全球內(nèi)，太陽(yáng)能以清潔可再生能源，一直是解決能源危機(jī)的關(guān)注焦點(diǎn)。像光伏電池、太陽(yáng)能熱水等以太陽(yáng)能為能源的技術(shù)的利用，為走能源可持續(xù)發(fā)展道路提出來(lái)一條解決方案，也正逐漸改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活。西方歐美等國(guó)家在太陽(yáng)熱水器研究方面發(fā)展較早，普及率很高，科學(xué)技術(shù)含量也較高。隨著巴黎氣候大會(huì)的舉行，全球變暖和能源問(wèn)題等又被世界各國(guó)人們更加關(guān)注。更多的國(guó)家又將進(jìn)一步重視有節(jié)約常規(guī)能源和減少排放CO2方面潛力太陽(yáng)能熱水器的開(kāi)發(fā)和利用，甚至部分西方國(guó)家倡導(dǎo)并規(guī)定，正在建設(shè)的民居應(yīng)該包含的配套設(shè)備中一定要含有太陽(yáng)能熱水器。在太陽(yáng)能熱水器研究開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域中，我國(guó)起步較晚，但在國(guó)家政策的大力扶持下發(fā)展迅速，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的熱水器生產(chǎn)國(guó)。我國(guó)幅員遼闊，地大物博，擁有最多的人口，太陽(yáng)能熱水器的推廣應(yīng)用潛力很大，將會(huì)成為最大的太陽(yáng)能熱水器銷(xiāo)售場(chǎng)地。世界范圍內(nèi)，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)作為新能源行業(yè)蓬勃發(fā)展，推動(dòng)著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。雖然如此，但國(guó)內(nèi)熱水器市場(chǎng)依然面臨一些問(wèn)題。目前，我國(guó)熱水器的發(fā)展全在于銷(xiāo)售量的提升，用產(chǎn)銷(xiāo)來(lái)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，大多數(shù)企業(yè)只是瞄準(zhǔn)利潤(rùn)，并不太注意產(chǎn)品的性能。他們往往通過(guò)大力推廣產(chǎn)品來(lái)保持經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，與此同時(shí)，技術(shù)層面卻顯得有些發(fā)展滯后，以至于漸漸不能滿(mǎn)足廣大消費(fèi)者的各種需求，這種現(xiàn)象更是造成生產(chǎn)研發(fā)的停滯，市場(chǎng)人才匱乏。熱水器生產(chǎn)廠(chǎng)家多如牛毛，產(chǎn)品卻大同小異，而且面臨結(jié)構(gòu)功能單一、操作不便等問(wèn)題。作為行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素——專(zhuān)業(yè)人才的缺乏更進(jìn)一步導(dǎo)致創(chuàng)新能力低下，限制企業(yè)的發(fā)展。一些中小企業(yè)面臨窘境，銷(xiāo)售增長(zhǎng)量停滯。一些品牌企業(yè)迫不得已開(kāi)始加大產(chǎn)品創(chuàng)新力度，設(shè)計(jì)更多產(chǎn)品滿(mǎn)足消費(fèi)者不同需求，改變營(yíng)銷(xiāo)策略，拓寬銷(xiāo)售渠道，培養(yǎng)后續(xù)儲(chǔ)備人才，逐漸成為市場(chǎng)主導(dǎo)品牌。與此同時(shí)，受到新一代熱水器——空氣能熱水器的沖擊，太陽(yáng)熱水器銷(xiāo)量有點(diǎn)波動(dòng)。空氣能熱水器將空氣中的熱量吸收，傳導(dǎo)給中間介質(zhì)冷媒，在冷凝器中將冷媒的熱量傳導(dǎo)給水箱中的水，從而達(dá)到加熱保溫箱中水的目的。然而由于技術(shù)的不太成熟，空氣能熱水器在大眾面前依舊不太被認(rèn)可，市場(chǎng)占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和太陽(yáng)能熱水器相提并論。目前，在世界范圍內(nèi)。太陽(yáng)能熱水器依舊是主流熱水器。太陽(yáng)能熱水器以其節(jié)能綠色環(huán)保的理念深受廣大群眾的喜愛(ài)。太陽(yáng)能市場(chǎng)上售賣(mài)的熱水器多半有水位控制、水溫控制和自動(dòng)控制功能，更為便利的方便百姓生活。市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器按照集熱方式的不同，大致分為兩種類(lèi)型。