专业： 电气工程及其自动化
学号： 02230338
姓名： 郭 干
指导老师、职称： 杨新华 副教授
摘 促进剂cbs要
本设计介绍一种以凌阳16位单片机为核心的太阳能热水器控制系统，该系统功能及实用性较强，自动化程度高，并由初级智能化程度，在水位采集，ADC光纤气体传感器
等设计上采取一些新颖方法，成本低廉，推广价值高。且给出了以该单片机为核心的水位水温检测电路。 设计中充分利用了SPCE061A单片机的特点，实现了很高的性价比设计。主要对水温水位进行了分析，水温检测精度达到±1℃；通过采用分段式水位传感器，实现了水位测量和显示，低成本设计；另外，该太阳能热水器系统在日晒水温达不到设定指时，可以进行电加热自动 补温；能实现在清晨电自动加水；从而实现了热水器的全自动及节能,达到了智能控制方案的最优化，实现了真正意义上的“全自动控制”。 关键词：单片机；太阳能热水器；液位计；AD590；MAX7219；
Absract
This paper introduce a kind of 16‐bit microcomputer chip SPCE061A of high quality from Samsung Corporation ,describes the water lever and temperature measuring circuit diagram based on this microcomputer chip.It introduces respectively a kind of water level display and water temperature display using serial interface LED display drivers and 2‐digit display ;a kind of water level sensor with measuring pole of mulit‐electrodes and a resistance network connected with these electrodes. The water level measuring principle and water temperature measuring principle are introduced ,and how to carry out the measurement and disply with microcomputer chip SPCE061A is also introduced. The progrom flow chart of function modules are described.
The function design and schematic block of Water heat Controller were presented ,each measuring Model of each function module was set up concretely.Design principles and realization methods were elaborated,and further each circuit diagram of each function module wasdesigned. The design of the Controller,based on features of SPCE061A Microcontroller,the high capability to price rate was accomplished,and the complete research and design to detection technique for water temperature,water level,shock and creepage were discussed.Theory analysis of water level measuring and water level sensor;the depend ability design of detection and control for shock and creepage were bring off.At Last,the running and detecting date for the controller is illustracted,and satisfies the design request.
Key Word: microcomputer; solar water heater; waterishline meter; water temperature detecting; MAX7219; AD590;
太阳能热水器是一个光热转换器，区别于传统的自然利用，如晾晒、采光。太阳能热水器加热热水的原理与我们长说的温室效应是一个道理。具体的说，也就是太阳光透过玻璃板
照射到黑集热板上，黑集热板吸收太阳光把光能转换成热能，并把热能传导给储热水箱内的水。由于太阳能热水器保温系统有效的减少了热量损失，必而使储热水箱内的水温不断升高。因此，太阳能热水器的保温非常重要。普通太阳能热水器由于采用普通保温，水温只能达到60℃左右，而真空管太阳能由于采用真空管保温，水温可达100℃。太阳能热水器置于楼顶，晴天不用燃气、不用电，利用太阳能把水加热，然后贮存在保温水箱中，通过热水管道可向多个浴室同时供热水，全自动运行，不需人工操作，水龙头一开热水就来。
一．太阳能热水器的特点
