論文開題報(bào)告-韓超2

1、 . . 11/11畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文開 題 報(bào) 告課題名稱基于單片機(jī)的太陽能熱水器 智能控制器的設(shè)計(jì)系別 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班 電氣與其自動(dòng)化1003 姓名超 評分指導(dǎo)教師晶 華中科技大學(xué)武昌分校畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告撰寫要求1開題報(bào)告的主要容 1）課題設(shè)計(jì)的目的和意義； 2）課題設(shè)計(jì)的主要容； 3）設(shè)計(jì)方案； 4）實(shí)施計(jì)劃； 5）主要參考文獻(xiàn)：不少于5篇，其中外文文獻(xiàn)不少于1篇。2撰寫開題報(bào)告時(shí)，所選課題的課題名稱也不得多于25個(gè)漢字，課題設(shè)計(jì)份量要適當(dāng)，設(shè)計(jì)中必須是自己設(shè)計(jì)的容。3開題報(bào)告的字?jǐn)?shù)不少于2000字（藝術(shù)類專業(yè)不少于1000字），格式按華中科技大學(xué)武昌分校本科畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文撰寫規(guī)的

2、要求撰寫。4指導(dǎo)教師和責(zé)任單位必須審查簽字。5開題報(bào)告單獨(dú)裝訂，本附件為封面，后續(xù)表格請從網(wǎng)上下載并用A4紙打印后填寫。6此開題報(bào)告適用于全校各專業(yè)，部分特殊專業(yè)需要變更的，由所在系在基礎(chǔ)上提出調(diào)整方案，報(bào)學(xué)校審批后執(zhí)行。華中科技大學(xué)武昌分校學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名超學(xué) 號專業(yè)班級電氣1003班 系別機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院指導(dǎo)教師晶職稱 講師課題名稱 基于單片機(jī)的太陽能熱水器1 課題設(shè)計(jì)的目的和意義水在全球能源形勢緊、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢地位。太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢，成為關(guān)注

3、重點(diǎn)。在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也較光伏電池、太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。太陽能熱水器應(yīng)用較好的國家有西班牙、以色列、意大利、希臘、德國、荷蘭、澳大利亞、日本、美國等國家。一些國家利用太陽能熱水器除了提供家庭熱水外，還用于采暖、空調(diào)與泳池加熱等領(lǐng)域，其中美國的太陽能熱利用主要用于泳池加熱。太陽能熱水器已成為我國第一個(gè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可再生能源產(chǎn)業(yè)。自1998年起，中國就成為太能能熱水器第一大制造和消費(fèi)的市場，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)。目前，太陽能熱水器與電、燃?xì)鉄崴魅譄崴魇袌?，是可再生能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的第一個(gè)商業(yè)化的產(chǎn)品。2007年，我國太

4、陽能熱水器年產(chǎn)量達(dá)2340萬平方米，比2006年同期增長30%；總保有量達(dá)10800萬平方米，比2006年同期增長20%。市場銷售額約為320億元人民幣。目前太陽能熱水器已在我國城鄉(xiāng)開始推廣使用，主要供應(yīng)生活和洗浴熱水，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和應(yīng)用國。太陽能熱水器節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源替代，效果顯著。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，人們認(rèn)識到太陽能熱利用是投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)我國能源替代的一個(gè)好產(chǎn)業(yè)，國家也正大力扶持和支持，學(xué)校、賓館、飯店、洗浴中心紛紛建設(shè)太陽能洗浴系統(tǒng)，太陽能熱水器的市場存在擴(kuò)大空間。新農(nóng)村建設(shè)與建筑節(jié)能也為太陽能熱水器的應(yīng)用推廣帶來機(jī)遇。但是與之相配套

5、的太陽能熱水器控制系統(tǒng)卻一直處在研究與開發(fā)階段。市面上絕大多數(shù)的控制器結(jié)構(gòu)簡單，功能單一，智能化程度低下，用戶界面不人性化，只具有液位顯示功能，不具有溫度顯示功能。并且當(dāng)水位加到一定的程度的時(shí)候也沒有什么措施，只能通過手動(dòng)的方法來控制水位的高度。因此根據(jù)以上要求為核心，開發(fā)出一種太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，解決了目前市面上太陽能熱水器控制系統(tǒng)存在的問題2 課題設(shè)計(jì)的主要容2.1 太陽能熱水器的組成與工作原理圖2.1 熱水器裝置簡圖集熱器 2-下降水管3-循環(huán)水管4-補(bǔ)給水箱 5-上升水管6-自來水管7-熱水出水管熱水器主要由集熱器、循環(huán)管道和水箱等組成，圖中為典型的熱水器裝置圖。圖中集熱器1按最

