太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計【8張CAD圖紙+畢業(yè)論文+開題報告】

太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計

45頁 14000字?jǐn)?shù)+論文說明書+8張CAD圖紙【詳情如下】

主電路圖.DWG

主程序控制系統(tǒng)流程圖.DWG

太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計開題報告.doc

太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計說明書.doc

水位子程序流程圖.DWG

溫度子程序流程圖.DWG

系統(tǒng)控制原理圖.DWG

系統(tǒng)控制框圖.DWG

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.DWG

除塵子程序流程圖.DWG

摘    要

針對太陽能熱水器存在著受季節(jié)和天氣的影響、提供的熱水量不夠、不能實(shí)現(xiàn)全年正常使用的不足，設(shè)計了一種基于PLC控制的太陽能熱水器。該控制器是在現(xiàn)有太陽能熱水器的基礎(chǔ)上開發(fā)的，該系統(tǒng)利用PLC實(shí)時監(jiān)測水溫及水位。用水時，若日曬水溫達(dá)不到設(shè)定值，單片機(jī)控制電加熱器自動補(bǔ)溫至設(shè)定溫度，無須人為控制加熱時間；缺水時能自動上水到設(shè)定值，不必全部加滿。在無光照陰雨天或寒冷季節(jié)進(jìn)行輔助電加熱，且溫度可由用戶設(shè)置。

本文利用PLC對太陽能熱水器的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，通過使用PLC，可以大大減少了系統(tǒng)對其它元器件的使用，使系統(tǒng)接線簡單、檢修維護(hù)方便快捷、可靠性提高，增進(jìn)了系統(tǒng)的先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：影響 太陽能熱水器  控制系統(tǒng)  PLC

Abstract

This paper is based on the machinery design and machinery(PLC) principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory, by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop, first of all, due PLC uese the main parts institutional model of the sewing machine, secondly use the Solidworks drawing software to conduct the part modeling which was designed well.

This paper use and the conduct assembly design which the PLC parts was built, get the corresponding assembly model, finally conduct movement simulation to the corresponding assembly model. 

Keywords： sewingmachine,PLC,part modeling, assembly

目  錄

摘   要 I

目  錄 II

1 緒   論 1

2 本課題研究的目的、意義 1

3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1

3 系統(tǒng)總體設(shè)計 3

3.1 系統(tǒng)原理框圖 3

3.2 控制系統(tǒng)的組成及工作原理 4

4 硬件功能模塊的設(shè)計 7

4.1 單片機(jī)系統(tǒng) 7

4.2 水溫測量電路 8

4.3 水位測量電路 10

4.4 實(shí)時時鐘電路 12

4.5 顯示電路 13

4.6 電源電路 15

4.7 鍵盤電路 16

4.8 自動上水和報警電路 18

4.9 輔助電加熱電路 19

5 軟件部分的設(shè)計 20

5.1 軟件的總體設(shè)計 20

5.2 溫度檢測 20

5.3 實(shí)時時鐘 20

6 結(jié)束語 24

致   謝 25

參考文獻(xiàn) 26

附   錄 27

附錄1：源程序 27

附錄2：總原理圖 41

1  緒   論

1.1  太陽能熱水器的應(yīng)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。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機(jī)已增長，環(huán)境的危機(jī)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(yù)測：二一十世紀(jì)太陽能將由輔助能源上升為主要能源，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(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價偏高。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。

在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。

我國從“六五”計劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有250萬平方米采光面積的太陽能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國約有180家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國特色的太陽能企業(yè)，有中國太陽能協(xié)會為中心，以中國農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會為中心，制定了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。

世界各國的太陽能熱水器生產(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)置太陽能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽能熱水器。

國內(nèi)外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環(huán)保問題是當(dāng)今世界面臨的主要問題之一。太陽能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預(yù)計今后每年將以15%至20%的速度發(fā)展。

根據(jù)理論計算及實(shí)際應(yīng)用證明，太陽能熱水器每平方米光面積一年可節(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，設(shè)計可以參考以下的幾個意見：

在設(shè)計民用建筑時，若此地區(qū)沒有集中熱水供應(yīng)，可給用戶安裝太陽能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設(shè)計時將冷、熱水線預(yù)埋，以平均每套住宅建筑面積65平方米計算，工程造價大約每平方米增加18-20元。

