论文开题报告韩超2.doc

毕业设计/论文开 题 报 告课 题 名 称 基于单片机的太阳能热水器 智能控制器的设计 系 别 机电与自动化学院 专 业 班 电气及其自动化1003 姓 名 韩超 评 分 指 导 教 师 刘晶 华中科技大学武昌分校毕业设计开题报告撰写要求1开题报告的主要内容 1）课题设计的目的和意义； 2）课题设计的主要内容； 3）设计方案； 4）实施计划； 5）主要参考文献：不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。2撰写开题报告时，所选课题的课题名称也不得多于25个汉字，课题设计份量要适当，设计中必须是自己设计的内容。3开题报告的字数不少于2000字（艺术类专业不少于1000字），格式按华中科技大学武昌分校本科毕业设计/论文撰写规范的要求撰写。4指导教师和责任单位必须审查签字。5开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并用A4纸打印后填写。6此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在系在基础上提出调整方案，报学校审批后执行。华中科技大学武昌分校学毕业设计开题报告学 生 姓 名韩超学 号20101131102专业班级电气1003班 系别机电与自动化学院指导教师 刘晶职称 讲师课题名称 基于单片机的太阳能热水器1 课题设计的目的和意义水在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。太阳能热水器应用较好的国家有西班牙、以色列、意大利、希腊、德国、荷兰、澳大利亚、日本、美国等国家。一些国家利用太阳能热水器除了提供家庭热水外，还用于采暖、空调及泳池加热等领域，其中美国的太阳能热利用主要用于泳池加热。太阳能热水器已成为我国第一个实现商业化的可再生能源产业。自1998年起，中国就成为太能能热水器第一大制造和消费的市场，现已经发展成为一个重要的产业。目前，太阳能热水器与电、燃气热水器三分热水器市场，是可再生能源产业领域的第一个商业化的产品。2007年，我国太阳能热水器年产量达2340万平方米，比2006年同期增长30%；总保有量达10800万平方米，比2006年同期增长20%。市场销售额约为320亿元人民币。目前太阳能热水器已在我国城乡开始推广使用，主要供应生活和洗浴热水，我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和应用国。太阳能热水器节能减排，实现能源替代，效果显著。经过两年多的实践，人们认识到太阳能热利用是投资少、见效快、经济实用、节能减排，实现我国能源替代的一个好产业，国家也正大力扶持和支持，学校、宾馆、饭店、洗浴中心纷纷建设太阳能洗浴系统，太阳能热水器的市场存在扩大空间。新农村建设与建筑节能也为太阳能热水器的应用推广带来机遇。但是与之相配套的太阳能热水器控制系统却一直处在研究与开发阶段。市面上绝大多数的控制器结构简单，功能单一，智能化程度低下，用户界面不人性化，只具有液位显示功能，不具有温度显示功能。并且当水位加到一定的程度的时候也没有什么措施，只能通过手动的方法来控制水位的高度。因此根据以上要求为核心，开发出一种太阳能热水器智能控制系统，解决了目前市面上太阳能热水器控制系统存在的问题 2 课题设计的主要内容2.1 太阳能热水器的组成与工作原理图2.1 热水器装置简图1- 集热器 2-下降水管3-循环水管4-补给水箱 5-上升水管6-自来水管7-热水出水管 热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。 集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板集热器直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。2.2 主控芯片模块电路设计单片机系统由AT89C52和一定功能的外围电路组成，包括为单片机提供复位电压的复位电路，提供系统频率的晶振。这部分电路主要负责程序的存储和运行。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、谐振器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。晶体可在1.2MHz12MHz之间任选，电容C1和C2的典型值在20pF100pF之间选择，但在60pF70pF时振荡器具有较高的频率稳定性。典型值通常选择为30pF左右，但本电路采用30pF。AT89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。2.3 水位监测模块设计该模块采用分段式水位传感器，可以检测到水箱里四个不同的水位， 在进行水位检测时，本设计用四个探针，用来显示连接位置的逻辑状态，亦即探针所在位置的电平状态，本设计采用四个逻辑探针来检测水位，2、4、6、8端口所在的探针分别检测，所表示的水位依次为25%、50%、75%和100%，当水位上升到探针所在位置时，探针端的逻辑电平为逻辑“0”，当探针所在位置没有水时，探针端的逻辑电平为逻辑“1”。单片机通过读取所对应的端口的逻辑电平，以及访问存储器的控制程序，在液晶显示屏上显示相应的水位情况，通过上述的检测，就可以及时的检测到水箱中的水位情况，并在液晶显示屏上清楚地显示出水箱中的水位情况。 