6、佳傾角放置，下降水管2的一端與循環(huán)水箱3的下部相連，另一端與集熱器1的下集管接通。上升水管5與循環(huán)水箱3上部相連，另一端與集熱器1的上集管相接。補(bǔ)給水箱4供給循環(huán)水箱3所需的冷水。集熱器吸收太陽輻射后，集熱器溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水的比重減輕，便經(jīng)上升水管進(jìn)入循環(huán)水箱上部。而循環(huán)水箱下部的冷水比重較大，就由水箱下流到集熱器下方，在集熱器受熱后又上升。這樣不斷對流循環(huán)，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時(shí)，水溫不再升高。這種熱水利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱循環(huán)熱水器。集熱器是一種利用溫室效應(yīng)，將太陽能輻射轉(zhuǎn)換為熱能的裝置，該裝置與一般熱水交換器不一樣，熱交換器通

7、常只是液體到液體，或是液體到氣體的熱交換過程，而平板集熱器直接將太陽輻射傳給液體或氣體，是一個(gè)復(fù)雜的傳熱過程。平板型集熱器結(jié)構(gòu)形式很多，世界上已實(shí)用的集熱器就有直管式、瓦楞式、扁管式、鋁翼式等二十多種。2.2 主控芯片模塊電路設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)由AT89C52和一定功能的外圍電路組成，包括為單片機(jī)提供復(fù)位電壓的復(fù)位電路，提供系統(tǒng)頻率的晶振。這部分電路主要負(fù)責(zé)程序的存儲和運(yùn)行。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、諧振器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體可在1.2MHz12MHz之間任選，電容C1和C2的典型值在20pF100pF之間選擇，但在60pF70pF

8、時(shí)振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為30pF左右，但本電路采用30pF。AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。2.3 水位監(jiān)測模塊設(shè)計(jì)該模塊采用分段式水位傳感器，可以檢測到水箱里四個(gè)不同的水位， 在進(jìn)行水位檢測時(shí)，本設(shè)計(jì)用四個(gè)探針，用來顯示連接位置的邏輯狀態(tài)，亦即探針?biāo)谖恢玫碾娖綘顟B(tài)，本設(shè)計(jì)采用四個(gè)邏輯探針來檢測水位，2、4、6、8端口所在的探針分別檢測，所表示的水位依次為25%、50%、75%和100%，當(dāng)水位上升到探針?biāo)谖恢脮r(shí)，探針端的邏輯電平為邏輯“0”，當(dāng)探針?biāo)谖恢脹]有水時(shí)，探針端的邏輯電平為邏輯“1”。單片機(jī)通

9、過讀取所對應(yīng)的端口的邏輯電平，以與訪問存儲器的控制程序，在液晶顯示屏上顯示相應(yīng)的水位情況，通過上述的檢測，就可以與時(shí)的檢測到水箱中的水位情況，并在液晶顯示屏上清楚地顯示出水箱中的水位情況。 2.4 水溫檢測模塊電路設(shè)計(jì)基于DS18B20多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)以AT89C52為中心器件，以PROTEUS作為仿真軟件設(shè)計(jì)而成的。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(gè)IO口模擬DS18B20的時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS18B20，

10、并讀取溫度值，在部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點(diǎn)的溫度。在系統(tǒng)啟動(dòng)之時(shí)，可以通過44鍵盤設(shè)置各點(diǎn)溫度的上限值，當(dāng)某點(diǎn)溫度超過設(shè)置值時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了對各點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。每個(gè)DS18B20有自己的序列號，因此可以在一根總線上掛接了4個(gè)DS18B20，通過CRC校驗(yàn)，對各個(gè)DS18B20的ROM進(jìn)行尋址，地址符合的DS18B20才作出響應(yīng)，接收主機(jī)的命令，向主機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種DS18B20尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡單。2.5 自動(dòng)上水模塊設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)自動(dòng)上水模塊時(shí)，因?yàn)槠渥詣?dòng)上水的啟動(dòng)是與水位直接相關(guān)的，所以，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念是：在水位下降到25%以下時(shí)，就進(jìn)

11、行自動(dòng)上水操作，當(dāng)單片機(jī)讀取到PO.O口所在邏輯電平為邏輯“1”時(shí)，單片機(jī)通過部程序操作，使PO.4驅(qū)動(dòng)外圍的一個(gè)電磁閥，開始上水操。 2.6 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 本模塊的設(shè)計(jì)思路是：當(dāng)水箱中的水位低于25%時(shí)，單片機(jī)通過讀取P0.0端口的數(shù)據(jù)，啟動(dòng)報(bào)警程序，P2.0口來驅(qū)動(dòng)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，并且開始自動(dòng)上水的操作，當(dāng)水位高于25%后，進(jìn)行一個(gè)中斷操作，使報(bào)警器停止報(bào)警，但此時(shí)，自動(dòng)上水依舊進(jìn)行，當(dāng)水位達(dá)到規(guī)定上限或人為停止上水操作后，自動(dòng)上水停止。2.7 水位與水溫顯示模塊設(shè)計(jì) 在本模塊設(shè)計(jì)時(shí)，顯示屏選擇了1602液晶顯示屏，水位與水溫?cái)?shù)據(jù)分別通過邏輯探針和DS18B20來進(jìn)行采集，通過微控制器的分

