基于單片機的太陽能熱水器智能控制器的設計

1、南京信息工程大學濱江學院課程設計(論文) 基于單片機的太陽能熱水器智能控制器的設計姓 名：季琪源 黃盼盼 黃兆宇 紀宣 李琴 指導教師： 李 鵬 所在班級： 09電信3 所在系部： 信息工程 二一二年三月課程設計開題報告組 長季琪源班級09電信3分數成員季琪源 黃盼盼 黃兆宇 紀宣 李琴 設計題目基于單片機的太陽能熱水器智能控制器的設計一、本設計的目的和意義本設計具有很強的實用性,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機技術對生產實際中的太陽能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡單、實用性強、性價比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目。可廣泛應用于家庭生活對太陽能熱水器的水位顯示與水

2、溫控制。具有良好的市場前景。具體安排進度：2012年3月1日3月15日，方案論證；2012年3月15日3月30日，系統(tǒng)總體結構設計；2010年4月1日4月15日，系統(tǒng)控制原理設計。摘 要目前,太陽能熱水器控制器還一直處于研究與開發(fā)階段,市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能,不具備溫度水位的自動控制功能。雖然有的控制器配有電加熱輔助裝置,但都不是全智能型的,給用戶使用帶來許多不便。關鍵詞：單片機、太陽能熱水器、溫控系統(tǒng)AbstractAt present, the solar-powered water heater controller also continuously is i

3、n the research and the phase of exploitation, the market condition the controller major part which sells is only having the temperature and the water level demonstration function, does not have the temperature water level automatic control function.Although some controllers have the electric heating

4、 auxiliary unit, but is all not the entire intelligence, the use brings inconveniently many for the user.Key word: The monolithic integrated circuit, the solar-powered water heater, warm control the system 一、序言1.1 太陽能熱水器的原理 太陽能熱水器把太陽光能轉化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產中的熱水使用。太陽能熱水器按結構形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太

5、陽能熱水器，目前真空管式太陽能熱水器為主，占據國內95%的市場份額。真空管式家用太陽能熱水器是由集熱管、儲水箱及支架等相關附件組成，把太陽能轉換成熱能主要依靠集熱管。集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產生微循環(huán)而達到所需熱水。1.2 太陽能熱水器的應用及意義 眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源隨著世界上的煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機日益增長，環(huán)境污染的危機已威脅著生態(tài)平衡，太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預測：二十一世紀太陽能將由輔助能源上升到主要能源。但由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術難點尚未突破，產品造價偏高（

6、如光電池）。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器是技術上比較成熟、造價比較低廉的產品，同時給人民提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。鑒于太陽能的諸多優(yōu)點，目前市面上出售的太陽能產品中，太陽能熱水器就占有了相當大的比例，它的生產簡單并且節(jié)能，也基于此，國內許多大大小小的企業(yè)公司都在生產、出售各類太陽能熱水器，競爭的確相當厲害。 在實際生活中，由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性以及陰雨天氣給太陽能熱水器帶來了諸多影響，大大降低了實用性。為了克服這些缺點，我們設計了一個不僅實現了時間、溫度和水位三種參數實時顯示和FUZZY控制功能，而且具有溫度設定與控制

7、的功能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據水溫的高低利用輔助加熱裝置使蓄水箱內的溫度保持在所設定的溫度內，從而達到24小時供應熱水的目的。二、方案設計及論證 在前面我們介紹了太陽能熱水器的原理，除了太陽能熱水器是以太陽光的輻射進行加熱，當太陽光不強烈或者陰雨天時，太陽能熱水器就處于“癱瘓”的狀態(tài)中，我們的設計靈感也就來源于此。 通過一個加熱裝置就可以使太陽能熱水器在陰雨天正常工作，我們就選擇了利用電熱水器的原理來控制水箱中的溫度，這樣我們就可以全天候使用太陽能熱水器了。 2.1 控制系統(tǒng)設計要求1、能夠根據水位控制是否需要進水，每次進滿整個水箱，也可以在手動狀態(tài)下自由進水（上滿時自由停止）或

8、停止進水。2、控制系統(tǒng)具有手動和自動切換功能；3、具有水溫和水位顯示功能；4、具有進水超水位和超水溫報警指示；5、用水時若內水箱水溫達不到設置值時，能自動進行加熱；6、用水時可自由調節(jié)水溫；7、保證內水箱水位不低于設置值，溫度達到設置值。8、有電路保護功能三、系統(tǒng)總體結構設計3.1系統(tǒng)結構 太陽能熱水器輔助控制系統(tǒng)結構圖如圖1所示，在內保溫儲水箱內增加一個與熱水器類似的電熱元件并固定在絕緣底座上，引出交流電源入戶，由輔助控制系統(tǒng)的繼電器控制通斷電。水位、水溫探測器從水箱頂部安裝在水箱中，通過電纜線接入用戶室內控制器。3.2 工作過程 該太陽能熱水器通過2個水箱：一個內保溫水箱，一個外儲水箱，實

9、現了最大程度上使用太陽能。通過控制系統(tǒng)，當內儲水箱水位沒達到預定值時開啟延時開關，通過計算水的流速與進水的多少，計算出延時開關的延時時間，到設定的時間后自動關閉。當外儲水箱水溫高于內儲水箱溫度時（可設定5度的溫差），開啟延時開關并且啟動水泵，通過內水箱的容積，計算出水泵的運行時間。當內儲水箱的溫度低于所設定的溫度時，啟動電加熱。圖1 系統(tǒng)結構圖四、控制系統(tǒng)組成太陽能熱水器控制系統(tǒng)的組成如圖2所示，整個系統(tǒng)以AT98C51單片機為核心，對水溫、水位等參數進行智能檢測和顯示，經鍵盤操作和單片機內部運算比較，控制相應得執(zhí)行機構進行通、斷電，進行防漏電、防干燒保護，并進行相應得聲光報警。通過光耦電路，

10、使外部電路與內部電路隔離，實現了最大程度上的保護。. 圖24.1水箱溫度檢測圖3此次課程設計選用的傳感器型號是DS18B20溫度傳感器。它具有3個引腳TO-92小體積封裝形式，CPU只需一跟端口就能與DS18B20通信控制讀取溫度 該傳感器工作電壓：3V，測溫范圍：-55 +125，精確度：0.54.2壓力傳感器 壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。 金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。

11、金屬導體的電阻值可用下式表示： 式中：金屬導體的電阻率（。cm2/m ） S 導體的截面積（cm2 ） L 導體的長度（m ） 當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度 增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情況。下圖為全橋差動電路測量原理：DR1 =DR2 =DR3 = DR4 = DR ，如圖b所示4.3控制軟件設計主程序流程圖如圖4所示。子程序如圖5所示。主程序首先完成串行口、定時器、中斷源的初始化，設置初始運行參數、開中斷，然后循環(huán)讀取鍵盤狀態(tài)、檢測系統(tǒng)是否漏電。一旦檢測到系統(tǒng)漏電，進行聲音和顯示報警，將所有執(zhí)行機構斷電；若系統(tǒng)不漏電則根據存儲的鍵盤狀態(tài)和檢