基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文開題報(bào)告

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　題目 基于單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè) 名 稱 飛行器制造工程</p><p>　　班 級(jí) 學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>

2、;　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　填 表 日 期 2012 年 3 月 20 日</p><p><b>　　選題的依據(jù)及意義：</b></p><p><b>　　1、依據(jù)</b></p><p>　　太陽能資源豐富, 既可免費(fèi)使

3、用, 又無需運(yùn)輸, 對環(huán)境無任何污染. 由此可見使用家用太陽能熱水器解決中低溫用水無論是經(jīng)濟(jì)設(shè)益, 還是節(jié)能減排效應(yīng), 都是非常明顯的. 對促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用, 增加能源供應(yīng), 改善能源結(jié)構(gòu), 保護(hù)環(huán)境, 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起到積極的作用, 是一項(xiàng)惠及子孫后代、利國利民的綠色工程.隨著全球人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長，能源使用帶來的環(huán)境問題及其誘因逐漸為人們所認(rèn)識(shí)，“低碳經(jīng)濟(jì)”這一概念開始進(jìn)入人們的視野。人們在大力的發(fā)展太陽能產(chǎn)

4、業(yè)。</p><p>　　能源問題將更為突出：①從長遠(yuǎn)來看，全球已探明的石油儲(chǔ)量只能用到2020 年，天然氣也只能延續(xù)到2040 年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。②環(huán)境污染③溫室效應(yīng)引起全球氣候變化。因此，人類在解決上述能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。</p><p>　　太陽能具有：①儲(chǔ)量的“無限性”太陽每秒鐘放射的能量大約是

5、1.6×10 的23 次方kW，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.892×10 的13 次方千億t。②太陽能對于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。③發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染。鑒于此，太陽能必將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中擔(dān)綱重任，成為理想的替代能源。 </p><p>　　然而，目前市場上太陽能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問題，很多控制器具有

6、溫度和水位顯示功能，卻不具有溫度控制功能，致使熱水器陰天的時(shí)候不能方便使用。即使熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)電能。</p><p><b>　　2、意義</b></p><p>　　能源問題與安全問題是現(xiàn)代社會(huì)各界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)之一。目前市場上存在三種樣式的熱水器：電熱水器、燃?xì)鉄崴骱吞柲軣崴鳌＝陙?，電熱水器的大?guī)模用

7、電，并不能給人們的正常生活帶來便利，作為后來者的太陽能熱水器，因其安全性好、節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，近幾年呈現(xiàn)出爆發(fā)式的發(fā)展趨勢。</p><p>　　選擇太陽能熱水器這個(gè)課題，不僅可以讓我運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來學(xué)習(xí)、了解太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，起到鞏固理論知識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的作用。更是理論結(jié)合實(shí)際的良好見證。此外，太陽能熱水器已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶,控制系統(tǒng)是太陽能的核心,可以盡可能做到節(jié)能環(huán)保,作

8、這樣一個(gè)設(shè)計(jì),同時(shí)產(chǎn)品具有很大的市場前景。</p><p>　　二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：</p><p>　　目前,在世界范圍內(nèi)同，太陽能熱水器控制已經(jīng)進(jìn)入智能化階段, 市面上在售的控制器絕大部分具備溫度、水位顯示功能和自動(dòng)控制功能. 有的控制器配備有輔助電加熱裝置, 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了比較理想的人機(jī)交互界面.，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不斷地沖擊電熱水器市場和燃?xì)鉄崴魇?/p>

9、場。2000 年太陽能熱水器取代47000 套家用電熱水器；2000 年日本太陽能熱水器的擁有量將翻一番；以色列更是明文規(guī)定，所有新建房屋必須配備太陽能熱水器。目前，我國是世界上太陽能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國家。太陽能熱水器技術(shù)正在向更加方便、更加綠色、更加節(jié)能方向發(fā)展，為此，更加先進(jìn)的硬件和更合理的軟件被開發(fā)出來?，F(xiàn)在有太陽能熱水器的水位分8 級(jí)，分辨率高，完全能滿足用戶的需求。且還具有良好的用戶界面，可以定時(shí)，隨心所欲調(diào)節(jié)水溫、

