基于51单片机的太阳能电池层压机控制系统毕业论文.doc

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1、基于51单片机的太阳能电池层压机控制系统摘 要 太阳能作为一种对环境不产生污染、可再生的能源，是煤炭、石油等高污染物排放能源所不能比拟的。太阳能的开发和利用可以缓解煤炭、石油等资源缺乏的问题。在我国新疆、西藏等偏远地区更适合采用太阳能发电。太阳能发电的核心部分是进行光电转换的太阳能电池。 太阳能热水器已逐渐进入广大家庭。由于其特殊的使用环境和要求,在使用过程中仍然存在冷热水难调,或者因水压变化造成水温忽冷忽热的问题,给消费者带来诸多不便。恒温阀通过采用特定的感温元件,可实现对冷热水的控制。本文介绍了一种由51系列单片机和一些外围器件组成的太阳能电池层压机控制系统,论述了工作室温度的闭环控制和真

2、空度控制以及提高温度控制精度的方法。该设备能够自动完成太阳能电池层压的全过程,运行稳定、可靠。 关键字：单片机，太阳能热水器，太阳能电池，温度控制目 录 第一章 单片机概述 1.1 单片机发展及应用 4 1.2 单片机的硬件组成5第二章 太阳能热水器的工作原理和有关组成 2.1 太阳能热水器的发展历史8 2.2 太阳能资源分布及太阳能热水器的优缺点8 2.3 太阳能热水器有关的组成及分类9第三章 太阳能热水器常用低压电器3.1 低压电器基本知识 103.2 电力开关电器 113.3 温度传感器 123.4 控制信号电器 133.5 系统软件设计14 参考文献 15 致谢信 16第一章 单片机概

3、述简单的说，单片机就是在一块硅芯片上集成了中央处理器（CPU），它把中央处理器（CPU）、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、中断系统、定时器和输入输出端口（I/O）等主要部件集成到一个不带外部设备的微型计算机。它具有集成度高、体积小、功能强、使用灵活、价格低廉、稳定可靠等特点。在家用电器、智能仪表、数控机床、数据处理、自动检测、工业控制、火箭制导等领域发挥着十分重要的作用。本章主要介绍单片机的基础知识，以国内应用最广泛的51系列单片机为主线，介绍单片机的发展历史、应用领域、硬件结构等内容。1.1 单片机发展与应用 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展也很快。自20

4、世纪70年代诞生以来，目前世界上单片机的生产厂商有几十家，型号也有数百种。从各种新型单片机的性能上看，单片机正朝着多层次用户的多品种、多规格发展。1.1.1 发展趋势 现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的

5、各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2.微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、

6、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3.主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台

7、湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路1.1.2 应用领域 单片机在我们身边无处可见，涉及的领域颇为广泛。下面是单片机应用得一些领域。 卫星电视的串口模拟SPI、I2C的应用，如雷达录取的数据传送；直接与AD芯片配合进行

8、各种数据传感器配合；利用单片机与PC机的232通讯进行控制，单片机为控制对象；通过IC卡、单片机、PC机构成的各种收费系统；通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统；可应用在电机的变频技术上的控制领域中；各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及；用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、控制等。如水位控制、温度控制，全自动洗衣机等；教学用仪器、医疗仪器；由单片机构成的霓虹灯控制器；各种金属探伤仪器；矿山生产智能监测仪；煤矿的产煤计数器；汽车安全系统；用超声波测量江河水位；消防系统报警监测仪。 总之，单片机技术使用范围广，在各种仪器仪表生产单位、石油、化工，纺织、机械的加工等各个行

9、业中都有广泛的应用. 1.2 单片机的硬件结构1.2.1 基本组成及内部结构单片机的基本组成如图1-1所示： 8位中央处理单元(CPU)；128B/256B的数据存储器RAM；4KB/8KB的片内ROM/EPROM；4个8位并行I/O口P0-P3；2个定时器/计数器；5个中断源；1个全双工的UART（通用异步接收、发送器）；片内振荡与时钟产生电路。图1-1 单片机的结构及基本组成1.2.2 引脚功能 MCS-51系列单片机中各种型号是相互兼容的，但引脚的个数和功能是有差异的，现以常见的AT89S51来加以介绍。如图1-2所示。图12 AT89S51单片机的引脚（注：NC为空引脚)AT89S51

