设计说明书部分资料如下
设计摘要：
在当今能源短缺和环境保护的双重压力下，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，受到了广泛的关注和应用。智能太阳能热水器以其高效、节能、环保的特点，成为了现代家庭热水供应的理想选择。本设计基于单片机，旨在实现太阳能热水器的智能化控制，提高能源利用效率和使用便利性。
本智能太阳能热水器系统主要由太阳能集热器、水箱、温度传感器、水位传感器、单片机控制器、显示模块和执行机构等组成。太阳能集热器将太阳能转化为热能，加热水箱中的水。温度传感器和水位传感器分别实时监测水箱中的水温与水位，并将数据传输给单片机。单片机作为系统的核心控制单元，根据预设的控制算法，对执行机构进行精确控制。
在功能实现方面，该系统具有以下显著特点。首先，具备精准的水温调节功能。系统能够根据用户设定的温度需求，自动调节太阳能集热器与水箱之间的水循环，以及辅助加热装置的工作状态，确保提供舒适的热水温度。其次，完善的水位控制功能。通过水位传感器的实时监测，系统可以自动进行补水操作，当水位达到预设上限时，停止补水，有效防止水箱溢水。同时，在用水过程中，若水位过低，系统会及时发出提醒，以便用户采取相应措施。此外，显示模块可清晰地实时显示水温、水位、工作状态等信息，方便用户随时了解热水器的运行情况。
本设计的创新之处在于充分利用单片机的强大控制功能，实现了对太阳能热水器的智能化管理。通过优化控制算法，提高了系统的稳定性和可靠性，降低了能源消耗。同时，简洁直观的显示界面和便捷的操作方式，为用户带来了更好的使用体验。
在实际应用中，该智能太阳能热水器系统具有广阔的发展前景。它不仅可以满足家庭日常热水需求，还可以应用于宾馆、酒店、学校等场所，为节能减排做出贡献。此外，随着技术的不断进步，还可以进一步拓展系统的功能，如远程监控、智能预约等，以满足不同用户的个性化需求。
综上所述，基于单片机的智能太阳能热水器设计，实现了太阳能热水器的智能化控制，提高了能源利用效率和使用便利性，具有重要的现实意义和应用价值。
关键词：单片机；超声波测距模块；人机交互；温度采集模块；OLED12864；水流量检测模块
字数：15000+
目录：
设计说明书
合肥特纳斯科技有限公司
摘 要
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 HC-SR04超声波模块
3.6防水型温度传感器DS18B20-1
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.4 按键函数流程设计
4.5 显示函数流程图
4.6 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2信息显示
5.3 阈值设置
5.4 云智能APP测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2 信息显示
6.3 阈值设置
6.4 WIFI串口测试
结 论
参考文献
致 谢
1 、引 言
1.1 选题背景及实际意义
一、选题背景
随着全球能源危机的日益加剧和环境问题的不断凸显，寻找清洁、可再生的能源成为了当今世界的重要课题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，具有巨大的开发潜力。太阳能热水器利用太阳能将水加热，为人们提供生活热水，既节约了传统能源，又减少了环境污染。
在传统的太阳能热水器中，往往存在着一些不足之处。例如，水温无法精确控制，可能会出现过热或过冷的情况，给用户带来不便；水位监测不准确，容易导致水箱溢水或干烧；缺乏智能化的管理，用户无法及时了解热水器的工作状态等。为了解决这些问题，提高太阳能热水器的性能和使用体验，基于单片机的智能太阳能热水器设计应运而生。
单片机作为一种集成度高、功能强大的微控制器，具有体积小、成本低、可靠性高等优点。通过将单片机应用于太阳能热水器的控制系统中，可以实现对水温、水位、光照强度等参数的精确监测和控制，提高太阳能热水器的智能化水平。
此外，随着科技的不断进步和人们生活水平的提高，对家居设备的智能化需求也越来越高。智能太阳能热水器作为一种新型的家居设备，能够满足人们对舒适、便捷、节能生活的追求，具有广阔的市场前景。
二、实际意义
提高能源利用效率
基于单片机的智能太阳能热水器可以根据实际需求自动调节水温、水位等参数，避免了能源的浪费。同时，通过优化控制系统，提高太阳能的转换效率，最大限度地利用太阳能资源。
