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1、太阳能热水器自动化控制、跟踪太阳光系统毕业设计说明书题目：太阳能热水器控制系统设计 姓名： 学号： 指导教师： 专业年级： 所在学院和系： 完成日期： 答辩日期：2011年6月13日 摘要众所周知，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，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡。随着日本9.0级地震，引起的海啸以及发生的核电站安全事故，让人们对核能有着很大的安全隐患担忧，因而太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。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
2、外部生存环境。目前,太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段,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，以及太阳光线自动跟踪功能。本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。本装置实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目、太阳光自动跟踪。关键词：单片机、太阳能热水器、温控系统、水位控制、太阳光自动跟踪英文摘要：Asisknowntoall,solarenergyisinexhaustible,aninexhaustible,nopollutionhugeenergy.
3、Withtheworldcoal,oilandgasreservesaredwindling,alreadygrowingenergycrisis,environmentalpollutioncrisishasthreatenedtheecologicalbalance.AsJapancausedbytheearthquake,9.0tsunamiandthenuclearsafetyaccidentshappened,letpeopleinnuclearenergyhastheverybigsafehiddentrouble,sosolarenergyconcernsforthedevelo
4、pmentandutilizationofthealreadymentionedbeforethehumansubject.Theexistingelectricheatingtypewaterheaterisexpensiveandgastypeofunsafe,andemissionsofcarbondioxide,airpollutioncausedbygasheatingnortherncitysairpollution,thesearesolarwaterheateragoodexternalenvironment.Atpresent,thesolarenergywaterheate
5、rcontrolleralsohasbeeninresearchanddevelopmentphase,thecontrollersoldinthemarketmosthaveonlytemperatureandwaterleveldisplay,donothaveatemperature,waterlevelautomaticcontrol,andthesunsraysautomatictrackingfunction.Thisdesignhasastrongpracticability,withlow-costresistivesensorandelectrodematchwithmicr
6、o-controllertechnologytotheproductionpracticeofthesolarenergywaterheatertemperaturecontrolandwaterlevelisdisplayed.Thisdevicehasstrong,cost-effective,watertemperaturecontrolflexible,watershowintuitionalmarked,sunautomatictracking.目录摘 要1目录2第一章 前言（绪论）31.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析3第二章.设计思路及要求32.1本设计的目的和意义32.2
7、设计要求和目的：42.3本设计实现思路及方法4第三章.硬件设计43.1控制系统组成及工作原理43.2主要原器件介绍63.3 AT89S51单片机的最小系统 ：143.4 AT89S51单片机时钟电路153.5 AT89S51单片机复位电路153.6水位检测电路的硬件设计153.7水温检测电路的硬件设计163.8 键盘电路的硬件设计183.9驱动电路的硬件设计213.10显示电路的硬件设计213.11太阳能自动跟踪系统设计.25第四章.软件设计264.1软件设计原理及设计所用工具264.2显示子程序28第五章.系统调试305.1软件调试30第六章.系统功能306.1系统能实现的功能296.2系统
8、功能测试296.3系统功能分析29第七章.参考文献30总 结31第一章绪论1.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析目前，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，而且对太阳能的利用率不高。太阳每时每刻都是在运动着，不管哪种太阳能设备，如果它的能量转换部分能始终保持与太阳光线垂直，那么它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。太阳能设备的能量转换部分若想保持与太阳光垂直，就必须要跟踪太阳。太阳光线自动跟踪装置为解决这一问题提供了条件。研究表明，
9、太阳能设备对太阳光线运动的跟踪与非跟踪，其能量的利用率相差37.7%。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控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能，并且太阳能自动跟踪系统可以使太阳能的利用最大化。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。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，并利用太阳能自动跟踪系统使光能利用最大化；从系统相当于电热水器，它在无光照
10、的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能丰富、免费的资源优势，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，并最大程度的利用了太阳能资源，这是世面上大部分热水器所不能比拟的，随着国家对于节能的要求，此设计有着良好的市场前景。第二章.设计思路及要求2.1本设计的目的和意义本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示，并利用自动化跟踪太阳光技术使光能利用最大化。本装置电路简单、实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目。可广泛应用于家庭生活对太阳能热水器的水位显示与水温控制
11、，可以更大程度的节约电能，服务人们对热水的需求。2.2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；（6） 太阳能热水器自动化跟踪太阳光技术的实现；（7） 编写控制流程图及单片机控制程序2.3本设计实现思路及方法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
12、里取5段显示，也可根据需要进行增减。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，水温有效值最多可显示为99.9。跟踪太阳光系统以光电式跟踪装置为基础，用图像传感器代替光敏电阻，研究一种基于图像传感器的太阳光线自动跟踪装置。根据小孔成像原理设计光学成像机构，将发散的太阳光线通过小孔投影在接收屏上，成为太阳光斑。放置在接收屏下方的图像传感器采集接收屏上的图像信息，并输出数字图像信号。数字图像处理器对该数字图像进行处理，提取光斑的亮度特征，得到光斑在接收屏上的位置坐标以及太阳光线对接收屏的高度角和方位角，在数码管上显示检测结果。当成像机构所在
13、平面与太阳光线不垂直时，数字信号处理器根据上述两个角度通过执行机构调整成像机构的位置。第三章.硬件设计3.1控制系统组成及工作原理系统组成：本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制阀、水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱、接收器等组成控制器：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。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或水位低于某个设计值，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。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
14、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。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。控制装置的工作原理：本控制系统分为手动和自动两种控制方式，在系统处于自动状态下，当检测温度高于设置温度，且水位未达到最高时，控制器打开电磁水阀YV1和YV2进行上水，同时点亮上水指示灯，当水位上至上一目标水位时，自动停止上水（即关闭电磁水阀YV1和YV2）
15、，若水箱内无水，则自动上水至最低水位处。在系统处于手自动状态下，可自由上水或停止上水（上水时水箱水位必须未满），若水位达到最高则自动停止上水；若需要启动加热器则必须先设定加热温度，然后按下加热键进行加热；若需洗浴时，则需打开手动阀YV4，系统自动打开电磁水阀YV2，可通过YV5自由调节水温；当电磁水阀YV1和YV2损坏或停电时，可通过打开YV5和YV6进行上下水解决燃眉之急；此系统设置YV3是为了防止冬天气温过低引起水管因内有积水而冻裂（即手动打开此阀放完水管中的积水）上图为热水器系统的结构图。系统控制原理图如下图:注释:Tl，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，热水阀门此款热水器利用微机控制主要有以下两种控制功能:水温控制、水箱加热控制。太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：早上加热控制、温水循环控制、冷水集热
