毕业设计（论文）开题报告-太阳能热水器上水控制系统--变换器部分.doc

淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：测控技术与仪器设计(论文)题目：太阳能热水器上水控制系统 变换器部分指 导 教 师:张处武2011年2月21日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述一、 选题的背景以及国内外发展状况将太阳能作为新的能源，在全球气候变暖的环境下，越来越受到各个国家的重视。最近世博会上，世博主题馆示意图建一座“太阳城”的梦想，正在中国馆等上海世博园区标志性建筑的屋顶上闪闪发光。除了屋顶，在园区道路两侧和世博村，各种各样的光伏发电装置将得到规模化应用。这不仅形象演绎着上海世博会科技、绿色的理念，也生动反映了中国应对气候变化、改善能源结构的努力。所以，研究太阳能产业的国内外发展状态，对发展趋势预测，具有现实意义。随着各国人民生活水平的提高，从城市到农村，太阳能热水器处处可见，嫣然成为每个家庭生活热水的依靠。目前，市场上有三类热水器，燃气热水器，电热水器以及运用最为广泛的太阳能热水器。众所周知，能源的消耗随着科技的进步也在不断的超负荷消耗着，燃气、电都需要用到不可再生的石油和煤炭资源，而太阳能则是取之不尽用之不竭的，因此，使用太阳能热水器不仅仅节省了生活开支也保护了生态环境。二、 选题的目的和意义在广泛的使用太阳能热水器的同时，我们又不得不考虑一些比较客观的问题，太阳能热水器有很多优点但是也存着在很多缺点。从热水产量方面来说太阳能热水器占了很大的优势，太阳能热水器按照年平均气温15.7、年日照时数2014小时、太阳总辐射总量年均为111.59千卡平方米计算，如果集热面积为2平方米，年吸收太阳辐射能量为9.37106千焦，按把水温升高35计算（基础水温10），全年可提供生活用热水（45）53.5吨，每人每次洗澡用热水约需50公斤，则全年可洗1070人次，平均每天可洗2.93人次。这是非常理想的计算，但实际情形往往是，夏天热水多得根本用不完，有时水甚至沸腾；冬天，阴冷天气时候，热水基本不够热，完全靠辅助电加热器工作来加热才能够获得热水。目前太阳能热水器在设计上面仍然存在着很多的不足，比如，很多老式的太阳能热水器在上水之后不能自动控制阀门关闭，要人为的控制上水阀门使自来水管停止上水，毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告因而造成让水资源白白的流失，造成了不必要的浪费。特别是夏天的时候，热水器的集热管收到太阳光的曝晒，假如这时候上水，集热管就会发生爆裂，损坏热水器。所以我们需要将现有的太阳能热水器上水控制部分进行改进，达到按时上水，水满自动关阀的目的。三、 变换器部分设计方案1.传感器选择电容式传感器 电容式水位传感器是依据电容原理而制作，采用两块耐腐蚀金属电极吸附于太阳能热水器溢出管的内侧作为感应体，水作为电容的介质。根据电容的计算我们可以得出，当有水从溢出管流出的时候，电容传感器的电容值大概是没有水从溢出管流出时电容值的80多倍，因此可以利用这个特性来完成对信号的检测。控制系统通过检测电容量的大小变化来判断溢水管是否有水流出。具有结构合理、动态范围大、分辨率高，无密封防水要求、不受水质水垢影响、无使用寿命周期等优点。2.测量电路 2.1 电桥电路 在较低工作频率下常采用电桥电路即ac桥路法实现电容变化的精确测量。ac电桥电容测量电路，其原理是将被测电容放在一个桥臂（亦可有漏导)可调的参考阻抗放在相邻的邻一个桥臂，二桥臂分别接到频率相同、幅值相同的信号源上，调节参考阻抗使桥路平衡，则被测桥臂中的阻抗与参考阻抗共轭相等。这种电路的主要优点是：精度高，适合作精密电容测量，可以做到高snr（信噪比）。其缺点主是：不具备自动平衡措施，构成较复杂。2.2 调频电路 将电容式传感器接入高频振荡器的lc谐振回路中，作为回路的一部分，当被测量使电容发生变化时，就使振荡频率产生相应变化。由于振荡器的频率受电容传感器的电容调制，故称调频电路。 调频电路的灵敏度较高，可测至0.01m级位移变化；频率输出易于得到数字输出而不需用a/d转换器；能获得高电平直流信号，抗干扰能力强，可以发送、接受实现遥测遥控。