一種是采用真空玻璃管收集光能的熱水器。這種熱水器能吸收大量的光照輻射，并將其轉(zhuǎn)化的熱量用來(lái)加熱水箱中熱水。另一種熱水器是平板集熱式熱水器，正如其名，它外形就是平板。提到這兩種熱水器，就不得不說(shuō)現(xiàn)在太陽(yáng)能熱水器技術(shù)面臨的三個(gè)問(wèn)題。熱水器的用途是利用光照用來(lái)給水進(jìn)行加熱，因此如何提高效率是首先第一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。真空管集熱的熱水器因其構(gòu)造和材料，集熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平板式熱水器。除去效率問(wèn)題，安全性也是一個(gè)必須要重視的問(wèn)題。在這個(gè)方面，可以說(shuō)二者有著相同缺陷。在寒冷地區(qū)（或者冬季嚴(yán)寒時(shí)），集熱管中的水倘若不能及時(shí)被完全排出，往往會(huì)存在著“炸管”的隱患。最后我們還需要考慮實(shí)際生活應(yīng)用中的一個(gè)問(wèn)題，那就是城市容量的問(wèn)題。在鄉(xiāng)村，地廣人稀，各家各戶(hù)可以在房頂上安裝熱水器。然而，城市里，一棟樓房能安裝的熱水器的數(shù)目是被受到限制的，完全不能滿(mǎn)足所有住戶(hù)的需求。這將是一個(gè)制約熱水器使用率的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)熱水器時(shí)不得不進(jìn)行考慮。目前，歐洲國(guó)家廣泛采用平板熱水器。平板式熱水器能和建筑物在空間上完美契合，使用條件限制小。但中國(guó)市場(chǎng)卻截然不同，真空管熱水器在太陽(yáng)能熱水器中占有很大比例。個(gè)人認(rèn)為，一旦技術(shù)問(wèn)題被攻克，平板熱水器在中國(guó)也將會(huì)擁有廣泛的使用率。國(guó)外生產(chǎn)商通過(guò)使用較高性能的吸熱板提高集熱能力。對(duì)于“炸管”問(wèn)題，他們?cè)O(shè)計(jì)熱量的循環(huán)交替，使用泵驅(qū)動(dòng)防凍液在平板太陽(yáng)能集熱器及儲(chǔ)熱水箱的換熱器間循環(huán)換熱，解決了安全性的隱患。現(xiàn)如今，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的研發(fā)更加趨于成熟化，多樣化，控制智能化。太陽(yáng)能熱水器的蓬勃發(fā)展同時(shí)也沖擊著電熱水市場(chǎng)和燃?xì)鉄崴魇袌?chǎng)，促進(jìn)了熱水器行業(yè)的變革。隨著整體行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能利用技術(shù)也將向更為節(jié)能、更為綠色、更為便利的方向發(fā)展。個(gè)人認(rèn)為，可以設(shè)計(jì)電輔助加熱，也能從一定程度上解決“炸管”的隱患，另外電加熱還能緩解集熱效率低下時(shí)的熱水供求不足的問(wèn)題。為此設(shè)計(jì)這種太陽(yáng)能-8電熱器智能加熱的熱水器，并增加水溫控制功能，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水24小時(shí)不間斷，更為智能化的控制。第二章論證設(shè)計(jì)方案2.1課題的任務(wù)針對(duì)太陽(yáng)能熱水器，設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)，控制水位高低和水溫的大小。日常使用時(shí)，可通過(guò)人工進(jìn)行水溫的預(yù)設(shè)，及水量的大小調(diào)控。本設(shè)計(jì)用水桶作為容器來(lái)表示熱水器水箱，用電機(jī)代替水泵進(jìn)行上水的操作，用電熱器進(jìn)行補(bǔ)償加熱來(lái)達(dá)到需求的溫度。當(dāng)水位小于安全界限（或者預(yù)設(shè)水溫值）時(shí)，電機(jī)被啟動(dòng)用來(lái)注水提升水箱的水位值；電加熱部分電路會(huì)在水溫小于設(shè)定值時(shí)被啟動(dòng)，此時(shí)通過(guò)加熱設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，使水箱中水溫得到控制，使得熱水器中的水溫與設(shè)定水溫的±0.5℃范圍內(nèi)保持大致相同。本次設(shè)計(jì)的溫度被控值可以在設(shè)定值的±0.5℃范圍內(nèi)保持基本不變。2.2選擇設(shè)計(jì)方案本次研究對(duì)水位的檢測(cè)可以使用壓力傳感器，超聲波測(cè)距等一些方法，對(duì)水溫的檢測(cè)可以采用DS18B20。