太阳能水位、水温即时监控系统设计.doc

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清华大学2010届本科毕业设计说明书

毕业设计说明书

太阳能水位、水温即时监控系统

学生姓名：

学号：

学院：

专业：

指导教师：

2010年6月

太阳能水位、水温即时监控系统

摘要：

在太阳能的热利用中，用于产生热水的太阳能热水器应用广泛，它充分利用了自然能源——太阳能，节省了大量能源，这对于资源紧张的今天，具有重要意义。

在研究了国内外相关领域的发展趋势和现状后发现，我国太阳能热水器的智能控制程度相对较低。

本文综述了太阳能热水器智能控制技术的发展趋势，对通过单片机AT89C51和无线收发模块GSM对太阳能热水器水位、水温的即时控制和远程监控的工作原理及控制方法进行了深入的研究和讨论,给出了太阳能热水器水位、水温即时监控系统的原理框图和设计过程。

在本设计中由数据采集系统利用水温传感器和水位传感器分别采集水温、水位连续变化的模拟量信号，通过模数转换器把模拟信号转换成数字信号，送到CPU89C51中进行处理，从而实现水位、水温的显示。

然后将采集到的水位、水温的数据通过GSM无线数据传输模块发送到用户手机上，实现对太阳能热水器水位、水温的即时监控。

关键词：

太阳能热水器，AT89C51，GSM无线传输，AT指令

Solarwaterheaterwaterlevel,watertemperature

monitoringsystemtimely

Abstract：

Amongtheapplicationsofthesolarenergy.Solarwaterheaterforheatingwaterisbeingextensivelyapplied.Throughexploringtheenergyfromthenature.thistechnologyisparticularlyimportantfortoday’ssocietytorelievethestressfromlackofsources.Researchedtherelatedfieldspresentandtrendsathomeandabroad,wefoundthatsolarwaterheatersinChinaisrelativelylowlevelofintelligentcontrol.

Thispaperreviewsthesolarwaterheaterintelligentcontroltechnologydevelopmentstatusandtrends,studyanddiscussionin-depththeworkingprincipleandcontrolmethodsofsolarwaterheatersthewaterlevel,watertemperaturecontroltimelyandremotemonitoringbasedthemicrocontrollerAT89C51andGSMwirelesstransceivermodules,togiveoutthedesignandtheoryblockdiagramofsolarwaterheaterwaterlevel,watertemperaturemonitoringtimely.

Inthedesign,thedataacquisitionsystemcollectthesuccessionchangesintheanalogsignalofwatertemperature,waterlevelbythetemperaturesensorsandwaterlevelsensors,convertanalogsignalsintodigitalsignalsthroughtheADC,sentittoCPU89C51toprocessing,inordertoachievethewaterlevel,watertemperaturedisplay.Andthensendthewaterlevel,watertemperaturedatacollectedthroughGSMwirelessdatatransmissionmoduleinputtothemobilephone,makeitcometruethatsolarwaterheaterwaterlevel,watertemperaturemonitorandcontroltimely.

Keywords:

solarwaterheater,AT89C51,GSMwireless,ATcommands

目录

1绪论.............................................................................................................................1

1.1太阳能热水器的发展现状........................................................................................1

1.2需求分析.................................................................................................................2

1.3GSM/SMS技术的发展..............................................................................................3

1.4本设计的目的和意义.............................................................................................4

1.5本设计的主要研究工作.........................................................................................5

1.6本章小结.................................................................................................................5

2系统方案设计.............................................................................................................6

2.1方案功能设计...........................................................................................................6

2.2方案总体设计.........................................................................................................6

2.3方案设计原理.........................................................................................................7

2.3.1单片机的选择.....................................................................................................7

2.3.2无线通信模块的选择.......................................................................................10

2.3.3手机短信协议...................................................................................................11

2.3.4GSM模块中与SMS有关的AT指令..................................................................13

2.4本章小结...............................................................................................................14

3系统硬件电路设计...................................................................................................15

3.1水温测量电路设计.................................................................................................15

