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1、南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计 班 级 专 业 应用电子技术 教 学 系 指导老师 I南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 太阳能热水器控制电路的设计摘 要针对太阳能热水器存在着受季节和天气的影响、提供的热水量不够、不能实现全年正常使用的不足，设计了一种智能型太阳能热水器控制器。该控制器是在现有太阳能热水器的基础上开发的，该系统利用单片机实时监测水温及水位。用水时，若日晒水温达不到设定值，单片机控制电加热器自动补温至设定温度，无须人为控制加热时间；缺水时能自动上水到设定值，不必全部加满。在无光照阴雨天或寒冷季节进行辅
2、助电加热，且温度可由用户设置。关键词：太阳能热水器 控制器 单片机目 录摘 要I目 录II1 绪 论11.1 太阳能热水器的应用及意义11.2 太阳能热水器的发展状况及市场竞争分析22 设计思路及要求32.1 设计的思路32.2 本设计的目的及要求33 系统总体设计33.1 系统原理框图33.2 控制系统的组成及工作原理44 硬件功能模块的设计74.1 单片机系统74.2 水温测量电路84.3 水位测量电路104.4 实时时钟电路124.5 显示电路134.6 电源电路154.7 键盘电路164.8 自动上水和报警电路184.9 辅助电加热电路195 软件部分的设计205.1 软件的总体设计2
3、05.2 温度检测205.3 实时时钟206 结束语24致 谢25参考文献26附 录27附录1：源程序27附录2：总原理图411 绪 论1.1 太阳能热水器的应用及意义众所周知，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，能源危机已增长，环境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：二一十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。因而尚未被人们大规模的使用。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
4、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。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180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，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。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%的新住宅安装了太阳能热水器。国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本
5、原因是：能源问题、环保问题是当今世界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%至20%的速度发展。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180公斤，设计可以参考以下的几个意见：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、热水线预埋，以平均每套住宅建筑面积65平方米计算，工程造价大约每平方米增加18-20元。在设计工厂浴室时，可考虑采用太阳能热水系统，每平方米采光面积产热水100升计算，100平方
6、米太阳能热水系统可产热水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。采用太阳能热水器与电热水器、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年及收回投资，在这以后提供的热水是免费的。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累计安装使用总量以达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。1.2 太阳能热水器的发展状况及市场竞争分析目前，中国已经成为世界上最大的太阳能
7、热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已经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，而且分段显示，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%，这种显示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AT89S52单片机为检测控制核心，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和控制功能，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
8、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。太阳能热水器时太阳能利用中最常见的一种装置，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能辐射转换热能，供生产和生活使用，他主要有平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式闷晒式。当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。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。太阳能热水器顺乎时代发展的要求，满足人们对环保绿色
9、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。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。新建居住楼安装热水器，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。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领用太阳能为热水器加热；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，这是市面大部分热水器所不能比拟的。2 设计思路及要求2.1 设计的思路针对太阳能热水器存在着受季节和天气的影响、提供的热水量不够所设计的热水器，主
10、要是实现温度的实时控制、水位的检测、自动上水，用水时，如果日晒水温达不到设定值，单片机控制电加热自动补温至设定值，无须人为控制，最重要是在阳光不足或阴雨天时，我们可以通过辅助加热进行对水箱中的水加热，以保证一天24小时的供水量。2.2 本设计的目的及要求本设计具有很强的实用性，用成本低廉的器件及电极以单片机技术对生产实际中太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。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。可广泛应用与家庭生活对太阳能热水器水位显示和水温控制。具有良好的市场前景。具体的目的和要求：（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
11、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的控制；（5） 太阳能热水器上水水位的设计及控制；（6） 太阳能热水器的辅助电加热的设计；3 系统总体设计3.1 系统原理框图本系统以AT89S52单片机为核心，实现对水温和水位的实时监测和显示，当水温达不到设定值，可以用电自动加热，当水位低于警戒值时自动上水至设定值，从而实现了热水器的全自动及节能。 系统主要包括水温测量电路、水位测量电路、显示电路、单片机系统、自动加热上水控制电路、按键电路、声光报警电路等组成。具体原理框图如图1所示。 图1 系统原理框图3.2 控制系统的组成及工作原理系统组成：如图2所
12、示，本系统主要有控制器、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机电加热丝加热。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，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。水位检测电极：主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分为四个等份，一共有五个电极，接地的电极放在水箱的最低端，其余的分别放在四等份点上，比如当水箱中的水在第一等分和
13、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，尤其当遇到阴雨天或无太阳光时，可以通过它进行加热水。太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：加热控制、温水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。 图 2系统的工作原理图(1) 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,具体控制过程如下：首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后单片机开始进行水箱温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，
14、电加热接通进行加热，同时单片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水的温度。(2) 循环水集热过程水温控制之后，设定当日水箱的温度N,输入单片机，再利用单片机的控制系统，通过太阳能加热以达到理想温度N。具体控制如下：打开循环阀门F1，关闭冷水阀门F2，热水阀门F3处于空控制状态。然后开始比较温度，若（T3-T15摄氏度，T2T1）为止。如若T1=N，那么循环水极热过程结束，进入冷水极热过程。(3) 冷水极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，和当日的设定值相比较，若T3 N 则将已加热的水送入热水箱，具体的控制过程如下：关闭循环水阀门F1，打开冷水阀门F2，热水阀门F3处于空控制状态。若T3 N，打开热水阀门 F3并将保持一段时间，若T3N阀门 F3继续保持打开状态，否则关闭F3。可见，此过程充分利用太阳能转化为热能，方便快捷。(4) 水箱加热控制若没太阳光或光太弱，我们将怎么办呢？这就要发挥这款热水器的优势。热 水箱温度为T1，将它和设定的值相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体的过程如下：若T1N，电加热接通；否则，电加热断开，而且，15点-20点中每个小时有下表的关系：时间（小时）温度比较 加热值（度）15 T135N
