基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課 題 基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制 系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院（系） 專 業(yè) 年 級 學(xué) 號 姓 名 導(dǎo) 師 定稿日期： 20 年 月 日3基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要: 當(dāng)今社會資源日益緊張，環(huán)境污染愈加嚴(yán)重的情況下下,太陽能熱水器與傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴骱碗姛崴飨啾扔兄鵁o比的優(yōu)越性，太陽能熱水器的控制系統(tǒng)也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展正在朝著智能化的方向發(fā)展。本課題是以mcs-51系列單片at89s52為核心，并采用12864液晶顯示模塊，傳感器溫度采集模塊，鍵盤，水位采集模塊水溫采集模塊等，實現(xiàn)對太陽能熱水器水位和水溫的測量與控制和報警，做到既能手動操作，又能單片機(jī)控制，

2、從而很好的解決太陽能熱水器使用過程中易受季節(jié)、氣候影響、浪費(fèi)水資源等缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：單片機(jī);太陽能;熱水器;控制系統(tǒng);1.文獻(xiàn)綜述太陽能是一種古老能源,也是一種安全、潔凈、價廉、無污染的綠色能源。在傳統(tǒng)化石燃料日趨枯竭的今天,太陽能作為新能源的一種,在多元化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占有重要地位,正越來越受到人們的重視1。 隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，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（如光電池

3、）。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。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?，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。太陽能熱水器順呼時代發(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。新建商住樓安裝熱水器，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。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

4、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2。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。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。2. 選題背景及

5、其意義隨著全球人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長，能源使用帶來的環(huán)境問題及其誘因逐漸為人所認(rèn)識，“低碳經(jīng)濟(jì)”這一概念開始進(jìn)入人們的視野。人們在大力發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)。太陽能具有：儲量的“無限性。太陽能對于地球上的絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染。鑒于此，太陽能必將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中擔(dān)綱重任，成為理想的替代能源。在世界范圍內(nèi)，太陽能熱水器技術(shù)已經(jīng)很成熟，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不斷的沖擊電熱水器市場和燃?xì)鉄崴魇袌?。目前，中國已成世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國總和。但是與之相配套的太陽能熱水器控制系統(tǒng)卻一直處于研究和開發(fā)階段。目前市場上太陽能

6、熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問題, 很多控制器只具有溫度和水位顯示功能, 不具有溫度控制功能，即使熱水器具有輔助加熱功能, 也可能由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒, 從而浪費(fèi)電能4。本課題設(shè)計的太陽能熱水器控制系統(tǒng)以mcs-51單片機(jī)為檢測控制中心單元, 采用ds1302實鐘,不僅實現(xiàn)了時間、溫度和水位三種參數(shù)實時顯示功能, 而且具有時間設(shè)定、溫度設(shè)定與控制功能?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置(電加熱器)使蓄水箱內(nèi)的水溫達(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?？刂破骱鸵酝@示儀相比具有性價比高、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),

7、對提高我國太陽能應(yīng)用領(lǐng)域控制水平, 具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益5，9 。3. 研究內(nèi)容3.1基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的總體設(shè)計本課題設(shè)計的基于單片機(jī)的太陽能熱水器在軟件程序的控制下完成時間、溫度和水位的實時顯示功能，并能完成時間設(shè)定、溫度設(shè)定等功能，具體實現(xiàn)的功能目標(biāo)為：1) 掌握太陽能熱水器的工作原理及實現(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)定和時間的控制；5) 報警； 3.2 基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.2.1本次設(shè)計是以at89s52單片機(jī)為核心的系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖3-1：

8、鍵盤輸入模塊數(shù)據(jù)處理模塊msc-51系列單片機(jī)12864顯示模塊光敏電阻測量光照強(qiáng)度模塊電加熱模塊時鐘模塊溫度采集模塊水位采集模塊報警模塊 圖3-1 系統(tǒng)原理框圖3.2.2單片機(jī)控制系統(tǒng)：at89s52單片機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) at89s52是mcs- 51單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計，由美國atmel公司生產(chǎn)的高性能八位單片機(jī)。內(nèi)置2kbeprom的20腳at89c2051以及內(nèi)置1kbeprom的20腳at89c1051。at89s52是一種低損耗、高性能、cmos八位微處理器，片內(nèi)有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程度存儲器，能重復(fù)寫入擦除解1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與mcs-51系列單片機(jī)