經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，由于設(shè)計(jì)熱水器需要對(duì)水溫水位進(jìn)行有效監(jiān)控，則要使用傳感器對(duì)水位水溫進(jìn)行測(cè)量，并將水位水溫這樣的物理量轉(zhuǎn)化為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而編寫(xiě)程序進(jìn)行控制。因此對(duì)水位水溫測(cè)控十分重要，水箱中水位和溫度檢測(cè)信號(hào)將被用來(lái)作為被判斷的數(shù)值，而確保得到這些檢測(cè)值的準(zhǔn)確性和快速性，將是控制設(shè)計(jì)中一個(gè)必須重視的關(guān)鍵部分。及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)水位和溫度這兩個(gè)變量進(jìn)行測(cè)控,就能通過(guò)利用程序開(kāi)始輔助加熱和水位調(diào)節(jié)。對(duì)水位水溫測(cè)控中溫度監(jiān)控相對(duì)較簡(jiǎn)單，水位測(cè)控初步確定是有下列幾種方案：方案一：用分段式液位傳感器檢測(cè)水位，使水位分段顯示，測(cè)控水位有點(diǎn)像階梯形變化，并不是太平滑。用溫度傳感器DS18B20構(gòu)建電路測(cè)控溫度。方案二：采用超聲波測(cè)距，由超聲波反射時(shí)間差計(jì)算探頭到水面距離，從而知道水位的高度。方案三：利用壓力傳感器測(cè)量液體底部壓力的大小，將壓力值轉(zhuǎn)化，從而知曉水位的實(shí)際高度。綜合以上的論述，我們可以選用超聲波測(cè)距，省去了中間A/D轉(zhuǎn)換，而且測(cè)量簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)采用AT89S52作為熱水器控制核心處理器，當(dāng)水位低于設(shè)定時(shí)，水泵電機(jī)被啟動(dòng)，開(kāi)始注水；溫度小于設(shè)定要求時(shí)，啟動(dòng)電熱器進(jìn)加熱升溫。單片機(jī)具有多個(gè)中斷系統(tǒng)，配合外部電路，能很好的控制水泵和電熱器，從而擔(dān)任本次課題的控制核心部件，可以對(duì)其進(jìn)行編程，從而達(dá)到控制的要求。作為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制器，AT89S52擔(dān)當(dāng)?shù)闹骺刂破魇强刂频闹行摹Ｋ粌H僅是構(gòu)成本系統(tǒng)的硬件部分，更是利用軟件設(shè)計(jì)程序?qū)Ρ豢啬K運(yùn)行進(jìn)行控制，因此它將決定著整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。單片機(jī)的成本也相對(duì)低廉，但應(yīng)用范圍卻相當(dāng)廣泛，能夠用以解決一些比較復(fù)雜的控制環(huán)節(jié)。圖2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)圖第三章系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)本課題的硬件主要有兩個(gè)部分組成：水溫監(jiān)控模塊，水位監(jiān)控模塊。現(xiàn)擬定對(duì)水位利用超聲測(cè)距模塊對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，對(duì)水溫利用DS18B20芯片進(jìn)行測(cè)量，最后利用單片機(jī)結(jié)合一些其他的外圍電路進(jìn)行控制。現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)計(jì)中用到的模塊以及核心元件的工作原理和性能進(jìn)行初步介紹。詳細(xì)電路圖將在了解主要硬件后，在下一章節(jié)逐一進(jìn)行介紹。整體框圖見(jiàn)圖3.1。圖3.1系統(tǒng)整體框圖3.1超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理超聲波測(cè)距原理：在超聲波在空氣中傳播速度已知的前提下，模塊內(nèi)部輸出一列穩(wěn)定的方波到超聲波發(fā)射探頭，發(fā)射探頭產(chǎn)生的聲波在遇到障礙物后被反射回來(lái)，測(cè)量從發(fā)射到返回到接受探頭的時(shí)間，根據(jù)這個(gè)時(shí)間就可以計(jì)算發(fā)射點(diǎn)到障礙物的距離。超聲探測(cè)工作時(shí)，發(fā)射穩(wěn)定方波。測(cè)量產(chǎn)生超聲波的輸出端脈沖的寬度，可知發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔t，便可由公式S=1／2vt得知被測(cè)距離。