基于单片机的太阳能热水器控制系统的设计毕业设计(论文)

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太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应
用，在介绍太阳能、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方
案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于单片机的太阳能热水
) ~" t0 Q" k/ d" e0 r5 ]器智能控制器的设计方法，给出了系统硬件设计及软件实现方法。全文分三大部分。第一
部分包括第一章，描述太阳能的利用和前景发展状况。第二部分包括第二章，描述太阳能
系统组成及工作原理。第三部分包括第三、四章硬件设计及电路原理和软件设计，分别介
绍了一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理，这也是此款太阳能热水器的理
8 C0 S4 |* M1 K2 U, F论基础和必要前提。

第1 章绪论
% Z6 c4 |8 k$ x# v1.1 太阳能热水器的发展背景及意义
目前，中国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，当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
7 t5 A* m( \3 r2 R. {; }) Z辅助加热功能，由于加热时间不能控制而浪费大量的电能。温度控制采用模糊控制，控制
3 J6 A# s( k# P% U8 E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 小时供应热水的目的。太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，
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。它主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式
5 x+ o/ z' K5 k$ ^! g) P和闷晒式。
太阳能热水器环保、无污染，人们用着安全放心。利用太阳的能源，大量节约现有的
% L9 R6 ]6 g: T5 w+ w能源，是以后能源发展的趋势。原有的燃气热水器和电热水器虽然加热速度比较快，但是
所用的煤和气都会对环境造成一定的污染，而且会使室内的空气变得不清新，电热水器的
0 G0 P5 G( C3 h4 s) _6 M功率较大，对长期使用的一般家庭来说必定会带来一定的经济困难， 是一笔相当大的开销。
  R5 x6 z9 X6 Q, q% q4 u8 [+ K太阳能热水器安全、环保、经济，带有辅助加热功能的热水器可在全年的任何时候使用，
! D, @' B$ n- d1 k! I4 x6 ?: R: W& C0 I设计一个控制器来帮助人们了解水的温度和热水器中水位的高低，使人们清楚的使用。
先前国内外大多数家庭使用的太阳能热水器只是纯粹的太阳能加热问题，还没有其他
5 j3 {. v, V& p' D/ ?  x4 K+ F; m的智能控制方面，在没有太阳的天气中没有足够的能源使水箱中的水加到最热。其次对太
8 r5 k- X4 O+ k2 N, ~阳能热水器中的水位没有记录，使人们不能及时知道水箱中的水量，以便补充，缺乏自动
性。如今大多数的家庭太阳能都装有水位监测和水温测量、显示的功能，使用更加方便。
近年来，利用太阳能和其它能源的结合，使得太阳能热水器更加的完善，在任何天气情况
下都能使用到热水。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；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。
+ h. Q5 g1 J% U0 ?3 ?6 r$ Q) Y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
4 `6 r' _" ?' J! L' M6 X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。
当今社会发展日新月异，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
5 \: w2 W% R2 K! I及燃气型的不安全性， 且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，
! O0 I) p( @5 Q9 j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
保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺着时代发展的要求，满足人们对环保绿色产
6 Z7 A0 g, \! ^0 E品的需求。在人类文明程度日益提高的今天， 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需用量很大。
, V- u' \) |+ w$ S众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、石
+ n0 V: B  J" `' V1 H/ c/ r- _& A油、天然气的存储量日益减少， 能源危机已日益增长， 环境污染的危机已威胁着生态平衡，
+ E$ e; V0 n+ C5 u: ~  {. a太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人预测：二十一世纪太阳能将由辅助能源上
" x7 @- E6 }+ _6 n: T升为主要能源。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，因而尚未被人们大规模使用。
* q8 ?  f7 b1 a  I: r" d在太阳能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同
& u, ?3 W5 }8 N' j, P. K时给人民提供低耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢迎。世界各国的太阳
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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
# E) A( r: a" A& Y阳能热水器， 已经有25％的新住宅安装了太阳能热水器。日本现在每年安装太阳能热水器
$ y& X4 }2 a6 I: @1 M. \近50 万台，计划今后普及率更高。有些国家法令规定所有新建筑物必须配备太阳能热水
器。
! X( _- `: t7 t- I, H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
$ p* G: |' }) m: `9 t% t( t使用总量已达到300 万平方米以上。所以该控制器具有使用方便、性价比高、工作可靠、
: k6 V' I- f9 N! l) C" S精度高等特点，为太阳能热水器的进一步推广具有积极的推动作用。
# p+ g( R, a0 Q+ J" G% r- R本设计主要利用单片机为核心，选择热敏电阻NTC10K ，将检测的模拟信号经过A/D
转换后送入单片机处理。通过LED 数码管来显示温度和水位。要经过几部分的设计来完成：
6 [6 y$ }. T  W* [4 ]6 x0 {（1）LED 数码管显示部分设计
8 }, m1 }- J* _（2）A/D 转换部分设计
（3）温度采集部分设计
+ v2 I- m( `; ^- y" ?（4）控制加热和上水电路设计
从系统需要和研究内容可以看出，本设计需要做的主要工作有：查阅相关资料，了解
9 B5 |% E4 S1 O! s( Z% ^, D: R9 B各部分功能原理。查阅元器件资料，掌握器件工作原理和硬件实现方法。
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