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基于AT89C51的模糊控制的太陽能熱水器設(shè)計
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計） |
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課程(專業(yè))
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電氣工程與自動化 |
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關(guān)鍵詞
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太陽能熱水器|單片機|模糊控制 |
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適用年級
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會員 |
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金 幣
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40 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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word |
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文件大小
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338K |
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發(fā)布時間
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2013-02-01 16:31:00 |
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預(yù)覽文件
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無 |
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下載次數(shù)
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1 |
| 發(fā)布人 |
fei62008 |
內(nèi)容簡介：
基于AT89C51的模糊控制的太陽能熱水器設(shè)計，共47頁，19479字。
前言
隨著太陽能熱水器的迅速推廣，廣大消費者對太陽能熱水器特別是太陽能熱水器控制器的要求越來越高，進幾年來，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些太陽能熱水器的控制器，但是大多數(shù)控制器存在者諸如穩(wěn)定性不強，容易產(chǎn)生誤操作：溫度，水位檢測，控制誤差大；顯示器有時亂碼；與電輔助加熱裝置不能很好的配合；太陽能利用率較低，特別是在調(diào)節(jié)水溫時需憑借感覺調(diào)節(jié)流量，造成很大的資源浪費，影響了用戶的使用。隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，這樣的太陽能熱水器控制系統(tǒng)越來越不適應(yīng)人們的生活需求，開發(fā)一種控制方便，操作靈活的太陽能熱水器的控制系統(tǒng)，已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。
模糊控制是智能控制的一個重要分支，它的最大特征是能將操作者或?qū)＜业目刂平?jīng)驗和只是表達成語言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)。在復(fù)雜的工業(yè)控制中，被控對象通常具有嚴重的純滯后，時變性，非線性，及存在種類繁多的干擾，采用常規(guī)的PID控制方法，難以獲得滿意的靜，動態(tài)性能。模糊控制的本質(zhì)是非線性控制和自適應(yīng)控制，于純滯后的參數(shù)時變或模型不太精確的復(fù)雜控制系統(tǒng)，有較強的魯棒性。
本設(shè)計這里根據(jù)太陽能熱水器對控制器的要求與特點，提出了一種基于AT89C51的太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計方法。首先在介紹太陽能、傳感器、單片機的特點基礎(chǔ)上，詳細描述了太陽能熱水器的工作原理和設(shè)計方案。然后通過模糊控制理論，設(shè)計了四輸入二輸出的模糊控制器，其模糊控制規(guī)則能夠比較有效地模仿人的經(jīng)驗，合理解決輸出的強關(guān)聯(lián)性問題。然后 利用模糊邏輯推理的方法，結(jié)合大量的數(shù)學(xué)運算，離線計算出了簡潔方便的 模糊控制查詢表。最后給出了模糊控制查詢的單片機實現(xiàn)方法及模糊控制系 統(tǒng)的核心控制部分的硬件電路和軟件流程。
目錄
前言 2
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 緒 論 1
1.1太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場競爭分析 1
1.2太陽能熱水器的應(yīng)用及意義 2
第二章 太陽能熱水器的組成及工作原理 4
2.1 太陽能熱水器系統(tǒng)的功能簡介 4
2.2太陽能熱水器組成及原理 7
2.3太陽能熱水器主要芯片的介紹 8
第三章 太陽能熱水器模糊控制器 21
3.1模糊控制器的原理 21
3.2 太陽能熱水器系統(tǒng)控制模糊控制的方法 22
3.3 模糊控制器的設(shè)計 23
第四章 太陽能熱水器模糊控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 27
4.1.太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu) 27
4.2基于AT89C51單片機及其外圍電路單元 27
4.3 控制器實時時鐘接口電路 29
4.4 水位檢測和溫度檢測接口電路 31
4.5 上水及排水控制電路和輔助加熱電路 32
4.6 鍵盤電路的設(shè)計 34
4.7 顯示接口電路的設(shè)計 36
第五章 太陽能熱水器模糊控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 38
5.1 太陽能熱水器模糊控制系統(tǒng)的軟件組成 38
5.2溫控進水程序 39
5.3顯示子程序 40
5.4 鍵盤處理程序 41
第六章 總 結(jié) 42
致 謝 43
參考文獻 44
摘要
隨著人們生活水平的提高,各種熱水器的使用已相當(dāng)普及。太陽能熱水器以其諸多的優(yōu)點受到人們的歡迎。本文結(jié)合實際太陽能熱水器的具體應(yīng)用，提出了一種基于AT89C51的太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計方法，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件實現(xiàn)方法。
首先本文在介紹太陽能、傳感器、單片機的特點基礎(chǔ)上，詳細描述了太陽能熱水器的工作原理和設(shè)計方案。這里根據(jù)太陽能熱水器對控制器的要求與特點，設(shè)計出了四輸入二輸出的模糊控制器，其模糊控制規(guī)則能夠比較有效地模仿人的經(jīng)驗，合理解決輸出的強關(guān)聯(lián)性問題。然后利用模糊邏輯推理的方法，結(jié)合大量的數(shù)學(xué)運算，離線計算出了簡潔方便的模糊控制查詢表。又詳細介紹了基于單片機的太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)組成、硬件設(shè)計。最后給出了模糊控制查詢的單片機實現(xiàn)方法及模糊控制系統(tǒng)的核心控制部分軟件流程。
關(guān)鍵詞：太陽能熱水器,單片機,模糊控制
ABSTRCT
Along with the people living standard enhancement, each kind of water heater use quite popularized. Solar Water Heater is popular with its pretty benefits, Based on the practical application of Solar Water Heater，providing a design of Intelligent Con- troller for Solar Water heater based on AT89C51. Sum up a design way of the system’s hardware and software.
