太阳能热水器控制新版专业系统设计.docx
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1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计(论 文)论文题目: 太阳能热水器控制器设计所属学院: 电子工程学院指导老师: 杨思俊 职 称:讲师学生姓名: 王游 班级、学号: 15205109 专 业: 太阳能光热技术和应用西安航空职业技术学院制年 月 日西安航空职业技术学院 毕业设计(论文)任务书题目: 太阳能热水器控制器设计任务和要求:时间: 年 11 月20 日 至 年 1 月 20 日 共 8 周所属学院: 电子工程学院学生姓名: 王游 学 号 :15205109 专业: 太阳能光热技术和应用指导单位或教研室: 指导老师: 杨思俊 职 称:讲师西安航空职业技术学院制年 月 日毕业设计(论文)进度
2、计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导老师签 字1120XXXXXXXX老师对进度计划实施情况评价 指导老师署名: 年 月 日 本表作评定学生平时成绩依据之一。太阳能热水器控制系统设计【摘要】现在城市居民绝大部分全部使用太阳能热水器,农村也有相当一部分人使用,太阳能热水器在技术上比较成熟,造价比较低廉,同时因为给人民提供绝对安全热水而受到大家欢迎,且含有节能、环境保护、安全、便利、长久等优点,所以它应用也会越来越广,所以,研究和开发优异太阳能热水器控制系统越来越关键。该设计以单片机SST89E516RD为关键,结合单线数字温度传感器DS18B20、LCD1602液晶屏和蜂鸣器,设计一个数
3、字化、智能化太阳能热水器控制系统。该系统由主控芯片模块、DS18B20温度检测模块、LCD1602温度和水位显示模块、自动加水模块和水温超标警报模块组成。给出了各个模块结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序步骤图和部分源程序,并结合理论设计进行仿真模拟测试。我们全部知道,现在市面上大多数太阳能热水器全部没有加水只能中止装置,而且只能在晴天使用,而阴天则无法加热。此系统将水温水位检测模块、水温水位显示模块和报警模块结合,LCD1602屏幕上会显示水位和温度,而且在水位低于设置值时可人控开启加水开关开始加水,LCD1602上显示水位改变情况,当水位抵达标准水位时自动中止;当通电对水加热时,LCD1
4、602屏幕上动态显示温度;当温度抵达设定标准温度时,触发警报系统,提醒人关闭加热装置。此系统解除了太阳能热水器加水时无人守候造成水资源浪费和只能在晴天使用问题,处理了大家常碰到实际问题。该系统和传统机械式控制系统相比较,含有结构简单,抗干扰能力强,使用方便等特点。关键词:单片机SST89E516RD; 温度传感器DS18B20; LCD1602液晶; 警报 Abstract: Now the vast majority of urban residents have used solar water heater, rural also has quite a few people use,
5、solar energy water heater in the relatively mature technology, low cost comparison, at the same time due to the peoples provide absolute safety of hot water and get the welcome of people, and energy saving, environmental protection, safety, convenience, and the advantages of long, so it will be more
6、 and more widely used, therefore, research and development of advanced solar water heater control system more and more important.This topic research the programmable controller (PLC) in the application of solar energy water heater control system, focuses on the systems hardware and software design p