10、单片机有四个8位的I/O端口，分别称为P0,P1,P2,P3，每个端口均为准双向口，共占32只引脚，每个端口可作为8位的总线使用，也可作为单独的I/O应用。每个端口都包含一个锁存器（即特殊寄存器P0-P3），一个输出驱动器和输入缓冲器。作输出线时数据可以锁存，作输入时可以缓冲。 当有外部扩展的存储器时，P0作为地址的低8位，P2作为高8位组成16位地址总线，而P0复用为8位的数据总线。1、电源管脚：Vcc：电源端，为5V，允许电源有偏差；GND(VSS):接地。 注：为了防止电源脉冲对单片机的影响，一般在VCC和GND之间接上一个1uF的电容。2、时钟电路管脚：XTAL1：芯片内部反相放大器输

11、入端，使用外部振荡器时需接地。XTAL2: 芯片内部反相放大器输出端，使用外部振荡时接振荡器输3、控制信号脚： ALE：地址锁存信号端，频率为晶体振荡器的1/6正脉冲信号。当CPU访问片外扩展存储器时，该信号作为锁存低8位地址的控制信号。 PROG： 当片内有EPROM时，该管脚提供编程写入时的编程脉冲信号输入端。RST： 复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期以上，并变为低电平，单片机开始从0000地址执行，即可完成单片机复位。单片机复位不改变片内RAM的值。VPD: 备用电源。PSEN：程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，CPU控制该端输出负脉冲作为外部存储器的选通信号

12、，允许CPU读出EPROM中被选中单元中的指令码。该管脚一般连程序存储器的选通信号端(OE)。 EA： 外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。程序存储器允许输出信号端。当EA接高时，前4KB或8KB程序在单片机内，当EA接地时，所有程序均在外存储器。Vpp: 对单片机内程序存储器编程时施加的高电平输入端。 第二章 太阳能热水器的工作原理和有关组成 阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的水变轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿

13、着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的2.1 太阳能热水器的发展历史自从石油在世界能源结构中担当主角之后，石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，1973年10月爆发中东战争，石油输出国组织采取石油减产、提价等办法，支持中东人民的斗争，维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击。 于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能源危机”（有的称“石油危机”）。这次“危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新

14、加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太阳能利用投资大、效果差、贮能难、占地广，认为太阳能是未来能源，主张外国研究成功后我国引进技术。虽然，持这种观点的人是少数，

15、但十分有害，对我国太阳能事业的发展造成不良影响。这一阶段，虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目还进展较大，而且促使 人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了里约热内卢环境与发展宣言， 21世纪议程和联合国气候变化框架公约等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了 可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合

16、在 一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世界环发大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了中国21世纪议程，进一步明确 了太阳能重点发展项目。1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了新能源和可再生能源发展纲要 （1996 2010年），明确提出我国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施 。这些文件的制定和实施，对进一步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。 1996年，联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”，会后发表了哈拉雷太阳能与持续

17、发展宣言 ，会上讨论了世界太阳能10年行动计划（1996 2005年），国际太阳能公约，世界太阳能战略规划等重要文件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动 ，广泛利用太阳能。1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，其特点是：太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力；太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端，保证太阳能事业的长期发展；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提

18、高；国际太阳能领域的合作空前活跃，规模扩大，效果明显。通过以上回顾可知，在本世纪100年间太阳能发展道路并不平坦，一般每次高潮期后都会出现低潮期，处于低潮的时间大约有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同，人们对其认识差别大，反复多，发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应，政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲折。尽管如此，从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都大。 2.2 太阳能资源分布及太阳能热水器的优缺点2.2.1中国太阳能资源分布表按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类

19、地区：地区类型年日照时数（h/a）年辐射总量（MJ/m2a）等量热量所需标准燃煤（kg）包括的主要地区备注一类3200-33006680-8400225285kg宁夏北部，甘肃北部，新疆南部，青海西部，西藏西部太阳能资源最丰富地区二类3000-32005852-6680200225kg河北西北部，山西北部，内蒙南部，宁夏南部，甘肃中部，青海东部，西藏东南部，新疆南部较丰富地区三类2200-30005016-5852170-200山东，河南，河北东南部，山西南部，新疆北部，吉林，辽宁，云南，陕西北部，甘肃东南部，广东南部中等地区四类1400-20004180-5016140-170湖南，广西，江

