基于单片机的太阳能热水器控制系统的设计毕业论文开题报告Word版

毕业设计（论文）开题报告

题目基于单片机的太阳能热水器控制系统的设计专业名称飞行器制造工程

班级学号 088106311

学生姓名洪兵旺

指导教师肖洁

填表日期 2012 年 3 月 20 日

一、选题的依据及意义：

1、依据

太阳能资源丰富, 既可免费使用, 又无需运输, 对环境无任何污染. 由此可见使用家用太阳能热水器解决中低温用水无论是经济设益, 还是节能减排效应, 都是非常明显的. 对促进可再生能源的开发利用, 增加能源供应, 改善能源结构, 保护环境, 实现经济社会的可持续发展起到积极的作用, 是一项惠及子孙后代、利国利民的绿色工程.随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因逐渐为人们所认识，“低碳经济”这一概念开始进入人们的视野。人们在大力的发展太阳能产业。

能源问题将更为突出：①从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020 年，天然气也只能延续到2040 年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。②环境污染③温室效应引起全球气候变化。因此，人类在解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。

太阳能具有：①储量的“无限性”太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×10 的23 次方kW，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×10 的13 次方千亿t。②太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。③发利用时几乎不产生任何污染。鉴于此，太阳能必将在世界能源结构转换中担纲重任，成为理想的

替代能源。

然而，目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器具有温度和水位显示功能，却不具有温度控制功能，致使热水器阴天的时候不能方便使用。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。

2、意义

能源问题与安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一。目前市场上存在三种样式的热水器：电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。近年来，电热水器的大规模用电，并不能给人们的正常生活带来便利，作为后来者的太阳能热水器，因其安全性好、节能、绿色环保等优点，近几年呈现出爆发式的发展趋势。

选择太阳能热水器这个课题，不仅可以让我运用大学四年所学的专业知识来学习、了解太阳能热水器控制系统的设计，起到巩固理论知识，增强动手能力和创新意识的作用。更是理论结合实际的良好见证。此外，太阳能热水器已经走进千家万户,控制系统是太阳能的核心,可以尽可能做到节能环保,作这样一个设计,同时产品具有很大的市场前景。

二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：

目前,在世界范围内同，太阳能热水器控制已经进入智能化阶段, 市面上在售的控制器绝大部分具备温度、水位显示功能和自动控制功能. 有的控制器配备有辅助电加热装置, 自动实现了比较理想的人机交互界面.，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场。2000 年太阳能热水器取代47000 套家用电热水器；2000 年日本太阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。太阳能热水器技术正在向更加方便、更加绿色、更加节能方向发展，为此，更加先进的硬件和更合理的软件被开发出来。现在有太阳能热水器的水位分8 级，分辨率高，完全能满足用户的需求。且还具有良好的用户界面，可以定时，随心所欲调节水温、水位。当阳光不足时，系统可以启动电加热装置，

对水进行加热到设定温度，从而达到全天24 小时供应热水，实现智能化。

三、研究内容及实验方案：

1、（1）设计工具

太阳能热水器控制系统的设计方式很多。本设计采用MSC-51 系列单片机AT89S52 作为中央处理器，采用12864 液晶显示模块，热电偶温度采集模块，4x4 行列式键盘，水位采集模块，1302时钟模块，电加热模块，以及电热温度参数设置模块。

2、设计方案

本设计以MSC-51系列单片机AT89C51作为中央处理器，采用由4 x4行列键盘输入加热时间、水温设置等要求，利用温度采集模块和水位采集模块进行对热水器中的水位和水温的信息采集，这些信息经由数据处理模块处理后，一旦水温达不到预设的水温要求，便会启用电加热模块，对水进行加热，并将水温显示在显示模块上，而当水温达到设置要求时，便会触发报警模块，并同时停止加热。而如果在这个过程中水位没有达到预设时的要求，加热器也会进行注水，直至预设时的水位后停止注水。

1、硬件设计

太阳能热水器控制系统的主体部分为单片机AT89C51芯片，其外围电路由键盘输入模块、显示模块、热电偶温度采集模块、温度和水位采集模块、光敏电阻测量光照强度模块、电加热模块、以及电热温度参数设置模块构成。单片机部分主要用于控制和处理各功能模块的工作，实现时间设定、水位和温度显示、加热等功能。硬件框图如图1 所示。

（1）主控芯片模块电路

单片机系统由AT89C51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1.2MHz～12MHz之间任选，电容C1和C2的典型值在20pF～100pF之间选择，但在60pF～70pF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。本设计中所用到的是上电按钮复位。

（2）光敏电阻测量光照强度模块

本设计选用光敏来对光照强度进行测量，获取光能。光敏电阻获取的是模拟信号，需通过ADC0809CCN将模拟信号转化为数字信号。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。在本设计中使用光敏电阻的好处在于，可选取用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

（3）温度传感器模块

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