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1、中国计量学院本科毕业设计（论文）太阳能热水器水位温度检测控制系统Measurement and control system of the solar water heater学生姓名 学号 0600103234 学生专业 电气工程及其自动化 班级06电气（2）班 二级学院 机电工程学院 指导教师 中国计量学院2010年6月郑 重 声 明 本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式
2、标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。学生签名： 日期： 分类号： TM925.69 密 级： 公开 UDC： 621 学校代码： 10356 中国计量学院 本科毕业设计（论文）太阳能热水器水位温度检测控制系统 Measurement and control system of the solar water heater 作 者 学 号 0600103234 申请学位 工学学士 指导教师 学科专业 电气工程及其自动化 培养单位中国计量学院 答辩委员会主席 评 阅 人 2010 年 6月太阳能热水器水位温度检测控制系统摘要：太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器
3、的具体应用，在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上，根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了基于DS18B20、电容式液位传感器水位检测电路的太阳能热水器水位温度检测控制系统的设计方法，使得系统的水位能够连续显示，辅助加热系统能够即用即热，低温天气时能启动防冻加热实行自我保护等，同时也给出了系统硬件设计及软件实现方法。关键词： 太阳能热水器;电容式液位传感器;水位连续显示;即热即用;单片机。中图分类号：TM925.69Water level and temperature measurement control system of SWHAbstract：Solar Water Heat
4、er is popular with its pretty benefits, Based on the practical application of solar water heaters, this article describes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar、sensor、Single Chip Microcomputer(SCM).According to the request and characteristic of Solar
5、 Water heater for the controller. Providing a design of Intelligent Con- troller for Solar Water heater based on DS12B20 and Capacitive liquid level sensor. In the system, makes the water level to progressive display, auxiliary heating system can using as soon as heating , for very low temperature f
6、reezing with heating etc. Sum up a design way of the systems hardware and software. Key Words： Solar Water Heater、Capacitive liquid level sensor、Continuous water level display、 When using the heating、Single Chip Microcomputer(SCM).Classification：TM925.69目 次摘要目 次1 绪论11.1太阳能热水器的发展和现状11.2 太阳能热水器控制仪的现状2
