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基于单片机AT89C51控制的热水器设计报告

1 前言(绪论) 1.1 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。 1.2 太阳能热水器的应用及意义 众所周知,太阳能是取之不尽,用之不竭,没有污染的巨大能源。随着世界 上煤、油、气的储量日益减少,能源危机已日益增长,环境污染的危机已威胁着 生态平衡,太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。有人预测:二十一世纪太 阳能将由辅助能源上升为主要能源。但由于太阳能的分散性、季节性和地区性又 给太阳能利用带来重重困难, 有些技术难点尚未突破, 产品造价偏高 (如光电池) 。 因而尚未被人们大规模的使用。 在太阳能热利用技术中,太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉 的产品,同时给人民提供不耗能源、保护环境、绝对安全的热水而受到人们的欢 迎。 太阳能热水器是以太阳能光热转换,利用温室效应和虹吸原理使水加热的 装置,此装置分为两个不同的概念: 1.太阳能热水工程系统,这种系统由太阳能集热器、储水箱管线、补水箱组 成不同形式的热水系统,包括自然循环式、定温放水式等等,可构成提供热水 10 吨到 100 吨的装置,大多提供集体单位使用。 2.太阳能热水器是指将上述各种不见组装成一个小系统, 提供家庭或需要产 热水 1 吨以下的单位使用, 此种装置算为太阳能热水器。 太阳能热水器 (或系统) 均以其采光面积作为计量单位,一般 1 平方米光面积可产热水 100 升,采光面积 每种型号不同,一般在 1.5~2.0 平方米。 我国从“六五”计划期间开始推广太阳能热水器,到目前全国已有 250 万平 方米采光面积的太阳能热水器,厂家又几家发展到全国约有 180 家左右,是目前 世界上推广最大的国家之一,而且形成了规模,形成了中国特色的太阳能企业, 有中国太阳能协会为中心的学术中心, 以中国农村能源企业协会太阳能热利用专 业委员会为中心,制定了产品标准、测试条件、产品合格证颁发等一系列措施。 世界各国的太阳能热水器生产发展也很快。例如:澳大利亚政府规定,在北 部地区新建房屋一定要设置太阳能热水器,西澳大利亚已有 25%的新住宅安装了 太阳能热水器。 日本现在每年安装太阳能热水器近 50 万台, 现在有 20%的家庭安装了太阳能 热水器,计划今后普及率达到 25%,按照日本的“阳光计划”还将为公寓,办公 楼安装 6500 套太阳能热水系统,为工厂安装 1900 套工业用太阳能热水系统。以 色列的法令规定所有新建筑物必须配备太阳能热水器,目前普及率已超过 60%。 英、法、德、意、希腊五国到 2000 年底推广热水器 600 万平方米,比 1990 年增 长 2 倍多。 国内外太阳能热水器使用量增长如此之快,其根本原因是:能源问题、环保 问题是当今世界各国面临的主要问题之一。太阳能热水器是节能、环保产品,故 受到广泛重视,发展极快,预计今后每年将以 15%~20%的速度发展。 根据理论计算及实际应用证明,太阳能热水器每平方米光面积一年可节约标 准煤 200-300 公斤节电 1500 度,或节约液化气 180 公斤。 采用本热水器与电热水器、燃气热水器相比,还具有绝对安全,最为卫生的 特点,在电费,液化气、煤气价格较高的地区,用户 1-3 年即收回投资,在这以 后提供的热水是免费的。设计可以参考以下的几个意见: 1.在设计民用建筑时,若此地区没有集中热水供应,可给用户安装太阳能热 水器,以提供热水,提高住房的档次,在设计时将冷、热水管线预埋,以平均每 套住宅建筑面积 65 平方计算,工程造价大约每平方米增加 18-20 元, 2.设计工厂浴室时,可考虑采用太阳能热水系统,每平方采光面积产热水 100 升计算,100 平方米太阳能热水系统可产热水 10 吨,每人每次标准用水 40 升,可解决 2