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1、 河南科技学院2013 届本科毕业论文（设计）题目: 基于 FPGA 的太阳能热水器智能控制器的设计学生姓名： 所在学院：所学专业： 导师姓名： 完成时间： 2013-05-15 基于 FPGA 的太阳能热水器智能控制器的设计摘要近些年人们的生活水平越来越好,因此人们也越来越注重生活质量,越来越注重环境保护,太阳能热水器成为了近些年来家庭中常见的家用产品。尤其在农村地区太阳能热水器的使用呈指数式增长,但是现在国内太阳能热水器的质量还有待提高,存在着很多设计上的问题。例如：有些功能过于单一，不能 24 小时随时提供热水，很容易受到外界的干扰，不能很好地满足人们心中对太阳能热水器功能的需求，有时还
2、会出现加热不足或者是过加热的情况，这样就存在很多大的安全隐患，所以本文设计了一款基于 FPGA 的太阳能热水器智能控制系统。该系统主要包括：显示模块、键盘模块、水位检测模块、温度模块、上水模块、模糊控制模块等。该太阳能热水器操作简单，功能齐全，抗干扰性能好，可以保证用户能够 24 小时都能随时用上热水，而且不会出现加热不足或者是加热时间过长的现象，让用户用着安心用着放心，这样才达到了本文设计这款太阳能热水器的目的。关键词：太阳能热水器，模块化设计，FPGA，模糊控制 FPGA-based solar water heater intelligent controller designAbstr
3、actIn recent years , the level of peoples lives getting better and better , so people are increasingly focused on the quality of life . More and more attention to environmental protection , solar water heater has become common in recent years , the family home . Exponential growth of solar water hea
4、ters , especially in rural areas , but the quality of domestic solar water heater there is to be improved , there are many design problems . For example : Some features over a single , not for 24 hours to provide hot water at any time , are susceptible to outside interference , the hearts of the peo
5、ple can not meet the demand of solar water heater function , and sometimes insufficient heating or over-heating , so there are many security risks , so we designed an FPGA-based solar water heater intelligent control system . The system includes : a display module , keyboard module , the water level
6、 detection module , module temperature , water supply module , fuzzy control module . The solar heater operation is simple , functional , anti-jamming performance , can ensure that users can spend hot water at any time in 24 hours , and will not appear insufficient heating or heating time is too lon
7、g phenomenon , so that users with peace of mind with the rest assured , so as to achieve the purpose of the design off this solar water heater. Keywords:solar water heaters,modular design,FPGA,fuzzy control目 录1 绪论 .11.1 我国太阳能热水器的发展现状 .11.2 本文研究的目的与意义 .12 太阳能热水器的原理与结构 .22.1 太阳能热水器的基本原理 .22.2 太阳能热水器系统
8、的结构 .22.3 太阳能热水器的电气控制 .33 基于 FPGA 智能化外部电路的设计 .43.1 总体硬件电路的设计 .43.2 硬件电路芯片的选型 .53.2.1 FPGA 芯片的选用 .53.3 FPGA 外部硬件电路的设计 .53.3.1 温度传感器局部电路的设计 .53.3.2 水位检测局部电路设计 .73.3.3 4*4 矩阵控制键盘电路的设计 .73.3.4 显示模块的设计 .83.3.5 上水模块控制电路 .93.3.6 加热模块控制电路 .93.3.7 模糊控制模块的设计 .104 内部软件设计 .114.1 软件流程设计 .114.2 系统模块的软件设计 .124.2.1
9、 按键模块软件设计 .124.4.2 显示模块的设计 .134.4.3 温度检测模块 .134.4.4 水位检测模块 .144.4.5 上水模块设计 .154.4.6 电加热模块设计 .16结论 .17参考文献 .18致 谢 .19附 录 .2011 绪论1.1 我国太阳能热水器的发展现状近十几年来，中国的经济发展迅速，人们越来越富裕。国家统计局发布的2012 年国民经济运行情况显示，全年国内生产总值 519322 亿元，按可比价格计算，比上年增长 7.8%,按照年末汇率计算，GDP 约合 8.26 万亿美元，人均GDP6100 美元。由于人民生活水平的提高，太阳能热水器已经成为了大多数家庭中
10、必备的产品之一。太阳能热水器基本上不受年龄层次的影响，所以市场范围特别大。1.2 本文研究的目的与意义随着人们生活水平的提高，人们越来越追求高质量高品质的生活。但同时人们也面临着环境问题和生活成本越来越高等问题。煤、石油等化石燃料的价格一路飙升，给人们的生活成本带来了巨大的压力，迫使人们向清洁能源发展，随之而来的就是带来了太阳能热水器产业的迅速发展。但是我国市场上的太阳能热水器大部分都比较简单，有的还会有安全上的隐患，现在的消费者越来越追求安全舒适的人性化的产品，显然现有的太阳能热水器已经越来越不能够满足消费者对产品人性化设计要求了。所以本文要设计一款太阳能加热和电加热相结合的恒温控制系统，电
11、加热和太阳能加热可以相互的自动切换，利用模糊控制的设计实现了热水器的恒温控制问题，保证用户 24 小时都能随时用上热水，而且不会出现过加热或者是加热不足的情况。22 太阳能热水器的原理与结构2.1 太阳能热水器的基本原理太阳能热水器就是利用太阳能，把太阳能转化成热能，然后把热能传递给水最终产生热水的的一种装置。它通过聚集热量，把热量传递给温度较低的冷水，当水被加热升温时，热水就会上浮冷水下沉，这样就把冷水和热水分开了，热水进入上水筒冷水被继续加热，一直持续下去就会有源源不断的热水了。2.2 太阳能热水器系统的结构太阳能热水器有两大部分组成：热水器和控制器部分。热水器部分又分为蓄水箱、集热器、连接管道等其他设施。而控制器又有输入、显示、检测、控制等电路组成。具体结构示意图如图 2-1 所示：温度检测温度设定数码管水位设定A / D 转换电磁阀晶闸管加热控制上水控制水位检测E P 2
