太阳能热水器控制器的设计之文献综述

前言

当今计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功效等严格要求的专业计算机系统。其最初应用是基于单片机的。单片机小巧灵活，成本低，易于产品化。它面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各种控制任务。

目前，国内的太阳能热水器还处于研发阶段，这种控制器只具有温度和水位的显示功能，不具有温度控制功能。由于加热时间不能控制而导致过烧，从而浪费大量电能。本设计是以89c51单片机为检测控制中心，采用ds12887实时时钟，实现了温度，水位，时间三种参数的实时显示功能。

电热水器是以电作为能源对热水器加热，它是以高精品质、卓越的安全性能、高效节能环保的较高性价比在高速发展的信息时代脱颖而出成为生活中必不可少的家电用器。但在实际生活中，家用热水器在使用时会出现供水水压不足，出现干烧事件，在带水带电潮湿的环境下使用，出现显示器被雾气遮住出现黑屏等现象。此时对电热水器出水压控制系统的软件控制就成了必要，利用微处理器为控制器的核心，设计出一种电热水器出水压控制的软件系统，具有良好的社会价值和广阔的市场前景。

正文

一、研究背景及意义

1.1背景：

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持续二三百年。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”太阳能每秒钟放射的能量大约是1.6*10^23 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*10^13千亿吨。②太阳能对于地球上的绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。③开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。

在世界范围内，太阳能热水器技术已经很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断的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。

1.2 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，在一氧化碳中毒事故中，由燃气热水器造成的约占1/3；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，可以让我更好的认知可持续发展问

题，看清目前的能源现状，以及各国在节能能源上的措施，在太阳能革新上运用的新技术。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，不仅可以考察自己大学四年的专业课的理论与动手实践能力，产品也具有一定的市场前景。

二、太阳能热水器利用技术及应用现状

2.1太阳能热水器应用的技术背景

太阳能热水器是太阳能光热应用技术的一种。太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。其利用形式通常可分直接利用和间接利用两种。比较常见的直接利用方式有:(1)利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥;(2)利用太阳能热水器提供生活热水;(3)基于集热一储热原理的间接加热式被动太阳房;(4)利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。①目前技术比较成熟且应用比较广泛的是蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥及太阳能热水器等。本文所讨论的太阳能热水器的利用，是太阳能产业的发展中，热利用转换技术中最为成熟的。

目前国内市场上用的太阳能集热器的类型主要有:真空管式、平板式、U型管式、热管式等四种，四种类型没有一种是完美的，各有优缺点。用户选择太阳能集热器类型应根据安装所在地的气候特征以及所需热水温度、用途来选定。

对于冬天不结冰的南方地区的用户，可以选取平板式太阳能集热器，因为不需要考虑冬天抗冻的问题。而且平板型的优点也是非常突出的:热效率高，金属管板式结构、免维护、巧年寿命、性价比高;长江、黄河流域地区的用户，因为冬天会结冰，而且冬天气温高于一20℃，所以选用真空管太阳能集热器是比较合适的，但是真空管的主要缺点是:不承压、易结水垢、易爆裂;在东北、内蒙古、西藏等地区的用户就必须选用热管型太阳能集热器，因为热管抗一并0℃低温，但是热管的造

价很高，而且热效率较低;对于工业用途的热水，最好选择平板型太阳能集热器，因为工业热水用量大，需要很大面积的太阳能集热器，要求集热器不易损坏、易维护、可承压，平板集热器在此方面具有显著的优越性。②;综上所述，、不同类型的太阳能集热器没有绝对好、坏之分，重要的是要根据使用地区的气候特征和用途来选择最优性价比的类型。

中国的太阳能热利用技术研究开发始于20世纪70年代末，主要是简单，低廉的低温热利用的适用技术，如太阳能温室、太阳灶、被动式太阳房、太阳能热水器和太阳能干燥器。这类技术在农村得到广泛推广，有效缓解了农村能源短缺，对改善农村生态环境和农民生活起了积极的作用。20世纪80年代太阳能热水器列入国家“六五”和“七五”科技攻关项目。主要的研发项目是高效平板太阳集热器和全玻璃真空集热管。在90年代全玻璃真空集热管的科技成果通过测试转化为生产力—形成自行设计和配套的集热管生产线是科技攻关的最杰出的成果。

目前，我国城乡居民对洗浴热水的需求增长迅猛。2009年太阳能热水器“下乡”是太阳能热水器行业的一件大事，标志着太阳能热水器得到国家认可，我国太阳能热水器行业已迈入新的时代。太阳能热水

器“下乡”意味着太阳能热水器行业得到了政策支持，‘使整个行业焕发强大的生命力。太阳能热水器已经成为提高人民生活质量，全面建设小康社会的重要手段。随着中高温太阳能热水器的开发以及太阳能热水器与建筑一体化技术的日益完善，太阳能热水器的应用领域不再局限于提供热水，正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展。中国太阳能热水器在近3年时间内还将保持30%以上的增长速度，市场潜力巨大。

2.2太阳能热水器应用技术的优势

其一能源基础丰富。太阳能热水器是把太阳辐射转化为热能，其基础能源是太阳能。科学研究表明，太阳辐射是通过太阳内部进行着剧烈的氢聚变成氦的核反应，从而不断向宇宙空间辐射出巨大的能量，太阳内部的热核反应释放的能量足以维持6060万年。①这个数字相对于人类