【正文】 ............................... 22 第六章 謝辭 ........................................................ 23 參考文獻(xiàn) ........................................................... 23 附錄： ............................................................. 24 6 引言 太陽能熱水器的應(yīng)用及前景太陽能熱水器應(yīng)用較 好的國(guó)家有西班牙、以色列、意大利、希臘、德國(guó)、荷蘭、澳大利亞、日本、美國(guó)等國(guó)家。一些國(guó)家利用太陽能熱水器除了提供家庭熱水外，還用于采暖、空調(diào)及泳池加熱等領(lǐng)域，其中美國(guó)的太陽能熱利用主要用于泳池加熱。 目前太陽能熱水器已在我國(guó)城鄉(xiāng)開始推廣使用，主要供應(yīng)生活和洗浴熱水，我國(guó)已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國(guó)和應(yīng)用國(guó)。太陽能熱水器節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源替代，效果顯著。 經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到太陽能熱利用是投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源替代的 一個(gè)好產(chǎn)業(yè)，國(guó)家也正大力扶持和支持，學(xué)校、賓館、飯店 、洗浴中心紛紛建設(shè)太陽能洗浴系統(tǒng)，太陽能熱水器的市場(chǎng)存在擴(kuò)大空間。新農(nóng)村建設(shè)與建筑節(jié)能也為太陽能熱水器的應(yīng)用推廣帶來機(jī)遇。 但是市面上絕大多數(shù)的控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單一，智能化程度低下，用戶界面不人性化，只具有水位顯示功能，不具有溫度顯示功能。并且當(dāng)水位加到一定的程度的時(shí)候也沒什么措施，只能通過手動(dòng)的方法來控制水位的高度。因此根據(jù)以上要求為核心，開發(fā)出一種太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)，了目前市面上太陽能熱水器控制系統(tǒng)存在的問題。 第 一 章 設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)目的 現(xiàn)代科技飛速發(fā)展 ,擁有淵博的知識(shí) 是今后一展鴻圖的基礎(chǔ) .實(shí)踐也同知識(shí)一樣重要 ,如果不在學(xué)生的實(shí)踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢(shì)必出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)的局面。 本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的太陽能的水位的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高、水位控制靈活，水位顯示直觀醒目。可廣泛應(yīng)用于家庭生活對(duì)太陽能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有良好的市場(chǎng)前景。 同時(shí)使學(xué)生得到較全面的鍛煉和提高，為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作 7 打下一定的基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)要求 能夠根據(jù)水位和水溫兩個(gè)條件控制是否進(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（上滿時(shí)自由停止）或停止進(jìn)水。 控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換功能； 具有水溫和水位顯示功能； 具有進(jìn)水超水位和水溫報(bào)警指示； 用水時(shí)若水溫達(dá)不到設(shè)置時(shí)，可手動(dòng)起動(dòng)加熱裝置，這樣可在很大程度上節(jié)約電能； 用水時(shí)可自由調(diào)節(jié)水溫； 控制系統(tǒng)具有管道排空功能，這樣防止冬天時(shí)因水管內(nèi)有積水而在夜間凍裂水管。 設(shè)計(jì)思路 水位由潛入儲(chǔ)水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部 的公共電極（導(dǎo)線）檢測(cè)；并由四個(gè)綠色 LED 發(fā)光二極管顯示；若無水則綠燈不亮；若有四分之一儲(chǔ)水箱的水亮一盞綠燈；通過觀察綠燈點(diǎn)亮的數(shù)量可識(shí)別水位的高低，這里取5 段顯示，也可根據(jù)需要進(jìn)行增減。 水溫由四個(gè) LED 數(shù)碼管顯示，前三個(gè)數(shù)碼管顯示的為溫度最后一個(gè)數(shù)碼管我們只用到了四個(gè)四段碼顯示為溫度的符合 ℃ ，水溫有效值最多可顯示為 ℃ 。 設(shè)計(jì)方案 本文介紹了用 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的一種多功能熱水控制器 ,具有自動(dòng)和手動(dòng)加水、設(shè)置水溫、實(shí)時(shí)顯示水量及溫度和報(bào)警功能，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。 