3.1.1LM35温度传感器...............................................................................................15

3.1.2A/D转换芯片ADC0832......................................................................................16

3.1.3水温检测电路...................................................................................................17

3.2水位测量电路设计...................................................................................................18

3.2.1LM型液位传感器...............................................................................................18

3.2.2水位测量电路原理图.......................................................................................18

3.3报警电路设计.......................................................................................................19

3.4水阀控制电路设计...............................................................................................19

3.4.1继电器...............................................................................................................19

3.4.2水阀控制电路...................................................................................................19

3.5TC35模块接口电路...............................................................................................19

3.6AT89C51CPU的外围电路.......................................................................................20

3.6.1晶振电路...........................................................................................................20

3.6.2复位电路...........................................................................................................20

3.6.3AT89C51的外电路接口.....................................................................................21

3.7系统总体设计图...................................................................................................22

3.8本章小结...............................................................................................................24

4系用软件设计方案...................................................................................................25

4.1GSM技术的应用.....................................................................................................25

4.2上位机模块和下位机模块半双工通信协议的实现............................................25

4.2.1应答和重发.......................................................................................................25

4.2.2收发端与采集端的握手协议...........................................................................25

4.3TC35的连机方法..................................................................................................26

4.4软件设计思路.......................................................................................................27

4.4.1主函数的设计思路.............................................................................................27

4.4.2GSM返回参数的处理—SHELL函数.................................................................28

4.4.3短信数据的处理—ExecData函数..................................................................28

4.4.4PDU编码............................................................................................................28

4.5程序设计...............................................................................................................29

4.5.1系统控制程序......................................................................................................29

4.5.2ADC0832数据读取的程序流程图..................................................................29

4.6本章小结...............................................................................................................31

5总结...........................................................................................................................32

参考文献.........................................................................................................................33

附录A.............................................................................................................................35

附录B............................................................................................................................41

附录C.............................................................................................................................66

附录D.............................................................................................................................79

致谢.................................................................................................................................86

第I页共II页

1绪论

1.1太阳能热水器的发展现状

众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。

随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。

有人预测：

二十一世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源。

但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未突破，产品造价偏高，因而尚未被人们大规模的使用。

在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。

我国从“六五”计划期间开始推广太阳能热水器，到目前全国已有250万平方米采光积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有3500家左右，是目前世界上推广最大的国家之一，而且形成了规模，形成了中国特色的太阳能企业，有中国太阳能协会为中心的学术中心，以中国农村能源企业协会太阳能热利用专业委员会为中心，制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发一系列措施。

世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。

例如：

澳大利亚政府规定，在北部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有25%的新住宅安装了太阳能热水器。

日本现在每年安装太阳能热水器近50万台，现在有20%的家庭安装了太阳能热水器，计划今后普及率达到25%，按照日本的“阳光计划”还将为公寓，办公楼安装6500套太阳能热水系统，为工厂安装1900套工业用太阳能热水系统。

以色列的法令规定所有新建筑物必须配备太阳能热水器，目前普及率已超过60%。

英、法、德、意、希腊五国到2000年底推广热水器600万平方米，比1990年增长2倍多。

有专家预计到2015年，仅全国住宅用太阳热水器将达到2.32亿平方米的拥有量，普及率将达到20-30%，太阳能热水器行业前景和“钱”景都被双重看好。

据中国五金制品协会统计，目前中国城市家庭中，57.4%拥有燃气热水器，31.3%拥有电热水器，拥有太阳能热水器的只有7.6%，但在城市家庭的购买预期调查中，三者的比例将演变为35.8%、30.2%、23.2%，太阳能热水器的比例将大幅度增长，开始成为燃气、电热产品的重要竞争对手。

同时，太阳热水器以其环保、经济和能源可再生性越来越受到城区和边远地区的青睐，太阳能将迎来高速发展的黄金时期。

仲继寿认为，相对于城市来说，农村太阳能市场基本是从零开始，目前存在90%以上的市场空白，太阳能在