【正文】 采暖清潔安全，不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)燒煤采暖爐一氧化碳中毒的危險(xiǎn)，減少發(fā)生燙傷等意外。適用于大型建筑，如學(xué)校、辦公室、工廠、養(yǎng)殖溫室等，可以免費(fèi)獲得洗浴熱水，是可行性很高的節(jié)能減排工程。早在20世紀(jì)50年代初，太陽(yáng)能熱利用的先驅(qū)者Jodan和Therkeld就指出了太陽(yáng)能的優(yōu)越性，即可同時(shí)提高太陽(yáng)能集熱器效率和加熱系統(tǒng)性能。隨后，日本、美國(guó)、瑞典、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入了大量的人力、物力對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行深入的研究與開發(fā)，在各地實(shí)施了多項(xiàng)太陽(yáng)能示范工程，例如賓館、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、圖書館以及游泳館等，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。 在能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的今天，太陽(yáng)能因其具有顯著的節(jié)能性和環(huán)境友好性，得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，土耳其、印度尼西亞等發(fā)展中國(guó)家也對(duì)太陽(yáng)能熱泵進(jìn)行了大量的研究。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，美國(guó)的Solar King系列太陽(yáng)能供熱設(shè)備以及澳大利亞的Quantum系列太陽(yáng)能熱水器等就是比較典型的產(chǎn)品范例。在我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，太陽(yáng)能熱水器年生產(chǎn)能力達(dá)到1500萬(wàn)平方米，在用太陽(yáng)能熱水器總集熱面積達(dá)1億平方米，生產(chǎn)量和使用量居世界第一。雖然我國(guó)太陽(yáng)能熱水器應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，但太陽(yáng)能采暖工程應(yīng)用卻處于起步階段，已建成的都是單體示范建筑等，太陽(yáng)能區(qū)域供熱采暖工程則還沒有應(yīng)用實(shí)踐。國(guó)內(nèi)部分高校也先后對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及理論研究，取得了一定的成果。天津大學(xué)對(duì)串聯(lián)式太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析表明，該系統(tǒng)可以一年四季可靠運(yùn)行，向用戶提供50℃生活熱水，～（冬天），～（夏天）。青島建筑工程學(xué)院對(duì)串聯(lián)式太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，該系統(tǒng)具有多功能調(diào)節(jié)能力，冬季熱泵供暖時(shí)熱泵機(jī)組工作穩(wěn)定，具有明顯的節(jié)能效果。上海交通大學(xué)對(duì)直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器進(jìn)行了試驗(yàn)研究，該熱水器可全天候提供45～50℃生活熱水150L，每天耗電量約為1kW?h（夏）～2 kW?h（冬），其分體式結(jié)構(gòu)尤其適合于高層或多層建筑。由于太陽(yáng)輻射的不連續(xù)，在太陽(yáng)能應(yīng)用中蓄熱是必不可少的。太陽(yáng)能蓄熱根據(jù)蓄熱量的大小重要分兩種：一種為短期蓄熱，覆蓋需求量的10%20%，主要用于預(yù)熱生活水（40%50%）；另一種為長(zhǎng)期蓄熱（季節(jié)性），蓄熱能力可以達(dá)到年需求量的50%80%，可以為房間供暖以及加熱生活用水。運(yùn)用短期蓄熱來(lái)滿足生活熱水需求已經(jīng)開始普及。在歐洲，對(duì)太陽(yáng)能季節(jié)蓄熱做了大量的研究，并建立了許多實(shí)際運(yùn)用工程。如在德國(guó)的Hannover,1350㎡太陽(yáng)能集熱器與2750㎡熱水蓄熱相結(jié)合，可以滿足7365㎡供熱面積約39%的年供熱需求；在Steinfurt，510㎡太陽(yáng)能集熱器與1500㎡礫石水蓄熱相結(jié)合，可以滿足3800㎡供熱面積月34%的年供熱需求。 在國(guó)外歐洲、北美對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工程應(yīng)用已有幾十年歷史，過(guò)去主要用于單體建筑內(nèi)的小型系統(tǒng)，近十余年來(lái)，包括區(qū)域供熱在內(nèi)的大型太陽(yáng)能供熱采暖綜合系統(tǒng)的工程應(yīng)用有較快發(fā)展。德國(guó)是應(yīng)用太陽(yáng)能供熱技術(shù)較早的國(guó)家，太陽(yáng)能采暖技術(shù)已經(jīng)在德國(guó)居住區(qū)供熱設(shè)置改造和配套建設(shè)中得到廣泛推廣和應(yīng)用；歐洲大多數(shù)國(guó)家都積極鼓勵(lì)支持利用太陽(yáng)能，對(duì)安裝太陽(yáng)能裝置的家庭實(shí)行補(bǔ)貼政策，一般補(bǔ)貼為系統(tǒng)造價(jià)的20－50％；以色列80％住宅裝有太陽(yáng)能熱水器，政府以立法形式規(guī)定高度27米以下新建住宅必須安裝太陽(yáng)能熱水器。