热水器智能控制系统设计.doc

学校代码： 10128学 号：科研训练开题报告题 目： 热水器智能控制系统设计学生姓名： 学 院： 机械学院班 级： 指导教师：成 绩： 年12 月 31 日1.选题的目的和意义1.1 选题的目的及来源1.1.1 选题的目的 在能源危机和环境污染的双重压力下，太阳能作为一种取之不尽且无污染的能源，已成为当前国际能源开发利用领域中的新热点。太阳能热水器在太阳能热利用领域中，技术最成熟、应用最广泛、产业化进程最迅速的部分。所以，太阳能热水器是目前节约煤、电等常规能源且无污染的常用家庭设备之一。目前，太阳能热水器控制器种类繁多，但其都具有一个共同的缺点，即：目前家用太阳能功能单一、操作复杂、控制不方便等特点，如现在的家用太阳能热水器只具有温度和液位显示功能，不具有温度控制功能，当由于天气原因而光线不足时，就会给热水器用户带来不便。因此，本课题的目的主要是通过自己的一番学习与查看资料，了解太阳能热水器的工作原理、开发前景，解决太阳热水器的上述不足。1.1.2 研究来源：工大阳光 1.2 课题研究意义1.2.1 研究现状及发展趋势 中国太阳能热水器产业的发展历程可以追溯到二十世纪七十年代后期。经过多年的发展，中国太阳热水器产业已形成较为完整的产业化体系。从原材料加工、热水器产品制造到营销服务、综合配套协调发展。2000年，分体式太阳能热水器逐渐开始面世，太阳能与建筑一体化也成为了行业的热点；太阳能不再局限于提供家庭热水，还将为现有的采暖、制冷设备提供了高温辅助能源，通过了技术上的开发研究，太阳能热水器功能日趋完善，整机实现自动防冻、自动上水、电辅助加热、水温水位显示、安全自检等全套功能，引领太阳能热水器全面进入数字化时代。无论从产值还是保有量都已成为名副其实的太阳能热水器生产和应用大国。2007年，中国太阳能热水器产量的增长速度约为30%，年产量达2340万m2，总保有量约为10800万m2。2007年，太阳能热水器市场销售额约为320亿元人民币，产值亿元人民币以上的企业有20多家。太阳能热水器的出口额增长约为28%，6500万美元左右，产品出口欧洲、美洲、非洲、东南亚等50多个国家和地区。目前从能源供应安全和清洁利用的角度出发，世界各国正把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。欧盟、日本和美国把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面。预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10%以上，2050年达到20%以上。大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中将占有一席之地。 1.2.2 研究的主要内容 根据太阳能热水器对控制系统的要求，以AT89S52单片机为中心控制单元，本文设计了一种基于单片机AT89S52为核心，利用脉冲驱动电磁阀的太阳能热水器控制系统，实现对太阳能热水器的温度、水位、上水和停水的自动控制。该系统具有操作简单、价格低廉的优势，同时能极大地延长电磁阀的使用寿命，可提高系统的绿色环保性能。系统主要功能：具有实时水温检测和显示功能，用于测量和显示当前水箱中水的温度；具有设定温度的显示功能，用于显示当前水箱中的最高水温控制，使水箱中的水温基本控制在设定温度的附近，通过按钮可以改变设定温度值；具有当前电磁阀的状态指示功能，用于表示当前电磁阀是处于上水还是停水状态；具有最高水位控制功能，当水位已经达到最高限定位置时，无论水温如何，均不允许打开电磁阀上水。2.研究方案2.1 方案确定 采用温度传感器DS18B20，它是由美国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器，它支持“一线总线”接口的温度传感器，全部传感元件及转化电路集成在形如一只三极管的集成电路内。我们可以采用DS18B20采集温度，在进行温度数值转化，再在显示电路上显示。 外围电路简单，只需通过DS18B20进行接收温度，一个显示电路，报警电路，软件部分只需要采集温度，对温度进行转化，再用显示电路将其显示出来。很明显，环境对DS18B20影响不会很大，同时，DS18B20的测量精度稳定并可用软件设置、接线简单，大大的为单片机节省数据口。测温范围-55125，分辨率最大可达0.625。DS18B20可以直接读出被测温度值。采用三线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。2.2 技术关键 2.2.1 技术关键2.2.1.1系统的硬件设计为了实现利用脉冲控制上水和停水的功能，电磁阀上水或停水状态的维持是靠自来水的压力来实现的，而上水或停水动作的转换是依靠电磁阀左边线圈或右边线圈的通电来完成的。当密封圈处于密封状态时，若需要上水，只需要给左边线圈通电一个瞬间(该系统设定的通电时间为05s，时间的计算可以利用牛顿定律)，磁力把衔铁吸向右边，在阀门利用温差是逐渐下降的。当中间压力为1800Pa时，系统的可利用热源温差为3217，当中间压力上升为3400Pa时，系统的可利用热源温差就下降到了20。新型太阳能吸收式制冷循环的中间压力和中间浓度对该系统的热力系数和热源可利用温差有很大的影响。