太阳能热水器智能控制器的设计

太阳能热水器智能控制器的设计

高等教育自学考试

毕业论文

太阳能热水器智能控制的设计

姜伟

专业：电气工程与自动化

主考学校：＿＿＿兰州交通大学＿＿准考证号： 462114125107 指导教师姓名职称：李玉霞

甘肃省高等教育自学考试办公室印制

2015年 10 月 10 日

电气工程与自

XX专业

太阳能热水器智能控制的设计

The design of the intelligent control of the solar water heater

姜伟

Jiang wei

论文评定表姓名专业名称

主考学校准考证号

评定项目

写作部分答辩总

计立论

观点

组织

结构

语言

表达

回答

问题

表述

能力

发挥

水平

30% 20% 20% 20% 5% 5% 100%

得分

指

导

教

师

评

语

签名：

答辩

委员

会评

语

答辩委员会组成及签名

职称：＿＿＿＿＿＿签字：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

职称：＿＿＿＿＿＿签字：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

职称：＿＿＿＿＿＿签字：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

年月日

目录

摘要 (7)

关键词 (7)

绪论 (8)

1.太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析 (8)

2.太阳能热水器的应用及意义 (9)

第1章：太阳能热水器的组成及工作原理 (10)

1.1 系统总体结构设计 (10)

1.早晨水温控制 (11)

2.循环水集热过程 (12)

3.冷水集热控制 (12)

4.水箱加热控制 (12)

1.2太阳能热水器组成及原理 (13)

1.3 主要芯片的结构与特点 (14)

1.3.1.DS12887时钟芯片简介 (14)

1.主要技术特点 (15)

2.DS12887/ DS12C887 的内部结构 (15)

3.DS12887/ DS12C887 内部寄存器的功能 (17)

4. DS12887/DS12C887 的中断和更新周期 (20)

1.3.2 80C51单片机结构特点 (20)

1.芯片的引脚描述 (21)

1.3.3 数字温度传感器DS18B20主要特性及测温原理 (23)

一、DS18B20的特性 (23)

二、DS18B20 测温原理 (24)

三、DS18B20的操作协议 (24)

第2章：太阳能热水器硬件设计 (26)

2.1.太阳能控制器硬件结构 (26)

2.2. 控制器实时时钟接口电路 (26)

2.3.水位检测和温度检测接口电路 (27)

2.4 看门狗和复位接口电路的设计 (28)

2.5 键盘和显示接口电路的设计 (29)

2.5.1 键盘电路 (29)

2.5.3 显示接口电路的设计 (29)

2.6 光电隔离与辅助加热电路设计 (31)

结束语 (32)

致谢 (33)

参考文献 (34)

摘要

太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应用，在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于

DS12887的太阳能热水器智能控制器的设计方法，给出了系统硬件设计及软件实现方法。

全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太阳能的利用和前景发展状况。第二部分包括第二章，描述太阳能系统组成及工作原理。第三部分包括第三、四章硬件设计及电路原理和软件设计，分别介绍了传感器的特点及应用、一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理，这也是此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。

关键词：太阳能热水器;传感器; 模糊控制; 实时时钟;单片机

绪论

1.太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析

目前，中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。但是与之配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。这种控制器只具有温度和液位显示功能，而且为分段显示，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%。这种显示器(还称不上控制器)不具有温度控制功能，当由于天气原因而光强不足时，就会给热水器用户带来不便；即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。本文设计的太阳能热水器控制器以80C51单片机为检测控制核心，采用DS12887 实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示和FUZZY控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。太阳能热水器是太阳能利用中最常见的一种装置，经济效益明显，正在迅速的推广应用，太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活使用。他主要由平板集热器、蓄水器和连接管道等部件组成，可分循环式、直流式和闷晒式。

当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。新建商住楼安装热水器，已是房屋开发公司计划之内的事，配套热水器的商品房销势更好[5]。

此款热水器包括主、从两大系统：主系统的特点是在晴好的天气利用太阳光能为热水器加热；从系统相当于电热水器，它在无光照的情况下利用电辅助加热。它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势，同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的缺点，充分发挥太阳能热水器和电热水器的各自优势，这是世面上大部分热水器所不能比拟的。