文献综述

太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。在太阳能热利用中，为了得到中高温热能，必须使集热器从日出到日落跟踪太阳，而在太阳能光电中，相同条件下，自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，成本下降25%。因此在太阳能利用中，进行跟踪装置的控制方式进行研究是一项很有意义的工作。

中国太阳能热水产业的发展始于上世纪80年代，当时的市场定位是农村或中小城镇的低收入家庭。90年代后期，住宅商品化的发展以及家庭对热水需求的大幅度增长为太阳能热水器的发展提供了市场空间, 太阳能热水器的生产规模进一步扩大，形成了一些有一定知名度的产品和品牌。自上世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业保持了10多年的快速增长 ,2005年 太阳能热水器年生产量为1500万平方米，是2000年640万平方米的2倍多，到2005年底，我国太阳能热水器保有量超过7500万平方米是2000年2600万平方米的近3倍。目前，我国既是世界上最大的太阳能热水器生产国，同时也拥有世界上最大的太阳能热水器市场。至2005年，全国有1000多家有一定规模的太阳热水器生产企业，年总产值达150多亿元，出口创汇2000万美元，全行业提供约30多万个就业机会，产生了显著的经济、环境和社会效益。到目前已有许多太阳能品牌为大家耳熟能详，如皇明、桑乐、四季牧歌、力诺等。总之，太阳能热水器已是一件和电视机、洗衣机一样必不可少的家用电器。

随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，水位和温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了生活的各个方面。人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到水位和温度控制的影子，水位和温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。若将其运用到太阳能热水器中，将会为太阳能热水器节约很多能源。

现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到水位和温度控制，早期水位和温度控制主要应用于工厂中，例如工厂中的大型锅炉，必须实时的掌握锅炉的水位和温度，确保系统的正常运行。

因此，水温水位控制在改善人们生活质量中起到了非常重要的作用。现在市面上的电器种类繁多，它们都需要对其主要的水位和水温参数加以控制，实现电器水温水位控制的自动化。

早期温度和水位的参数控制时通过模拟电路实现的，这种方式不仅电路复杂，成本高，而且误差大，系统的稳定性不好，单片机及微型计算机技术的发展和应用有效地解决了这些缺点，特别是传感器的发展，更好的提高了检测参数的精度。

选择基于单片机的水温水位控制系统，是因为它不仅在人们生活中具有显著的意义，更重要的是能系统地聚温度和水位参数于一身，对于更好的掌握和认识单片机的应用和传感器的应用，系统地深刻认识自动控制的实际应用，掌握复杂的多子系统地设计起到了很强的锻炼作用。

为实现系统的水温水位控制，根据系统的设计功能要求，构造总体方框图如下图所示：

单片机的控制电路接正五伏的直流电压源，当电源接好后，就可以按下系统的总电源开关，系统就开始运行。首先系统进行硬件电路的开机自检，主要是检查DS18B20工作是否正常，显示器是否正常工作，报警系统是否正常，在此同时TC1602显示器同步显示系统状态，在此过程中用户可以预置水位和水温，接下来开始检测容器中的水位，是否低于下限水位，如果低于下限水位则开始自动上水至默认水位值，然后进入水温水位交替显示的正常状态，此时用户可通过四个独立式按键进行水温水位的设置，按下K1键系统进入菜单式选择状态，显示器上光标闪烁引导用户进行选择操作，K2、K3键用来选择设置项目，选择按下K1确认键后，开始进入自定义的水温或水位的设置，设置完成后系统开始自动补偿水温或水位，完成任务后又进入水温水位交替显示的正常状态，系统这是会自动检测容器中的水温水位，同时比较水温水位的下限，进行及时的水温水位补偿，如果容器中处于水位低而温度高的状态，系统则会进行加水来降低水温的温控上水的动作，完成后自动进入水温水位的交替显示状态。每一次系统的动作都配合听觉和视觉感受，使整个系统实现了人性化设计，方便实用，通俗易懂。

本设计温度传感器采用DS18B20，DS18B20是美国Dallas公司生产的一线数字式温度计芯片,现在已完全取代DS1820。它具有结构简单，不需要外接元件,采用一根I/O数据线既可以供电又可以传输数据、并可以设有用户设置温度报警界限等特点。主控制器采用STC公司生产的STC89C52单片机，STC89C52单片机是常用的机型，功能强大，性能稳定。

本系统由单片机最小系统、LCD1602液晶显示模块、键盘模块、DS18B20、AD模块、LED指示灯模块、蜂鸣器模块构成。

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