物燃料，也就成为能源和环境建设必须好遵循的基本原则之。太 阳能的开发和利用，正是适应了这种需要，据检测，每平方米太阳能热水器在其寿命期内可 减少吨煤所造成的向大气排放的有害化合物。因而开发利用太阳能，是减少环境污染的重 要选择。年联合国召开了全球与环境发展大会之后，许多国家纷纷将太阳能列入重点 开发项目。充分开发利用太阳能也就成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策，方 面可以广泛地应用于热水发电制冷采暖等诸多方面，另方面可以大量节省石油煤碳 等不可再生资源，将大大缓解能源匾乏而带来的严重后果。早在年，美国就制定了政 府级的阳光发电计划。而后许多国家都制定了相应的发展计划。年代，日本澳大利亚 美国以色列和希腊等国家出现新兴的太阳热水工业。我国幅员辽阔，具有丰富的太阳能 资源和良好的开发利用基础。全国太阳能国辐射总量在千焦平方米之间， 约占全国以上的地区全年日照时数大于小时。经过十余年的努力，我国太阳能利 用取得了举世瞩目的成绩，太阳能热水器是太阳能热利用中技术最成熟应用最广泛产业 化发展最快的领域。当前我国自主开发的全玻璃真空管太阳能热水器在世界上处于领先水 平，并出口到日本美国等发达国家。国内应用情况据统计，我国太阳能热水器在 年年底的年产量为 河南理工大学毕业设计论文说明书 万平方米，占世界总产量的保有量为万平方米，占世界总保有量的 。年产量及拥有量均居世界首位，成为我国节能领域的新兴产业，已引起国际能源界的关注，发展势头很好。进入年代，中国在改革开放政策指引下，随着太阳能热水器的 不断改进大众文明意识的提高人民生活水平的不断提高以及对生活热水需求的日益增长 和拥有亿人口的农村潜在，市场的开发，更是促进了太阳热水工业的迅速发展，太阳能 热水器应用同时也得到了个大规模进展，并且形成了与空调彩电冰箱等样的大规模 市场。太阳能热水器是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水 储存的装置。目前，技术水平最高的太阳能热水器是真空集热管太阳能热水器。真空集热管 的内外管之间是真空夹层，确保冬季管内不结冰，能够正常使用，内管上有层选择性吸 收镀膜，膜层能充分吸收太阳光。真空管里的水，吸收热量后，通过温差循环，加热储箱 内的水。太阳能中央热水系统采取以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式。般情况下全 年的热水来自太阳能，只需的电能作补充，天全天候可以供应热水。太阳能 热水器可在全国大部分地区使用，并被广泛应用于家庭，在宾馆沐浴工业用水等方面获得 利用。同时，由于其经济和社会效益显著。不用煤油电而用太阳能热水器洗浴的城乡居民 全国有多万，年节约能源万吨标准煤。太阳热水不但为广大城乡用户所接受，而 且建设部已将它列入建筑节能新技术，准备推广，太阳热水系统将与被动太阳采暖光伏器 件起成为世杨太阳能建筑结构的个组成部分。太阳热水要扩展到为工农业生产服务。 太阳能产品本身还存在着使用不方便不配套质量档次不高的状况。同时，由于受自身条 件的限制，随着春夏秋冬四季的变化，以及不同季节不同天气的变化，由于真空集热管太阳 能热水器的单性能，出水温度和热水存量的不确定性给使用中带来众多不便，同时也造成 了对太阳能的利用效率低下，太阳能热水器也就在定程度上满足不了不同用户的不同需 要，从而影响了太阳能热水器的长期发展。 河南理工大学毕业设计论文说明书 太阳能热水器控制仪的现状 在太阳能热水器的控制方面，其发展就远远落后于太阳能热水器本身的发展，绝大多数 用户对水位进水的控制仍然依赖于观察溢流管有无溢流。但这种方法有明显缺陷在往 水箱进冷水时，水箱内存留的热水往上升，直至从溢流管溢出，这样从溢流口到用户室内这 段溢流管所含容积的温度较高的水白白浪费了，溢流管越长，损失越大。进水进到溢流 管溢出为止，即水箱已充满，但当在太阳能的作用下，随着水温的不断升高，水的体积不断 膨胀，将上层温度最高的水从溢流口不断排出，又造成了大量热能的流失。为了满足用户 的需要，市场上相应也推出了太阳能热水器控制仪。调查分析目前市场上的此类装置，存 在如下缺陷智能化程度不高，方面，人工上水，用户需占用大量时间，使用十分不方 便另方面，也造成了对太阳能利用的效率低下温度传感器与被测介质的接触 方式分为两大类接触式与非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两 者进行充分的热交换而达到同温度。这类传感器主要有电阻式热电偶结温 度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触而是通过被测介质的热辐射或对流传 到温度传感器，以达到测温的目的。 数字温度传感器 数字温度传感器其外形如小功率三极管。因每个都有个自己特 有的位芯片序列号，可以在条信号线上挂接任意多个数字式传感器。表为分 辨率时温度数字量关系表。特点独有的接口，只 需个端口管脚进行通信可简单构成分布式多分支温度测量应用系统不需 要任何外围元件可通过数据线进行寄生电源供电测温范围为 测量精度在测温范围内时为 河南理工大学毕业设计论文说明书 可编程位数字温度计，相应分辨率为，最大转换时间分别 为与用户可定义非易失性温度报警设置及识别。