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电热水器储水式家用太阳能热水器主板浴霸控制PCB电路板方案设
设计类型：家电设计
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按字母分类 ：基于单片机的太阳能热水器智能仪
10:45:39&&&来源:互联网 &&
1的性能特点　　智能仪主要有以下特点：　　(1)使用为220VAC，小于5W。 (2)水温数码显示，测温范围0～99℃；精度±2℃，水位分五档显示。 (3)水位设置。可设置加水水位20%、50%、80%、100％(本仪预置水位50％)。 (4)温控上水。当水箱水未加满，水温超过60℃时，自动加水至50℃，此功能使太阳能热水 器产出最多热水(温度50℃以上)。 (5)缺水上水/报警。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯 闪亮，延时15分钟自动上水至预置水位。 (6)手动上水。按“上水”键，若水位低于预置水位，可上水至预置水位；若水 位已达到预置水位，则在原水位基础上再加一档；若水位已加满，则停止手动加水。在 上水过程中，按“上水”键，可停止上水。 (7)定时上水。按“定时”键，可设定定时上水时间，实现定时上水。 (8)低水压上水。在上水过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压模 式，黄灯闪亮，并报警。在此模式中，智能仪会间隔30分钟启动上水，若30分钟内仍 不能使水位上升一档，则停止30分钟，然后再启动上水，反复循环运行。 (9)防高温上水。以免空晒后上水造成炸管。?
　　根据设计要求，选用Philips公司生产的P87LPC764BN芯片，组成最小最优化系统。2.1电路　　P87LPC764BN是20脚的单片机，适合于高集成度、低成本的场合。采用80C51加速处理器 结构，指令执行速度是标准80C51 MCU的两倍。片内有4K字节OTP，128字节的RAM 。32Byte用户代码区可用来存放序列码及设置参数； 有看门狗电路、复位电路(使用片内上电复位时不需要外接组件)；2个16位定时/计数器，2 个A/D转换器；所有口线均有20mA的驱动能力；电源电压VDD=4.5～6.0V(操作频率为20MHz)。硬件电路如图1所示。　　系统电源经单相桥式整流得12V直流电给电磁阀供电，经MC7806稳压后给单片机等供电。2.2温度、水位采集和显示原理　　水温、水位分别利用热敏电阻和水的导电性，结合HD74HC04P，产生，从T0、T1引脚输入单片机。经转换计算，将实测的温度和水位值存入数显缓冲区；其采集电 路见图1所示。将P87LPC764BN的P0.0～P0.6通过电阻接到VD D，每个口线可提供20mA的吸入电流，直接驱动，显示水温；LED采用共阳极接法，其 输出电流虽小，但驱动水位显示指示灯已足够。由单片机控制通过P0口动态显示实测的水 温和水位。2.3开关、声光报警电路　　开关有定时、上水和水位设置三个功能键，利用P87LPC764BN的P0口键盘中断，实现定时 时间的设定、手动上水和水位的设置等。相应的声光报警电路，采用高亮度LED和高响度 蜂 鸣器，由单片机控制，发出不同的声光报警。2.4电磁阀驱动电路　　由单片机控制，从P1.4口线输出信号，经放大驱动电磁阀，进行上水。2.5复位、抗干扰　　本系统采用P87LPC764BN片内上电自动复位，RST管脚可作为待开发用。为防止或减少上电及 掉电时的错误操作，启用P87LPC764BN的电源监控功能。采用防雷措施，传感器和电磁阀的 每根信号线均通过接地(图1中未画出)。起用P87LPC764BN片内的看门狗定时器，在 显示水温水位的子程序中，定时对看门狗清0。
　　主程序流程图如图2所示，采用人性化设计，用户不必作任何操作，智能运行。本智能仪有 三种上水方法：缺水上水、温控上水和手动上水，前两种在主程序中实现。初次安装投入使 用或停水后突然来水，水箱缺水，若温度低于100℃，打开电磁阀上水至设置水位(初始预置 水位50％)；若温度高于100℃，不上水，防止空晒后上水而炸管。太阳晒后，当水温上升， 温度超过60℃且水未满时，打开电磁阀上水至50℃。晚上，若热水已用完，延时15分，进行 缺水上水；若热水未用完，不上水，以保证热水充分利用。第二天太阳出来后，利用温控上 水。在上水过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压上水模式：低水压声光报警 ，间隔30分钟启动上水，若30分钟内不能使水位上升一档，则停止30分钟，然后再启动，反 复循环，以免电磁阀长时间通电而烧毁。在主程序中，15分钟和30分钟的延时，通过多次调 用显示子程序来实现；检测低水压循环上水时，也调用显示子程序；所以智能仪在自动上水 的同时，也实时显示水温和水位。若用户需要设置水位、定时上水和手动上水，可在面板上 直接操作，通过外中断来实现，键盘中断服务程序如图3。
　　本智能仪采用P87LPC764BN单片机控制，外围电路少，系统稳定；功能强，操作方便；价廉 物美；值得推广。
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（2015湖北黄冈，第34题）图甲所示是我市某家用电辅热式平板太阳能热水器，其电加热的额定功率为1500W。图乙是其储水箱水位探测电路原理图，其中电源电压为24V，A 为水位指示表（由量程为0~0.6A 电流表改成），R0 阻值为10Ω，Rx为压敏电阻，其阻值与储水箱水深的关系如图丙所示。
（1）热水器正常加热时，电热丝电阻多大？（结果保留一位小数）
（2）阴雨天，将储水箱中50kg、30℃的水加热到50℃，正常通电要多长时间？[设电热全部被水箱中的水吸收且水无热损失，c水=4.2×103J/(kg&℃)]