7、1.3 研究内容32系统硬件设计42.1 整体设计42.2 水位测量42.3 温度测量72.4 显示电路82.5 加热电路设计92.6 上水控制电路112.7 键盘控制电路123软件设计133.1 主程序设计133.2 水位检测子程序133.3 水位控制子程序153.4 温度检测子程序153.5 温度控制子程序163.6 按键扫描子程序173.7 显示子程序204 结论21参考文献22学术论文数据集：23IV中国计量学院本科毕业设计（论文）1 绪论1.1太阳能热水器的发展和现状太阳能热水器是太阳能利用中最为主要的形式，其随着人类科学技术的发展而不断发展，其历史可以追溯至1900年美国生产的太阳
8、能集热器，以后不断发展，并于19世纪60年代后极速发展。太阳能热水器在1960年后也在澳大利亚，日本，西班牙等国家快速发展，特别是日本和澳大利亚在太阳能热水器方面的技术创新，使得太阳能热水器在性能、寿命、使用方面都有了很大的进步。进入21世纪来，由于能源紧缺的进一步加重，很多国家都把发展太阳能热水器上升为国家战略，例如西班牙2005年要求在新建筑物中安装太阳能光伏发电和集热系统，以色列也于2006年要求安装太阳能水加热系统，澳大利亚也出台了国家条例促进太阳能热水器的健康发展1。我国利用太阳能热水器的历史可以追溯至1958年，天津大学研制出12.6平米的太阳能浴室，但是一直没有得到足够的重视。直
9、到改革开放以后,我国太阳能热水器的发展才进入高速发展期,目前中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场2。而且我国城乡居民对洗浴热水的需求增长迅猛。在农村地区和中小城市，太阳能热水器已经成为提高人民生活质量，全面建设小康社会的重要手段。随着中高温太阳能热水器的开发以及太阳能与建筑一体化技术的日益完善，太阳能热水器的应用领域不再局限于提供热水，正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展。中国太阳能热水器在近3年时间内还将保持30%以上的增长速度，市场潜力巨大2。 目前家用太阳能热水器的结构主要由太阳能热水器由集热器、水箱、支
10、架、管件、控制装置等五部分组成3，如图1.1所示。其工作原理为：集热器吸收阳光照射将其转化为热能加热管中的水，利用冷水下沉热水上浮的原理，从而使热水循环至水箱，水箱可以保温并可以供数小时后用户使用热水。图1.1 太阳能热水器结构示意图1.2 太阳能热水器控制仪的现状我国太阳能热水器的使用已相当普及，而与之相配套各种电子控制装置(俗称智能仪) 却鱼龙混杂充斥市场。对目前市场上的各种“智能仪”功能的分析,感觉到这些智能仪与人们的理想要求“智能化”控制还有一定的距离。现有的控制方案主要存在以下的问题： 水位控制是通过设定水位来实现太阳能热水器水箱里缺水时自动补水和水满时自动停水的功能,其控制过程为：
11、水位传感器水位控制电路上水电磁阀。由水位传感器根据缺水或满水时发出的不同信号使控制半导体器件截止或导通,从而进一步控制继电器、电磁阀的开合状态,来进行补水与否。水满后自动停水的功能一般都能做到,关键是缺水时的自动补水,却普遍存在问题。主要是“缺水”的定义难以把握。比如有的厂家生产的“智能仪”把“缺水”定义为水箱无水。当水用完时出于不能空晒的考虑而立即补水, 似乎合情合理,但若进一步分析:如果当天晚上仍有少量余水就不能立即补水。那么,经过第二天一天的日晒,到了晚上即会发现几乎无水可用。如果设计成低于设定水位就立即补水,这种情况下,人们只要一打开用水阀,热水流出来,冷水便会自动流入补充造成冷热水互