實(shí)際過(guò)程中，超聲波的聲速會(huì)受到溫度影響，而且探測(cè)角度也會(huì)造成測(cè)量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。當(dāng)溫度幾乎不變，且測(cè)量角度也相對(duì)較小時(shí)，就可認(rèn)為聲波以勻速垂直到達(dá)水面，而且勻速垂直發(fā)射回來(lái)。倘若要求很高的測(cè)距精度時(shí)，就需要考慮溫度補(bǔ)償來(lái)校正被測(cè)數(shù)值。相對(duì)來(lái)說(shuō)，超聲波測(cè)距在測(cè)量中長(zhǎng)距離時(shí)還是有比較高的精度。在空氣中，超聲波的傳播速度一般取定值340米/秒。單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)器負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，本設(shè)計(jì)采用12.0M的晶振，所以本設(shè)計(jì)中超聲模塊在理論上應(yīng)該到了毫米級(jí)的測(cè)量精度。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì):聲速取340米/秒計(jì)算，聲波從發(fā)射探頭發(fā)出時(shí)刻是QUOTEQUOTE，接受聲波時(shí)刻是QUOTE,QUOTE得到傳播時(shí)間差，假定QUOTE=0.05S，則聲波傳出距離有m探測(cè)模塊到反射物的距離圖3.2超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)圖單片機(jī)采用外部中斷的方法進(jìn)行控制，聲波返回將引發(fā)的電位上升，用上升沿作為產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的依據(jù)，能更好的確聲波測(cè)距結(jié)果值的準(zhǔn)確性。3.2超聲測(cè)距模塊對(duì)于水位的控制，本次設(shè)計(jì)采用超聲測(cè)距模塊HC-SR04進(jìn)行對(duì)水位的測(cè)控。HC-SR04模塊接口少，使用方便簡(jiǎn)單,測(cè)量距離范圍2—400cm，其精確值能達(dá)到3mm,足以滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)指標(biāo)。超聲測(cè)距模塊中自帶超聲發(fā)射探頭、接受探頭、內(nèi)部控制電路。模塊外形見(jiàn)圖3.3。圖3.3HC-SR04模塊外形圖基本工作原理：VCC和GND分別接高低電位；TRIG是觸發(fā)引腳，需要給一個(gè)10us以上的高電平信號(hào)觸發(fā)；ECHO是一個(gè)反饋腳，當(dāng)接受探頭接受到聲波回返時(shí)，ECHO呈現(xiàn)轉(zhuǎn)變成高電位，并持續(xù)一段時(shí)間T，這個(gè)持續(xù)時(shí)間T的大小在數(shù)值上等于超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間t。圖3.4HC-SR04構(gòu)成的測(cè)量水位電路圖圖3.5水溫控制電路水位控制的電路部分，采用了L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)，此處的電機(jī)用來(lái)代表抽水的水泵，單片機(jī)利用控制L298N的5、7腳來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行上水操作。測(cè)距電路中，傳感器利用聲波測(cè)量，單片機(jī)分析處理后，決定是否進(jìn)行啟動(dòng)電機(jī)的操作。3.3水溫檢測(cè)原理3.3.1工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，溫度常常是關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量的重要的被控?cái)?shù)據(jù)量，溫度被控精細(xì)程度有時(shí)還關(guān)系到某些化工生產(chǎn)的安全程度系數(shù)。在現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，檢測(cè)溫度是能熱電偶檢測(cè)，將微弱的電流表化轉(zhuǎn)化成溫度差值，得到溫度的修正值，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換把檢測(cè)值轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，用來(lái)被處理器識(shí)別并進(jìn)行相關(guān)處置。