20、西，浙江，湖北，福建北部，广东北部，陕西南部，安徽南部较差地区五类1000-14003344-4180115-140四川大部分地区，贵州最差地区2.2.2 三大热水器的优缺点电热水器： 优点：方便、省时、不占空间、安全、热损耗少，家用较多。虽然额定功率较大，但它比燃气热水器和储水式热水器都要经济很多。它属于短暂性用电器具，即用多少水洗澡就用多少时间的电，不存在预热问题。 缺点：水温易受出水量影响。出水量越大，温度就越低；反之，出水量越小，温度越高。燃气式热水器： 优点：价格低、加热快、出水量大、温度稳定。缺点：必须分室安装且必须由专业人员安装，在使用中易产生有害气体，使用液化石油气体和人工煤气

21、型易产生轻度油烟。目前市场上的产品，5升以下的已基本淘汰，6升以上的产品渐成主流，部分产品已经达到910升。太阳能热水器：优点：节能、环保、安全。值得注意的是，真空管太阳能热水器的效率高，在夏季晴天的情况下，用不了多长时间水温就可达到很高。缺点：若长时间不用水，如出差、旅游时，水箱内长时间处于高温、高压状态，会促进密封圈的老化，加速聚氨酯的老化（长时间不用可把热水器遮住）。有时排气不通畅、压力太大还会使水箱胀坏（可以进行控制）。 优点：安全、节能、环保、经济。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用。 缺点：安装复杂，如安装不

22、当，会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；维护较麻烦，因太阳能热水器安装在室外，多数在楼顶、房顶，因此相对于电热水器和燃气热水器比较难维护。2.3 太阳能热水器有关的组成及分类2.3.1太阳能热水器是由真空集热管、保温水箱、支架、连接管道等组成的。如图2-1所示。集热器： 系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的时候。 目前中国市场上普及的是全玻璃太阳能集热真空管。 结构分为外管、内管、选择性吸收涂层、吸气剂、不锈钢卡子、真空夹层等部分。而国外成熟的集热器都是平板集热器，平板集热器具有

23、寿命长、稳定性高、可回收的优点，但由于较真空管集热器成本稍高，国内生产的很多价格低廉的平板集热器性能确实不好，因此被国内主流太阳能厂家歪曲了平板集热器的性能。但是平板集热器在太阳能行业的发展势不可挡，不是靠一些厂家的误导就可以扼杀的。现在很多设计院的给排水设计师已经意识到了这个问题。 全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅3.3特硬玻璃制造，采用真空溅射选择性镀膜工艺。可分为铝氮单靶镀膜工艺和铜、铝、不锈钢三靶镀膜工艺。保温水箱： 储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。支架： 支

24、撑集热器与保温水箱的架子。要求结构牢固，抗风吹，耐老化，不生锈。材质一般为彩钢板或铝合金。要求使用寿命可达20年。连接管道： 将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的管道，使整套系统形成一个闭合的环路。 设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道质量必须符合标准，保证有10年以上的使用寿命。 2.3.2太阳能热水器保温水箱由内胆、保温层、水箱外壳三部分组成水箱内胆是储存热水的重要部分，其用材料强度和耐腐蚀性至关重要。市场上有不锈钢、搪瓷等材质。保温层保温材料的好坏直接关系着热效率和晚间清晨的使用，在寒冷的东北尤其重要

25、。目前较好的保温方式是进口聚氨脂整体自动化发泡工艺保温。外壳一般为彩钢板、镀铝锌板或不锈钢板。太阳能支架保温水箱要求保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿命可长达20年以上。支架水箱集热器 图2-1 太阳能热水器第三章太阳能热水器常用控制电器3.3.1太阳能电池的定义： 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。3.3.2太阳能电池的有关分类如下： 1.硅太阳能电池 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业

26、生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。 2

27、.多元化合物薄膜太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜铟硒薄膜电池等。 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。铜铟硒薄膜电池（简称CIS）

28、适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 （3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索

29、。4）纳米晶太阳能电池 纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/51/10寿命能达到2O年以上。太阳能电池阵列设计步骤.计算负载24h消耗容量P。P=H/V V负载额定电源 2.选定每天日照时数T(H)。3.计算太阳能阵列工作电流。 IP=P(1+Q)/T Q按阴雨期富余系数，Q=0.211.00 4.确定蓄电池浮充电压VF。镉镍()和铅酸()蓄电池的单体浮充电压分别为1.41.6V和2.2V。 5.太阳能电池温度补偿电压VT。 VT=2.1/430(T-25)VF 6.计算太阳能电池阵列