10、水位。當(dāng)陽光不足時(shí)，系統(tǒng)可以啟動(dòng)電加熱裝置，</p><p>　　對水進(jìn)行加熱到設(shè)定溫度，從而達(dá)到全天24 小時(shí)供應(yīng)熱水，實(shí)現(xiàn)智能化。</p><p>　　三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：</p><p><b>　　1、（1）設(shè)計(jì)工具</b></p><p>　　太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式很多。本設(shè)計(jì)采用MSC-51 系列

11、單片機(jī)AT89S52 作為中央處理器，采用12864 液晶顯示模塊，熱電偶溫度采集模塊，4x4 行列式鍵盤，水位采集模塊，1302</p><p>　　時(shí)鐘模塊，電加熱模塊，以及電熱溫度參數(shù)設(shè)置模塊。 </p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)方案 </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以MSC-51系列單片機(jī)AT89C51作為中央處理器，采用由4

12、x4行列鍵盤輸入加熱時(shí)間、水溫設(shè)置等要求，利用溫度采集模塊和水位采集模塊進(jìn)行對熱水器中的水位和水溫的信息采集，這些信息經(jīng)由數(shù)據(jù)處理模塊處理后，一旦水溫達(dá)不到預(yù)設(shè)的水溫要求，便會(huì)啟用電加熱模塊，對水進(jìn)行加熱，并將水溫顯示在顯示模塊上，而當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)置要求時(shí)，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警模塊，并同時(shí)停止加熱。而如果在這個(gè)過程中水位沒有達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)的要求，加熱器也會(huì)進(jìn)行注水，直至預(yù)設(shè)時(shí)的水位后停止注水。</p><p><b>

13、;　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　太陽能熱水器控制系統(tǒng)的主體部分為單片機(jī)AT89C51芯片，其外圍電路由鍵盤輸入模塊、顯示模塊、熱電偶溫度采集模塊、溫度和水位采集模塊、光敏電阻測量光照強(qiáng)度模塊、電加熱模塊、以及電熱溫度參數(shù)設(shè)置模塊構(gòu)成。單片機(jī)部分主要用于控制和處理各功能模塊的工作，實(shí)現(xiàn)時(shí)間設(shè)定、水位和溫度顯示、加熱等功能。硬件框圖如圖1 所示。</p><p>　?。?/p>

14、1）主控芯片模塊電路</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)由AT89C51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(chǔ)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1.2MHz～12MHz之間任選，電容C1和C2的典型值在20pF～100pF之間選擇，但在60pF～70p

15、F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。本設(shè)計(jì)中所用到的是上電按鈕復(fù)位。</p><p>　?。?）光敏電阻測量光照強(qiáng)度模塊</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用光敏來對光照強(qiáng)度進(jìn)行測量，獲取光能。光敏電阻獲取的是模擬信號(hào)，需通過ADC0809CCN將模擬信

16、號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器，入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1~10M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.

17、76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。在本設(shè)計(jì)中使用光敏電阻的好處在于，可選取用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。</p><p>　?。?）溫度傳感器模塊</p><p>　　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內(nèi)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

18、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，并讀取溫度值，在內(nèi)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4×4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。</p><p>　　每個(gè)DS18B20有自己的序列號(hào)，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接

19、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。 </p><p><b>　?。?）液晶顯示模塊</b></p><p>　　液晶顯示模塊以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、模塊化、接口電路簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)得到廣泛

20、應(yīng)用。液晶顯示模塊分字符型和點(diǎn)陣型兩種，前者只能顯示常用的字符，點(diǎn)陣型液晶顯示模塊除顯示字符外還能顯示各種圖形和漢字。</p><p>　　12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，