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為設(shè)計(jì)的核心控制芯片，最好采用一種具有將物理量轉(zhuǎn)化成數(shù)字功能的傳感器，這樣，傳感器可以直接的得到完全能被單片機(jī)能識(shí)別數(shù)字信號(hào)，從而省去了A/D轉(zhuǎn)換，綜合選擇來(lái)說(shuō)，DS18B20芯片可以完美符合本課題所有要求條件。3.3.2DS18B20簡(jiǎn)介數(shù)量種類(lèi)繁多的溫度傳感器中，DS18B2傳感器因其體積小、精度高、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)擁有其他傳感器不可相比的優(yōu)勢(shì)。另外，它獨(dú)特的單總線(xiàn)接口方式，和它支持多組網(wǎng)并聯(lián)的特性都比其他傳感器使用提供更多便利，且其內(nèi)部更是有溫度上下限報(bào)警設(shè)置。內(nèi)部的9個(gè)字節(jié)暫存器如圖3.6所示。3.3.3DS18B20（1）DS18B20DS18B20。它以帶符號(hào)位的16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式將檢測(cè)到的溫度表示出來(lái)。溫度計(jì)算算法：把表3.1中將由DS18B20溫度采集并轉(zhuǎn)化后的16位數(shù)據(jù)，分別存儲(chǔ)到倆8位的RAM中，符號(hào)位占據(jù)著數(shù)據(jù)的前5位，如果檢測(cè)到的溫度大于或者等于0時(shí)，符號(hào)位為0，將數(shù)據(jù)輸出的16進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，就是16進(jìn)制數(shù)值乘0.625得到；假如實(shí)際溫度處于0度以下，符號(hào)位全都被置1，需要把輸出的16進(jìn)制數(shù)值先進(jìn)行取反操作，加1后再乘0.625，便可以得到實(shí)際十進(jìn)制溫度。圖3.6內(nèi)部寄存器3.4液晶顯示器1602圖3.7LCD1602實(shí)物圖1602液晶顯示器是具備顯示符號(hào)、數(shù)字以及字符的一種液晶模塊。顯示屏上有一定數(shù)目的點(diǎn)陣字符位，當(dāng)每顯示一個(gè)字符時(shí)，就會(huì)被占用一個(gè)點(diǎn)陣字符位。位與位、行與行之間都預(yù)留了間隔控線(xiàn)，以便于人們辨認(rèn)和識(shí)別。然而，它并不能很好勝任顯示圖形的工作。1602LCD是指可以分兩行顯示，且每行最多16個(gè)字符或數(shù)字的顯示屏。它的16個(gè)腳中，1和2腳負(fù)責(zé)接通電源，3腳被用來(lái)接電位器調(diào)整對(duì)比度，4腳負(fù)責(zé)寄存器的選擇，5腳控制數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，而6腳是使能控制腳，1516腳閑置，其他的7個(gè)腳用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。圖3.8溫度測(cè)控及顯示電路圖3.9水溫控制模塊水溫控制相對(duì)較簡(jiǎn)單，只要繼電器吸合，就能進(jìn)行加熱，是水溫上升。該系統(tǒng)利用繼電器控制電加熱的開(kāi)通與關(guān)斷，其常開(kāi)觸點(diǎn)連接加熱器。當(dāng)有電流流經(jīng)線(xiàn)圈中時(shí),常開(kāi)觸點(diǎn)將會(huì)被吸合,輔助加熱器開(kāi)始被接通，開(kāi)始加熱。與此同時(shí)，點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管，用以指示當(dāng)前工作狀態(tài)。加熱結(jié)束后，繼電器恢復(fù)，電熱絲斷開(kāi)。系統(tǒng)整體電路圖如圖3.10所示。圖3.10系統(tǒng)整體電路圖第四章軟件控制的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的傳感器負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的時(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集送往單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)是系統(tǒng)的CPU。單片機(jī)對(duì)溫度和水位顯示及控制，都是通過(guò)內(nèi)部燒錄的程序進(jìn)行完成處理工作的。