9、在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替mcs-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多mcs-51系列產(chǎn)品沒有的功能。at89s52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4kb，四個i/o口全部提供給用戶。可用5v電壓編程，而且擦寫時間僅需10ms，僅為87c51的擦除時間的百分之一，與87c51的12v電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬2. 7v6v，全靜態(tài)工作，工作頻率寬，在0hz24mhz內(nèi)，比8751及87c51等51系列的6mhz12mhz更具有靈活性，系統(tǒng)

10、能快能慢。at89s52芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外，at89s52還具有mcs51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。1288位內(nèi)部ram，32位雙向輸入輸出線，兩個十六位定時/計時器，5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等10。3.2.3 鍵盤及12864顯示模塊本系統(tǒng)可以通過鍵盤來設(shè)置和調(diào)整實時時鐘及溫度，并且12864顯示模塊可以更直觀的顯示時間以及水溫。3.2.4 實時時鐘模塊 本系統(tǒng)采用實時時鐘ds1302芯片進(jìn)行實時時間顯示及加熱時間設(shè)置，由于時鐘芯片的精度較單片機(jī)內(nèi)部定時器的要高并且通過時鐘模塊設(shè)置熱

11、水器定時加熱的時間。3.2.5溫度采集模塊采用ds18b20溫度傳感器。ds18b20是智能溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接收主機(jī)發(fā)送的命令，根據(jù)ds18b20內(nèi)部的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機(jī)。主機(jī)按照通信協(xié)議用一個io口模擬ds18b20的時序，發(fā)送命令（初始化命令、rom命令、功能命令）給ds18b20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用12864模塊顯示各點(diǎn)的溫度11。3.2.6水位采集模塊采用水位檢測電極，將水箱分為四等分，通過5個水位檢測電極進(jìn)行檢測，接地的電極放在水箱最底下，其余4個按四等分分別放取。如此根據(jù)在相應(yīng)等分點(diǎn)檢測到的水

12、位信息判斷水箱中的水位,并通過采用led數(shù)碼管顯示水位。3.2.7電加熱模塊 當(dāng)室外光強(qiáng)不足（陰天、下雨）時，對水箱的水提前加熱是很必要的，本系統(tǒng)將電加熱模塊與單片機(jī)i/o口接上，由鍵盤設(shè)定需加熱的設(shè)定值，并由紅黃綠三色的led，紅黃綠用數(shù)碼管顯示。3.2.8報警模塊本設(shè)計里，我們采用有源蜂鳴器，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以至于單片機(jī)的i/o 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，我們使用三極管來放大電流，驅(qū)動蜂鳴器，此模塊只要通過bell（連接到到單片機(jī)p2.7）輸入的pwm波既可以使蜂鳴器分出聲音，我們的設(shè)計可以在鬧鐘定時中作為聲音提醒信號。 3.2.9光敏電阻測量光照強(qiáng)度模

13、塊本設(shè)計選用光敏來對光照強(qiáng)度進(jìn)行測量，獲取光能。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器，入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。3.3主程序流程圖主程序系統(tǒng)初始化漏電嗎？ yn讀取鍵盤狀態(tài)所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷點(diǎn)讀取水溫，水位報警模塊工作，報警調(diào)取控制子程序圖3-2主程序流程圖 3.4系統(tǒng)的軟件設(shè)計本課題采用c語言編程實現(xiàn)對太陽能熱水器水位及水溫的控制，并用keil c51進(jìn)行軟件的調(diào)試。4.工作特色及其難點(diǎn)，擬采取的解決措施4.1工作特色及難點(diǎn)：隨著單片機(jī)及太陽能熱水器的普及和完善，兩者相結(jié)合的智能控制系統(tǒng)發(fā)展會越來越迅速，并且其技術(shù)會更加人性化，具體化。本次設(shè)