2.4 水温检测模块电路设计基于DS18B20多点温度测量系统以AT89C52为中心器件，以PROTEUS作为仿真软件设计而成的。DS18B20是智能温度传感器，它的输入/输出采用数字量，以单总线技术，接收主机发送的命令，根据DS18B20内部的协议进行相应的处理，将转换的温度以串口发送给主机。主机按照通信协议用一个IO口模拟DS18B20的时序，发送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）给DS18B20，并读取温度值，在内部进行相应的数值处理，用图形液晶模块显示各点的温度。在系统启动之时，可以通过44键盘设置各点温度的上限值，当某点温度超过设置值时，报警器开始报警，从而实现了对各点温度的实时监控。每个DS18B20有自己的序列号，因此可以在一根总线上挂接了4个DS18B20，通过CRC校验，对各个DS18B20的ROM进行寻址，地址符合的DS18B20才作出响应，接收主机的命令，向主机发送转换的温度。采用这种DS18B20寻址技术，使系统硬件电路更加简单。2.5 自动上水模块设计在设计自动上水模块时，因为其自动上水的启动是与水位直接相关的，所以，本设计的设计理念是：在水位下降到25%以下时，就进行自动上水操作，当单片机读取到PO.O口所在逻辑电平为逻辑“1”时，单片机通过内部程序操作，使PO.4驱动外围的一个电磁阀，开始上水操。 2.6 报警模块设计 本模块的设计思路是：当水箱中的水位低于25%时，单片机通过读取P0.0端口的数据，启动报警程序，P2.0口来驱动报警器进行报警，并且开始自动上水的操作，当水位高于25%后，进行一个中断操作，使报警器停止报警，但此时，自动上水依旧进行，当水位达到规定上限或人为停止上水操作后，自动上水停止。2.7 水位与水温显示模块设计 在本模块设计时，显示屏选择了1602液晶显示屏，水位与水温数据分别通过逻辑探针和DS18B20来进行采集，通过微控制器的分析与相应的程序来通过液晶显示屏进行显示。 2.8 键盘模块设计 在本设计中，总共设计了三个按键来完成一些操作，三个键的功能之间可以进行相互切换，从而减少了按键的个数，三个功能键分别是水位调节/加水、上调/上水控制、下调/淋浴模式，以及一个功能指示灯。 3 设计方案 该设计以单片机 AT89C52 为核心，结合单线数字温度传感器 DS18B20 与液晶显示器1602，设计一种数字化的太阳能热水器控制系统。该系统由主控芯片模块、DS18B20 温度检测模块、LCD 显示模块、水位检测模块、键盘控制模块、报警模块和电磁阀控制模块组成。给出了各个模块结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图和部分源程序。此系统解除了热水器上水时需人工守候和过量溢水的问题，达到了省时、环保、节水的目的。该系统与传统的机械式控制系统相比较，具有结构简单，使用方便等特点。 图3.1 原理图用单片机为核心控制器的电路。单片机电路结构简单、成本低廉，可靠性高，便于实现各个控制功能。水位由设置在水箱内的四个逻辑探针获得的电信号检测，通过单片机处理送达显示电路显示当前水位。水温检测由单片机根据温度传感器（DS18B20）的操作指令和时序，读取温度，并送达显示电路显示当前水温。本设计用三个按键来控制上停水、水位上线设置和淋浴状态的切换。用户在使用热水器后，当水箱中水位下降到一定刻度值时，可通过人工使用按键的方法来控制电磁阀立即上水，水位的最高限也可以由按键进行自行设定。当水位下降到最低水位刻度值时，单片机接受此信号开始执行指令，报警器开始自动报警，同时进行自动上水。当水位达到最高限时便给单片机发出中断请求，此时电磁阀关闭，停止工作。若用户在热水不多的情况或阴天等时候进行淋浴时，则可以通过按键选择“淋浴”模式，在此模式下，当水位下降到25%时，单片机接受此信号，进行自动上水和自动加热功能，直到水位达到75%，停止自动上水，当水温达到50摄氏度时，加热器也停止工作。当系统检测到上水指令执行后，在三分钟之内水位无明显变化时，自行启动电磁阀，进行上水操作，以免上水失败。在上水过程中，显示器既可以显示当前水位，又可以显示当期的水温，不仅只管方便，而且精确度高，实用性强，此系统解决了热水器上水需人守候和过量溢水的不足点，达到了省时、环保和节水的目的，以及独特的功能切换，从而使整个热水器更加的数字化人性化。统由主控芯片模块AT89C52，温度检测模块、水位检测模块、键盘模块、显示模块、自动上水等模块组成。4 实施计划（1） 第 1-4 周 查阅资料，撰写开题报告，翻译外文资料。（2） 第 4 周 开题报告答辩。（3） 第 5-10 周 进行毕业设计的理论研究、方案设计、软硬件设计、工艺设 计、实验测试等。（4） 第 11 周 中期检查。（5） 第11-13周 撰写毕业设计论文并完成初稿。（6） 第14-15周 指导教师检查、批改论文；修改论文，定稿。（7） 第 15 周 毕业设计答辩资格审查，毕业设计答辩。5 主要参考文献1 王书城.单片机在水温控制中的应用J.机械设计与制造工程.1999.11(28).62 徐凤霞，赵成安.AT89C51单片机温度控制系统J.齐齐哈尔大学学报.2004.33 李晓莹主编. 传感器与测试技术M. 北京：高等教育出版社,20044 李章勇,官方勇.太阳能热水器控制器研制仁J.电子测试,2008 (5):83-86. 5 Keil Soft