在設(shè)計工廠浴室時，可考慮采用太陽能熱水系統(tǒng)，每平方米采光面積產(chǎn)熱水100升計算，100平方米太陽能熱水系統(tǒng)可產(chǎn)熱水10噸，每人每次標(biāo)準(zhǔn)用水40升，可解決250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計。

采用太陽能熱水器與電熱水器、燃?xì)鉄崴飨啾?，還具有絕對安全，最為衛(wèi)生的特點(diǎn)，在電費(fèi)，液化氣、煤氣價格較高的地區(qū)，用戶1-3年及收回投資，在這以后提供的熱水是免費(fèi)的。

太陽能熱水器的推廣應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器累計安裝使用總量以達(dá)300萬平方米以上，所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特為太陽能熱水器的進(jìn)一步推廣具有積極的推動作用。

1.2  太陽能熱水器的發(fā)展?fàn)顩r及市場競爭分析

目前，中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國之和，已經(jīng)有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠，但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，而且分段顯示，溫度顯示誤差為10%，水位顯示誤差為25%，這種顯示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，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)大量的電能，本文設(shè)計的太陽能熱水器控制器以AT89S52單片機(jī)為檢測控制核心，不僅實(shí)現(xiàn)了時間、溫度和水位三種參數(shù)實(shí)時顯示和控制功能，而且具有時間設(shè)定、溫度設(shè)定與控制功能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時供應(yīng)熱水的目的。太陽能熱水器時太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟(jì)效益明顯，正在迅速的推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能夠?qū)⑻柲茌椛滢D(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用，他主要有平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式悶曬式。

 6   結(jié)束語

 該控制器和以往顯示儀相比性能價格比高、溫度控制與顯示精度高、使用方便和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)系統(tǒng)具有低價、智能的優(yōu)勢，能夠根據(jù)需求的不同而做相應(yīng)的調(diào)整，更加個性化。同時，使用單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠節(jié)約能源，保護(hù)設(shè)備，延長設(shè)備的使用時間。

該熱水器具備以下特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、操作維護(hù)簡便。

（2）熱源取之不盡用之不竭，不需要運(yùn)輸，節(jié)省采料。

（3）無污染，不會對周圍環(huán)境造成任何影響。

（4）熱水產(chǎn)量受季節(jié)、地區(qū)維度、才熱面積、采熱器類型、環(huán)境溫度、供水溫度、風(fēng)速、日照實(shí)際等因素影響較大。

（5）該系統(tǒng)加裝減壓閥后可與鍋爐配套使用，解決冬季用水。

（6）不用考慮玻璃蓋的防凍裝置。

該熱水器裝置置于浴室屋占地面積較大，同時增加了建筑物的負(fù)載荷。

在試制和安裝過程中我們體會到只有注意以下幾個方面才能保證熱水器的正常運(yùn)行，第一是循環(huán)管道水流方向不允許有反坡現(xiàn)象，拐彎要和緩，管道內(nèi)要清潔無阻塞。第二是冷水箱、熱水箱、集熱器以及熱水保溫的相對位置及標(biāo)高合理，符合水流的規(guī)律，第三是補(bǔ)充給熱水箱的水流不允許沖擊，第四是電磁閥的選擇及安裝位置要合理，保證動作靈敏可靠。

總之，無論從市場或技術(shù)抑或價格的角度來說，此款熱水器具有很大的優(yōu)勢。它市場前景廣闊、技術(shù)先進(jìn)、價格合理、高度智能化，方便省事，是當(dāng)前市面上熱水器的升級產(chǎn)品。它不但適合于城鄉(xiāng)民宅需求，還適合于寫字樓、餐飲、娛樂、商業(yè)服務(wù)浴室、理發(fā)店、旅館、招待所、托兒所、敬老院以及外貿(mào)出口等各種需求。                        

致   謝  

從論文的選題到搜集資料，從論文的初稿的完成到正文的反復(fù)修改，我經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫做作的過程中，心情是如此的復(fù)雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終完成，心情也逐漸舒暢了許多，自己甚至還有點(diǎn)成就感。

在設(shè)計的過程中，我要感謝我的指導(dǎo)老師-賁禮進(jìn)老師，他為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心，在從初稿到整個論文的完成，老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)的給予我深刻而細(xì)致的指導(dǎo)。正是有了他的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才得以順利完成。

我還要感謝的班主任張新亮老師以及在大學(xué)三年中給我們授課的老師們，是他們讓我學(xué)到了許多許多的知識，讓我看到了世界的精彩，讓我學(xué)會了做人做事，同時還要對教導(dǎo)過我的老師表示深深地敬意和謝意。