（3）当水位指示表指示储水箱水深为0.2m 时，探测电路中的电流多大？
（2）W=Pt，
（3）当h=0.2m时，Rx=150Ω&
探测电路中的电流为
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目前, 太阳能热水器技术上比较成熟，但热水控制器的功能还有可开发的潜力,市面在售的控制器绝大部分只具备温度和水位显示功能,不具备温度水位的自动控制功能。虽然有的控制器配有电加热辅助装置,但都不是全智能型的,给用户使用带来许多不便。
太阳能单片机控制系统是对其水温与水位的不同进行检测和控制。本次设计对太阳能控制系统做出全面的了解，对其结构及原理了解详尽。对于水温与水位的检测和控制进行了重点介绍。本次设计有驱动电路能够防水管冻裂，还能够在必要时手动控制。
系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该控制系统是以AT89C51单片机为基础，实现了检测、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程，包括：键盘与LED显示电路、驱动电路、水温、水位控制电路等。对于软件设计采用模块化结构，包括主程序、键盘中断子程序、DS12887更新周期结束中断子程序、LED显示子程序和提前加热时间计算子程序等。
关键词：单片机，太阳能热水器，水位检测，温控系统
At present, Solar energy water heater technology more mature, but hot water controller function and its development potential，most of the market in the sale of the controller only has the temperature and water level display, do not have the temperature of the water level control function. Although some of the controller is equipped with electric heating system, but not all of the intelligent type, and caused much inconvenience to users.
Solar SCM control system is its water temperature and water level detection and control of the different. The design of the solar control system to make a full understanding of detailed understanding of its structure and principle. The water temperature and water level detection and control were highlighted. The
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本文设计了一套太阳能热水器的控制系统。对热水器的水温和水位进行测量和控制。通过数字温度传感器DS18B20和显示器LCD1602对水温进行测量和显示。再通过在水箱内放置电极对水位进行检测。通过核心部件单片机AT89C51对水温和水位信息进行处理，当达到设定值时对水箱内的电加热和上水管路的电磁阀进行控制。通过Protues和Keil对设计进行调试仿真工作。本文的设计在上水过程中不会一次把水上满，结合温度信息进行综合上水。在阴雨天也可保证有50度的水可以进行使用。本文设计的太阳能热水器控制系统具有使用方便、稳定性高、节能等特点，实用性高。
关键词：热水器；温度；水位；控制
This text designed a set of control system of solar energy water- heater.Carry on diagraph and control to water temperature and water level of water- heater.Spread the feeling machine DS18 B20 and the display LCD1602 rightness water temperatureses to carry on diagraph and show through a number temperature.Pass again in the water tank to place electrode to carry on an examination to the water level.Pass the machine AT89 C51 rightness water temperatureses of the core parts list slice and water level information to carry on a processing, carry on a control to the electromagnetism valve of the electricity heating in the water tank and the top pipe line road while being to attain initial value.The textual design is in the last water process can't a pair of is aquatic full, combine a temperature information to carry on comprehensive last water.Can carry on an use in water that can also promise to have 50 degrees in the sky of overcast and rainy.This text designs of solar energy water- heater control the system has an use convenience, stability , economy energy etc. characteristics, function . 〖资料来源：毕业设计(论文)网 〗