12、混,既便满水箱的热水用户也用不上。同时当前的控制仪主要是采用分段电阻作为水位检测的传感器，这使得水位检测的精度不高，显示不能给消费者直观的感受。温度控制部分的过程为这样的控制要求,看上去就是“恒温”控制,有许多成熟的恒温电路设计方案可以解决。但是在实际操作中却遇到问题,如：（1）晚上水箱里加满了冷水,恒温控制下的电加热器将立即启动并持续工作一夜,以保证水温,造成了能源的巨大浪费。(2) 人工启动电加热至有热水可用,往往需要相当长的加热时间(一般需要23 小时)4。使“一开就有热水”成为一句空谈。(3)很多热水器没有低温保护装置，这在极端天气条件下会使太阳能热水器发生致命性损坏。1.3 研究内容
13、针对目前市场上的家用太阳能热水器控制系统存在的缺陷 ，本文利用AT89S52单片机为核心，以DS18B20、电容水位检测电路，按键接口电路为基础，实现以下功能：（1）实现了水位的连续显示；（2）上水控制全自动化，用户可以自行设置上水的最低水位值，确保随时有水可用；（3）辅助加热采用即热式热水器（开水和电之后马上就有热水出来），节能环保、性能稳定又能快速给用户提供热水；（4）系统增加防冻加热自我保护功能，当水温低于2时对储水箱的水进行加热，防止热水器结冰，对太阳能热水器实行低温保护。本文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太阳能热水器的发展状况，以及目前太阳能控制仪存在的问题。第二部分包括第二、
14、三章，给出太阳能热水器水位温度检测控制系统的硬件设计和软件设计。第三部分包括第四章,得出本设计的结论并对设计的下一步工作做出展望。242系统硬件设计2.1 整体设计根据系统要求,由于系统运算量不是很大,没有太多的中间数据需要处理、保存,使用AT89S52已完全能够满足要求。系统的硬件包括:采用DS18B20作为温度传感器的蓄水箱温度检测电路，采用电容式液位计作为传感器的水位检测电路，对水箱进行防冻加热的电加热电路，即热式辅助加热电路以及显示、按键接口电路等。单片 机水位检测电路温度检测电路辅助加热装置水位温度显示上水继电器防冻加热装置图2.1系统硬件结构图2.2 水位测量 目前市场上太阳能热水
15、器的水位传感器主要有：水电接触的电极式传感器、霍尔效应的浮子式传感器和压力式传感器3，它们各有优缺点，最突出和普遍的问题是电极式和浮子式传感器的缺陷是所显示的水位很粗糙，一般显示水箱水位只有4-5点，压力式传感器虽然可以连续显示水箱水位的状态，但成本很高。随着行业标准的出台，太阳能热水器的发展方向是传感器与水必须非电接触测量以及测量控制系统的智能化和数字化。目前使用最广泛的电极式传感器由于水电接触，有回路电流会影响水质要面临淘汰，浮子式传感器虽然是水和电非接触测量，但结构复杂，可靠性差。结合市场的要求，成本和技术的可行性，本文电容式液位计作为水位检测的传感器。电容传感器是利用改变电容的几何尺寸
16、或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成的。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。其中，电容式液位传感器是利用液位的变化使电容值改变的原理进行测量。本设计的电容式传感器是分别涂上绝缘漆的两金属同心圆柱，它们作为电容的内、外两电极, 如图2.2所示,其中: D、d 分别为外电极内径和内电极外径;0、分别为空气和被测水的介电常数，其中0=8.8510-12F/m6,蒸馏水的介电常数=8006; L为两极板相互重叠部分的长度,H 为液位高度。根据圆柱体的电容公式可得，液体部分电容量 为: （2.1）液体以上部分电容的电容值C2 为: (2.2)总电容量C 为:C = C
17、1 + C2 = (2.3) 在液位为零时,初始电容量C0 为: （2.4）因此,在液位为H 时,相对于无水时的电容变化量CX 为:CX = C - C 0 = （2.5）由式(2.5) 可知,传感器的电容变化量与水位高度H 成正比，因此，可以通过测量电容值的大小来计算热水器内水箱的水位高度。dH 空气L0 水图2.2 圆柱形电容传感器结构图D要测量传感器电容值的变化值需要进一步把电容值转换成与之相关的电压、电流、频率等电量参数。目前这样的转换电路种类很多，电容-电压装换电路（C-V）和电容-电流(C-I)装换电路然技术比较成熟，但是其要经过检波、滤波、信号放大、AD转化等步骤，转换电路比较复