30、工作电压VP。 VP=VF+VD+VT 其中VD=0.50.7 约等于VF 3.3.3晶体管放大器与电子管放大器的比较： 工作特点电路结构 晶体管放大器是在低电压大电流下工作，功放级的工作电压在几十伏之内，而电流达几安或数十安。电路设计上多采用直耦式（OCL、BTL等）无输出变压器电路，输出功率可以做得很大，可达数百瓦，各项电性能都做得很高。 1）电子管放大器是在高电压、低电流状态下工作。末极功放管的屏极电压可达到400-500V甚至上千伏，而流过电子管的电流仅几十毫安至几百毫安。输入动太范围大，转换速率快。 2）电子管放大器大多是采用分立元件、手工搭线、焊接，效率低，成本高。而晶体放大器多是

31、采用晶体管和集成电路相结合方式，广泛使用印刷电路板，效率高，焊接质量稳定，电性能指标高。 3.2温度传感器的工作原理：温度传感器就是通过物体的特性随温度变化而改变的特点进行测量的。3.2.1温度传感器的分类：温度传感器的输出信号的模式，可大致划分为三大类：数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。1.模拟温度传感器 传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成

32、在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。2.逻辑输出型温度传感器 在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。3.数字式温度传感器 内含两个不挥发性存储器，可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制，由于这些存储器具有不挥发性，因此一次定入后，即使不用CPU也仍然可以独立使用。 温度测量原理和精度：在芯片上分别设置了一个振荡频率温度系数较大的振荡器（OSC1）和一个温度系数较小的振荡器（OSC2）。在温度较低时，由于OSC2

33、的开门时间较短，因此温度测量计数器计数值（n）较小；而当温度较高时，由于OSC2的开门时间较长，其计数值（m）增大。如果在上述计数值基础上再加上一个同实际温度相差的校正数据，就可以构成一个高精度的数字温度传感器。该公司将这个校正值定入芯片中的不挥发存储器中，这样传感器输出的数字量就可以作为实际测量的温度数据，而不需要再进行校准。它可测量的温度范围为-55+125，在0+70范围内，测量精度为0.5，输出的9位编码直接与温度相对应。 DS1621同外部电路的控制信号和数据的通信是通过双向总线来实现的，由CPU生成串行时钟脉冲（SCL），SDA是双向数据线。通过地址引脚A0、A1、A2将8个不同的

34、地址分配给各器件。通过设定寄存器来设置工作方式，并对工作状态进行监控。被测的温度数据被存储在温度传感器寄存器中，高温（TH）和低温（TL）阈值寄存器存储了恒温器输出（Tout）的阈值。3.2.2温度传感器的发展：1.模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，

35、外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 2.智能温度传感器 智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件

36、的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。 数模转换器的常见方式 最常见的数模转换器是将并行二进制的数字量转换为直流电压或直流电流，它常用作过程控制计算机系统的输出通道，与执行器相连，实现对生产过程的自动控制。数模转换器电路还用在利用反馈技术的模数转换器设计中。 数模转换器的主要性能指标D/A转换器的主要特性指标包括以下几方面：分辨率指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2N-1)。在实际使用中，表示分辨率大小的方法也用输入数字量的位数来表示。 线性度用

37、非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。 转换精度D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。 在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。 温度系数在满刻度输

38、出的条件下，温度每升高1，输出变化的百分数定义为温度系数。 电源抑制比 对于高质量的D/A转换器，要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时，对输出电压影响极小。通常把满量程电压变化的百分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比。 工作温度范围一般情况下，影响D/A转换精度的主要环境和工作条件因素是温度和电源电压变化。由于工作温度会对运算放大器加权电阻网络等产生影响，所以只有在一定的工作范围内才能保证额定精度指标。 较好的D/A转换器的工作温度范围在-4085之间，较差的D/A转换器的工作温度范围在070之间。多数器件其静、动态指标均 在25的工作温度下测得的，工作温度对各项精度指标的