1．更安全：不耗电，不燃烧油、气、煤，不会对大气环境造成污染，也不会对人体造成中毒、电击等伤害。
2．更环保：利用自然的能源，无废气，无噪音，既干净，又安静，是环保产品。
3．更适合豪华住宅：一套太阳能中央热水器可代替多个其他热水器，不要煤气瓶，不占室内空间，令卫生间更宽敞、简洁。
4．更耐用：可靠性极高，15年寿命。
适用范围广泛：只要有阳光照射的地方，都可使用太阳能热水器，它不仅能提供
二．太阳能热水器实现的功能
水位显示、水温显示、加水、加热、管道保温（通过控制电热伴管实现）、温度预置、手动控制、自动控制等功能。
（1）．手动控制状态
在手动控制状态下，可以通过设置在面板上的按键随时进行加水、加热、管道保温等操作，在加满水后自动控制电磁阀停止加水，加热到预置温度后自动停止加热。
（2）．自动控制状态
在自动控制状态下，加水、加热可自动操作水加满后自动停止加水，加热到预置温度后自动停止加热。考虑到随时加水并无实际意义，因此设计为自动控制状态下检测到水位大于0时不自动加水，水位为0时自动加水，加满后自动停止加水。
三．太阳能热水器控制系统的方案选择
根据系统的要求，电路应具备水温/水位显示，自动加水/加热，定时加水。报警，手动操作等功能并具有一定的智能化程度。考虑到全自动分立元件电路虽能实现基本要求，但智能化程度不是很高；以引纸绳AT89C51，S3F9454为主控的系统则需要大量的外围扩展电路，且芯片内存较小，系统电路复杂。凌阳公司的SPCE061A单片机具有32根输入/输出引脚。并且可以随意定义，没有局限性；不需要外围扩展电路；32K的闪存，可以存储一定的程序；并且内部带有A/D转换功能，不需外加A/D转换电路；功能强大，价格低廉，是太阳能热水器主控芯片的首选。
电路的选取：
1．温度检测电路：AD590是电流型温度传感器，两端器件，以电流作为输出量指示温度。电流灵敏度为1Uf/K，使用方便，是太阳能热水器检测电路的理想选择。
2．水位检测电路：以铬钼合金做成探头的电极式分段液位计结构简单，灵敏度高，并且可以对水位进行分段显示，便于控制，非常符合本设计对水位显示的要求。
3牛蒡去皮机．定时加水电路：由光敏电阻和555构成的触发器电路组成的定时电路，可根据光线的强弱导通和关断，可以实现太阳能热水器清晨加水的功能。
4．显示驱动电路：MAX7219喇叭网罩芯片是一种多功能串行LED显示驱动器，采用3线串行接口传送数据，可直接与单片机连接，并且内含硬件动态扫描显示控制，可直接驱动64段LED条图显示器，是驱动显示器的理想器件。
5．加水/加热和管道保温电路：加水、加热、管道保温电路用交流220V电源驱动，控制信号由固态继电器来控制。固态继电器的直流负极输入端接单片机的输出口，正极端接+5V电源，当单片机送出低点平时导通，高电平时关断。
6．报警电路：压电式蜂鸣器报警电路由压电扬声器和一个三极管组成，简单，可以实现本设计的报警要求。
四．方案论证
该方案以SPCE061A单片机为核心，温度采集、水位采集、按键操作为输入，温度显示、加水、加热等为输出的一个整体电路系统。AD590温度传感器可将采取的信号经放大后直
接送入单片机，不需在加A/D转换电路，保证了信号不失真。分段式液位计每一个探头在于水接触时接同低电平，将原来的高电平变成低电平，实现了信号状态的转变，状态转换明显，并且与单片机直接连接，信号传输快，且保持了信号的可靠性。定时加水电路导通时间固定，可靠，基本上实现了清晨定时加水的功能。MAX7219与单片机直接连接，可根据单片机输出的数据直接驱动显示器，避免了中间电路，简化了电路，且减少了信号在线路上的传送时间，保证了信号的准确性。加水、加热、管道保温电路采用采用光电耦合电路来控制，以小信号驱动大电路，直接避免了信号失真和外界的干扰。
综合上述，本方案在电路的选择和系统结构组成上基本合理，各个功能均可由各自的电路通过MCU的智能管理来实现。由于以SPCE061A单片机为核心，所以避免了许多不必要的中间电路，简化了电路，增强了系统的整体性能，避免了信号的失真和外界的干扰。整个电路紧凑、安全、可靠，但在各功能的准确执行上避免不了存在一些问题，比如：
1．分段式液位计电极长时间浸泡在热水中，表面会粘上一层水垢，影响了测量的灵敏度。
2．清晨加水电路中，光敏电阻只在清晨光线由弱变强时导通加水，但若今日为阴天，则电路整天不导通，必须由手动加水。
3．采用电热伴管对管道进行保温，在冬天，电热伴管必须长时间工作，耗电又因长时间工作而导致器件损坏。
为了解决上述问题真正设计出一个高智能的太阳能热水器，还需要进一步的学习和研究，本方案虽基本上实现了设计要求，但由于本人水平有限，还是存在相关问题。
五．太阳能热水器控制系统的方案确定
太阳能热水器系统是由硬件系统和软件系统两部分组成的。硬件系统由SPCE061A单片机，外围设备及其接口电路组成；软件系统包括监控程序和应用程序。硬件结构如图1所示。
图1．太阳能热水器系统结构
参 考 文 献
1. 刘富财 单片机在热水器智能控制中的应用[M]北京：电子工业出版社，2003
感应式垃圾桶2. 张爱华 太阳能资源数据全时自动测试系统[M]甘肃：甘肃工业大学，2001
3. 王如竹 太阳能供热系统的实验研究[M]上海：上海交通大学，2004，6
4. 王正彦 太阳能热水器控制器的设计与实现[M]青岛：青岛大学，2004，1
5. 罗亚非 凌阳16位单片机应用基础[M]北京：北京航天航空大学出版社，2005
6. 潘新民 微型机算机控制基础[M]北京：人民邮电出版社，1999，6
7. 杨新华 基于89C51的太阳热水器控制系统[J]兰州：甘肃科学学报，2001
8. 雷思孝 凌阳16为单片机原理及应用[M]西安：西安电子科技大学，2004