當(dāng)前市 場(chǎng)上的熱水控制器基本上采用雙金屬片溫控，控溫精度低、可靠性差、功能單一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片微處理器功能日益增強(qiáng)，價(jià)格低廉，在各方面得到廣泛應(yīng)用。在熱水控制器中應(yīng)用單片機(jī)，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高、功能易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。 熱水控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，并滿足不同用戶的個(gè)性需求。因此一個(gè)較完善的控制器應(yīng)具有以下功能： 8 水溫的測(cè)量與顯示；水量的測(cè)量與顯示；用戶設(shè)定功能 (如水溫設(shè)定，定時(shí)設(shè)定等 )；對(duì)電加熱管的控制功能；一些功能鍵 (如定時(shí)自動(dòng)加水，恒溫控制，手動(dòng)加水，手動(dòng)加熱等 )。 圖 1 原理框圖 第 二 章 太陽能控制系統(tǒng)的組成及工作原理 太陽能 控制系統(tǒng)的組成 ① 系統(tǒng)組成：本系統(tǒng)主要由控制器、自動(dòng)控制閥、手動(dòng)控制閥、水位檢測(cè)電極、水溫檢測(cè)傳感器、電阻加熱絲、儲(chǔ)水箱等組成。 ② 控制器：主要通過里面的電磁閥控制 YV1 和 YV2 的通斷，控制水溫檢測(cè)傳感器檢測(cè)水溫、控制水位檢測(cè)傳感器檢測(cè)水在水箱的位置以及控制電阻加熱線加熱。 ③ 自動(dòng)控制閥：主要通過控制器控制，當(dāng)水箱的水的實(shí)際溫度大于所設(shè)置的溫度時(shí)，自動(dòng)閥就自動(dòng)打開往上一個(gè)目標(biāo)水位為止。 ④ 手動(dòng)控制閥： 當(dāng)自動(dòng)閥損壞時(shí)，可以通過手動(dòng)閥進(jìn)行上下水。 ⑤ 水位檢測(cè)電極：主要用來檢測(cè)水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個(gè)電極，接地的電極放在水箱的最底下，其余分別放在四等分點(diǎn)上，比如當(dāng)水箱的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當(dāng)超過第二等分 ，則顯示二分之一的水。 ⑥ 水溫檢測(cè)傳感器：主要用來檢測(cè)水箱中水的實(shí)際溫度。 ⑦ 電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達(dá)到用戶所需要的溫度。 89C51 電源控制 溫度測(cè)量 LED 顯示 鍵盤和水量檔位 9 太陽能熱水器的控制功能 太陽能熱水器利用微機(jī)控制主要有以下幾種控制功能 :晨水加熱控制、溫水循環(huán)控制 、 冷水 集熱控制、水箱加熱控制 。 圖 2 系統(tǒng)組成原理圖 早晨水溫控制 ： 由于清晨太陽光較弱，所以太陽能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。為了提供溫度不低于 30 攝氏度的水，熱水器在清晨 47點(diǎn)之間對(duì)水箱進(jìn)行電加熱，具有控制過程如下： 首先，關(guān)閉冷水閥門 F2 和循環(huán)水閥門 F1，然后微機(jī)開始進(jìn)行水箱的溫度采集，同時(shí)進(jìn)行溫度的比較，當(dāng)水箱的溫度小于 30攝氏度時(shí)，電熱器 D 接通進(jìn)行加熱，同時(shí)微機(jī)繼續(xù)對(duì)熱水箱的溫度進(jìn)行采集。當(dāng)溫度加熱大于 30 攝氏 度時(shí)電熱器斷開，比如反復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。 循環(huán)水集熱過程 ： 早晨水溫控制之后（ 79），設(shè)定當(dāng)日得水箱溫度 N（由兩位 BCD 次齒輪開關(guān)設(shè)定），輸人微機(jī)，再利用178。微機(jī)控制系統(tǒng)，通過太陽能對(duì)熱水箱加熱以達(dá)到理想溫度 N。 具體控制過程如下： 10 打開循環(huán)閥門 F1，關(guān)閉冷水進(jìn)水閥門 F2，熱水閥門 F3 處于空控狀態(tài)。然后開始比較溫度，若（ T3T15 攝氏度， T2T1）為止。如若 TI=N，那么循環(huán)水集熱過程結(jié)束，進(jìn)入冷水集熱控制過程。 冷水集熱控制 ： 此時(shí)熱水箱溫度已達(dá)到了 N，冷水要進(jìn)入太陽能 集熱器，這時(shí)溫度為 T3，和當(dāng)日的設(shè)定溫度值相比較，若 T3N 則將已加熱的水送人熱水箱，每天的控制時(shí)段大概為 9點(diǎn) 20 點(diǎn)。具體控制過程如下： 關(guān)閉循環(huán)水閥門 F2，打開冷水閥門 F2，熱水閥門 F3 處于可控狀態(tài)。若 T3N，打開熱水閥 F3并將保持一段時(shí)間，若 T3N，關(guān)閉 F3繼續(xù)給太陽能集熱器加熱，知道溫度答應(yīng) N，當(dāng)打開 F3 時(shí)此時(shí)比較水管水溫 T2 與 N的值，若 T2N 閥門 F3繼續(xù)保持打開狀態(tài)，否則關(guān)閉 F3。可見，次過程充分利用太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。 水箱加熱控制 ： 此時(shí)，也許你會(huì)問如果沒有 日照或者日 照較弱時(shí)，到了晚上我們是否還能洗上熱水澡嗎？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個(gè)從系統(tǒng)，這時(shí)它就要發(fā)揮作用了。熱水箱溫度為 T1，講它和設(shè)定值 N 相比較，從而控制是否打開電加熱，控制時(shí)段為下午，具體過程如下：