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太阳能热水器温度控制系统设计.docx
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太阳能热水器温度控制系统设计
目
录
1 引言
................................................................... 1
1.1 研究背景........................................................... 1
1.2 研究的目的和意义................................................... 2
1.2.1 国内研究现状 ................................................. 2
1.2.2 国外研究现状 ................................................. 3
2 太阳能热水器温度控制系统总体介绍
................................... 5
2.1 系统总体方案....................................................... 5
2.2 系统功能........................................................... 5
2.3 系统结构........................................................... 5
2.3.1 设计结构 ..................................................... 5
2.3.2 组成结构 ..................................................... 5
3 太阳能热水器温度控制系统硬件设置
................................... 7
3.1 系统主要芯片介绍................................................... 7
3.1.1 AT89S52 单片机 ................................................ 7
3.1.2 晶振电路 ..................................................... 8
3.1.3 复位电路 ..................................................... 8
3.1.4 LCD1602 液晶显示屏 ............................................ 9
3.1.5 DS1302 时钟芯片 ............................................... 9
3.2 单片机初始化程序.................................................. 10
3.3 太阳能热水器温度控制系统流程图.................................... 11
4 调试
.................................................................. 13
4.1 硬件调试.......................................................... 13
4.2 软件调试.......................................................... 13
4.3 温度控制系统的仿真调试............................................ 13
4.3.1 仿真运行情况 ................................................ 14
5 结语
.................................................................. 17
参考文献
................................................................ 18
致谢
..................................................................... 19
附录
..................................................................... 20
附录A 电路原理图 ..................................................... 20
附录B 系统程序 ....................................................... 21
1 引 言
随着科技的发展,人们在享受现在化生活带来的巨大便利的同时,也越来越受到过
量使用化石能源所带来的环境污染加剧和燃油价格上升所带来的困扰。大规模使用化石
燃料带来的环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响,也会给生态系统和人类社会
造成间接的危害,有时这种间接的环境效应的危害比当时造成的直接危害更大,也更难
消除。例如,温室效应、酸雨、和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应。这 种
由环境污染衍生的环境效应具有滞后性,往往在污染发生的当时不易被察觉或预料到,
然而一旦发生就表示环境污染已经发展到相当严重的地步。环境污染的人类环境的质量
下降,影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。例如城市的空气污染造成空气污浊,
人们的发病率上升等等;水污染使水环境质量恶化,饮用水源的质量普遍下降,威胁人