可以這樣說(shuō)：外部電路就像是一座堅(jiān)固房子，而程序就是房子內(nèi)的裝飾和家具。房子決定了你的活動(dòng)空間，而各種家具和設(shè)施讓決定了生活的舒適程度。脫離了內(nèi)部程序的控制，外部電路將毫無(wú)意義。現(xiàn)在對(duì)程序的設(shè)計(jì)思路和控制流程進(jìn)行闡述。最開(kāi)始啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，假定水箱中完全沒(méi)有水。通電后，可以進(jìn)行按鍵設(shè)置初始水位和水溫。當(dāng)設(shè)置完成時(shí)，此時(shí)，測(cè)水位的模塊開(kāi)始檢測(cè)水位，水位未達(dá)到設(shè)定值，開(kāi)始啟動(dòng)電機(jī)，向熱水箱中一直注水，與此同時(shí)，水位的檢測(cè)也仍在進(jìn)行。水位未到設(shè)定值將一直進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，直到水位和設(shè)定值持平。水位達(dá)到定值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)水溫的檢測(cè)。水位低于預(yù)設(shè)值，開(kāi)始接通繼電器，并點(diǎn)亮一個(gè)LED用來(lái)顯示加熱的狀態(tài)。和水位的測(cè)控有些相似，水溫未滿(mǎn)時(shí)，檢測(cè)水溫的動(dòng)作將一直持續(xù)，知道水位上升到設(shè)置的溫度附近。停止加熱后，單片機(jī)調(diào)用延時(shí)程序，延時(shí)5min后繼續(xù)啟動(dòng)水位的檢測(cè)，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。流程框圖如圖4.1.。圖4.1系統(tǒng)控制流程框圖第五章系統(tǒng)的調(diào)試在硬件和軟件都按照系統(tǒng)電路和控制流程設(shè)計(jì)完好后，還有一件十分重要的工作進(jìn)行——系統(tǒng)的調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試是必不可少的工作過(guò)程。硬件和軟件都要進(jìn)行調(diào)試，對(duì)硬件需要用萬(wàn)能表對(duì)每一個(gè)元件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試是否有無(wú)虛焊，有無(wú)斷點(diǎn)，以及元件的接線(xiàn)是否正確。軟件的測(cè)試需要在硬件確保正常的情況后才可以進(jìn)行。利用單片機(jī)下載設(shè)定，并編譯通過(guò)后生成的HEX文件進(jìn)行軟件測(cè)試。本次調(diào)試中，硬件焊接制作良好，完全按照電路原理圖的設(shè)計(jì)進(jìn)行制作，并正確制作成功。在軟件調(diào)試中，利用4個(gè)按鍵進(jìn)行設(shè)定了溫度和水位后，開(kāi)始調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中，注水、加熱等過(guò)程中點(diǎn)亮的不同LED，這種情況與預(yù)定的工作狀況相符合；在水溫加熱停止時(shí)，我用水銀溫度計(jì)對(duì)水溫進(jìn)行測(cè)試，在誤差的允許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為兩者基本一致。經(jīng)過(guò)初步調(diào)試，初步確定了設(shè)計(jì)課題的完成情況。結(jié)論本系統(tǒng)施行了水溫水位的檢測(cè)控制，采用單片機(jī)設(shè)計(jì)了控制電路。讓傳感器來(lái)對(duì)水位和水溫進(jìn)行信號(hào)采集，進(jìn)行LED顯示信號(hào)，精度高，簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高運(yùn)行性能，無(wú)需人工操作，即可實(shí)現(xiàn)熱水供應(yīng)。利用超聲測(cè)距模塊進(jìn)行的液位控制的檢測(cè)，能夠時(shí)時(shí)的進(jìn)行運(yùn)作達(dá)到控制水位的目的，而且測(cè)控迅速，能讓單片機(jī)及時(shí)反應(yīng)，明顯改善控制環(huán)節(jié)，同時(shí)，使用抗干擾能力較強(qiáng)的傳感器，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。本設(shè)計(jì)完成水位和水溫的控制目的，每當(dāng)水位偏低時(shí)，單片機(jī)操作水泵電機(jī)，使其完成上水的工作；溫度偏低時(shí)，單片機(jī)控制啟動(dòng)電熱絲，使其加熱。