最后感謝三年里陪伴我的同學(xué)、朋友們，有了她們的幫助，我的人生才豐富，使我看到了未來的美好，讓我在奮斗的路上才不孤單。

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學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)論文開題報告書 機(jī)電工程學(xué)院 機(jī)電一體化 專業(yè) 學(xué)號 姓名 專業(yè) 機(jī)電一體化 學(xué)校導(dǎo)師 開題日期 填表日期 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)論文題目 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計 一 課題選擇背景： 目前，中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國之和，已有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠。但是與之配套的太陽能熱水器控制 器卻一直處在研究與開發(fā)階段，當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)大量的電能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到 24 小時供應(yīng)熱水的目的。太陽能熱水器是太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟(jì)效益明顯，正在迅速的推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能夠?qū)⑻栞椛淠苻D(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用。他主要由平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式和悶曬式。 太陽能熱水器是環(huán)保、無污染，人們用著安全放心。利用太陽的能源，大量節(jié)約現(xiàn)有的能源，是以后能源發(fā)展的趨勢。原有的燃?xì)鉄崴骱碗姛崴麟m然加熱速度比較快，但是所用的煤和氣都會對環(huán)境造成一定的污染，而且會使室內(nèi)的空氣變得不清新，電熱水器的功率較大，對長期使用的一般家庭來說必定會帶來一定的經(jīng)濟(jì)困難，是一筆相當(dāng) 大 的開銷。太陽能熱水器安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，帶有輔助加熱功能的熱水器可在全年的任何時候使用，設(shè)計一個控制器來幫助人們了解水的溫度和熱水器中水位的高低，使人們清楚的使用。 先前國內(nèi)外大多數(shù)家庭使用的太陽能熱水器只是純 粹的太陽能加熱問題，還沒有其他的智能控制方面，在沒有太陽的天氣中沒有足夠的能源使水箱中的水加到最熱。其次對太陽能熱水器中的水 位 沒有記錄，使人們不能及時知道水箱中的水量，以便補(bǔ)充，缺乏自動性。如今大多數(shù)的家庭太陽能 都 裝有水位監(jiān)測和水溫測量、顯示的功能，使用更加方便。今年來，利用太陽能和其它能源的結(jié)合，使得太陽能熱水器更加的完善，在任何天氣情況下都能使用到熱水。此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣利用太陽光能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽 能的豐富的免費(fèi)的資源的優(yōu)勢，同時考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢，這是世面上大部分熱水器所不能比擬的 。 目前，我國大部分太陽能熱水器控制部分，往往需要大量的中間繼電器和時間繼電器來滿足生產(chǎn)工藝要求，結(jié)果使電路設(shè)計復(fù)雜、繁瑣，故障時有發(fā)生，給使用和日常維護(hù)帶來了很大的不便。太陽能熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高 、應(yīng)用最學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計 普遍的技術(shù) 。但是在熱水器自動控制系統(tǒng)中大多采用單片機(jī)控制 ，單片機(jī)開發(fā)價格較高，而 發(fā)價格便宜。選用 制，它具有速度快，可靠性 高，體積小，功能全，編程簡單的特點(diǎn)。通過改進(jìn)或完善已有太陽能熱水器控制系統(tǒng)的不足，設(shè)計開發(fā)新型太陽能熱水控制系統(tǒng) — 基于 太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)。 二 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 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。隨著世界上煤、石 油、 天然 氣的 存 儲量日益減少，能源危機(jī)已日益增長，環(huán)境污染的危機(jī)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(yù)測：二十一世紀(jì)太陽能將由輔助能源上升為主要能源。 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(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價偏高，因而尚未被人們大規(guī)模使用。 在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供 低 耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。 世界各國的太陽能熱水器生產(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)置太陽能熱水器，已經(jīng)有 25％ 的新住宅安裝了太陽能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝太陽能熱水器近 50 萬臺，計劃今后普及率更高。有些國家法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽能 熱水器。 太陽能熱水器的推廣應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器累計安裝使用總量已達(dá)到 300 萬平方米以上。所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特點(diǎn)，為太陽能熱水器的進(jìn)一步推廣具有積極的推動作用。 三 課題研究的主要內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容是用 制太陽能熱水器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽能熱水器系統(tǒng)自動化控制及手工控制，使其滿足實(shí)際各種控制需要、使更多的工作免于人參與、使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。