丹麥Marstal太陽(yáng)能供熱采暖工程是世界上最大的太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)，太陽(yáng)能集熱器設(shè)置在大面積空地上，與社區(qū)熱力網(wǎng)連接，1996年建成運(yùn)行，年熱負(fù)荷28GWh/年，同時(shí)使用2100m3水箱、4000m3水容量砂礫層及10000m3地下水池蓄熱。二十世紀(jì)50年代，太陽(yáng)能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大的突破：一是1954年美國(guó)諾貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6%的實(shí)用型單晶硅電池，二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽(yáng)吸收涂層。這兩項(xiàng)突破既是太陽(yáng)能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期的跨時(shí)代標(biāo)志，也是人類能源技術(shù)又一次變革的技術(shù)基礎(chǔ)。70年代以來(lái)，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國(guó)家掀起了開發(fā)利用太陽(yáng)能的熱潮。開發(fā)利用太陽(yáng)能成為各國(guó)制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。近幾年來(lái)，建筑供暖能耗不斷下降，太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)品性能日益提高，太陽(yáng)能供暖逐漸受到人們的重視。隨著光熱產(chǎn)業(yè)的不斷成熟，行業(yè)人士一直在探討太陽(yáng)能供暖的可行性和經(jīng)濟(jì)性，如果能用太陽(yáng)能供暖，這不僅能極大地推動(dòng)光熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也能為節(jié)能減排做出重大貢獻(xiàn)。中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)太陽(yáng)能熱利用委員會(huì)主任、國(guó)家太陽(yáng)能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心總工程師鄭瑞澄認(rèn)為太陽(yáng)能供暖是非常具發(fā)展?jié)摿Φ奶?yáng)能熱利用技術(shù)，是今后應(yīng)大力推廣的技術(shù)。我國(guó)太陽(yáng)能資源最為豐富的地區(qū)都是氣候寒冷、常規(guī)能源比較缺乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如西藏、新疆、內(nèi)蒙古等，既有實(shí)際的采暖需求、又有充足的資源條件，是應(yīng)用太陽(yáng)能供熱采暖條件最為優(yōu)越的地區(qū)。但是，這些地區(qū)大多比較貧困，缺乏工程示范的經(jīng)濟(jì)支撐能力。所以，國(guó)家應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)的優(yōu)惠政策，重點(diǎn)扶持這些地區(qū)開展太陽(yáng)能供熱采暖的工程示范，在此基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行可行性研究分析，并在條件成熟后，率先出臺(tái)推廣太陽(yáng)能供熱采暖技術(shù)的地方性政策法規(guī)，逐步過(guò)渡到全國(guó)。由于太陽(yáng)能資源豐富、清潔無(wú)污染，既屬于一次能源又屬于可再生能源，雖然其能源密度低、能量供應(yīng)具隨機(jī)性和間歇性，使太陽(yáng)能的利用受到一定的限制，但隨著技術(shù)條件的不斷進(jìn)步，將逐漸解決目前太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)所存在的一些問(wèn)題，使其理論不斷得到完善，從而太陽(yáng)能將作為輔助熱源應(yīng)用在空調(diào)、制冷、供暖等各方面，具有廣闊的發(fā)展前景。而我國(guó)處于利用太陽(yáng)能較有利的區(qū)域內(nèi)，只要具有一定的技術(shù)水平和必要的資金投入就可以自由利用。因此采用太陽(yáng)能熱泵技術(shù)不僅會(huì)極大的減少我國(guó)石化能源的消費(fèi)量，使我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃。業(yè)內(nèi)人士一致認(rèn)為，太陽(yáng)能集熱器實(shí)現(xiàn)供暖是沒有問(wèn)題的，主要是控制系統(tǒng)和輔助能源系統(tǒng)的匹配上，目前沒有成熟的技術(shù)。 本文要研究的主要內(nèi)容1). 全面了解太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的基本工作原理和組成結(jié)構(gòu)，并了解其國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀、掌握系統(tǒng)總體的原理和設(shè)計(jì)；2). 主要設(shè)計(jì)太陽(yáng)能供熱的控制系統(tǒng)的控制方法，力求簡(jiǎn)單實(shí)用，通過(guò)TI公司的LM3S811低功耗芯片解決控制方案的各種要求。3). 通過(guò)上位機(jī)與主控芯片通信，進(jìn)而協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面交互操作。方便操作人員的工作。 第二章 主控制器 MCU的介紹　 單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展十分迅猛。 它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國(guó)Intel公司首先推出4位微處理器以來(lái)，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段。1971～1976　　單片機(jī)發(fā)展的初級(jí)階段。 