18、杂，在这些过程中容易产生误差，而电容-频率装换电路比较容易实现，在传输中信号不发生变化，更能真实反映水位的变化。由此可见，采用电容-频率装换电路更简单可靠。正式基于这样的考虑，本文采用如图2.3所示的电路，NE555的8脚、4脚外接+5V电源，4脚与Ra，Rb，电容传感器CX串联后接地，7脚接至Ra，Rb之间，6脚与2脚连接后接至Rb和电容传感器CX之间，这样就组成了一个多谐振荡器。其测量原理为：接入电源启动NE555，使NE555的6、7脚断开，同时单片机开始记数；电源经过Ra，Rb向电容传感器C充电，待到电容上（NE555上6、7脚）的电压达到电源电压的2/3时，NE555的6、7脚又接通
19、参考点，使电容通过6、7脚放电，同时NE555的3脚发出一个脉冲到单片机上，使单片机停止记数。在这一过程中，Ra，Rb上是总有电流的。 图2.3 电容频率转换电路在这个电路中,定时元件由传感器电容C、串连电阻Ra和Rb 组成，形成的方波信号发生器，通过测量方波的周期来获得传器电容的C值。充电时间为；放电时间为。输出方波周期T 为: (2.6)从式(6) 可以看出,555 电路的输出频率的周期与电容量成正比。对应水位为0时的电容量为C0 ,则输出频率的周期T0 为: (2.7) 那么相对于无水时的电容变化值CX 为: (2.8)从式(2.8) 可以看出,由于T0 、Rb 都是不变的,输出信号Fo
20、ut的周期与被测电容CX 为线性关系。根据公式（2.5）和（2.8）可知水位的高度H与输出的方波周期T的关系为： （2.9）本设计采用计数的方式对周期信号进行处理，采用12MHz的晶振与单片机构成的系统，其定时器一次测量时间范围大约在1us到65ms之间，因此振荡器产生的方波信号周期必需在此范围。为了提高周期测量精度，我们测量10个方波周期的时间，来计算水位高度。因此，我们选择如下参数：电容传感器的外径（D）是内径（d）的2倍，即(D/d)=2；长度L=40cm；电路电阻Ra=1M,Rb=4.7K，其选择为使方波的占空比约为1。由此当水位为0时，其电容传感器为32PF,则周期为44.4us；而
21、水箱水满时，电容C=2567PF,T=3558.8us。2.3 温度测量温度测量目前主要采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测精度要求1摄氏度的信号是不适用的，而且在温度测量系统中通常采用的AD590,LM35等芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂，如果要获得较高的测温精度，就必须采用措施解决长线传输，放大电路零点漂移等造成的误差比较大。比较新型的测温元件数字温度芯片DS18B20，实现输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳
22、定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好，在0100摄氏度时，最大线形偏差为0.5左右6。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,测温电路比较简单。基于线路简单，测量精确，操作方便的考虑，本论文采用DS18B20数字传感器作为测温元件，其与单片机的连接电路图如下： 图2.4 温度采集电路2.4 显示电路在单片机构成的小系统,一般均采用LED数码管进行显示8，因为LED数码管数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。数码管具有电路结构简单、低损耗、寿命长、耐老化、成本低、对
23、外界要求低、易于维护、操作简单等优点，可采用数码管动态显示。所以本文也采用LED数码管进行显示。在单片机系统中，LED显示接口一般采用静态驱动和动态扫描两种驱动方式。静态驱动方式工作原理是每一个LED显示器用一个I/O端口驱动，耗电也大，占用I/O端口多，显示位数多时很少擦用；动态扫描驱动方式的工作原理是将多个显示器的段码同名端连在一起，位码分别控制，利用眼睛的余辉暂留效应，别进行显示。只要保证一定的显示频率，看起来的效果和一直显示时一样的。在电路上用一个I/O端口驱动段码，用另一个I/O端口实现位控，占用I/O端口少，耗电也小，简化了电路，降低了成本，显示位数多时多采用这种方式8。本设计的L
