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基于51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计
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2011-11-10
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太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应用,在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上,详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点,提出了一种基于DS12887的太阳能热水器智能控制器的设计方法,给出了系统硬件设计及软件实现方法。
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哈尔滨理工大学学士学位论文
目录
摘 要……………………………………………………………………..I
Abstract…………………………………………………………………..II
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
1.2 太阳能热水器的应用及意义
第二章:太阳能热水器的组成及工作原理
2.1 系统总体结构设计
2.2 太阳能热水器组成及原理
2.3 主要芯片的结构与特点
2.3.1 DS12887 实时时钟芯片简介
2.3.2 80C51 单片机结构特点
2.3.3 数字温度传感器 DS18B20 主要特性及测温原理
第三章:太阳能热水器硬件设计
3.1 太阳能控制器硬件结构
3.2 控制器实时时钟接口电路设计
3.3 水位检测和温度检测接口电路设计
3.4 看门狗和复位接口电路设计
3.5 键盘和显示接口电路设计
3.5.1 键盘电路
3.5.2 显示接口电路
3.6 光电隔离与辅助加热电路设计
第四章:控制器的软件设计
结束语
参考文献
致谢
附录
1
哈尔滨理工大学学士学位论文
太阳能热水器智能控制器的设计
摘 要
太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能
热水器的具体应用,在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上,详细
描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控
制器的要求与特点,提出了一种基于 DS12887 的太阳能热水器智能控制
器的设计方法,给出了系统硬件设计及软件实现方法。
全文分三大部分。第一部分包括第一章,描述太阳能的利用和前景发
展状况。第二部分包括第二章,描述太阳能系统组成及工作原理。第三部
分包括第三、四章硬件设计及电路原理和软件设计,分别介绍了传感器的
特点及应用、一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理,这也
是此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。
关键词: 太阳能热水器;传感器; 模糊控制; 实时时钟;单片机
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哈尔滨理工大学学士学位论文
Design of intelligent controller
for Solar Water Heater
Abstract
Solar Water Heater is popular with its pretty benefits, Based on author’s real
experience on Solar Water Heater design, this article describes the working
theory of this solar water hearer after introducing the characters of
solar、sensor、Single Chip Microcomputer(SCM).According to the request and
characteristic of Solar Water heater for the controller. Providing a design of
Intelligent Con- troller for Solar Water heater based on DS12887. Sum up a
design way of the system’s hardware and software.
This article is divided into 3 parts. Part One is Chapter 1,including the use and
perspective of solar energy. Part Two, including Chapter 2, describing the
including and the theory of this solar water heater. Part three, including Chapter
3,Chapter 4: the design of hardware and software 、 the theory of the circuit.
Separately introducing the characters and use of transducer, common solar water
heater and cycle system, the development and theory of Single Chip
Microcomputer(SCM),which are the basic theory and necessary precondition.
[Key Words] : Solar Water Heater 、 Sensor 、 Vague control 、 Real
clock、Single Chip Microcomputer(SCM).
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哈尔滨理工大学学士学位论文
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, 而且为分段显示,温度显示误差为 10%,水位显示误差为
25%。这种显示器(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 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。
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。太阳能热水器顺呼时代发展的要求,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
[5]
。
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。
1.2 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,能源危机已日益增长,环境污染的
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哈尔滨理工大学学士学位论文
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。
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。
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。
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 1.5~2.0 平方米。
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。
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。
日本现在每年安装太阳能热水器近 50 万台,现在有 20%的家庭安装
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。
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%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。
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
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lijiangchen09
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