7、rocess, points out the key of design of PLC is can satisfy the basic control function, consider the convenience of maintenance and system scalability, etc., this paper identified the system of each working procedure, to draw the process flow diagram of the system, and has carried on the solar water
8、heater automatic control system of PLC I/O allocation and selection, to write the PLC program ladder diagram, draw out of the control system of electrical schematic diagram and the wiring diagram, implements the automatic water drainage, automatic cycle, automatic heating, PID closed-loop control co
9、nstant temperature water, manual and automatic mode switches etc. Function.Through the PLC to control the solar water heater system renovation, greatly reduces the system to other components have to use, make the system wiring is simple, convenient maintenance, improve reliability, increased system
10、was advanced.The paper is divided into four chapters: chapter one introduces the development background and design significance of solar water heater. The second chapter introduces the working principle of solar water heater. The third chapter introduces hardware selection and control system. Chapte
11、r iv overall design of solar water heater.Key words: Solar energy; The water heater. Control system; PLC目录1绪论61.1本课题研究得背景61.2国内外研究现状71.2.1国内研究现状71.2.2国外研究现状81.3太阳能热水器控制器的应用91.4 本课题研究内容92、太阳能热水器构造和工作原理102.1 太阳能热水器的基本构造102.2 太阳能热水器的工作原理113、太阳能热水器硬件选型及控制系统123.1 可编程控制器(PLC)简介123.2 可编程控制器(PLC)工作原理123.3 硬
12、件设备的选型133.3.1 PLC的选型133.3.2其他硬件选型144、能热水器的整体设计154.1 PID闭环控制154.2系统电路的设计164.3 设计PLC控制原理(梯形图程序)18结束语29参考文献301绪论1.1本课题研究得背景太阳能(Solar Energy),通常是指太阳光得辐射能量,太阳能是一个可再生能源,广义上太阳能是地球上很多能量起源,如风能、生物质能、潮汐能、水势能等,太阳能以其源源不停、安全等显著优势,成为关注关键。现在在太阳能产业发展中,太阳能热水器热利用转换技术无疑是最为成熟,其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。当今世界能源问题已经成为一个普遍性问
13、题,能源关乎着国家安全,谁掌握了世界上能源谁就掌握了国际事务话语权,谁就有了国家经济发展基础,谁就有了同其它国家相抗衡资本。不过传统能源已经被消耗殆尽,为了国家未来发展,世界各国全部在开发新能源,太阳能作为一个既清洁又取之不尽资源已得到了越来越多应用。众所周知,太阳能是取之不尽,用之不竭,没有污染巨大能源。伴随世界上煤、石油、天然气储量日益降低,能源危机也日益严重,和此同时环境污染危机也不停威胁着生态平衡,太阳能开发利用课题也提到了人类面前。有些人估计:二十一世纪太阳能将由辅助能源上升为关键源1。但因为太阳能分散性、季节性和地域性又给太阳能利用带来重重困难,有些技术难点还未突破,产品造价偏高(