21、可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面，可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，可完成圖形顯示。電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。</p><p><b>　?。?）鍵盤輸入模塊</b></p><p>　　鍵盤和顯示電

22、路是人機(jī)交互的重要手段?？刂奇I是用戶干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行的唯一接口，也是用戶比較關(guān)心的問題。為了實(shí)現(xiàn)控制器對時(shí)間與溫度的設(shè)定及顯示功能，本設(shè)計(jì)采用芯片8279配合SN74LS138N和SN74LS240P驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管和LED管實(shí)現(xiàn)時(shí)間與溫度的設(shè)定與靜態(tài)顯示。數(shù)碼管的段選碼由B口和C口輸出，經(jīng)74LS240驅(qū)動(dòng)后送給共陰極LED。數(shù)碼管的位掃描信號(hào)經(jīng)74LS138譯碼驅(qū)動(dòng)后提供給LED的公共極。RL0~RL7提供了鍵盤列掃描接口，SL0~SL2

23、盤的行掃描接口。</p><p><b>　　（6）智能加水設(shè)計(jì)</b></p><p>　　中南地區(qū)天氣多變, 日照量不充足, 尤其是春冬兩季, 每天天氣更是變化無常. 目前太陽能熱水器加水是由用戶預(yù)先估計(jì)天氣情況設(shè)定加水量, 用戶對一天的天氣情況無法準(zhǔn)確估計(jì), 一旦加水太多, 天氣變冷,水溫不夠熱則不能使用( 溫度要在45 攝氏度以上才方便洗澡、洗碗等) , 用輔

24、助電加熱又達(dá)不到節(jié)能目的.加水量太少, 天氣變好時(shí)又不能充分利用光照生產(chǎn)更多的可用的熱水, 因?yàn)樗疁氐蜁r(shí), 真空管轉(zhuǎn)換效率高, 升溫快, 所以在低溫時(shí)能盡量多加水就能充分利用光照最大量地生產(chǎn)熱水. 對現(xiàn)有太陽能熱水器的軟件進(jìn)行升級(jí), 在現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上, 增加智能控制模式. 在智能控制模式下控制器能根據(jù)天氣情況自動(dòng)加水, 在保證水溫達(dá)到可用的前提下( 用戶可自行設(shè)定最低溫度T設(shè), 比如設(shè)為50 c) 使可用的水量達(dá)到最大, 最大程度地滿

25、足人們的生活需要.智能控制過程: 每天早上控制器自動(dòng)控制水箱水量達(dá)到1/ 3, 避免真空管空燒. 當(dāng)條件1 成立即水箱內(nèi)水溫大于或等于T 設(shè)+ $ T( 用戶可自行設(shè)定$T時(shí), 控制器自動(dòng)加水; 當(dāng)條件2 成立, 即水箱水溫小于或等于T設(shè)- $ T 時(shí)停止加水, 當(dāng)水箱已加滿水或用戶</p><p><b>　?。?）管道排空功能</b></p><p>　　對現(xiàn)有太

26、陽熱水器管道進(jìn)行改造,（圖2） 在熱水器下的進(jìn)水口下增加一個(gè)電磁閥3和一個(gè)三通, 三通的一頭接至水箱的溢出口. 加水時(shí), 打開電磁閥1, 通過三通從溢出口進(jìn)水, 達(dá)到設(shè)定水量時(shí)電磁閥1 自動(dòng)關(guān)閉, 控制器打開電磁閥2, 使管道中的水通過電磁閥2 流進(jìn)備用水箱( 水箱通過排氣口與外界保持氣壓一致) , 延時(shí)一段時(shí)間使電磁閥2 自動(dòng)關(guān)閉, 備用水箱大小根據(jù)管道中的水量而定. 用</p><p>　　熱水時(shí), 用戶打開