12、析與相應(yīng)的程序來通過液晶顯示屏進(jìn)行顯示。 2.8 鍵盤模塊設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，總共設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵來完成一些操作，三個(gè)鍵的功能之間可以進(jìn)行相互切換，從而減少了按鍵的個(gè)數(shù)，三個(gè)功能鍵分別是水位調(diào)節(jié)/加水、上調(diào)/上水控制、下調(diào)/淋浴模式，以與一個(gè)功能指示燈。3 設(shè)計(jì)方案 該設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89C52 為核心，結(jié)合單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與液晶顯示器1602，設(shè)計(jì)一種數(shù)字化的太陽能熱水器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由主控芯片模塊、DS18B20 溫度檢測模塊、LCD 顯示模塊、水位檢測模塊、鍵盤控制模塊、報(bào)警模塊和電磁閥控制模塊組成。給出了各個(gè)模塊結(jié)構(gòu)與其工作原理、系統(tǒng)硬件原理圖、程序流程圖和部分源程

13、序。此系統(tǒng)解除了熱水器上水時(shí)需人工守候和過量溢水的問題，達(dá)到了省時(shí)、環(huán)保、節(jié)水的目的。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)械式控制系統(tǒng)相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等特點(diǎn)。 圖3.1 原理圖用單片機(jī)為核心控制器的電路。單片機(jī)電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，可靠性高，便于實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制功能。水位由設(shè)置在水箱的四個(gè)邏輯探針獲得的電信號檢測，通過單片機(jī)處理送達(dá)顯示電路顯示當(dāng)前水位。水溫檢測由單片機(jī)根據(jù)溫度傳感器（DS18B20）的操作指令和時(shí)序，讀取溫度，并送達(dá)顯示電路顯示當(dāng)前水溫。本設(shè)計(jì)用三個(gè)按鍵來控制上停水、水位上線設(shè)置和淋浴狀態(tài)的切換。用戶在使用熱水器后，當(dāng)水箱中水位下降到一定刻度值時(shí)，可通過人工使用按鍵的方法來控制電磁閥

14、立即上水，水位的最高限也可以由按鍵進(jìn)行自行設(shè)定。當(dāng)水位下降到最低水位刻度值時(shí)，單片機(jī)接受此信號開始執(zhí)行指令，報(bào)警器開始自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)上水。當(dāng)水位達(dá)到最高限時(shí)便給單片機(jī)發(fā)出中斷請求，此時(shí)電磁閥關(guān)閉，停止工作。若用戶在熱水不多的情況或陰天等時(shí)候進(jìn)行淋浴時(shí)，則可以通過按鍵選擇“淋浴”模式，在此模式下，當(dāng)水位下降到25%時(shí)，單片機(jī)接受此信號，進(jìn)行自動(dòng)上水和自動(dòng)加熱功能，直到水位達(dá)到75%，停止自動(dòng)上水，當(dāng)水溫達(dá)到50攝氏度時(shí)，加熱器也停止工作。當(dāng)系統(tǒng)檢測到上水指令執(zhí)行后，在三分鐘之水位無明顯變化時(shí)，自行啟動(dòng)電磁閥，進(jìn)行上水操作，以免上水失敗。在上水過程中，顯示器既可以顯示當(dāng)前水位，又可以顯示當(dāng)

15、期的水溫，不僅只管方便，而且精確度高，實(shí)用性強(qiáng)，此系統(tǒng)解決了熱水器上水需人守候和過量溢水的不足點(diǎn)，達(dá)到了省時(shí)、環(huán)保和節(jié)水的目的，以與獨(dú)特的功能切換，從而使整個(gè)熱水器更加的數(shù)字化人性化。統(tǒng)由主控芯片模塊AT89C52，溫度檢測模塊、水位檢測模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、自動(dòng)上水等模塊組成。4 實(shí)施計(jì)劃（1） 第 1-4 周 查閱資料，撰寫開題報(bào)告，翻譯外文資料。（2） 第 4 周 開題報(bào)告答辯。（3） 第 5-10 周 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論研究、方案設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)、工藝設(shè) 計(jì)、實(shí)驗(yàn)測試等。（4） 第 11 周 中期檢查。（5） 第11-13周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文并完成初稿。（6） 第14-15周 指導(dǎo)教師檢查、批改論文；修改論文，定稿。（7） 第 15 周 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯資格審查，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。5 主要參考文獻(xiàn)1 王書城.單片機(jī)在水溫控制中的應(yīng)用J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程.1999.11(28).62 徐鳳霞，成安.AT89C51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)J.大學(xué)學(xué)報(bào).2004.33 曉瑩主編. 傳感器與測試技術(shù)M.：高等教育,20044 章勇,官方勇.太陽能熱水器控制器研制仁J.電子測試,2008 (5):83-86.5 Keil Softwa