随着中间压力或中间浓度的增加，系统的热力系数是逐渐增加的，但不会无限制地增大，会受到冷凝压力或低压发生器的出口浓度的影响。同时，随着中间压力的增加，系统的热源可利用温差是逐渐减小的，这是因为，根据压力、温度、浓度三者间的关系，中间压力增加，必然会引起中间温度的增加，从而提高可利用的热源温度。新型太阳能吸收式制冷循环的热力系数明显高于传统的两级吸收式制冷循环，是一套节能经济环保的新型太阳能空调系统。2.2.1.2系统软件设计 主程序设计：它的主要功能是完成主程序的主要功能是完成系统初始化，开辟显示缓冲区，检测是否到最高水位，以及完成设定温度，比较设定温度和测量温度的大小，并根据结果控制继电器输出，完成上水和停水动作等。中断程序设计：中断程序包括两部分，其一是显示中断服务程序，显示中断服务程序的功能把显示缓冲区的设定温度值和实际测量的温度值经过译码转换成LED显示字形码，并送到各自的显示位码上进行显示输出。为了获得稳定的显示效果，系统设定每2ms显示刷新一次。其二是温度检测中断服务程序，其功能有：(1)向DSl8820发出温度转换开始命令，然后等待DSl8820返回就绪信号，当CPU收到就绪信号后，才进行后续动作；(2)读取测量温度的低八位数据并保存到指定区域，等待转换；(3)读取测量温度的高八位数据并保存到指定区域，等待转换。2.2.1.3 温度传感器 DSl8820 它适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V；独特的单线接口方式，DSl8820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DSl8820的双向通讯；DSl8820支持多点组网功能，多个DSl8820可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温，测温范围：-55+125，在-10+85时精度为0.5；可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625，可实现高精度测温；在9位分辨率最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；测量结果直接输出温度数字信号，以“一线总线”串行传给CPU，同时可传递CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；负压特性。2.2.2 试验条件及存在的问题 系统调试包括硬件调试和软件调试，其中以软件调试为主。硬件调试比较简单，首先检查电路的焊接是否正确，然后用万用表测试，并通电检测。田5温度检测中断服务程序软件调试过程较为复杂，在调试过程中，先编写了显示程序并对硬件部分的正确性进行检测，检测无误后，然后又分别对主程序、显示中断服务程序和读取温度中断服务程序进行综合调试，确保能够实现预定功能。由于DSl8820与单片机采用串行数据传送，因此，对DSl8820进行读写编程时必须严格地保证读写时序，否则将无法读出测量结果。软件调试到能显示温度值，而且在温度有变化时(如用手去接触DSl8820)显示温度也能随时变化，说明系统的软、硬件能正常工作。2.3 预期达到的目的 该太阳能热水器智能控制系统主要由AT89S52单片机控制、DSl8820温度传单器、独立键盘、LED数码管和报警系统组成。该系统能测量并显示水温、是指水温范围，若水温不处于所设置的水温范围则报警。同时还能对水位进行设置及加水，先设置好需要加水的水位数，单片机会根据这个数进行判断是否加水。 3.研究计划进度进度安排：第一阶段：图书馆找资料第二阶段：网上找资料第三阶段：外出调研第四阶段：设计总体框架，整理研究内容第五阶段：撰写论文 参考文献1 尹国柱，周凤婵智能型太阳热水器控制系统设计J 节能，201029(7)2 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（自然科学版），201031(2)3 舒易茂，李斌基于89C52单片机的太阳能热水器智能控制系统J. 科技信息，2010(9) 4 张景文，王震宏，高为浪，李桂花基于单片机的太阳能热水器智能控制系统J. 西华大学学报（自然科学版），200827(5)5 王福源，王玮，侯均衡智能型热水器的控制系统设计：中国自动化学会中南六省(区)第20届学术年会C，中国自动化学会，2007年10月01日6 郑晓光，付雄，莫德欠，王建平智能新型太阳能热器M.武汉：现代商贸工业出版社，20107 郑晓光，付雄，莫德欠，王建平智能新型太阳能热器控制系统设计M .武汉：现代商贸工业出版社，2010-07-0198 李敏国内太阳能热水器建筑一体化研究概况D.内蒙古：内蒙古大学毕业论文. 2010.099 谢连斌家用太阳能热水器只能控制系统工程D .内蒙古：内蒙古大学硕士学位论文. 2010.0910马兵，张玉明我国太阳能热水器中小企业竞争战略研究 D.山东：山东大学说书学位论文. 2009-11-2511 陈吉业，唐亚楠太阳能热水器前途无量 外置水位控阀锦上添花N.中国信息报，2009-12-28（004）12 王默晗，姚易先，郝红宇浅谈太阳能制冷技术的发展及应用J制冷与空调2007，(1)：10010313GAHondes，SATassou，SAKalogi