的工 作时序与命令采用严格的单总线通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了 几种信号类型复位脉冲应答脉冲读写和读写。所有这些信号，除了应答脉冲以 外，都由主机发出同步信号。命令和数据都是字节的低位在前。单总线系统中主设备首先对 进行初始化，以确认总线上有在线并做好了操作的准备，再可执行 功能命令，然后方可执行存储器功能命令以进行启动温度转换及存储器操作等控制功能。 初始化时序中，主机先通过拉低总线至少，产生复位脉冲信号，接着主机释放 总线，并进入接收模式，上拉电阻将单总线拉高之后，在单总线器件检测到上升 沿后，延时，接着通过拉低总线，以产生在线应答脉冲。 河南理工大学毕业设计论文说明书 的功能命令如表所示。的存储器功能命令如表所示。 河南理工大学毕业设计论文说明书 系统硬件结构与工作原理 系统由硬件和软件两部分组成系统的硬件温度传感及控制电路水位传感及控制 电路键盘输入电路液晶显示电路四部分组成。软件编写主要实现自动监测及控制温 度和水位，以及实现建立良好的人机交互界面。 系统硬件结构 单片机共有内共有组位口或，用于对外部数据 的传输。在控制器中各个端口的工作分配如下口接排阻，接四位 数码管，口接键盘，用于水位开关控制阀，接温度传感器，和 接蜂鸣器。图为单片机管脚分布图。图为系统结构示意图。图 为系统与太阳能热水器配合的工作示意图。 图 管脚分布 河南理工大学毕业设计论文说明书 图系统结构示意图 图控制系统的工作示意图 电加热电加热电磁阀控制电路 对电磁阀以及电加热的控制，由于是通过微信号控制大电流，大功率，所以必须在开关 和单片机之间进行很好的隔离，以免大电流信号影 河南理工大学毕业设计论文说明书 响单片机正常工作。 光电耦合器 光电耦合器是种以光为媒介来传输电信号的光电器件，通常是由发光器件可见光 或红外和受光器光电半导体管封装在同管壳内组成。当输入端加上电信号时， 发光器便发出光线，受光器因受到光照而产生光电流，并从输出端输出，这即实现了电 光电的转换。光电耦合器可以耦合从零到几百千赫兹的信号。并且响应速度快，失真 小，电气隔离性能优良。它的输入端与输出端之间的绝缘电阻达，绝缘电 压为，其分布电容只有几个。光电偶合起的发光器属于电流驱动器件，具有抗 干扰能力强，共模抑制比高，不受磁场影响，不需磁屏蔽的优点。光电耦合器的种类很多， 有二极管型达林顿型低通导型双向对称型高速型等十几种。其中，三极管型光电耦 合器的电流传输比较小，若要得到较大的电流传输比可选用达林顿型复合管型光电耦合器 若采用光电耦合器在电路中作为开关用，要求其饱和压降低，可选用低通导光电耦合器在 高压电子线路中，如在高压稳压电路中，取样放大管的信号经过光电耦合器耦合到调整管， 就要求光电耦合器输出边与输入边之间有很高的耐压，此时应选用高压型光电藕合器。 双向可控硅 双向可控硅也称双向晶闸管。它是在单向晶闸管的基础上发展而成的新型器件。 单向晶闸管实质是种直流控制器件，而双向晶闸管是种理想的交流开关器件。双向可控 硅属于种五层器件，有三个极，分别为,和。称为门极，和称为主端子。双向晶闸管的伏安特性如图所示。性能良好的双向晶闸管，其正反向特性 曲线具有很好的对称性。并且其触发电流小，通态平均电流大，作电压高，也是理想的交流 开关器件。 河南理工大学毕业设计论文说明书 图双向晶闸管的伏安特性 电加热电磁阀控制电路 控制系统最终要控制交流电路，为隔离强电对弱电部分的影响，采用了光藕 及双向可控硅和电磁阀用，电加热用作为中间继电器，充当交流 控制开关。光电隔离和工驱动部分电路如图所示。电阻限制流经 输出端的电流。与双向晶闸管并联的回路用于降低双向晶闸管的冲击电压，保护双向晶 闸管及 图电磁阀电加热开关控制电路 河南理工大学毕业设计论文说明书 温度监测与控制电路及其工作原理 基本工作原理电路 如图所示为测温模块电路图 图测温模块电路图 源程序 源程序如下 显示段 码 河南理工大学毕业设计论文说明书 测量到的温度的整数部分 小数第位小数第二位两位小数温度正负标志 最近次被按下的建温度设定值 , 显示延时程序 温度为正时显示的数据 输出十位数 输出个位和小数点 输出小数点后第位 河南理工大学毕业设计论文说明书 本文由贡献 文档可能在端浏览体验不佳。建议您优先选择，或下载源文件到本机查看。 河南理工大学毕业设计论文说明书 摘 要 如何很好的节约和利用能源，特别是可持续性能源，直是人类所面临的问题了所以研 究智能化家庭住宅里的能源如何被更有效的节约和利用，也有着十分现实和长远的意义。而 家用太阳能热水器就是个节约能源，有效利用能源的典型。随着人类生活的不断进步， 科学技术的不断发展，电子技术在各个领域的广泛应用，智能化家庭住宅模式必将成为人类 住宅模式的发展趋势。美国日本等发达国家已经在这方面做了很多有益的探索和研究，在 我国，随着人民生活水平的日益提高，智能化家庭住宅模式也必将在我国兴起发展和完善。 所以实现对家用设备的智能化控制也就成了种有益的必要的积极的探索和研究。同 时，自世纪以来我国太阳能利用取得了举世瞩目的成绩，太阳能热水器是太阳能热利用 中技术最成熟应用最广泛产业化发展最快的领域，并且随着