Keywords: control
这就是本文主要研究和设计的内容。通过单片机AT89C51和温度传感器DS18B20等一些元器件设计一套能够根据水温水位的控制系统对热水器内的水进行上水以及加热。使水箱水位保持最低警戒水位，不出现空管现象。使水箱内的水保持最低温度，达到随时用水目的。使在日照不够的情况下进行辅助加热，解决日照不足时用水难的问题 〖来源：毕业设计(论文)网
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目&&& 录&& 34000字
第1章 绪论&&& 3
第1.1节 课题研究背景&&& 3
&& 1.1.1中国的能源状况&&& 3
&& 1.1.2太阳能应用的发展状况&&& 7
&& 1.1.3太阳能热水器的发展&&& 9
第1.2节 课题研究目的和意义&&& 10
&& 1.2.1太阳能热水器常遇问题&&& 10
&& 1.2.2 解决方案&&& 10 〖资料来源：咨询QQ： 毕业设计(论文)网 〗
第2章 设计原理&&& 11
第2.1 节 电路系统&&& 11
第2.2 节 程序系统&&& 11
第3章 太阳能热水器及其循环系统&&& 12
第3.1节 太阳能热水器类别&&& 12
&& 3.1.1组合式高效太阳能热水器&&& 12
&& 3.1.2抗冻太阳能热水器&&& 13
&& 3.1.3抗压组合倾斜式家用太阳能热水器&&& 13
&& 3.1.4热管式太阳能热水器&&& 14
&& 3.1.5闷晒式热管平板太阳能热水器&&& 14
第3.2 节热水器的组成及原理与配置&&& 14
&& 3.2.1热管式太阳能热水器的组成及原理与配置&&& 14
&& 3.2.2平板集热器&&& 17
&& 3.2.3真空管集热器&&& 21
&& 3.2.4 电磁阀&&& 22
第3.3节 各部件的选用&&& 27
&& 3.3.1 部件选用&&& 27
&& 3.3.2 管路系统框图&&& 28 〖资料来源：毕业设计(论文)网 〗
第4章 控制电路系统设计&&& 28
第4.1节 电源电路&&& 28
&& 4.1.1电源电路&&& 28
&& 4.1.2电源电路原理&&& 29
&& 4.1.3 78系列稳压芯片&&& 29
第4.2节 显示电路&&& 33
&& 4.2.1 显示电路&&& 33
&& 4.2.2 LCD1602显示器&&& 34
第4.3节 水位测量电路&&& 37
&& 4.3.1 水位测量电路&&& 37
&& 4.3.2 测量电路原理&&& 38
&& 4.3.3 锁存器74ls373&&& 38
第4.4节 水温测量电路&&& 41
&& 4.4.1 水温测量电路&&& 41
&& 4.4.2 水温测量原理&&& 42
&& 4.4.3 数字温度传感器DS18B20&&& 42
第4.5节 自动加热加水电路&&& 48
&& 4.5.1 自动加热加水电路&&& 48
&& 4.5.2 加热加水原理&&& 49 〖资料来源：毕业设计(论文)网
咨询QQ：〗
第4.6节 总电路&&& 49
&& 4.6.1总电路图&&& 49
&& 4.6.2单片机AT89C51&&& 49
第5章 程序设计&&& 53
第5.1节主函数设计&&& 53
第6章 模拟仿真&&& 56
第6.1节 单片机仿真软件protues&&& 57
&& 6.1.1 软件protues介绍&&& 57
&& 6.1.2 软件protues资源&&& 58
&& 6.1.3 基于protues的仿真&&& 59
第6.2节 模拟电路&&& 60
&& 6.2.1模拟电路图&&& 60
参考文献&&& 61
附录&&& 62
英文原文&&& 80
中文译文&&& 93
致& 谢&&& 103
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［2］叶湘滨，熊飞丽，等.传感器与测试技术［M］.北京：国防工业出版社.2007
［3］秦曾煌.电工学［M］.第6版.北京：高等教育出版社.2004 〖资料来源：咨询QQ： 〗
［4］张国雄.测控电路［M］.第3版.北京：机械工业出版社.2008
［5］李章勇，官方勇.太阳能热水器控制器研制［J］.电子测试.2008（5）:83-86
［6］柴锁柱，赵秋.基于C51的DS18B20驱动电路设计［J］.传感器世界.2007（8）：36-39
［7］李姜宏，黄树燕.浅析太阳能热水器防雷设计［J］.气象研究与应用.2009（9）：160-161
［8］吕复坤，刘庆元.住宅太阳能设计要点［J］.太阳能与建筑.2008（3）：39-41
［9］吴明辉.间接式低功耗电磁阀［J］.宁夏机械.2007（4）：60-62
［10］中华人民共和国国务院新闻办公室.中国的能源状况与政策［N］.公文公报.2007.12 〖资料来源：咨询QQ： 毕业设计(论文)网 〗
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