具體研究工作從以下方面展開： 1）確定系統(tǒng)的各種工序，繪制系統(tǒng)的工藝流程圖。 2） 型及 I/O 分 配。 3）設(shè)計、繪制梯形圖，滿足各控制要求。 4）繪制電氣原理圖、外部接線圖等。 5）依據(jù)設(shè)計要求調(diào)試系統(tǒng)成功。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計 四 參考文獻(xiàn) [1] 袁任光 M]南理工大學(xué)出版社， 2003,2152] 劉敏 M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 73] 邱公偉 M]. 北京：清華大學(xué)出版社， 2001,1124] 陳宏 ( 的選型 [J]2003， 22 (12) ： 13545] 胡學(xué)芝 J]2004， 33(2)： 656] 姚偉 J ]2005， 27(2):467] 李亭寒 ,陳小霓，等 國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社， 2004， 25（ 2） 128] 趙緩 ,越慧，等 濟(jì)地理， 1998， 989] 劉文強(qiáng) 2002 年第 4 卷 (第 104 卷 ),4[10] 陸維 德 陽能 ,1999 年第 4 期， 2311] 奚陽 西學(xué)報， 1999 年第 J 期， 612] 馮德純 ,賈玉英，等 國玻璃， 1998 年第 2 期， 4[13] 賈玉英 ,馮心，等 國玻璃， 2000 年第 6 期， 214] 唐健正 ,賈玉英，等 材料和應(yīng)用， 2001 年第 1 期 4515] 戴大祥，高效節(jié)能的真空玻璃，上海建材， 2003 年第 2 期， 2016] 馮德純 ,賈 玉英，等 國玻璃， 2002 年第 26 卷第 1 期， 1417] 18] at 19 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 設(shè)計題目： 太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 起訖日期 年 月 日 ～ 年 月 日 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 I 摘 要 針對太陽能熱水器存在著受季節(jié)和天氣的影響、提供的熱水量不夠、不能實(shí)現(xiàn)全年正常使用的不足，設(shè)計了一種基于 制的太陽能熱水器。該控制器是在現(xiàn)有太陽能熱水器的基礎(chǔ)上開發(fā)的，該系統(tǒng)利用 水時，若日曬水溫達(dá)不到設(shè)定值，單片機(jī)控制電加熱器自動補(bǔ) 溫至設(shè)定溫度，無須人為控制加熱時間；缺水時能自動上水到設(shè)定值，不必全部加滿。在無光照陰雨天或寒冷季節(jié)進(jìn)行輔助電加熱，且溫度可由用戶設(shè)置。 本文利用 太陽能熱水器的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，通過使用 以大大減少了系統(tǒng)對其它元器件的使用，使系統(tǒng)接線簡單、檢修維護(hù)方便快捷、可靠性提高，增進(jìn)了系統(tǒng)的先進(jìn)性。 關(guān)鍵詞： 影響 太陽能熱水器 控制系統(tǒng) 院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 is on d by of to in of LC of to LC to LC,院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 錄 摘 要 ...................................... 錯誤 !未定義書簽。 目 錄 ..................................................... 緒 論 .................................................... 1 2 本課題研究的目的、意義 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 ............................................... 3 統(tǒng)原理框圖 ............................................. 3 制系統(tǒng)的組成及工作原理 .................................. 4 4 硬件功能模塊的設(shè)計 ......................................... 7 片機(jī)系統(tǒng) ............................................... 7 溫測量電路 ............................................. 8 位測量電路 ............................................ 10 時時鐘電路 ............................................ 12 示電路 ................................................ 13 源電路 ................................................ 15 盤電路 ................................................ 16 動上水和報警電路 ....................................... 18 助電加熱電路 .......................................... 19 5 軟件部分的設(shè)計 ............................................ 20 件的總體設(shè)計 .......................................... 20 度檢測 ................................................ 20 時時鐘 ................................................ 20 6 結(jié)束語 .................................................... 24 致 謝 ..................................................... 25 參考文獻(xiàn) .................................................... 26 附 錄 ..................................................... 27 附錄 1：源程序 ............................................... 