教育資料（2021-2022年收藏的）智能太陽(yáng)能熱水器水控制器設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告表班級(jí)： 姓名：論文題目智能太陽(yáng)能熱水器水控制器設(shè)計(jì)一、選題背景和意義1、背景地球上的不可再生能源總有一天會(huì)消耗殆盡，所以開(kāi)發(fā)和有效利用太陽(yáng)能這樣的環(huán)保且資源豐富的能源有著重要的意義。太陽(yáng)能熱水器就是太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)和利用的一大產(chǎn)業(yè)，所以完善太陽(yáng)能熱水器也成為最近的研究熱門(mén)課題。目前太陽(yáng)能熱水器效率和功能上還存在著比較多的問(wèn)題：例如不可缺水，空曬情況下上水會(huì)爆炸；春、秋天，水溫升高造成水變成水蒸氣蒸發(fā)，造成熱能損失；冬天水溫不夠，導(dǎo)致熱水器成為了擺設(shè)?，F(xiàn)在人們對(duì)家用電器的要求越來(lái)越趨向數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化。很多國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱水器商家為了使自己的產(chǎn)品能在市場(chǎng)上有一席之地，

2、在不斷提高太陽(yáng)能熱水器性能的同時(shí)，也不斷加大力度滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)于太陽(yáng)能使用方便的要求，于是太陽(yáng)能熱水器的智能化程度也一年比一年高。但是大部分太陽(yáng)能熱水器還是存在著使用不便和小毛病多等問(wèn)題。目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和，已有一百多家太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠。但是與之配套的太陽(yáng)能熱水器控制器卻一直處在研究與開(kāi)發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，溫度顯示誤差為10%，水位顯示誤差為25%。這種顯示器(還稱(chēng)不上控制器)不具有溫度控制功能，當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會(huì)給熱水器用戶(hù)帶來(lái)不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)大

3、量的電能。本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能熱水器水控制器以STM32為檢測(cè)控制核心，實(shí)現(xiàn)了溫度和水位兩種參數(shù)實(shí)時(shí)顯示和控制功能，而且具有溫度設(shè)定與控制功能。太陽(yáng)能熱水器能夠?qū)⑻?yáng)輻射能轉(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活。智能太陽(yáng)能熱水器具有廣闊的前景和很高的推廣價(jià)值。2、 意義當(dāng)今社會(huì)發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高?，F(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽(yáng)能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽(yáng)能熱水器 克服了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡(jiǎn)單、方便。太陽(yáng)能熱水器順呼時(shí)代發(fā)展的要求，滿(mǎn)足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類(lèi)文明程度日益

4、提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會(huì)的最佳選擇。2、 文獻(xiàn)綜述 1、國(guó)內(nèi) 我國(guó)從“六五”計(jì)劃期間開(kāi)始推廣太陽(yáng)能熱水器，到目前全國(guó)已有250萬(wàn)平方米采光面積的太陽(yáng)能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國(guó)約有180家左右，是目前世界上推廣最大的國(guó)家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國(guó)特色的太陽(yáng)能企業(yè)，有中國(guó)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)為中心的學(xué)術(shù)中心，以中國(guó)農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會(huì)太陽(yáng)能熱利用專(zhuān)業(yè)委員會(huì)為中心，制定了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。2、國(guó)外世界各國(guó)的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設(shè)置太陽(yáng)能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽(yáng)能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝太陽(yáng)能熱

5、水器近50萬(wàn)臺(tái)，現(xiàn)在有20%的家庭安裝了太陽(yáng)能熱水器，計(jì)劃今后普及率達(dá)到25%，按照日本的“陽(yáng)光計(jì)劃”還將為公寓，辦公樓安裝6500套太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，為工廠安裝1900套工業(yè)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。以色列的法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽(yáng)能熱水器，目前普及率已超過(guò)60%。英、法、德、意、希臘五國(guó)到2000年底推廣熱水器600萬(wàn)平方米，比1990年增長(zhǎng)2倍多。國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱水器使用量增長(zhǎng)如此之快，其根本原因是：能源問(wèn)題、環(huán)保問(wèn)題是當(dāng)今世界各國(guó)面臨的主要問(wèn)題之一。太陽(yáng)能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預(yù)計(jì)今后每年將以15%20%的速度發(fā)展。根據(jù)理論計(jì)算及實(shí)際應(yīng)用證明，太陽(yáng)能熱水器每平方

6、米光面積一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤200-300公斤節(jié)電1500度，或節(jié)約液化氣180公斤。在西方，尤其是美國(guó)、德國(guó)、以色列這些國(guó)家在太陽(yáng)能熱水器方面的研發(fā)一直比較活躍。以美國(guó)歐沃斯利諾依斯公司的發(fā)明的全玻璃真空管太陽(yáng)集熱器最為普及，使用了高真空技術(shù)，使集熱器的熱損失比普通平板式太陽(yáng)能集熱器的熱損失降低了一大塊（該集熱器選擇性吸收涂層的吸收陽(yáng)光的效率83%）。另一方面還設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了用于太陽(yáng)能熱水器的先進(jìn)的應(yīng)用軟件，從而使太陽(yáng)能熱水器技術(shù)水平領(lǐng)先我國(guó)不少。3、 課題關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn)1、溫度與水位控制電路的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水器在空曬的情況下上水會(huì)爆炸，春、秋天，水溫升高造成水變成水蒸氣蒸發(fā)，造成熱能損失；冬天水