1971年11月Intel公司首先設(shè)計(jì)出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 構(gòu)成了第一臺(tái)MCS—4微處理器, 而后又推出了8位微處理器Intel 8008, 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。1976～1980　　低性能單片機(jī)階段。 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列為代表, 采用將8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu), 雖然其尋址范圍有限（不大于4 KB）, 也沒有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中斷系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單, 但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。1980～1983　　高性能單片機(jī)階段。 這一階段推出的高性能8位單片機(jī)普遍帶有串行口, 有多級(jí)中斷處理系統(tǒng), 多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)RAM、 ROM的容量加大，且尋址范圍可達(dá)64 KB，個(gè)別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。1983～80年代末　　16位單片機(jī)階段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機(jī)MCS－96系列, 由于其采用了最新的制造工藝, 使芯片集成度高達(dá)12萬(wàn)只晶體管/片。1990年代～至今　　單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展?！　“凑諉纹瑱C(jī)的特點(diǎn)，單片機(jī)的應(yīng)用分為單機(jī)應(yīng)用與多機(jī)應(yīng)用。在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，只使用一片單片機(jī)稱為單機(jī)應(yīng)用。單片機(jī)的單機(jī)應(yīng)用的范圍包括：　　(1) 測(cè)控系統(tǒng)。 用單片機(jī)可以構(gòu)成各種不太復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等, 達(dá)到測(cè)量與控制的目的。　　(2) 智能儀表。 用單片機(jī)改造原有的測(cè)量、控制儀表, 促進(jìn)儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發(fā)展。　　(3) 機(jī)電一體化產(chǎn)品。單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合, 使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化, 控制智能化?！　?4) 智能接口。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng), 特別是在較大型的工業(yè)測(cè)、控系統(tǒng)中, 用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理, 加之單片機(jī)與主機(jī)的并行工作, 大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度?！　?5) 智能民用產(chǎn)品。 如在家用電器、玩具、游戲機(jī)、聲像設(shè)備、電子秤、收銀機(jī)、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品中, 單片機(jī)控制器的引入, 不僅使產(chǎn)品的功能大大增強(qiáng), 性能得到提高, 而且獲得了良好的使用效果。　　單片機(jī)的多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機(jī)處理及局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?！　?1) 功能集散系統(tǒng)。 多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工程系統(tǒng)多種外圍功能的要求而設(shè)置的多機(jī)系統(tǒng)?！　?2) 并行多機(jī)控制系統(tǒng)。 并行多機(jī)控制系統(tǒng)主要解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的快速性問(wèn)題, 以便構(gòu)成大型實(shí)時(shí)工程應(yīng)用系統(tǒng)。　　(3) 局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?！　纹瑱C(jī)按應(yīng)用范圍又可分成通用型和專用型。專用型是針對(duì)某種特定產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的，例如用于體溫計(jì)的單片機(jī)、用于洗衣機(jī)的單片機(jī)等等。在通用型的單片機(jī)中，又可按字長(zhǎng)分為4位、8位、16/32位，雖然計(jì)算機(jī)的微處理器在幾乎是32/64位的天下，8位、16位的微處理器已趨于萎縮，但單片機(jī)情況卻不同，8位單片機(jī)成本低，價(jià)格廉，便于開發(fā)，其性能能滿足大部分的需要，只有在航天、汽車、機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域，需要高速處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，才需要選用16/32位，而在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用型單片機(jī)，仍然是目前應(yīng)用最廣的單片機(jī)?！　