太阳能供热工程智能控制系统毕业设计论文

1、宁夏理工学院毕业设计毕业设计论文太阳能供热工程智能控制系统摘 要目前，太阳能热水器技术上比较成熟，但热水控制器的功能还有可开发的潜 力，市面在售的控制器绝大部分只具备温度和水位显示功能，不具备温度水位的自动控制功能。虽然有的控制器配有电加热辅助装置，但都不是全智能型的，给用 户使用带来许多不便。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。太阳能单片机控制系统是对其水温与水位的不同进行检测和控制。 本次设计 对太阳能控制系统做出全面的了解， 对其结构及原理了解详尽。对于水温与水位 的检测和控制进行了重点介绍。本次设计有驱动电路能够防水管冻裂， 还能够在 必要时手动控制。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。系统设计包括硬件设计和软件

2、设计两部分。该控制系统是以AT89C51单片机 为基础，实现了检测、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过 程，包括：键盘与LED显示电路、驱动电路、水温、水位控制电路等。对于软件 设计采用模块化结构，包括主程序、键盘中断子程序、DS12887更新周期结束中断子程序、LED显示子程序和提前加热时间计算子程序等。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。关键词：单片机，太阳能热水器，水位检测，温控系统宁夏理工学院毕业设计宁夏理工学院毕业设计ABSTRACTAt prese nt. Solar en ergy water heater tech no logy more mature, but hot w

3、ater controller function and its development potentia, most of the market in the sale of the con troller only has the temperature and water level display, do not have the temperature of the water level con trol fun cti on. Although some of the con troller is equipped with electric heating system, bu

4、t not all of the intelligent type, and caused much inconvenience to users.锕极額閉镇桧猪訣锥。Solar SCM con trol system is its water temperature and water level detect ion and control of the different. The design of the solar control system to make a full understanding of detailed understanding of its structu

5、re and principle. The water temperature and water level detection and control were highlighted. The design of a drive circuit to water pipe crack ing, but also manual con trol whe n n ecessary彈 贸摄尔霁 毙攬砖卤庑。System desig n in clud ing the hardware desig n and software desig n two parts. This con trol s

6、ystem based on AT89C51, realized the in spect ion, con trol and display, and other functions. This paper describes in detail the design process of the control circuit, including: the keyboard and LED display circuit, drive circuit, water temperature, water level con trol circuit, etc. The software d

7、esig n using modular structure, in cludi ng the main program, keyboard in terrupt subrouti nes, DS12887 update cycle ends in terrupt subrouti nes, LED display subrout in es a nd early heati ng time subrouti nes, etc. 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。Keywords: Microcontroller， solar water heaters water level detection, te

8、mperature con trol system厦礴恳蹒骈時盡继價骚。目录摘要I.ABSTRACTH.第一章绪论1.1.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析 1茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.2太阳能热水器的研究及意义 21.3本课题研究的主要内容 4.第二章太阳能控制系统5.2.1控制系统组成5.2.2控制装置的工作原理9第三章硬件设计103.1主要原器件介绍 1.03.1.1AT89C51高性能8位单片机 10鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。3.1.2数码管显示123.1.3数字温度传感器 163.1.4 ADC0832转换器 18!丛妈羥为贍债蛏练淨。3.1.5继电器1.93.1.6电磁阀与晶闸管

9、223.1.7 OP07低噪声单运放 22預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。3.1.8 晶振233.2水位检测电路的硬件设计233.3水温检测电路的硬件设计243.4键盘电路的硬件设计253.5驱动电路的硬件设计273.6显示电路的硬件设计27第四章软件设计304.1软件设计原理及设计所用工具 30参釤呛俨匀谔鱉调硯錦。4.2显示子程序32参考文献34结束语35致谢36附录37第一章绪论目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制器 却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能，而且为分段显示，温度显

10、示误差为10%水位显示误差为25%这种显示器（还称不上控 制器）不具有温度控制功能，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户 带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧， 从而浪费大量的电能。本文设计的太阳能热水器控制器以 80C51单片机为检测控 制核心，采用DS12887实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时 显示和FUZZY空制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采 用模糊控制， 控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在 设定时间达到预先设定的温度，从而达到 24小时供应热水的目的。太阳能热水 器是太阳能利用中最常见

11、的一种装置， 经济效益明显，正在迅速的推广应用，太 阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能， 供生产和生活使用。他主要由平板集热 器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷晒式。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染， 这些都是太阳能热水器良好的外部 生存环境。太阳能热水器 克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、 方便。太阳能热水器顺应时代发展的要求， 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。 应该注

12、意到，集 体单位对太阳能热水器的用量很大。新建商住楼安装热水器，已是房屋开发公司 计划之内的事，配套热水器的商品房销势更好。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。此款热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加 热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无 法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上大部分热水器所不能比拟的。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。1.2太阳能热水器的研究及意义众所周知，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

13、，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（如光电池）。 因而尚未被人们大规模的使用。坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。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，同时给人民提供少耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。太阳能热水器是以太阳能光热转换，利用温室效应和虹吸原理使水加热的装 置，此装置分为两个不同的概念：1. 太阳能热水工程系