24、ED显示接口采用动态扫描的驱动方式，采用四位一体的LED数码管进行显示，Ark-SP410561K数码管共阳极，用PNP三极管S8550进行驱动。段码由P0口控制，位码由P2口的低四位控制。LED数码管从左到右分别显示百位、十位、个位。系统要不停显示水位和温度，所以要外接切换显示按钮。显示模块电路原理图如图2.5所示。图2.5 显示电路2.5 加热电路设计图2.6 防冻加热控制电路在气温低于冰点的时候，太阳能热水器的水箱会结冰导致热水器的损坏，而目前防冻保护装置在太阳能的生产使用中没有受到应有的重视，08年冰冻雪灾致使南方很多热水器发生故障正式证明了这一点，所以在太阳能热水器水箱中安装防冻加热
25、装置时很有必要的。防冻加热的电路如图2.6所示，当水温低于2时单片机P2.6口输出高电平，三极管T1导通，致使发光二极管发光，同时光敏三极管T2导通，再经T3放大信号后使得继电器闭合，电阻丝R1-R4发热，这样就完成了加热任务，使得水温升至2以上，防止储水箱结冰导致热水器的损坏。太阳能热水器在是利用太阳能来对水进行加热的，但是当天气情况不好时，太阳能就不能将水箱中的水加热到设定的温度，此时，就需要辅助加热系统对水进行加热。目前太阳能热水器的辅助加热系统一般都是设计在储水箱中，当需要使用热水而水箱中水温过低时时，对整个水箱中的水进行加热，直至水温达到设定的温度。这样方式虽然电路极为简单，但由于太
26、阳能水箱中的水很多，特别是水箱容量大的太阳能热水器会造成使用后仍留大量热水的情形，这样造成电能浪费，环保效益很低；所以本文采用在出水管处加即热式电热水装置实行辅助加热，使用多少水加热多少水。这样不仅环保节能，而且节省大量加热时间。图2.7为太阳能热水器中的辅助加热电路图，其工作原理为：当用户正在使用热水器时（通过按键2判断），如果水温低于用户设定值，单片机P2.7管脚给出高电平，此时T1导通，LED发光，光敏三极管T2导通，经T3将信号放大后驱动继电器KT闭合，即热系统开始工作。当用户未在使用或水温高于用户设定值时，P2.7一直给出低电平，即热系统处于关闭状态。图2.7 热水器辅助加热电路图2
27、.6 上水控制电路自动上水对于太阳能热水器自动控制具有重要的作用。本设计根据检测到的水位高度和用户设定的上水最低水位值，由单片机对水位实行实时控制，实现水位控制的全自动化。图2.8自动上水电路图图2.8为自动上水装置的电路图，当水位低于用户设定值时（如用户未进行设置，则为程序设定的最低值），单片机P1.0口给出高电平，此时继电器打开，开始上水。当水位上升到程序设定的最高设定置时，单片机获得这一信息并作出反应，给出低电平，此时继电器关闭，上水动作停止。2.7 键盘控制电路图2.9 键盘接口电路图键盘按键分类一般分为独立式键盘和矩阵式键盘，独立连接式键盘的优点是电路简单，适用于按键数较少的情况，缺
28、点是浪费电路，对于按键数较多的情况，应采用矩阵连接式键盘。而矩阵式键盘的优点是占用的I/O口较少，但是其设置，操作和识别都比较复杂。本设计的键盘接口电路如图2.9所示，只需要五个按键，一个为切换温度和水位的显示，一个为判断用户是否在使用，三个为用户自行设置水位和温度按键。按键数量较少且操作比较简单，所以采用独立式键盘的形式。按键工作原理：按键是一种常开型按钮开关。平时，按键的两个触点处于断开状态，按下按键时两个触点才闭合（短路）。平常状态下，当按键K 未被按下时，按键断开，P输入口的电平为高电平；当按键K 被按下时，按键闭合，P输入口的电平为低电平。3闭位erease=5=10 323软件设计
29、3.1 主程序设计根据系统的硬件设计和热水器的功能要求，系统的软件部分包括：主程序，水位检测模块，水位控制模块，温度检测模块，温度控制模块，按键扫描模块和显示模块。主程序的流程图如图3.1所示。初始化调用水位读取子程序调用水位控制子程序调用温度读取子程序调用温度控制子程序调用显示子程序调用按键扫描子程序开始图3.1主程序流程图3.2 水位检测子程序由本文第二章可知，多谐振荡器送入单片机P3.5口的周期在44.4us-3355.8us范围的方波信号，单片机定时器能够测量的周期信号为最小周期为1us，一次溢出能测量的最大周期为65ms。从公式2.9可知，周期与水位高度呈线性关系，其计算公式比较简单
