太阳能热水器无线控制系统设计

摘 要

针对太阳能热水器无法实现与智能家居的互联问题，基于无线技术框架，开发了太阳能热水器无线控制系统，提供从数据采集、无线传输，数据储存、液晶显示，键盘输入，无线控制等技术解决方案和应用系统，实现对太阳能热水器的监控和管理以及太阳能热水器的数字化控制。

针对一般太阳能热水器布线复杂、扩展性差、维护困难、不能遥控等缺点,本文提出基于NRF24L01无线通讯技术与MSP430F149超低功耗单片机的无线控制解决方案。应用NRF24L01无线通讯技术,可以通过无线传输方式，实现对太阳能热水器的短距离无线遥控操作以及实时的数据采集与储存，并可以灵活的进行网络数据的传输,提高了太阳能热水器的可靠性和灵活性,并大幅度降低了操作复杂程度。文中采用NRF24L01模块设计了基于无线传输的短距离遥控监控太阳能热水器系统,并介绍了整个系统的设计方法。

系统应用表明，该设计可满足多用途的需求，并具有广泛的应用前景。

 

关键词：NRF24L01；太阳能热水器；MSP430F149；无线传输；数据采集

 

Abstract

Solar water heater can not be achieved with the interconnection of smart home, based on the framework of the wireless technology, has developed a wireless control system for solar water heaters, from data acquisition, wireless transmission, data storage, LCD display, keyboard input, wireless control technology solutions and applications system monitoring and management of solar water heaters and solar water heater digital control.

In this paper, based on NRF24L01 wireless communication technology and MSP430F149 ultra-low-power single-chip wireless control solutions for the general solar water heater wiring complexity, poor scalability, and difficult to maintain, not remote control shortcomings. The reliability and flexibility of application NRF24L01 wireless communication technology, wireless transmission, solar water heater short-range wireless remote control and real-time data acquisition and storage, and flexible network data transmission, solar water heater and a significant reduction in the complexity of operation. NRF24L01 module design short distance wireless transmission-based remote monitoring of solar water heater system, and describes the overall system design.

System application shows that the design can meet the needs of multi-purpose, and has broad application prospects.

Key words: NRF24L01; solar water heater; MSP430F149; wireless transmission; data acquisition

 

主要研究的内容

本课题研究基于msp430f149单片机的太阳能热水器无线控制系统设计。该系统集实时检测热水器水箱温度及水位,功能实现数据显示、存储等功能, 通过按键设置参数，控制相应的执行机构于一体，对热水器进行远程的遥控，通过遥控机及遥控机上面的显示器及按钮来控制水位，并记录水位，显示水温，浴室的执行机来执行相应的命令，上水，采集水温数据等。

本课题以msp430f149低功耗单片机为核心，选择合适的无线模块，温度传感器，水泵等设计该系统，另外还有液晶模块、按键等与单片机的连接电路设计等。

 

目录

第一章  绪论 1

1.1太阳能热水器的背景 1

1.1.1 太阳能热水器的现状 1

1.2 主要研究的内容 1

1.3 研究的目的和意义 2

第二章 系统所用芯片及技术简介 3

2.1 超低功耗单片机MSP430F149介绍 3

2.1.1 MSP430F149的主要性能 3

2.1.2 MSP430F149的引脚说明 4

2.2 无线NRF24L01芯片介绍 4

2.2.1 无线传输网络 5

2.2.2 NRF24L01芯片介绍 5

2.2.3 NRF24L01的主要性能 5

2.2.4 NRF24L01引脚功能及描述 6

2.2.5 NRF24L01芯片操作时序 7

2.3 12864LCD液晶显示屏介绍 7

2.3.1 12864LCD液晶显示屏引脚说明 7

2.3.2 12864LCD液晶显示屏时序说明 8

2.4 AT24C02芯片介绍 9

2.4.1 AT24C02芯片引脚说明 9

2.4.2 AT24C02芯片操作时序说明 10

2.5 DSL8B20芯片介绍 10

2.5.1 DSl8B20芯片测温过程说明 11

2.5.2 DSl8B20芯片测温过程说明 11

2.6 MPX10DP芯片介绍 12

2.6.1 MPX10DP的性能说明 12

2.6.2 MPX10DP的封装图 13

第三章  系统的总体设计 14

3.1 系统的基本原理和组成 14

3.2 基本功能 15

3.2.1 无线传输功能 15

3.2.2 数据储存功能 16

3.2.3 智能报警功能 16

3.2.4 数据显示功能 17

3.3 预期效果 17

第四章  系统硬件设计 19

4.1 控制端主电路 19

4.1.1 系统电源设计 19

4.2.1 键盘电路设计 19

4.3.1 12864显示屏电路设计 20

4.4.1 AT24C02数据存储电路设计 21

4.2 执行端主电路 22

4.2.1 DS18B20温度传感模块设计 22

4.2.2 水位监测模块设计 23

4.2.3 加热上水模块设计 24

4.3 NRF24L01无线模块电路设计 25

4.3.1 工作模式 25

4.3.2 工作原理 25

4.3.3 配置字 26

4.3.4 nRF24L0l 与单片机的连接 27

第五章 系统软件设计 29

5.1 NRF24L01无线通信的软件设计 29

5.2 控制端的软件设计 30

5.2.1 按键部分软件设计 31

5.2.2 AT24C02存储部分软件设计 32

5.2.3 液晶显示软件设计 33

5.3 执行端的软件设计 33

5.3.1 温度采集程序设计 34

第六章  系统调试效果 36

6.1 系统初步调试现象 36

6.1.1 显示模块 36

6.2 系统最终调试结果 36

结 语 38

致 谢 39

参 考 文 献 40

附  录 41