北京化工大学北方学院毕业设计（论文）
诚信申明
本人申明：
我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名： 年 月 日
基于单片机的太阳能水温只能控制
Xxx
自动化专业 自控0803班 学号xxxxxxxx
指导教师 xxx
摘 要
本文章设计了一个太阳能水温智能控制系统。它以单片机为核心，配合传感器，报警装置，电动阀，显示装置，数字键盘等。 完成对太阳能热水器容器内的水位、水温测量、显示功能；自动上水功能，水溢报警功能；自动上水、自主温度设置功能。
其中本文第一章主要说明了太阳能智能水温控制研究价值及研究现状，第二章对系统的整体结构作了简单介绍，第三章重点介绍了水位水温测量电路，第四章介绍了时钟电路，显示和键盘电路，其他电路作了介绍，对水位测量电路的硬件调试。第五章介绍了程序的软件电路设计和控制器的流程图。
本系统电路简单、制造成本低。特别适用于对水位、水温要求不精确的场合关键词：太阳能 热水器 控制器
Intelligent Solar Energy
Abstract
This article has designed a intelligence control system for solar-powered water heater. takes the SCM as the core, with the sensor, alarm, electric valve, display device, digital keyboard.Completion of the solar water heater water level within the container, temperature measurement, display function; automatic Sheung Shui, water overflow alarm function; the manual water supply, independent temperature setting function.
The first chapter mainly explains the solar intelligent temperature control research value and the research status, the second chapter of the whole structure of the system is briefly introduced, the third chapter introduced the water level and temperature measuring circuit, the fourth chapter of the clock circuit, display and keyboard circuit, another circuit was introduced, the water level measuring circuit of hardware debugging.The fifth chapter introduces the procedure of software design and the flow chart of the circuit controller.
This system has the advantages of simple circuit, low cost of manufacture.Particularly applies to water level, water temperature requirements inaccurate occasions.
Key words：Solar energy water heater controller
目 录
前 言 1
第1章 课题研究的价值 2
第1.1节 课题的背景意义 2
第1.2节 太阳能热水器目前发展状况 2
第1.3节 研究目的与方法 4
第1.4节 设计实现的功能 4
第2章 控制系统的结构 5
第2.1节 太阳能结构 5
第3章 电路具体设计 14
第3.1节 水位测量 14
第3.2节 水温测量 19
第3.3节 水位、水温测量整体电路 23
第3.4节 上水电路 25
第3.5节 键盘和显示电路 28
第3.6节 时钟电路 35
第3.7节 加热电路 36
第3.8节 报警电路 37
第4章程序设计 40
第4.1节 主程序设计 40
第4.2节 显示子程序 42
结 论 43
附 录 44
参考文献 47
致 谢 48
V
北京化工大学北方学院毕业设计(论文)
前 言
随着城市化进程加快，世界能源危机告急，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮，太阳能作为一种绿色可再生的资源，被充分利用到家庭热水，取暖领域，太阳能热水器无疑将会成为热水器行业的一个新星；与电热水器相比太阳能热水器有很多优点。其好处有一，是绿色可再生资源。二经济效益显著。三，可与其他资源配套使用。四，绿色安全。五使用寿命长。虽然其有诸多优点。当今社会人们的生活水平日益提高，同时也对生活质量提出了新的要求。现有电热型热水器安全性差，给人们生活安全带来巨大隐患。这为太阳能发展提供了良好的外部生存环境。太阳能热水器克服安全问题且使用简单、方便。太阳能热水器顺乎时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。
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。
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，因而尚未被人们大规模的使用，太阳能热水器水温控制还处于初级阶段,大多数热水器用起来不方便,水温难以控制，不具备自主调温，自动上水等功能。这些弊端给用户使用带来了种种的不便利。
第1章 课题研究的价值
第1.1节 课题的背景意义
随着太阳能热水器的迅速推广，广大消费者对太阳能热水器特别是太阳能热水器控制器的要求越来越高，太阳能热水器商家为使自己的产品能在市场上生存和发展，在不断提高太阳能热水器热水性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度越来越高。
本设计根据市场的需要，以及我国研究的成果。根据论文资料及市场现有产品模型，在加上自己的理解和创意，模仿出了一套太阳能水温智能控制系统。这样可以大大满足不同人群的需要，降低操作的难易程度。此系统根据太阳能热水器的程度。为太阳能热水器提供了一套程度高、性能良好、使用方便、经济实惠的配套控制系统。
第1.2节 太阳能热水器目前发展的状况
太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。1998年世界太阳能热 水器的总保有量约5400万平方米。按照人均使用太阳能热水器面积，塞浦路斯和以色列居世界一、二位，分别为1平方米／人和O．7 平方米／人。日本有2O％的家庭使用太阳能热水器，以色列有80％的家庭使用太阳能热水器。