7、溫不夠，導(dǎo)致熱水器成為了擺設(shè)。水位檢測(cè)電路可以檢測(cè)水箱的水位，當(dāng)水位過(guò)低是加大上水量；水位高時(shí)，減少上水量。這樣就可以防止爆管。溫度檢測(cè)電路是為了得到合適的出水溫度。當(dāng)水箱溫度高于出水溫度時(shí)，我們可以加大上水量；當(dāng)水箱溫度低于吹水溫度時(shí)，可以減少上水量。這樣達(dá)到控制溫度的目的。2、實(shí)現(xiàn)上水控制為了防止爆管和得到合適的出水溫度，溫度和水位檢測(cè)電路當(dāng)然必不可少。當(dāng)收集到水位和溫度的情況時(shí)，我們還要用冷水來(lái)控制水位和水溫，達(dá)到我們想要的結(jié)果。所以上水控制是真正的執(zhí)行者。四、方案論證1、CPU選型：本設(shè)計(jì)采用STM32系列為控制核心。STM32搭載ARM公司最新的、具有先進(jìn)架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核

8、， 具有出色的實(shí)時(shí)性能 ，優(yōu)越的功效 ，高級(jí)的、創(chuàng)新型外設(shè) ，最大的集成性 。易于開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)。而且是高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)芯片。2、 水位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 蓄水箱水位和溫度檢測(cè)部分是實(shí)現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié)，只有準(zhǔn)確地檢測(cè)出水位和溫度，才能通過(guò)軟件計(jì)算提前開(kāi)始輔助加熱的預(yù)加熱時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)輔助加熱提前時(shí)間的精確計(jì)算，最好是采用連續(xù)液位傳感器，但考慮系統(tǒng)成本，本設(shè)計(jì)仍采用分段式液位傳感器。3、溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)溫度的檢測(cè)主要由溫度傳感器來(lái)完成。溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一、測(cè)溫精良、價(jià)格低廉（10快錢(qián)左右）、響應(yīng)反應(yīng)快、傳輸距

9、離遠(yuǎn)、功耗小、易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，非常適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫和控制，外圍電路簡(jiǎn)單且不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。太陽(yáng)能熱水器溫度傳感器有很多，本設(shè)計(jì)本來(lái)可選用成本更低的熱敏電阻來(lái)使用，他具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻來(lái)測(cè)水溫，熱敏電阻與普通電阻不同，它具有負(fù)的溫度特性，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值減小等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用是為了測(cè)量溫度。但由于取材方面的原因，也考慮到經(jīng)濟(jì)成本選用NTC熱敏電阻，這是市場(chǎng)上很多見(jiàn)并且應(yīng)用范圍很廣的一種溫度傳感器，因?yàn)樗?dú)特的單線接口，且具有精準(zhǔn)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、廉價(jià)等好處。4、上出水控制的實(shí)現(xiàn)上出水的量應(yīng)該選用兩個(gè)電磁閥來(lái)控制。電磁閥（Electromagnetic valve）是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備

10、，是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。5、顯示模塊 水溫的顯示是實(shí)現(xiàn)控制的重要環(huán)節(jié)，是人機(jī)交互的重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)中選用數(shù)碼管。五、進(jìn)度安排第1-2周：完成開(kāi)題報(bào)告；第3-4周：翻譯外文文獻(xiàn)，查閱資料，調(diào)研；第5-6周：硬件方案設(shè)計(jì)，元器件選型；第7-8周：硬件電路設(shè)計(jì)；第910周：軟件編程；第1112周：聯(lián)機(jī)、調(diào)試；第1314周：繼續(xù)調(diào)試、完成畢業(yè)論文。參 考 文 獻(xiàn)1 劉福才、 劉豐、劉立偉 AVR單片機(jī)在太陽(yáng)能熱水器智能控制器中的應(yīng)

11、用。微計(jì)算機(jī)信息， 1999， 4。 2 潘新民，王芳燕.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.電子工業(yè)出版社，2003 3 劉潤(rùn)華，劉立山. 模擬電子技術(shù)M.石油大學(xué)出版社，2003 4 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，1997 5 周潤(rùn)景，袁偉亭，景曉松，Proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例M.電子工業(yè)出版社，2006 6 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M.第四版.高等教育出版社，1999. 7 殷為民，太陽(yáng)能水溫水位儀J.家用電子，1999（1）：37-38 8 徐龍坤，輔助加熱式太陽(yáng)能熱水器J.家用電器，1997（2）：9-10 9 孟祥連，嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用教程，清華大學(xué)出版社 2010 10 何芳，熱水器溫度控制板設(shè)計(jì)，現(xiàn)代電子技術(shù)2007 年第22 期總第261 期 11 郭廷瑋，太陽(yáng)能利用和前景 科學(xué)普及出版社  1986  12 何克忠、李偉，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社   1998  13 周政新，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)踐與訓(xùn)練，中國(guó)民航出版社   1998  14 王建萍，串行LED顯示驅(qū)