30、，因此本文采用利用单片机的定时器测量方波经过10个周期的时间T来计算信号周期，从而提高测量精度。T= T/10。其流程图如下：程序入口设置定时器T0设置计数器T1赋值;TH1=0XFF TL1=0XF5TH0=0X00 TL0=0X00P3.5是否为1？N开定时器开计数器开中断测量标志位是否为1？返回主程序DisplayNYY图3.2 水位检测子程序首先设置T0为定时器模式，T1为计数器模式，并进行赋值FFH，F5H给T1，设定当计数器计数10个脉冲的时候溢出中断.为提高测量方波周期的精度，从P3.5从高电平下降至低电平时是开启定时器与计数器,既从一个周期下降沿开始计时。在等待时间调用显示程序
31、，测量完10个周期则调用水位计算函数进行水位高度计算，其水位计算公式为： 3.1 式3.1由公式2.9计算而来，其中考虑到单片机适合整数计算，对原式做整数处理，其单位为cm. 在多周期计数法测周中，当被测周期T加以倍乘系数n后，最大的相对误差为： 3.29式中，T为被测信号的周期，为时标信号的周期，n周期倍乘系数，为晶振的稳定度。在本文中，=1us,n=10, 一般为10-510-8，在此可以忽略，由此可得，相对最大误差是很小，对结果不会有很大影响。同时，由于采样信号边沿中断时存在着一个机器周期的随机误差，再加上中断发生时刻所运行的指令的随机性，也可能带来几个机器周期的随机误差，所以随机误差不
32、能通过具体的公式计算出，只能通过多次测量取平均值来接近实际值。3.3 水位控制子程序单片机根据水位高低调用水位控制子程序。当水位低于设定值时，P1.1口持续给出高电平，继电器打开，上水装置开始工作；当水位高于设定值时，P1.1口持续给出低电平，继电器关闭，上水装置停止工作，保证水位在正常的范围内。程序流程如下：是用户设定值吗？是高水位吗？YN返回N关进水阀Y程序入口开进水阀读取当前水位值图3.3 水位控制子程序程序开始运行时，先是调取当前的水位高度，然后与用户设定的最低水位值进行对比，如果低于最低水位则标志位置1，上水开关打开，开始进水；如果不低于最低水位，上水装置不进行动作改变。然后与程序设
33、定的最高水位进行比较，如果高于最高水位则标志位置0，上水开关关闭；如果不高于最高水位，则上水装置不进行动作改变，然后返回主程序等待下一次执行。3.4 温度检测子程序本设计只用一个DS18B20对温度进行测量，整个程序包含的主要有：延时函数、复位函数、位读函数、位写函数、字节读函数、字节写函数、DAC1数模转换、读取温度函数等。在下图的程序流程图中，根据DS18B20工作条件以及指令说明，主要实现以下几个功能：CCH SKIP ROM跳过存储器命令：单片机可以使用跳过存储器命令来呼叫总线上所有从器件，而不必通过发送每个从器件的存储器代码逐个呼叫。 0xBE读暂存寄存器命令：单片机可以读取暂存寄存
34、器中的内容。数据发送以暂存寄存器字节0的最低位开始，一直到第9字节。任何时候只要单片机想读暂存寄存器中的数据，就先发送复位命令，再使用读暂存寄存器命令。 44H温度转换命令：温度转化命令初始化一次温度转换，转换完成后，结果被保存在两字节温度寄存器中，然后DS18B20进入到低电压零状态。以上程序反复运行，就可以通过DS18B20实时对温度进行读取。开始复位发CCH SKIP ROM命令连续读出两个字节的数据（温度）发CCH SKIP ROM命令送显示发44H温度转换命令返回图3.4 温度测量子程序流程图3.5 温度控制子程序当阳光充足时,热水器会利用太阳能将蓄水箱内的水加热到一定的温度(可能会