14、如光电池),所以还未被大家大规模使用。图1-1 太阳能热水器太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉,同时因为给人民提供绝对安全热水而受到大家欢迎,且含有节能、环境保护、安全、便利、长久等优点,所以它应用会越来越广。尤其在农村地域含有很大现实意义:中国四分之三人口居住在农村,现在仍有约2万个村庄,800多万个农户,3000多万人口没有电力供给。而农村60%左右村民仍然依靠燃料秸秆、薪柴为主做饭和烧水,它不仅造成空气污染,而且还严重破坏植被,威胁生态环境。伴随化石能源逐步枯竭,煤炭、石油和电力一直涨价,且能源供给日趋担心。太阳能无污染、无运输、无垄断、“取之不尽、用之不竭”,是最有发展前途可再
15、生能源。在社会主义新农村建设中大力推广应用太阳能,不仅能够处理农村基础能源消费问题,促进可再生能源高效利用,实现农村生产发展、生活宽裕双重目标,还有利于乡风文明和村容整齐,促进社会主义精神文明发展2。1.2中国外研究现实状况1.2.1中国研究现实状况中国太阳能热水器产业发展快速,现在已经成为世界上最大太阳能热水器生产国,但和太阳能配套控制器却一直处于研究和开发阶段,尤其是和太阳能热水器系统匹配控制器,至今还未检索到相关报道。近几年来,市场上陆续出现了部分太阳能热水器控制器,但大多数控制器存在着诸如性能不稳定,轻易产生误操作;温度、水位检测、控制误差大;显示器有时出现乱码;和电辅助加热装置不能很
16、好配合;太阳能利用率较低等问题,影响了用户使用。更有甚者,有些控制器质量较差,常常发生故障,给用户带来很多不便,严重影响了用户使用,从而影响到太阳能热水器销售。太阳能热水器,尤其时太阳能热水器系统及其控制器有着宽广发展前景,但现有技术和产品开发投入较少。所以,在太阳能热水器、太阳能热水系统测量控制方面,应引发足够重视,加大投入一定力量研究开发高质量、性能好测控产品31.2.2国外研究现实状况太阳能热水器时利用太阳能辐射能热水装置,世界第一台热水器时美国马里兰州肯普于1891年发明,到第二次世界大战结束,大家发明出了各式各样被称为“闷晒式”太阳能热水器,第二次世界大战结束后,大家注意力又开始转向
17、发展经济,部分缺乏常规能源国家,如日本,开始投入人力物力开发利用太阳能,经过大家努力,多种简易平板太阳集热器在市场上出现。到20世纪70年代,伴随世界性能源危机日益严重,迫使大家对太阳能开发利用又重新重视起来,很多国家花了不少人力物力,用于大力研究开发太阳能技术,尤其时太阳能热水器。到哦上世纪70年代末,太阳能热水器开发利用在美国、澳大利亚、日本、德国、以色列等国家得到了很大发展,在随即几十年里,平板集热器型太阳能热水器推广应用在部分国家得到了较快发展。1975年美国欧文斯伊利洛伊(Owens-llinois)企业发明了全玻璃真空管太阳集热器并推向市场。当初,集热管选择性吸收涂层平均阳光吸收率
18、为83%,但因为采取了高真空技术,使集热器热损失比一般平板式太阳集热器降低了两个数量级,从而将太阳能热水器技术大大提升了一步。在随即几十年里,全玻璃真空管太阳集热器性能经过完善、提升、并逐步降低成本,所以得到了快速发展,到上世纪90年代,这种新型太阳能热水器已经成为推广应用主流产品。在全玻璃真空管太阳能热水器基础上,为深入提升效率、提升性能,德国研制出热管式真空管太阳能热水器,部分国家研制出了部分高质量太阳能热水器专用零部件,另外部分国家为优化设计专门开发了用于太阳能热水器应用软件。还有部分国家开发出功效完善,能全天候使用太阳热水器系统,在西方部分优异国家,太阳能热水器方面研发和推广一直比较活
19、跃41.3太阳能热水器控制器应用在全球煤炭、石油、天然气资源日益枯竭情况下,能源危机威胁日益加剧时代背景下,寻求低廉、清洁、可连续新能源己经成了人类发展首要问题。太阳能因其清洁、量大、低廉受到大家青睐,有些人估计,二十一世纪太阳能将成为全球关键能源5。其意义关键有两方面:l )节省能源:我们现在所消费能源,关键是煤炭、石油和天然气等化石燃料,这些常规化石燃料资源有限,不可再生,而太阳能是人类能够利用,最丰富新能源;2)保护环境,降低污染:太阳能是一个绿色能源,不会排放任何污染大气和其它环境有害物,是和生态环境相协调清洁能源。作为利用太阳能经典,太阳能热水器己走进千家万户,在提供方便同时也节省了
20、大量能源,降低了污染。而伴随社会生产发展、科学技术进步、生活水平提升,大家早己不再满足于只有使用功效产品囝。大家在关注产品确保一定物质功效同时,越来越重视在使用过程中舒适、高效、安全操作,对太阳能热水器使用方便性、安全性、操作界面人机友好性提出了更高要求。所以,多年来,太阳能热水器控制器行业也蓬勃发展,前景宽广,得到了广泛应用6。常见电子式太阳能热水器控制器图1-2所表示,含有基础水位/水量检测和显示,和上水和加热等功效。图1-2 电子式太阳能热水器控制器1.4 本课题研究内容本课题只要利用PLC为关键控制系统,实现太阳能热水器系统控制,使其满足实际多种控制需要、使更多工作免于人参与、使系统愈
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