太阳能热水器控制器开题报告

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名 指导教师 姓名 课题来源 课题名称 李晓燕 赵娟娟 学 号 职 称 结合生产实际 201202501319 讲师 专 业 所在学院 课题性质 太阳能热水器控制器的设计 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，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。太阳能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，从而达到全天供应热水的目的。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能转换成热能，供生产和生活使用。 能源和安全问题是现代社会关注的焦点。现有的电热型热水器费用的偏高以 及燃气型的不安全性、和对空气、环境的污染等缺点，太阳能热水器控制器克服 了以上缺点，太阳能热水器是环保、无污染、人们使用简单、安全放心。太阳能 热水器以其诸多的优点受到人们的青睐，利用太阳的能源大量节约其他不可再生 能源，是以后能源发展的趋势。因此，人类要解决上述能源问题、实现可持续发 展，只能大规模的开发和利用可再生洁净能源。它是现代文明社会绿色能源的最 佳选择。目前市场上的大多数太阳能热水器只是纯粹的加热问题，还没有其他的 智能控制方法，在没有太阳的天气下无法使水箱中的水加到最热。其次对太阳能 热水器中的水位没有记录，使人们不能及时知道水箱中的水量，缺乏自动性。因 此需要设计一块智能化的太阳能热水器控制器来实现自动上水、水位水温的控制、 温度过高报警、水位过低报警及自动上水、温度过低时自动加热等功能。 近年来，利用太阳能和其它能源的结合，使得太阳能热水器更加的完善，在 任何天气情况下都能使用到热水。但这种太阳能热水器控制器只具有温度和液位 的显示功能，不具有温度控制功能，鉴与国内热水器的市场逐渐扩大，与其配套 的热水器急需改进的状态下研制了这套智能的太阳能热水器控制器。本来课题是 基于 89C51 单片机的太阳能热水器控制器，通过对单片机技术，太阳能热水器控 自动化 电气工程学院 应用研究 毕业设计 的意义 制技术等的认识，联系实际要求，将所学知识应用到现实生活中去，在对设计的 不断实践改良，使得太阳能热水器控制器更加符合实际要求，具有更高的实用性。 1.本课题研究的主要内容 本课题设计以单片机为核心完成系统设计，将来自温度和水位检测传感器的 信号经过调理、A/D 转化后送入单片机，一方面通过 LED 显示当前温度和水位值， 另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算，根据结果发出相应的上水、加 热指令，对热水器控制器的温度和水位进行控制。 本次设计的主要内容： （1）温度、水位检测传感器的选择； （2）A/D 转换器与单片机的接口的设计； （3）电源、按键、显示部分的设计； （4）总体设计； 2.拟解决的关键问题 研究内容 （1）如何实现温度及液位显示； （2）如何实现智能上水、缺水上水和手动上水的功能； 3.研究预期成果 （1）完成毕业设计任务书，字数两万字以上； （2）编写程序，调试成功，并在硬件电路上进行仿真达到预期的目的。 时间安排 第 1~2 周 收集、查询、整理资料，明确涉及任务，撰写开题报告； 主要通过中国知网、万方数据和百度文库来查询历年的硕士论文、期刊等， 收集相关的资料明确设计要求任务； 第 5~6 周 确定设计方案； 该热水器控制器的核心是单片机，通过比较芯片 AT89C51 和 89S52 的优缺点 来确定设计方案； 第 7 周 完善具体方案设计，进行硬件电路的设计； 第 8 周 进行必要的仿真，初步完成硬件电路的设计； 第 9 周 完成硬件电路设计，确定元器件参数及型号； 硬件电路主要由单片机、A/D 转换电路、显示电路、水位检测电路、按键电 路、温度检测电路等组成，其各模块具体的作用在研究内容里有所陈述； 第 10 周 完成硬件电路的绘制，进行程序设计； 硬件电路的绘制同研究内容； 第 11~12 周 完成程序设计，并进行必要的仿真调试； 第 13~14 周 论文撰写，出图； 第 15 周 毕业答辩。 1.课题设计的总体方案 本设计主要以单片机 AT89C51 控制为核心，采用模块化设计。主要由电源模 块、显示模块、温度采集模块、水位采集模块、按键模块组成。其系统总体框图 如下： 研究方法 系统总体框图 各单元模块的功能如下： （1）单片机 89C51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 （2）温度传感器模块 温度传感器模块采用线式数字温度传感器，它具有体积小,分辨率高,转换快等 优点。再加上温度传感器独特的单总线结构,在实现测控系统的温度检测方面就较 好地利用了它的独到特点,使系统得到了极大的简化。 （3）水位传感器模块 采用一个液位传感器，当液面水位到达最高水位，传感器经过采样电路报警。 （4）显示电路模块 选用数码管显示，运用动态扫描对数码管进行扫描，并且运用 7407 集成芯片 对数码管的位码进行驱动。

（5）按键模块

用两个按键来实现所要实现的功能，一个按键设置五个数码管位的选择，其

后另外一个数码管实现上下限温度的加、减。

（6）A/D 转换电路

A/D 转换是将传感器输入的模拟信号转换成数字信号送给单片机。 （7）电源模块电路

系统采用 220V 交流电源，经电源模块转化为单片机及其外围电路所需

的 5V 直流电压。

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、水位显 示、加热等功能。太阳能热水器控制系统的最大特点是所有功能模块均由程序控 制以完成各自功能。显示模块由 LED 液晶屏显示、键盘处理包括温度的设置和 控制加热以及时间的设置等。

2.设计思路

通过以单片机为核心，结合其他模块来实现温度，水位的控制和显示等功能。

完成太阳能热水器的智能化，满足人们的需求，当系统上电后，首先初始化和扫

描按键，当检测到来自键盘的信号时，单片机会通过相应的引脚电平来驱动相应

的控制电路，温度传感器和水位传感器用来检测实时的温度和当前的水位，当温

度过高或水位高出或低处设定值时，单片机也会做出相应的反馈如停止加热、控

制上水等，并会在一定条件下做出相应的报警。LED 液晶显示模块用来显示当前

的温度和水位的状况。

3.课题研究设计方法

（1）文献法，通过查阅文献资料，进一步完成本课题设计的任务； （2）利用 Protel 99SE 软件完成原理图的绘制； 4.参考文献

[1]王俊峰.理工科学生怎样做好毕业设计[M]北京：电子工业出版社出版， 2004.8

[2]朱善军.单片机接口技术及应用[M]北京：北京航天航空大学出版社出版 2003

[3]区建昌.电子设备的电磁兼容性设计[M]北京：电子工业出版社出版，2002 [4]蔺金元.单片机智能控制在太阳能热水器中的应用[J]．河西学院学报第 25