〉侥壳盀橹?，中國(guó)的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)走過(guò)了二十余年的歷程，隨著嵌入式系統(tǒng)逐漸深入社會(huì)生活各個(gè)方面，單片機(jī)課程的教學(xué)也有從傳統(tǒng)的8位處理器平臺(tái)向32位高級(jí)RISC處理器平臺(tái)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，但8位機(jī)依然難以被取代。　　MCU按其存儲(chǔ)器類型可分為無(wú)片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對(duì)于無(wú)片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型芯片為8031）。帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內(nèi)掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內(nèi)FLASH型（典型芯片為89C51）等類型，一些公司還推出帶有片內(nèi)一次性可編程ROM（One Time Programming, OTP)的芯片（典型芯片為97C51)。MASKROM的MCU價(jià)格便宜，但程序在出廠時(shí)已經(jīng)固化，適合程序固定不變的應(yīng)用場(chǎng)合；FALSHROM的MCU程序可以反復(fù)擦寫，靈活性很強(qiáng)，但價(jià)格較高，適合對(duì)價(jià)格不敏感的應(yīng)用場(chǎng)合或做開發(fā)用途；OTPROM的MCU價(jià)格介于前兩者之間，同時(shí)又擁有一次性可編程能力，適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。微控制器在經(jīng)過(guò)這幾年不斷地研究,發(fā)展,歷經(jīng)4位,8位,到現(xiàn)在的16位及32位,甚至64位。產(chǎn)品的成熟度,以及投入廠商之多,應(yīng)用范圍之廣,真可謂之空前。目前在國(guó)外大廠因開發(fā)較早,產(chǎn)品線廣,所以技術(shù)領(lǐng)先. LM3S811的結(jié)構(gòu)概述 Luminary Micro公司 Stellaris所提供一系列的微控制器是首款基于ARM174。 Cortex?M3的控制器，它們?yōu)閷?duì)成本尤其敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用方案帶來(lái)了高性能的32位運(yùn)算能力。 這些具備領(lǐng)先技術(shù)的芯片使用戶能夠以傳統(tǒng)的8位和16位器件的價(jià)位來(lái)享受32位的性能，而且所有型號(hào)都是以小占位面積的封裝形式提供。該 Stellaris174。系列芯片能夠提供高效的性能、廣泛的集成功能以及按照要求定位的選擇，適用于各種關(guān)注成本并明確要求具有的過(guò)程控制以及連接能力的應(yīng)用方案。 該Stellaris174。LM3S 系列使用更大的片上存儲(chǔ)器、增強(qiáng)型電源管理和擴(kuò)展I/O以及控制功能.LM3S811微控制器包括下列的特性：A．32位RISC性能?采用為小封裝應(yīng)用方案而優(yōu)化的 32位ARM174。 Cortex?M3 v7M架構(gòu)。?提供系統(tǒng)時(shí)鐘、包括一個(gè)簡(jiǎn)單的24位寫清零、遞減、自裝載計(jì)數(shù)器，同時(shí)具有靈活的控制機(jī)制?僅采用與Thumb174。兼容的Thumb2指令集以獲取更高的代碼密度?工作頻率為50MHz?硬件除法和單周期乘法?集成嵌套向量中斷控制器（NVIC），使中斷的處理更為簡(jiǎn)捷?26 中斷具有8個(gè)優(yōu)先等級(jí)?帶存儲(chǔ)器保護(hù)單元（MPU），提供特權(quán)模式來(lái)保護(hù)操作系統(tǒng)的功能?非對(duì)齊式數(shù)據(jù)訪問(wèn)，使數(shù)據(jù)能夠更為有效的安置到存儲(chǔ)器中?精確的位操作（bitbanding），不僅最大限度的利用了存儲(chǔ)器空間而且還改良了對(duì)外設(shè)的控制B． 內(nèi)部存儲(chǔ)器?64 KB單周期Flash?可由用戶管理 對(duì)flash塊的保護(hù)，以2KB為單位?可由用戶管理對(duì)flash的編程?可由用戶定義和管理的flash保護(hù)塊?8 KB單周期訪問(wèn)的SRAMC． 通用定時(shí)器3個(gè)通用定時(shí)器模塊(GPTM)，每個(gè)提供2個(gè)16位定時(shí)器。 每個(gè) GPTM 可被獨(dú)立配置進(jìn)行作：作為一個(gè)32位定時(shí)器? 作為一個(gè)32位的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）來(lái)捕獲事件? 用于脈寬調(diào)解器（PWM）? 觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換?32位定時(shí)器模式?可編程單次觸發(fā)定時(shí)器?可編程周期定時(shí)器??在調(diào)試期間，當(dāng)控制器發(fā)出CPU暫停標(biāo)志時(shí)，在周期和單次觸發(fā)模式中用戶可以使能中止。?ADC事件觸發(fā)器16位定時(shí)器模式? 通用定時(shí)器功能，并帶一個(gè)8位的預(yù)分頻器? 可編程單次觸發(fā)定時(shí)器? 可編程周期定時(shí)器? 在調(diào)試的時(shí)候，當(dāng)控制器發(fā)出CPU暫停標(biāo)志時(shí)，用戶可設(shè)定暫停周期或者單次模式下的計(jì)數(shù)? ADC事件觸發(fā)器16位輸入捕獲模式? 提供輸入邊沿計(jì)數(shù)捕獲功能? 提供輸入