的身体健康,引起胎儿早产或畸形等等。严重的污染事件不仅带来健康问题,也造成社
会问题。随着污染的加剧和人们环境意识的提高,由于污染引起 的人群纠纷和冲突逐年
增加。显然,解决上诉问题最直接和最有效的方法是减少化石能源的使用,现代社会对
能源的需求量只会越来越大,化石能源的使用量也随之增加。因此,开发可持续发展的
清洁能源来代替化石能源是刻不容缓的。太阳能热水器是能源开发战略中重要的一环,
目前世界上太阳能的广泛推广和节能的理念日渐深入人心,以及安全方面考虑,传统的
热水器暴露出器缺点,掀起了开发和研究将太阳能利用和电能利用相结合的关键温度控
制系统的热潮。
1.1 研究背景
进入 21 世纪以来,不可再生能源带来的环境污染问题与其不可再生的特性越来越受
到重视,人们开始认识到可再生能源的重要性,而太阳能开发开始走进大众的视野。
2004 年 10 月底,纽约期货交易所的原油期货价格最高时达到每桶 55 美元,虽然后
来价格回落,但是由于石油、天然气、煤炭等是不可再生能源,资源的枯竭及其价格的
上涨是不可避免的。石油、天然气和铀枯竭的时限将在 2040 年,煤炭在 2100 年也将退出
历史舞台。上述生化能源是全球温室气体浓度增加、气候变暖的主要根源,也是国际地区
冲突的重要原因。在全球生化能源枯竭的大背景下,寻找新型能源,实现可持续发展的
可再生洁净能源是全球一项紧迫的战略任务。
1
太阳能具有:
普遍:太阳光普照大地,没有地域的限制无论陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处
处皆有,可直接开发和利用,且无须开采和运输。
无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严
重的今天,这一点是极其宝贵的。
巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 130 万亿吨煤,其总量属现今世
界上可以开发的最大能源。
长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的
寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
太阳能在未来必将成为世界能源结构中重要的一环,成为理想的新型能源。
1.2 研究的目的和意义
太阳能热水器是太阳能利用中商业化程度最高,应用最普遍的技术,国内的热水器
一般分为三种:电热水器,煤气热水器和太阳能热水器。相对于煤气热水器和电热水器
可能会发生爆炸、漏电、漏气等会造成人身伤害的危险,太阳能热水器以安全可靠,没
有固、液、气体排污,对环境无任何不利影响的特点深受消费者的喜爱。目前,我国太
阳能热水器的推广普及十分迅速,近几年来更是呈现出了爆发式的发展趋势。然而,目
前市场上的太阳能热水器很少具有温度控制系统,热水器普遍在阴天出现水温过低的问
题,即使有的太阳能热水器具有辅助加热系统,但由于加热时间不能控制而产生过烧,
浪费了大量的电能,影响了太阳能热水器的推广和使用。
研究太阳能温度控制系统能更好的推广和使用太阳能热水器,令太阳能热水器真正
的大众化,从而节省能源,降低常规不可再生能源的使用量,减少空气污染。
本设计通过具体的控制系统的设计,掌握单片机控制系统设计的一般方法和处理问
题的思路,特别是一些常用的技术手段。使自己能在实践环节中,积累设计经验,开拓
思维空间,全面提高个人的综合能力。
1.2.1 国内研究现状
第一种太阳能热水器产品是美国马里兰州的肯普于 1898 年发明的,当时他称其为“顶
峰”热水器,也就是现在我们称为闷晒式的太阳能热水器。在之后的半个多世纪里人们
创造了各式各样的闷晒式的太阳能热水器,但由于闷晒式的太阳能热水器对太阳能利用
2
率过于低下和保温性能较差,20 世纪 70 年代末期,一种新型的太阳能热水器——平板太
阳能热水器诞生了。随着科技的进步,在 1975 年又一新型太阳能热水器——全玻璃真空
管热水器尤美国欧文斯—伊得诺依公司发明并推向市场。
目前我国的太阳能热水器发展迅速,平板太阳能热水器和全玻璃真空管热水器都形
成了产业化生产。 2005 年 2 月,我国通过了《可再生能源法》大力扶持可再生能源的发
展。我国国家发改委与联合国基金会开展合作“太阳能热水器行业发展项目”。 2009 年
太阳能热水器被纳入"家电下乡"补贴产品范围。截止 2012 年,我国的太阳能热水器总产
量为 4200 万平方米,总保有量为 1.45 亿平方米,占世界 78%的份额,中国太阳能热水器
正成为国际市场的重要组成部分。
目前,我国共有太阳能热水器生产企业 5000 多家,其中具有一定规模的太阳能热水
器企业 1000 多家,太阳能热水器已基本实现了商业化,形成原材料加工,产品开发制作,
工程设计和营销服务的产业体系,同时带动了热水器相关材料兴业的发展。
当今国际主流的太阳能热水器分为两种:平板太阳能热水器和全玻璃真空管热水器,
与国际太阳能热水器市场主流的平板太阳能热水器不同,我国太阳能热水器市场为全玻
璃真空管热水器占据,市场份额接近 90%。尤其是我国自主创新的真空管热管技术,技术
水平居于世界领先位置,同时真空管热水器以其优良的性能,低廉的价格,出口亚洲,
欧洲,非洲等几十个国家。
1.2.2 国外研究现状
在国外,太阳能热水器也越来越受到重视。
英国:英国政府推行“绿色革命计划”,该项目为在家庭和公共领域的微发电机技术
应用以赠款形式提供资金帮助,安装太阳能热水器的家庭用户可以获得赠款金额最高为
400 英镑或相当以太阳能热水器安装成本 30%的赠款。
西班牙:西班牙政府 2006 年出台法令,强制要求所有热水供应系统的新建筑或计划
改造的建筑必须要安装有太阳能热水器系统,并要求达到 30%—70%以上的太阳能使用率。
日本:众所周知日本是一个资源极度匮乏的国家,所以对太阳能热水器的发展与构
建极其重视 太阳能利用比较普遍。自 2009 年起,日本多个市启动了太阳能热水器消费
,
补助政策,备受日本政府的重视、支持和鼓励。
美国:美国政府 2009 年通过“美国复苏与再投资法案”,法案中规定安装太阳能热
水器的家庭用户将获得最高为太阳能热水器安装成本 30%的个人所得税抵免,各个州的地
3
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