27 附錄 2：總原理圖 ............................................. 41 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 1 1 緒 論 太陽能熱水器的應(yīng)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。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機(jī)已增長，環(huán)境的危機(jī)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(yù)測：二一十世紀(jì)太陽能將由輔助能源上升為主要能源，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(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價偏高。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。 在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。 我國從“六五”計劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有 250萬平方米采光面積的太陽能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國約有 180家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國特色的太陽能企業(yè)，有中國太陽能協(xié)會為中心，以中國農(nóng)村能 源企業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會為中心，制定了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。 世界各國的太陽能熱水器生產(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)置太陽能熱水器，西澳大利亞已有 25%的新住宅安裝了太陽能熱水器。 國內(nèi)外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環(huán)保問題是當(dāng)今世界面臨的主要問題之一。太陽能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預(yù)計今后每年將以 15%至 20%的速度發(fā)展。 根據(jù)理論計算及實(shí)際應(yīng)用證明，太陽能熱水器每平方米光面積一年可節(jié) 約標(biāo)準(zhǔn)煤 200500度，或節(jié)約液化氣 180公斤，設(shè)計可以參考以下的幾個意見： 在設(shè)計民用建筑時，若此地區(qū)沒有集中熱水供應(yīng)，可給用戶安裝太陽能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設(shè)計時將冷、熱水線預(yù)埋，以平均每套住宅建筑面積 65平方米計算，工程造價大約每平方米增加 18 在設(shè)計工廠浴室時，可考慮采用太陽能熱水系統(tǒng)，每平方米采光面積產(chǎn)熱水100升計算， 100平方米太陽能熱水系統(tǒng)可產(chǎn)熱水 10噸，每人每次標(biāo)準(zhǔn)用水 40升，可解決 250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣 的不同條件予以特殊設(shè)計。 采用太陽能熱水器與電熱水器、燃?xì)鉄崴飨啾?，還具有絕對安全，最為衛(wèi)生的特點(diǎn)，在電費(fèi)，液化氣、煤氣價格較高的地區(qū)，用戶 1學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 2 這以后提供的熱水是免費(fèi)的。 太陽能熱水器的推廣應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器累計安裝使用總量以達(dá) 300萬平方米以上，所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特為太陽能熱水器的進(jìn)一步推廣具有積極的推動作用。 太陽能熱水器的發(fā)展?fàn)顩r及市場競爭分析 目前，中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世 界各國之和，已經(jīng)有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠，但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，而且分段顯示，溫度顯示誤差為 10%，水位顯示誤差為 25%，這種顯示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，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)大量的電能，本文設(shè)計的太陽能熱水器控制器以 僅實(shí)現(xiàn)了時間、溫度和水位三種參數(shù)實(shí)時顯示和控制功能，而且具有時間設(shè)定、溫度設(shè)定與控 制功能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到 24小時供應(yīng)熱水的目的。太陽能熱水器時太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟(jì)效益明顯，正在迅速的推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能夠?qū)⑻柲茌椛滢D(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用，他主要有平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式悶曬式。 當(dāng)今社會發(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裕遗欧哦趸嘉廴敬髿?，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這 些都是太陽能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽能熱水器克服了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡單、方便。太陽能熱水器順乎時代發(fā)展的要求，滿足人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大。新建居住樓安裝熱水器，已是房屋開發(fā)公司計劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢更好。 