27、電磁閥3, 一開龍頭, 馬上就有熱水可用了, 根據(jù)所需熱水用量考慮管道的長度, 提前關(guān)閉電磁閥3, 管道中的熱水會(huì)從排氣口吸氣, 使管道中的熱水放光, 達(dá)到排空目的. 由于管道已排空, 還徹底解決了冬季太陽能熱水器管道凍結(jié)甚至凍裂的問題, 備用水箱中的水可用于洗手、洗衣或沖廁所等</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　太陽能熱水器控制系統(tǒng)的

28、最大特點(diǎn)是所有功能模塊均由軟件控制以完成各自功能。本系統(tǒng)軟件包括主程序模塊、鍵盤掃描模塊、顯示模塊、溫度水位采集、時(shí)鐘模塊、電加熱模塊等模塊。 </p><p>　　顯示模塊由12864 液晶屏顯示，鍵盤處理子程序包括溫度的設(shè)置和控制加熱以及時(shí)間的設(shè)置等。軟件流程圖如 圖8所示。</p><p><b>　　圖8 軟件流程圖</b></p><p&

29、gt;<b>　?。?）初始化程序</b></p><p>　　太陽能熱水器控制系統(tǒng)在接通電源后，首先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化的過程包括啟動(dòng)DS1302，啟動(dòng)12864，對12864進(jìn)行清屏。</p><p>　?。?）按鍵檢測及處理程序</p><p>　　在太陽能熱水器初始化完成之后，系統(tǒng)便會(huì)進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)，此狀態(tài)下，主控芯片AT89S

30、52會(huì)不斷掃描是否有鍵按下，即等待用戶輸入。在檢測到有鍵按下后，根據(jù)按下的次數(shù)（按一下設(shè)置“分”，按兩下設(shè)置“時(shí)”，三下設(shè)置“星期”，以此類推），在運(yùn)用“加”“減”分別設(shè)置。</p><p>　　（3）讀取溫度的程序</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用while循環(huán)，在沒有鍵按下時(shí)，跳出while循環(huán)，進(jìn)行下邊的語句，即讀取溫度，并將其顯示在12864上。在讀取的過程中，要注意溫度的正負(fù)。&l

31、t;/p><p>　　四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度</p><p>　　能夠根據(jù)水位和水溫兩個(gè)條件控制是否需要進(jìn)水，每次只進(jìn)整個(gè)水箱的四分之一水量，也可以在手動(dòng)狀態(tài)下自由進(jìn)水或停水進(jìn)水。</p><p>　　控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換功能。</p><p>　　具有水溫和水位顯示功能。</p><p>　　具有進(jìn)水位和超水

32、溫報(bào)警指示。</p><p>　　用水時(shí)若水溫達(dá)不到設(shè)置值時(shí)，可手動(dòng)韋動(dòng)加熱裝置，這樣可以很大程度上節(jié)約電能。</p><p>　　用水時(shí)可自由調(diào)節(jié)水溫。</p><p>　　控制系統(tǒng)具體管道排空功能，這樣防止冬天時(shí)因水管內(nèi)有積水而在夜間凍裂水管。</p><p>　　第 1 周至第 3周 ：搜集并閱讀相關(guān)的資料和文獻(xiàn)，閱讀有關(guān)溫度采集方面的

33、知識(shí)，對單片機(jī)、DS18B20和顯示器方面有較深刻的理解，達(dá)到對本課題有個(gè)整體的思路并擬定開題報(bào)告；</p><p>　　第 4 周至第 9 周：通過方案的確定和整體思路的把握進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做本課題；</p><p>　　第 10 周至第 16周：對本次畢業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)過程進(jìn)行總結(jié)，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文；</p><p>　　第 17周 ：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。</

34、p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉松.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].天津:天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2009</p><p>　　[2]李忠國,陳剛.單片機(jī)應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)[M].北京:人民郵電出版社,2006</p><p>　　[3]曹金玲.單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].天津

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