14、统，这种系统由太阳能集热器、储水箱管线、补水箱 组成不同形式的热水系统，包括自然循环式、定温放水式等等，可构成提供热水 10吨到100吨的装置，大多提供集体单位使用。 買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。2. 太阳能热水器是指将上述各种不见组装成一个小系统，提供家庭或需要 产热水1吨以下的单位使用，此种装置算为太阳能热水器。太阳能热水器（或系 统）均以其采光面积作为计量单位， 一般1平方米光面积可产热水100升，采光 面积每种型号不同，一般在 1.52.0平方米。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。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 方米采光面积的太阳能热水器，厂家又几家发展到全国约有1

15、80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、产品合格证颁发等一系列措施。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。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%勺新住宅安装 了太阳能热水器。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。日本现在每年安装太阳能热水器近 50万台，现在有20%勺家庭安装了太阳 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

16、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。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。国内外太阳能热水器使用量增长如此之快， 其根本原因是：能源问题、环保 问题是当今世界各国面临的主要问题之一。 太阳能热水器是节能、环保产品，故 受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以 15% 20%勺速度发展。構氽頑黉碩饨荠 龈话骛。根据理论计算及实际应用证明，太阳能热水器每平方米光面积一年可节约标 准煤200-300公斤节电1500度，或节约液化气1

17、80公斤。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。采用本热水器与电热水器、燃气热水器相比，还具有绝对安全，最为卫生的 特点，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户 1-3年即收回投资，在这以 后提供的热水是免费的。设计可以参考以下的几个意见： 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。1. 在设计民用建筑时，若此地区没有集中热水供应，可给用户安装太阳能热 水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水管线预埋，以平均每套住宅建筑面积65平方计算，工程造价大约每平方米增加 18-20元， 识饒鎂錕缢灩 筧嚌俨淒。2. 设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方采光面积产热水100升计算，100平方米太阳能热水系统可产热

18、水10吨，每人每次标准用水40 升,可解决250人的洗浴用水。作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样 的不同条件予以特殊设计。凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。3作为工厂中低温工业热水，可根据当地各种各样的不同条件予以特殊设 计，太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器宁夏理工学院毕业设计累计安装使用总量已达300万平方米以上。所以该控制器具有使用方便、性价比 高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。1.3本课题研究的主要内容本文对于影响太阳能控制系统等方面研究，主要内容是研究水位、水温方 面以及时钟电路方面的研究。目前太阳

19、能热水器控制系统方面存在很多问题，如：不能准确的控制水温、 水位，冬天防冻、防漏电等方面。本设计针对这些问题都提出了方案能很好的解 决防冻防、防漏电。鯊腎鑰诎漣鉀沩懼統庫。水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导 线）检测；并由四个绿色LED发光二极管显示：若无水则绿灯不亮；若有四分之 一储水箱的水亮一盏绿灯；通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取5段显示，也可根据需要进行增减。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。水温由四个LED数码管显示，前三个数码管显示的为温度，最后一个数码 管我们只用到了四段码显示为温度的符号C,水温有效值最多可显示为99.9 C。阌擻輳嬪諫迁择植秘騖

20、。宁夏理工学院毕业设计第二章太阳能控制系统2.1控制系统组成现在市场上的太阳能热水器的结构复杂多样， 但总和看来，主要有三个部分：1. 循环（保温）水箱；2集热器；3.连接管道。而各个部分发挥了不同的作用：氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。1. 集热器：系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。 和电热水器、燃气热水 器不同的是，太阳能集热器利 用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有 太阳照射的白昼。 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。2. 保温水箱：和电热水器的保温水箱一样，是储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用 热水，所以必须通过保温水箱把集热器在 白天产出的热水储 存

21、起来。容积是每天晚上用热水量的总和。采用同乐搪瓷内 胆承压保温水箱，保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿 命可长达20年以上。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。3. 连接管道（循环水管）：将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的通道， 使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道必须有 很高的质量，保证有20年以上的使用寿命。谚辞調担鈧谄动禪泻類。图2.1为热水器的总体结构。图2.1热水器的总体结构图以下是控制系统的内容系统组成：如图2.2所示，本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制 阀、水位检测

22、电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。控制器：主要通过里面的电磁阀控制 YV1和YV2的通断，控制水温检测传感 器检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制电阻加热丝加 热。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的 温度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。手动控制阀：当自动阀损坏时，可以通过手动阀进行上下水。水位检测电极：主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一 共有五个电极，接地的电极放在最水箱的最底下， 其余分别放在四等分点上，比 如当水箱

23、中的水在第一等分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当 超过第二等分，则显示二分之一的水。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。水温检测传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度。电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：晨水加热控制、温水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。（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：濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始

24、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。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。（2）循环水集热过程早晨水温控制之后（79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：挤貼綬电麥结鈺贖哓类。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-T15摄氏度，T2T1）为止。如若T仁N那么循环水集 热过程结束，进入冷水集热控制过程。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。（3）冷水集热控制此时热水箱温度已达到了