20多年来，太阳能热水器在我国得到了快速发展和推广应用。7O年代后期开始开发家用热水器。目前全国有5OO多个热水器生产厂家，1998年的产量约400万平方米，总安装量约1400万平方米，产量占世界第一位。我国太阳能热水器平均每平方米每年可节约1OO～15O公斤标准煤。
8O年代后期，我国开始研制高性能的真空管集热器。清华大学开发的全玻璃真空管集热器结构简单，类似拉长的暖水瓶，内管外表面上选择性吸收涂层是其关键技术。全玻璃真空管集热器已经实现了产业化，目前全国有6O多个全玻璃真空管集热器生产厂，年产300多万只真空管。8O年代后期至9O年代初，北京市太 阳能研究所相继在我国政府、UNDP支持下，并与德国合作研制成功热管式真空管集热器，1996年与德国 DASA公司合资建立了热管式真空管集热器生产厂，实现了规模化生产，1998年生产了 11万只真空管，产品销往国内外。
目前在市场上占主导地位的太阳能热水器主要有平板型和真空管型两种。平板型太阳能热水器国内市场份额约65％；真空管热水器分全玻璃和热管式两种，国内市场份额约35％。目前太阳能热水器主要用于家庭，其次是厂矿、机关、公共场所等。
我国的太阳能热水器工业逐步走向成熟，除了技术不断改进、 产品质量不断提高外，几种热水器的国家标准已经颁布并开始实施。如《平板热水器热性能评价实验方法）（GB4271-84）、《平板热水器产品技术指标）（GB6424--86）、《家用热水器热性能实验方法）（GB12915一91）、全玻璃真空管集热器）（GB／T17O49--1997）等。但同时应当看到，我国太阳能热水器市场还远没有开发出来，热水器的户用比例只有3％，与日本的2O％和以色列的80％相比相差甚远，因此中国的市场容量还非常巨大。
目前太阳能控制器的控制器基本实现数字化，以单片机为控制核心的控制系统占领太阳能热水器的主要市场。在市场调查中发现，太阳能控制单片机的型号较多，其中应用最多的是51系列和PIC系列单片机。其基本框图如图1.1所示。
图1.1 市场太阳能热水器基本框图
太阳能热水器控制系统可以实现水位显示、水位控制、温度显示、防冻等多种功能，其中对水位的检测、控制，实现水位显示、自动上水、超限报警是太阳能热水器控制系统的核心。
目前大多数太阳能热水器的水位传感器都采用分段式水位传感器，因为太阳能热水器对水位精确度的要求不高，并且分段式传感器的成本很低。图1.2是常用的一种分段式热水器传感器的基本原理。
对于温度的检测便于用户的使用和控制电加热。目前，温度传感器的应用种类较为繁杂，有直接使用热电阻、热电偶的，也有使用数字温度变送器（如MAX6674）的。在显示方面多采用LED显示或LCD液晶显示。
图1.2 一种分段式水温传感器
第1.3节 课题的研究内容
本课题主要是对市场现有产品的仿制，要能够实现太阳能热水器的完整功能。本课题以89C52单片机为核心配合传感器、显示器件、电磁阀、电加热器、报警器等外围器件，采集热水器储水箱中的水位、水温信号，通过控制电动机的运转、电加热器加热来控制储水器的水位、温度，并完成水位、水温显示，时间显示，水溢报警等功能。另外配有键盘，可以实现手动上水、手动电加热、设置水位、设置温度等功能。
第1.4节 设计要求和目的
1.掌握太阳能热水器的工作原理及实现控制方法；
2.太阳能热水器水位的检测和显示；
3.太阳能热水器温度的检测和显示；
4.太阳能热水器水温的设定和电加热器的控制；
5.太阳能热水器上水水位的设定和控制；
第2章 控制系统整体结构介绍
第2.1节 太阳能热水器的整体结构
2.1.1 太阳能的简易结构
太阳能的简易结构主要由集热器，下降水管，循环水管，补给水箱，上升水管，自来水管，热水出水管几部分构成如图2.1
图2.1 热水器装置简图
1-集热器 2-下降水管 3-循环水管 4-补给水箱 5-上升水管 6-自来水管 7-热水出水管
热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。
当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。
集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。
2.1.2系统结构图
图2.2 统结构图
图2.2为系统设计的结构图，该图的系统控制原理图如下图2.3
图2.3 系统控制原理图
注释：T1：热水箱的温度传感器 T2：循环水管中的温度传感器
T3：集热器中的温度传感器 F1：循环水阀门
F2：冷水阀门 F3：热水阀门
（1）早晨水温控制
由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。为了提供温度不低于30摄氏度的水，热水器在清晨4-7点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下：
首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，电热器D接通进行加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于30摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。
（2）循环水集热过程
早晨水温控制之后（7～9点），设定当日的水箱温度N（由两位BCD次齿轮开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达到理想温度N。具体控制过程如下：
打开循环阀门F1，关闭冷水进水阀门F2，热水阀门F3处于空控状态。然后开始比较温度，若（T3-T1>5摄氏度，T2>T1）为止。如若T1=N，那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程。
（3）冷水集热控制
此时热水箱温度已达到了N，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为T3，和当日的设定温度值相比较，若T3>N则将已加热的水送入热水箱，每天的控制时段大概为9点～20点。具体控制过程如下：
关闭循环水阀门F2，打开冷水阀门F2，热水阀门F3处于可控状态。若T3>N，打开热水阀门F3并将保持一段时间，若T3
N阀门F3继续保持打开状态，否则关闭F3。可见，这次过程充分利用太阳光能转化为热能，方便快捷。
（4）水箱加热控制
此时，也许你会问如果没有日照或者日照较弱时，到了晚上我们是否还能洗上热水澡吗？答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它就要发挥作用了。热水箱温度为T1，将它和设定值N相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体过程如下：
若T1
展开阅读全文
温馨提示：
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供交流平台，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
相关搜索