39、影响用温度系数来描述，如失调温度系数、增益温度系数、微分线性误差温度系数等。 失调误差(或称零点误差)失调误差定义为数字输入全为0码时，其模拟输出值与理想输出值之偏差值。对于单极性D/A转换，模拟输出的理想值为零伏点。对于双极性D/A转换，理想值为负域满量程。偏差值的大小一般用LSB的份数或用偏差值相对满量程的百分数来表示。 增益误差(或称标度误差)D/A转换器的输入与输出传递特性曲线的斜率称为D/A转换增益或标度系数，实际转换的增益与理想增益之间的偏差称为增益误差。增益误差在消除失调误差后用满码。 输入时其输出值与理想输出值(满量程)之间的偏差表示，一般也用LSB的份数或用偏差值相对满量程的

40、百分数来表示。 非线性误差 D/A转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。在转换器电路设计中，一般要求非线性误差不大于1/2LSB。 数模转换器的转换方式串行数模转换串行数模转换是将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，然后将每个脉冲变为单位模拟量，并将所有的单位模拟量相加，就得到与数字量成正比的模拟量输出，从而实现数字量与模拟量的转换。 将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC）将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A） 为确保系统处理结果的精确度，A/D转

41、换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D与D/A转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。 随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。本章将介绍几种常用A/D与D/A转换器的电路结构、工作原理及其应用。 用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。 数模转换器的转换原理数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换成模

42、拟量，必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字模拟转换。这就是组成D/A转换器的基本指导思想。 D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。 数模转换器的位数1. 数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换

43、成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。 2. 模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。 模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器， 使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。 3. 比较器是将两个相差不是很小的电压进行比较的系统。最简单的比较器就是运算放大器。 运算放大器在连有深度负反馈的条件下，会在线性区工作，有着增益很大的放大特性，在计算时往往认为它放大的倍数是无穷大。而在没有反馈的条件下，运算放大器在线性区的输入动态范围很小，即两个输入电压有一定差距就会使运算放大器达到饱和。如果同相端电压较大，则输出最大电压，一

44、般是+12V；如果反相端电压较大，则输出最小电压，一般是-12V。这样，就实现了电压比较功能。 真正的电压比较器还会增加一些外围辅助电路，加强性能。 系统软件设计3.4.2冷、热水进入系统后在混水室内进行混合。由于系统采用连续开关电磁阀的方式调节冷、热水流量, 开关电磁阀的频率越高, 对混合室的空间要求就越大, 输出的温度越稳定, 但开关频率受限于电磁阀的性能和寿命。本系统中, 电磁阀的频率小于2 Hz, 故虽然混水室的空间越大温度越稳定, 但系统的滞后也更严重, 温度调节越困难。故本系统采用长10 cm、内径为12. 7 mm 的四分管作为混水室, 出水口为三通出口。3.4.3主程序系统根据

45、测得的出水温度, 调节冷、热水电磁阀, 将出水温度控制在设定温度附近。系统程序如图2 所示。3.4.4冷热水电磁阀调整子程序启动后, 电磁阀默认导通率为50% , 导通、关断时间均为0. 7 s。水温调节子程序只改变冷热水电磁阀的导通和断开时间, 并不直接改变电磁阀驱动引脚状态。为防止单独调整一个水阀导致流量变化过大, 系统轮流调整冷、热水阀的导通率。水温调低子程序流程如图3 所示。电磁阀的驱动引脚P1. 2 和P1. 3 是在定时器中断T 0 和T 1 引脚里改变的, 而T0 和T1 的中断时间又由水温调节子程序来改变。定时器中断程序如图4 所示。热水电磁阀通断状态在定时器T0 中改变。由于

46、51 单片机定时器最多只能定时65 ms, 中断中需加中断计数判断。水温调高以及控制冷水电磁阀状态的定时器T1 的程序与前述程序相似, 故省略。图2 系统程序流程图 第三章 太阳能热水器常用低压电器致谢中国太阳能资源分布表按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区：地区类型年日照时数（h/a）年辐射总量（MJ/m2a）等量热量所需标准燃煤（kg）包括的主要地区备注一类3200-33006680-8400225285kg宁夏北部，甘肃北部，新疆南部，青海西部，西藏西部太阳能资源最丰富地区二类3000-32005852-6680200225kg河北西北部，山西北部，内蒙南部，宁夏南部，甘肃中部，青海东部，西藏东南部，新疆南部较丰富地区三类2200-30005016-5852170-200山东，河南，河北东南部，山西南部，新疆北部，吉林，辽宁，云南，陕西北部，甘肃东南部，广东南部中等地区