本系統(tǒng)，只需開(kāi)始時(shí)設(shè)定水位水溫，就可以讓它穩(wěn)定工作，滿(mǎn)足人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)熱水的需求。參考文獻(xiàn)(References)[1]胡汗才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.[2]錢(qián)曉捷.匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京：高等學(xué)校教材，2005.[3]吳號(hào)烈.電機(jī)及電力拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1996.[4]顧樂(lè)觀(guān).電機(jī)學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.[5]趙利明，張廣輝.水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].重慶電力高等專(zhuān)課學(xué)校學(xué)報(bào)，2000.[6]吳今哲，金永鎬，崔敘進(jìn).水位自動(dòng)控制器的研究[J].延邊大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004.[7]呂寧.水箱水位PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2005.[8]周劍宏.酸水池水位自動(dòng)控制[J].銅業(yè)工程，2001.致謝本人經(jīng)過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，單片機(jī)知識(shí)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用更加深入透徹，為日后工作積累了一些經(jīng)驗(yàn)，提升了個(gè)人解決問(wèn)題的能力。本次實(shí)踐讓我更加認(rèn)識(shí)到動(dòng)手操作的重要性，只有不斷努力刻苦而又認(rèn)真的學(xué)習(xí)，認(rèn)認(rèn)真真的做事，才會(huì)更加牢固的掌握書(shū)本上的知識(shí)。脫離實(shí)踐的理論只是紙上談兵，脫離了理論的支持實(shí)踐只是盲人摸象，紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。熟悉了利用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)單片機(jī)程序，更讓我收獲最大的是,在一次次調(diào)試程序過(guò)程中，不斷面臨失敗的折磨，我學(xué)會(huì)了忍耐，能耐心的一步一步走出困境。課題的研究設(shè)計(jì)中，何老師提供了很多有用的建議和要求，同時(shí)給予了熱心的幫助以及技術(shù)支持，特別是他對(duì)我論文設(shè)計(jì)研究給出了許多寶貴的建議，幫助我解決了很多疑惑。在此，我要各位老師表示由衷的感謝。隨著課題研究的結(jié)束，四年的大學(xué)時(shí)光也即將畫(huà)上句號(hào)。同時(shí)，我還要謝謝我的母校這四年來(lái)的培養(yǎng)，感謝那些曾經(jīng)傳道授業(yè)解惑的老師。是她們的無(wú)私付出默默澆灌，才我學(xué)到了受用一生寶貴財(cái)富。學(xué)生：鄭朋濤2016年5月29日基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線(xiàn)間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線(xiàn)性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門(mén)傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專(zhuān)用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門(mén)機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于A(yíng)VR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于A(yíng)T89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于A(yíng)Tmega16單片機(jī)的流量控制器的開(kāi)發(fā)基于MSP430單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