提升使用便利性
智能太阳能热水器可以通过显示模块实时显示水温、水位等信息，用户可以随时了解热水器的工作状态。此外，还可以实现远程控制功能，用户可以通过手机等设备对热水器进行操作，极大地提高了使用的便利性。
减少环境污染
太阳能是一种清洁、无污染的能源，使用智能太阳能热水器可以减少对传统能源的依赖，降低二氧化碳等温室气体的排放，对环境保护具有积极的意义。
推动太阳能产业发展
智能太阳能热水器的设计和应用，可以促进太阳能技术的不断创新和发展，推动太阳能产业的升级和壮大。同时，也为其他相关产业的发展提供了机遇，如传感器、单片机等电子元器件产业。
满足人们对美好生活的需求
随着人们生活水平的提高，对生活品质的要求也越来越高。智能太阳能热水器能够为人们提供舒适、便捷、节能的热水供应，满足人们对美好生活的需求。
综上所述，基于单片机的智能太阳能热水器设计具有重要的选题背景和实际意义。通过该设计，可以提高太阳能热水器的智能化水平，提高能源利用效率，减少环境污染，推动太阳能产业发展，满足人们对美好生活的需求。
1.2 国内外研究现状
一、国内研究现状
在国内，随着能源问题的日益突出和环保意识的不断增强，基于单片机的智能太阳能热水器设计得到了广泛的关注和研究。
许多高校和科研机构积极开展相关研究工作，致力于提高太阳能热水器的智能化程度和性能。在硬件方面，研究人员不断优化传感器的精度和可靠性，提高单片机的处理能力和稳定性。例如，采用高精度的温度传感器和水位传感器，能够更准确地监测热水器的工作状态；选用性能更强的单片机，能够实现更复杂的控制算法和功能。
在软件方面，国内学者提出了多种智能控制算法，以实现对太阳能热水器的精确控制。例如，模糊控制算法可以根据不同的环境条件和用户需求，自动调整热水器的工作参数，提高能源利用效率；神经网络控制算法可以通过对历史数据的学习和训练，预测未来的水温变化趋势，提前进行控制调整，为用户提供更加稳定的热水供应。
此外，国内一些企业也加大了对智能太阳能热水器的研发投入，推出了一系列具有创新性的产品。这些产品不仅具备基本的水温、水位控制功能，还增加了远程监控、智能预约、故障诊断等高级功能，满足了不同用户的需求。
二、国外研究现状
在国外，智能太阳能热水器的研究也取得了显著的成果。
发达国家在太阳能技术的研发和应用方面一直处于领先地位。他们注重太阳能热水器的智能化和高效化，不断推出新技术和新产品。在硬件设计上，国外的智能太阳能热水器通常采用先进的材料和制造工艺，提高热水器的耐久性和性能。例如，使用高效的太阳能集热器和保温材料，减少热量损失；采用智能化的控制系统，实现自动化运行和远程监控。
在控制算法方面，国外学者也进行了深入的研究。一些先进的控制算法，如模型预测控制、自适应控制等，被应用于太阳能热水器的控制中，以提高系统的稳定性和能源利用效率。此外，国外还注重太阳能热水器与其他能源系统的结合，如太阳能与地热能、太阳能与燃气等的混合能源系统，以提高能源的综合利用效率。
三、国内外研究现状对比
与国外相比，国内在智能太阳能热水器的研究和应用方面还存在一定的差距。主要表现在以下几个方面：
技术水平：国外在太阳能热水器的硬件设计和制造工艺方面更加先进，产品的性能和质量更高。
控制算法：国外的智能控制算法更加成熟和先进，能够实现更精确的控制和更高的能源利用效率。
产品功能：国外的智能太阳能热水器产品功能更加丰富，如远程监控、智能预约、故障诊断等功能更加完善。
市场推广：国外在太阳能热水器的市场推广和应用方面更加广泛，政策支持力度也更大。
然而，国内在智能太阳能热水器的研究和发展中也具有自身的优势。例如，国内拥有庞大的市场需求和丰富的太阳能资源，为智能太阳能热水器的发展提供了广阔的空间；国内的科研力量不断增强，在一些关键技术领域也取得了重要突破。
综上所述，国内外在基于单片机的智能太阳能热水器设计方面都进行了广泛的研究和探索，取得了一定的成果。随着技术的不断进步和市场需求的不断增长，智能太阳能热水器的发展前景将更加广阔。国内应借鉴国外的先进经验和技术，加强自主创新，提高产品的技术水平和市场竞争力。
1.3 课题主要内容
本设计是基于单片机的智能太阳能热水器设计，主要实现以下功能：
通过温度传感器检测水温
通过超声波模块检测水位
通过水流量传感器检测水流量
通过oled显示水位，水温，水流量等
通过按键温度和水位的上下限来控制加水，加热，以及手动控制，水位水温异常时语音提醒
通过WiFi模块连接手机APP，实现远程监控
