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基于单片机的太阳能中央热水控制系统设计 开题报告


……大学 本科生毕业设计开题报告

题目:

基于单片机的太阳能中央热水控制系统设计

学 专 班 姓 学

院: 业: 级: 名: 号:

电气工程学院 电气工程及其自动化 电气

200 张

指导教师:

2013<

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03



07



一、 选题背景
1、 背景 太阳能资源丰富, 既可免费使用, 又无需运输, 对环境无任何污染. 由此可见 使用太阳能热水器解决中低温用水无论是经济设益, 还是节能减排效应, 都是非常 明显的. 对促进可再生能源的开发利用, 增加能源供应, 改善能源结构, 保护环 境, 实现经济社会的可持续发展起到积极的作用, 是一项惠及子孙后代、利国利民 的绿色工程.随着全球人口和经济规模的不断增长,能源使用带来的环境问题及其诱 因逐渐为人们所认识, “低碳经济”这一概念开始进入人们的视野,人们在大力的发 展太阳能产业。 能源问题将更为突出: ①从长远来看, 全球已探明的石油储量只能用到 2020 年, 天然气也只能延续到 2040 年左右,即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。 ②环境污染,温室效应引起全球气候变化。因此,人类在解决上述能源问题,实现 可持续发展,只能依靠科技进步,大规模地开发利用可再生洁净能源。 太阳能具有:①储量的“无限性”太阳每秒钟放射的能量大约是 1.6×10 的 23 次方 kW,一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约 1.892×10 的 13 次方 千亿 t。②太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性,可就地取用。③发利 用时几乎不产生任何污染。鉴于此,太阳能必将在世界能源结构转换中担纲重任, 成为理想的替代能源。 然而,目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控 制不方便等问题,很多控制器具有温度和水位显示功能,却不具有温度控制功能, 致使热水器阴天的时候不能方便使用。即使热水器具有辅助加热功能,也可能由于 加热时间不能控制而产生过烧,从而浪费电能。 2、意义 能源问题与安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一。目前市场上存在三 种样式的热水器:电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。近年来,电热水器的大 规模用电,并不能给人们的正常生活带来便利,作为后来者的太阳能热水器,因其 安全性好、节能、绿色环保等优点,近几年呈现出爆发式的发展趋势。选择太阳能 热水器这个课题,不仅可以让我运用大学四年所学的专业知识来学习、了解太阳能 热水器控制系统的设计,起到巩固理论知识,增强动手能力和创新意识的作用。更 是理论结合实际的良好见证。此外,太阳能热水器已经走进千家万户,控制系统是太 阳能的核心 ,可以尽可能做到节能环保 , 作这样一个设计 ,同时产品具有很大的市场 前景。 3、应用前景

现在太阳能热水器技术成熟,对于太阳能的利用率较高,节省能源损耗,并且 以其绿色环保,安全等优异性能,受到了人们的欢迎,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,更是被越来越多的人所接受。 4、发展前景 我国对太阳能利用研究的历史可追溯到 1958 年,而在上世纪 70 年代末起,我 国加大研发与生产太阳能集热器。1979 年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管 集热器。清华大学在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、 铝—氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器 可在严寒、低太阳辐射下利用,很适合多种气候。到了 2001 年到 2006 年太阳能热 利用产业快速发展。 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自动 控制程度相对较低,原因是国内太阳能热水器主要以家庭为单元安装使用 , 功能简 单。为建筑物整体设计太阳能集热系统,对建筑内所有用户集中提供热水的建筑智能 太阳能集热控制方面的研究在国内方兴未艾。以太阳能和辅助加热功能为热源,大 限度的利用太阳能,解决阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时热水供应 保证,做到全年、全天候供应热水,为此本课题研究用单片机控制太阳能热水器中 央系统的设计和研究工作。

二、 设计方案
1、主要内容及手段 本设计以 MSC-51 系列单片机作为中央处理器,采用由 4×4 行列键盘输入加热 时间,水温设置等要求,利用温度采集模块和水温采集模块进行对热水器中的水位 和水温的信息采集,这些信息经由数据处理模块处理后,一旦水温打不到预设的水 温要求是便会启用电加热模块,对水进行加热,并将水温显示在显示模块上,而当 水温达到设置要求时便会触发报警模块,并同时停止加热。而如果在这个过程中水 位没有达到预设时的要求时热水器也会进行注水,直至预设时的水位后停止注水。 1)硬件设计:太阳能热水器控制系统的主体部分为单片机 AT89S52 芯片,其外 围电路由键盘输入模块、显示模块、热电偶温度采集模块、水位采集模块、电加热 模块、以及电热温度参数设置模块构成。单片机部分主要用于控制和处理各功能模 块的工作,实现时间设定、水位显示、加热等功能。 2)软件设计:太阳能热水器控制系统的最大特点是所有功能模块均由软件控制 以完成各自功能。本系统软件包括主程序模块、键盘扫描模块、显示模块、温度水位

采集、时钟模块、电加热模块等模块。显示模块由 12864 液晶屏显示,键盘处理子程 序包括温度的设置和控制加热以及时间的设置等 3)系统流程图

键盘输入 模块 数据处理模块 MSC-51 系列 单片机

12864 显示模 块

8563 时 钟 模块

电加热模 块

温度采集模 块

水位采集模 块

报警模块

2、设计目标 本课题设计的基于单片机的太阳能热水器在软件程序的控制下完成时间、温度 和水位的实时显示功能,并能完成时间设定、温度设定等功能,具体实现的功能目 标为: 1)显示水温和水位,电加热水温可任意设定; 2)显示时间,可通过键盘设置时间参数; 3)设置温度参数后,自动控制电辅助设备加热; 4)水温打不到预设的水温要求是便会启用电加热模块;

三、进度安排
第 1 周至第 2 周 :搜集并阅读相关的资料和文献,阅读有关温度采集方面的知识, 对单片机、显示器方面有较深刻的理解,达到对本课题有个整体的思路并拟定开题 报告; 第 2 周至第 4 周 :进一步查阅相关的资料和文献,写出控制要求和过程,完成系统

设计方案,包括系统程序总框图; 第 4 周至第 9 周:通过方案的确定和整体思路的把握进实验室做本课题; 第 10 周至第 16 周:对本次毕业设计整个过程进行总结,完成毕业设计论文; 第 16 周:毕业设计答辩。

四、参考文献
[1] 李念强.单片机原理及应用[M]. 北京:机械工业出版社,2007 [2] 孙育才.MCS-51 系列单片机微型计算机及其应用[M].南京:东南大学出版社, 1997 [3] 张涛.王金岗,单片机原理与接口技术[M].北京:冶金工业出版社,2007 [4] 殷为民.太阳能水温水位仪[J].家用电子,1999(1) [5]金龙国. 单片机原理与应用[M]. 中国水利水电出版社, 2005.P45-86 [6] 徐龙坤.辅助加热式太阳能热水器[J].家用电器,1997(2).9-10 [7] Siegfried Gottwald.Mathematical Fuzzy Control. A Survey of Some Recent Results.Logic Jnl IGPL,Sep 2005. 13. 525 – 541 [8] Dreamtech Software Team,Programming for Embedded Systems-Cracking the Code,Hungry Minds[J].2002.4 [9] Predictive Energy Balance for Solar Hot Water Systems, Centre for Sustainable Energy Systems[J]. 2005.115-130


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