35、高于设定温度) ,控制器将不启动加热装置。当天气温度过低时（程序设定为低于2），热水器可能会结冰导致损坏，防冻加热装置开始工作。当阳光不足(阴雨天)时,为了使用户同样能够使用到热水,在用户使用热水器的过程中，控制器能够自动启动辅助加热器,借助电能将水加热到一定温度。程序流程图如下：程序在开始时候读取当前的水温值，将这一温度T与2进行比较，低于2则单片机P2.7持续给出高电平，防冻加热装置开始工作，高于2则P2.7口持续给出低电平，防冻加热关闭。然后调用按键扫描子程序，判断K2是否按下，按下（user=1）表明用户正在使用热水器，将T与设定的最低温度值T0进行比较，如果TT0,则关闭辅助加热器；
36、如TT0，则打开辅助加热器。如K2未按下（user=0），则表明用户未使用，程序返回主程序。最低温度值T0用户可以通过按键K3-K5设定。调取当前温度值是否低于2？NY关防冻加热装置启动防冻加热装置User=1？启动辅助加热装置NY返回程序入口是否低于设定值？N关闭辅助加热装置Y 图3.5 温度控制子程序3.6 按键扫描子程序在本设计中，共使用5个独立式开关，功能如下：K1:切换温度和水位的显示，打开显示温度，闭合则显示水位。K2:闭合说明用户正在使用热水器，则检测到的水温开始与用户设定的最低值进行比较，并进行相应的动作。断开说明用户没有使用热水器，程序只运行在防冻保护模块，水温与2比较并进行
37、相应动作。K3:增加温度（K1开）或水位（K1合）设定的最低值，按下一次则增加1个单位。K4:减少温度（K1开）或水位（K1合）设定的最低值，按下一次则减少1个单位。K5:表示用户选定了设定的温度或水位最低值。程序流程图如图3.6所示。程序入口初始化Key1按下否？YK2按下否？NYUser=1Key3按下否？N+1YKey4按下否？-1YNNKey5按下否？Sure=1Y返回Flag=1，显示水位Flag=0，显示温度N图3.6 按键扫描程序3.7 显示子程序电路中设计了3位LED显示器，其功能为：左首位为十位数或标志位，左二位为个位数，左三位为小数点后的十分位数。程序初始化后，先对按键K1
38、（flag是否为1）进行判断，如果K1按下，标志位置1，进行水位的显示，如果K1没有按下，标志位置0，进行温度显示，温度和水位的显示都如图3.7所示。程序入口初始化flag=1？NY调取当前水位值灭LED灯取十位数查表取段选码送十位数取送个位循环取送十分位循环点亮LED返回查表取段选码送十位数取送个位循环取送十分位循环点亮LED返回调取当前温度值灭LED灯取十位数延时延时图3.7 显示子程序4 结论本设计顺利完成了硬件的焊接和软件的编制，程序编译无错误。在测试的过程中，能完成对温度的测量和控制。使用示波器对水位检测部分进行功能测试，证明了电容式传感器检测液位和电容频率转换电路的可行性。单片机的
39、P1.O,P2.4,P2.5管脚都能给出控制信号，说明方案切实可行。同时，也存在电容式液位检测电路给出的信号不稳定，数据误差较大，温度显示不稳定，给出的控制信号也时有时无，硬件焊接布局有待进一步美化的问题。 该控制器和以往显示仪相比具有性能价格比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。单片机控制系统具有低价、智能的优势，能够根据需求的不同而作相应的调整，更加个性化。同时，使用单片机控制系统能够节约能源，保护设备，延长设备的使用时间。该热水器具备以下特点：1 结构简单、运行可靠、操作维护简便。2 热水产量受季节、地区纬度、采热面积、采热器类型、环境温度、供水温度、风速、日照实际等因素
40、影响较大，所以以后控制仪可以朝区域化的方向发展。3 该系统加装减压阀后可与锅炉配套使用，解决冬季用水。4 考虑系统的防冻装置，使得系统的性能更趋完善。5 采用电容式传感器测量水位，实现控制的更加精确；采用即用即热的辅助加热方式，使得用户能及时使用上热水，省电环保。当然这一装置也对热水器的设计、制造、安装提出了一定的要求，增加了一定的技术难度，需要作出相应的调整。 总之，无论从市场或技术抑或环保的角度来说，拥有此套水位温度检测控制的热水器具有更大的优势。它市场前景广阔、技术有所创新、价格合理、智能化程度更高，方便省事，值得在以后的研发和制造中继续进行改造和性能的完善。参考文献1 http:/en
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