14、計課題的太陽能熱水器控制系統(tǒng)特點(diǎn)如下：1.成本低廉， 節(jié)能降耗，安全環(huán)保，易于推廣。2.采用的都是已經(jīng)發(fā)展成熟的芯片及模塊，其可靠性，普及性都是優(yōu)良的。但本次設(shè)計還是具有相當(dāng)多的難點(diǎn)有待處理：1.在軟件程序的控制下如何實現(xiàn)時間、溫度和水位的實時顯示功能，并實現(xiàn)時間設(shè)定、水溫設(shè)定等功能。2.整個系統(tǒng)共分為主程序、鍵盤掃描、顯示、溫度水位采集、時鐘和電加熱等模塊，各個模塊的功能如何編程實現(xiàn)。4.2 擬采取的解決措施（1） 查找相關(guān)資料，做到在完全了解的基礎(chǔ)上進(jìn)行使用。（2） 查找c語言書籍和單片機(jī)書籍，多加仿真與調(diào)試。（3） 大量查閱相應(yīng)參考文獻(xiàn)，閱讀書籍，增加知識貯備。多與指導(dǎo)老師和同學(xué)進(jìn)行交流

15、、溝通，多學(xué)多問。5.論文工作量及預(yù)期進(jìn)度2012年12月 2013年02月：收集資料，確定設(shè)計系統(tǒng)總體方案，翻譯有關(guān)外文資料及文獻(xiàn)，撰寫開題報告，準(zhǔn)備開題答辯。2013年02月 2013年03月：購買實驗元器件，完成硬件系統(tǒng)的設(shè)計及焊接。2013年03月 2013年04月：完成軟件編程及軟硬件調(diào)試。 2013年05月 2013年06月：畢業(yè)論文的撰寫，畢業(yè)答辯。6. 預(yù)期成果及其可能的創(chuàng)新點(diǎn) 預(yù)期成果：順利完成硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并模擬仿真。 可能的創(chuàng)新點(diǎn)：在現(xiàn)有的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以優(yōu)化，并降低控制系統(tǒng)的成本，更好的達(dá)到節(jié)能減排的效果，符合當(dāng)今社會對新能源的開發(fā)利用及對環(huán)境保護(hù)

16、政策的要求。參考文獻(xiàn)1 周善元.取之不盡,用之不竭的潔凈能源太陽能j.江西能源，2000年04期2 劉福才，劉豐，劉立偉 .avr單片機(jī)在太陽能熱水器智能控制器中的應(yīng)用j.微計算機(jī)信息，1999年04期3 王俊杰，基于89c51單片機(jī)的太陽能熱水器只能控制器的設(shè)計j.鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2005（8）：67-684 劉小俊,黃鴻谞.基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計j. plc&fa,20095 張景文,王震宏,高為浪,李桂花.基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)j.西華大學(xué)學(xué)報( 自然科學(xué)版)，第27卷第5 期6 劉文濤.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實例m.北京：清華大學(xué)出版社，200

17、5.7 童詩白,華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m 高等教育出版社，2000.8 宋彩利，孫友倉，吳宏岐.單片機(jī)原理與c51編程m.西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.9 胥飛,戴 曄,盛純.基于單片機(jī)的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)j.上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報，第13卷第6期10 張毅剛，彭喜元，姜守達(dá)，喬立巖.mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，200311胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)m.北京:清華大學(xué)出版社,199612馮海濤，馬炳波，朱文峰.全自動熱水器漏電保護(hù)電路分析j.家用電器，2002年第6期13馬云峰，馬海峰，陳子夫.基于單片機(jī)的太陽能熱水器輔助控制系統(tǒng)j.電子世界，2002年第1期14李云陽.基于單片機(jī)的太陽能熱水器模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計j.農(nóng)機(jī)使用與維修，2012 年第5 期15楊永剛.太陽能熱水器控制電路的設(shè)計j.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012年第11卷第14期指導(dǎo)教師意見 該生資料準(zhǔn)備充分，開題報告中心內(nèi)容論述詳實，有較強(qiáng)的實踐動手能力和綜合分析能力。選題有實用價值，設(shè)計方案可行，時間安排合理符合開題條件，同意開題。 導(dǎo)師簽名： 年 月 日8開題報告答辯評議表評議小組意見1、論文選題：有理論意義；有工程背景；有實用價值 意義不大