但调频电路的频率受温度和电缆电容影响较大，需采取稳频措施，电路较为复杂，频率稳定度也不可能很高，因此实现比较困难。2.3差动脉冲调宽电路 差动脉冲调宽电路也称为脉冲调制电路，它是利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随电容式传感器的电容量变化而变化，然后通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号。 差动脉冲调宽电路与电桥电路相比，只采用直流电源，无需振荡器，也就不存在对载波波形纯度等的要求。输出信号一般为100khz1mhz的矩形波，只要配置一个低通滤波器就能得到直流信号，对矩形波的纯度要求不高，也不需要相敏检波器，从而避免了伴随而来的线性问题。虽然对直流电源的电压稳定度要求比较高，但对高稳定度的稳频稳幅交流电源易于做到。 参考文献：1 王仙娟,孙平. 基于单片机的太阳能热水器智能仪j. 仪表技术, 2005,(01)2 孙汉忠. 实用太阳能热水器贮水箱水位水温测量变送器j. 传感器技术, 2001,(03)3 方建淳. 8098单片机原理与应用技术m.天津:天津科学技术出版社, 1990.4 余永权,汪明慧,黄英. 单片机在控制系统中的应用m.北京:北京航空航天大学出版社, 2003.5 李恩林,陈斌生. 微机接口技术300例m.北京:机械工业出版社, 2003.6 张震生. 基于单片机的测试系统的研究与实现d. 南京航空航天大学, 2002 .7 张道德,张铮,杨光友. 水位温度测量j. 电子测量技术, 2005,(02) .8 张进明,王虹. 一种单片机温度测量仪j. 工业仪表与自动化装置, 1999,(02) .9 骆阳. 具有抗干扰性能的单片机智能仪表的设计j. 电测与仪表, 2002,(03)10 徐文武,蔡本晓. 基于电容传感器的太阳能热水器水位检测系统j.电子与封装2009,9(7).11 张榜英. 基于at89s52单片机的太阳能热水器控制系统设计j.吉首大学学报,2010,(03).12 王俊杰. 基于89c51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计j. 郑州轻工业学院学报（自然科学版）,2005,(08).13 马敏,孙寅冲,张炜宇. 太阳能热水器控制器的设计j.科技风，2003.14 宋文绪，杨帆.传感器与检测技术m.高等教育出版社，2004. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）一、课题需要研究和解决的问题本课题要研究采用什么方式来判断溢出管有水流出，需要解决利用最合适的传感器以及测量电路来将管中有水时的电容信号转化为电信号，通过单片机处理来控制定时上水，水满自动关阀的问题。二、拟采用的研究手段本设计检测水位采用电容式水位传感器，测量电路采用差动脉冲调宽电路。在太阳能热水器的溢出管外安装两个耐腐蚀的金属极片，使其形成平行极板式电容器，然后在溢出管旁边另设置一个参考电容与其相对应。根据c=a/d, 为介电常数，a为平行板电容器极板覆盖的面积，d为两极板间的距离，水的介电常数大概是空气的80倍，因此电容的瞬间变化量是很明显的。将两个电容置于脉冲调制电路中，设参考电容为固定值c1，溢出管上的电容为可变电容c2，当水没有满时，即溢出管电容和c1的电容值相等，根据计算公式可以知道电路输出电压为0；当水满，有水从溢出管流出时，溢出管上的电容值就会改变，根据计算公式可以得出输出的直流电压与传感器两电容差值成正比，因此，根据电压的改变可以判断出是否有水溢出，进而得到太阳能热水器上水已满的结论。三、原理框图 电容传感器差动脉冲调宽电路低通滤波器 水位信号采集系统设计原理框图 上述框图所示就是太阳能热水器上水控制系统变换器部分设计原理框图。在设计中差动脉冲调宽电路利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化。通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号。 差动脉冲调宽电路采用直流