-【毕业论文】基于单片机的太阳能控制系统的设计与研究（整理版）.docx

n前,太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段，市面在售的控制器 绝大部分只具备温度和水位显示功能,不具备温度水位的自动控制功能虽然有 的控制器配有电加热辅助装置，但都不是全智能型的,给用户使用带来许多不便太阳能单片机控制系统是对其水温与水位的不同进行检测和控制关键词：单片机、太阳能热水器、温控系统ABSTRACTAt present, the solar water heater controller a I so has been i n research and deveI opment stage, most of the market in the sale of the control ler only has the temperature and water level display, do not have the t empera ture of the water level corit rol func tion Alt hough some of the cont rol ler i s equipped with elec trie hea ting sys tem, but not a I I of the inteI I i gent type, and caused much inconvenienee to usersSolar SCM control system i s its water temperature and water level detection and control of the differentKeywords: Mi crocontroller, solar water heaters, temperature control system第一章•前言（绪论）1.1太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析目前，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II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，半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， 从而浪费人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n的太阳能热水 器是太阳能利用中最常见的一利|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、直流式和闷哂式半今社会发展口新月异，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，口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，他是绿色环保产站它使用简单、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晶的需求在人类文明程度口益提高的今 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⑸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；从系统相半于电热水器，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Z不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源随着世界 丄煤、油、气的储量F1益减少，能源危机己H益增长，环境污染的危机己威胁着 生态平衡，太阳能开发利用的课题己提到人类的面前有人预测：二十-•世纪太 阳能将由辅助能源JL升为主耍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小，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉 的产品，同吋给人民提供不耗能源、保护环境、绝対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JL述各种不见组装成-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〕00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H前全国己有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H前 世界JL推广最大的国家Z-,血且形成了规模，形成了特色的太阳能企业， 有小国太阳能协会为小心的学术小心，以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。

世界齐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，四澳大利亚己有25%的新住宅安装了 太阳能热水器FI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，H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 问题是半今世界各国面临的主要问题Z—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，最为卫生的 特点，在电费，液化气、煤气价格较高的地区，用户17年即收回投资，在这以 后提供的热水是免费的。

设计可以参考以下的几个意见：1・在设计民用建筑时，若此地区没有集小热水供应，可给用户安装太阳能热 水器，以提供热水，提高住房的档次，在设计时将冷、热水管线预埋，以平均每 套住宅建筑面积65平方计算，工程造价大约每平方米增加18-20元，2•设计工厂浴室吋，可考虑采用太阳能热水系统，每平方采光面积产热水 100升计算，100平方米太阳能热水系统可产热水10吨，每人每次标准用水40 升，可解决250人的洗浴用水作为工厂中低温工业热水，可根据半地各种各样 的不同条件予以特殊设计3. 作为工厂中低温工业热水，可根据半地各种各样的不同条件予以特殊设 计，太阳能热水器的推广应用及经济效益据不完全统计，迄今全国太阳能热水器 累计安装使用总量己达300万平方米以丄所以该控制器具有使用方便、性价比 高、工作可靠、精度高等特为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用第二章•设计思路及要求2.1本设计的目的和意义本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机 技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示本装置电路简 单、实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒冃可广泛应用于家 庭生活对太阳能热水器的水位显示与水温控制。

具有良好的市场前景2.2控制系统设计要求1、能够根据水位和水温两个条件控制是否需要进水，每次只进整个水箱的 四分之一水量，也可以在手动状态下自由进水（上满时自由停止）或停止进水2、 控制系统具有手动和自动切换功能；3、 具有水温和水位显示功能；4、 具有进水超水位和超水温报警指示；5、 用水时若水温达不到设置值时，可手动起动加热装置，这样可在很大程 度上节约电能；6、 用水时可自由调节水温；7、 控制系统具体管道排空功能，这样防止冬天时因水管内有积水而在夜间 冻裂水管2.3本设计实现思路及方法水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导 线）检测；并由四个绿色LED发光二极管显示：若无水则绿灯不亮；若有四分之 一储水箱的水亮一盏绿灯；通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取 5段显示，也可根据需要进行增减水温由四个LED数码管显示，前三个数码管显示的为温度最后一个数码管我 们只用到了四段码显示为温度的符号C,水温有效值最多可显示为99. 90\YV6自来水地漏淋喷头图3~1系统组成示辽图第三章•硬件设计3.1控制系统组成及工作原理系统纽成：如图3-1所示，本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制阀、 水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成控制器：主要通过里面的电磁阀控制YV1和YV2的通断，控制水温检测传感 器检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制电阻加热丝加 热。

自动控制阀：主要 通过控制器控制，为水 箱中的水的实际温度 大于所设置的温度吋， 自动阀就自动打开往 水箱中上水，直到上到 上一个H标水位为止 手动控制阀：半自动阀 损坏时，可以通过手动 阀进行上下水水位检测电极：主 要用来检测水箱中水 的位置，主要把水箱分 成四等分，一共有五个 电极，接地的电极放在 最水箱的最底下，其余 分别放在四等分点上， 比如当水箱中的水在 第一等分和第二等分 之间，则显示水箱中有 四分之一的水，当超过第二等分，则显示二分之一的水水温检测传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度太阳能热水器利用微机控制主要有以下儿种控制功能：晨水加热控制、温水 循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制1） 早晨水温控制由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用为了提供温度不 低于30摄氏度的水，热水器在清晨4-7点Z间对水箱进行电加热，具体控制过 程如下：首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1,然后微机开始进行水箱的温度采 集，同吋进行温度的比较，半水箱的温度小于30摄氏度吋，电热器D接通进行 加热，同吋微机继续对热水箱的温度进行采集。

半温度加热到大丁 30摄氏度时 电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定2） 循环水集热过程早晨水温控制Z后（7〜9点），设定半H的水箱温度N （由两位BCD次齿轮 开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达 到理想温度N具体控制过程如下：打开循环阀门F1,关闭冷水进水阀门F2,热水阀门F3处于空控状态然后 开始比较温度，若（T3-T1>5摄氏度，T2>T1）。