此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣領(lǐng)用太陽能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽能的豐富的免 費(fèi)的優(yōu)勢，同時考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢，這是市面大部分熱水器所不能比擬的。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 3 2 設(shè)計思路及要求 設(shè)計的思路 針對太陽能熱水器存在著受季節(jié)和天氣的影響、提供的熱水量不夠所設(shè)計的熱水器， 主要是實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時控制、水位的檢測、自動上水，用水時，如果日曬水溫達(dá)不到設(shè)定值，單片機(jī)控制電加熱自動補(bǔ)溫至設(shè)定值，無須人為控制，最重要是在陽光不足或陰雨天時，我們可以通過輔助加熱進(jìn)行對水箱中的水加熱，以保證一天 24小時的供水量。 本設(shè)計的目的及要求 本設(shè)計具有很強(qiáng)的實(shí)用性，用成本低廉的器件及電極以單片機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)實(shí)際中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(shí)用性強(qiáng)、性價比高、水溫控制靈活、水位顯示直觀醒目。可廣泛應(yīng)用與家庭生活對太陽能熱水器水位顯示和水溫控制。具有良好的市場前景。具體的目的和要求： （ 1） 掌握太陽能熱水器的工作原理及實(shí)現(xiàn)控制方法； （ 2） 太陽能熱水器水位的檢測和顯示； （ 3） 太陽能熱水器溫度的檢測和顯示； （ 4） 太陽能熱水器水溫的設(shè)定和電加熱的控制； （ 5） 太陽能熱水器上水水位的設(shè)計及控制； （ 6） 太陽能熱水器的輔助電加熱的設(shè)計； 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)原理框圖 本系統(tǒng)以 片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對水溫和水位的實(shí)時監(jiān)測和顯示，當(dāng)水溫達(dá)不到設(shè)定值，可以用電自動加熱，當(dāng)水位低于警戒值時自動上水至設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)了熱水器的全自動及節(jié)能。 系統(tǒng)主要包括水溫測量電路、水位測量電路、顯示電路、單片機(jī)系統(tǒng)、自動加熱上水控制電路、按鍵電路、聲光報警電路等組成。具體原理框圖如圖 1所示。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 4 單片機(jī)顯 示 電 路電 源 電 路鍵 盤 電 路實(shí) 時 時 鐘溫 度 和 水 位 檢 測報 警 電 路電 磁 閥輔 助 電 加 熱圖 1 系統(tǒng)原理框圖 控制系統(tǒng)的組成及工作原理 系統(tǒng)組成：如圖 2所示，本系統(tǒng)主要有控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫 檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成。 控制器：主要通過里面的電磁閥控制 制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中的位置以及控制機(jī)電加熱絲加熱。 自動控制閥：主要通過控制器控制，當(dāng)水箱中的水的實(shí)際溫度大于所設(shè)置的溫度時，自動閥就自動打開往水箱中上水，直到上到上一個目標(biāo)水位為止。 手動控制閥：當(dāng)自動閥損壞時，可以通過手動閥進(jìn)行上下水。 水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，主要把水箱分為四個等份，一共有五個電極，接地的電極放在水箱的最低端，其余的分別放在四等份點(diǎn)上 ，比如當(dāng)水箱中的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當(dāng)超過第二等分，則顯示二分之一的水。 水溫傳感器：主要用來檢測水箱中水的實(shí)際溫度。 電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達(dá)到用戶所需要的溫度，尤其當(dāng)遇到陰雨天或無太陽光時，可以通過它進(jìn)行加熱水。 太陽能熱水器利用微機(jī)控制主要有以下幾種控制功能：加熱控制、溫水循環(huán)控制、冷水集熱控制、水箱加熱控制。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 5 器20來水 地漏圖 2 系統(tǒng)的工作原理圖 (1) 水溫控制 由于清晨太陽光較弱，所以太陽能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。為了提供溫度不低于 30攝氏 度的水 ,具體控制過程如下： 首先，關(guān)閉冷水閥門 1，然后單片機(jī)開始進(jìn)行水箱溫度采集，同時進(jìn)行溫度的比較，當(dāng)水箱的溫度小于 30攝氏度時，電加熱接通進(jìn)行加熱，同時單片機(jī)繼續(xù)對熱水箱的溫度進(jìn)行采集。當(dāng)溫度加熱到大于 30攝氏度時電熱器斷開，如此反復(fù)循環(huán)保證了水的溫度。 (2) 循環(huán)水集熱過程 水溫控制之后，設(shè)定當(dāng)日水箱的溫度 N,輸入單片機(jī)，再利用單片機(jī)的控制系統(tǒng)，通過太陽能加熱以達(dá)到理想溫度 N。具體控制如下： 打開循環(huán)閥門 閉冷水閥門 水閥門 后開學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 太陽能熱水器控制電路的設(shè)計 6 始比較溫度，若（ 攝氏度， 1）為止。如若 ，那么循環(huán)水極熱過程結(jié)束，進(jìn)入冷水極熱過程。 (3) 冷水極熱控制 此時熱水箱溫度已達(dá)到了 N，冷水要進(jìn)入太陽能集熱器，這時溫度為 當(dāng)日的設(shè)定值相比較，若 N 則將已加熱的水送入熱水箱，具體的控制過程如下： 關(guān)閉循環(huán)水閥門 開冷水閥門 水閥門 N，打開熱水閥門 保持打開狀態(tài)，否則關(guān)閉 見，此過程充分利用太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。 (4) 水箱加熱控制 若沒太陽光或光太弱，我們將怎么辦呢？這就要發(fā)揮這款熱水器的優(yōu)勢。熱 水箱溫度為 它和設(shè)定的值相比較，從而控制是否打開電加熱，控制時段為下午，具體的過程如下： 若 ，電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且， 15點(diǎn) 時間（小時） 溫度比較 加熱值（度） 15 5

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