Firstly this article describes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar、sensor、Single Chip Microcomputer(SCM). According to the request and characteristic of Solar Water heater for the controller, designed four input two output of the fuzzy controller, the fuzzy control system rules can be effectively imitate human experience, reasonab le settlement of strong correlation problem. Output Then fuzzy logic reasoning metho d and combined with a large number of mathematical operation, offline calculated the concise fuzzy control lookup conveniently.Then introduced in detail based on the monolithic integrated circuit solar-powered water heater fuzzy control system composition, the hardware design. Finally the fuzzy control of SCM realizing methods and query fuzzy control is the core of control part of the stockings hardware circuit and software flow.
KEYWORDS: Solar Water Heate，Vague control，Single Chip Microcomputer(SCM)
第一章 緒 論
1.1太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場競爭分析
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源帶的的環(huán)境問題逐漸受到人們的關(guān)注，“低碳環(huán)�！钡睦砟铋_始進入人們的視野。于是，太陽能的開發(fā)和利用越來越受人們的重視和青睞，因為節(jié)能、環(huán)保、使用方便的因素，太陽能必將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中擔(dān)當(dāng)重任，成為理想的代替能源。目前，中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國之和，已有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠。但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能， 而且為分段顯示，溫度顯示誤差為10%，水位顯示誤差為25%。這種顯示器(還稱不上控制器)不具有溫度控制功能，當(dāng)由于天氣原因而光強不足時，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費大量的電能。本文設(shè)計的太陽能熱水器控制器以AT89C51單片機為檢測控制核心，不僅實現(xiàn)了時間、溫度和水位三種參數(shù)實時顯示和FUZZY控制功能，而且具有時間設(shè)定、溫度設(shè)定與控制功能。溫度控制采用模糊控制， 控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時間達到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達到24小時供應(yīng)熱水的目的。
此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點是在晴好的天氣利用太陽光能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽能的豐富的免費的資源的優(yōu)勢，同時考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點，充分發(fā)揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢，這是世面上大部分熱水器所不能比擬的。
1.2太陽能熱水器的應(yīng)用及意義
眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機已日益增長，環(huán)境污染的危機已威脅著生態(tài)平衡，太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預(yù)測：二十一世紀太陽能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術(shù)難點尚未突破，產(chǎn)品造價偏高（如光電池）。因而尚未被人們大規(guī)模的使用。
在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同時給人民提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。
太陽能熱水器是以太陽能光熱轉(zhuǎn)換，利用溫室效應(yīng)和虹吸原理使水加熱的裝置，此裝置分為兩個不同的概念：
1.太陽能熱水工程系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由太陽能集熱器、儲水箱管線、補水箱組成不同形式的熱水系統(tǒng)，包括自然循環(huán)式、定溫放水式等等，可構(gòu)成提供熱水10噸到100噸的裝置，大多提供集體單位使用。
2.太陽能熱水器是指將上述各種不見組裝成一個小系統(tǒng)，提供家庭或需要產(chǎn)熱水1噸以下的單位使用，此種裝置算為太陽能熱水器。太陽能熱水器（或系統(tǒng)）均以其采光面積作為計量單位，一般1平方米光面積可產(chǎn)熱水100升，采光面積每種型號不同，一般在1.5～2.0平方米。
我國從“六五”計劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有250萬平方米采光面積的太陽能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國約有180家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國特色的太陽能企業(yè)，有中國太陽能協(xié)會為中心的學(xué)術(shù)中心，以中國農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會為中心，制定了產(chǎn)品標準、測試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。
世界各國的太陽能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設(shè)置太陽能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽能熱水器。
日本現(xiàn)在每年安裝太陽能熱水器近50萬臺，現(xiàn)在有20%的家庭安裝了太陽能熱水器，計劃今后普及率達到25%，按照日本的“陽光計劃”還將為公寓，辦公樓安裝6500套太陽能熱水系統(tǒng)，為工廠安裝1900套工業(yè)用太陽能熱水系統(tǒng)。以色列的法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽能熱水器，目前普及率已超過60%。英、法、德、意、希
臘五國到2000年底推廣熱水器600萬平方米，比1990年增長2倍多。
國內(nèi)外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環(huán)保問題是當(dāng)今世界各國面臨的主要問題之一。太陽能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預(yù)計今后每年將以15%～20%的速度發(fā)展。
根據(jù)理論計算及實際應(yīng)用證明，太陽能熱水器每平方米光面積一年可節(jié)約標準煤200-300公斤節(jié)電1500度，或節(jié)約液化氣180公斤。
采用本熱水器與電熱水器、燃氣熱水器相比，還具有絕對安全，最為衛(wèi)生的特點，在電費，液化氣、煤氣價格較高的地區(qū)，用戶1-3年即收回投資，在這以后提供的熱水是免費的。設(shè)計可以參考以下的幾個意見：
1.在設(shè)計民用建筑時，若此地區(qū)沒有集中熱水供應(yīng)，可給用戶安裝太陽能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設(shè)計時將冷、熱水管線預(yù)埋，以平均每套住宅建筑面積65平方計算，工程造價大約每平方米增加18-20元，
2.設(shè)計工廠浴室時，可考慮采用太陽能熱水系統(tǒng)，每平方采光面積產(chǎn)熱水100升計算，100平方米太陽能熱水系統(tǒng)可產(chǎn)熱水10噸，每人每次標準用水40升，可解決250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計。
3.作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計，
太陽能熱水器的推廣應(yīng)用及經(jīng)濟效益據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今全國太陽能熱水器累計安裝使用總量已達300萬平方米以上。所以該控制器具有使用方便、性價比高、工作可靠、精度高等特為太陽能熱水器的進一步推廣具有積極的推動作用。
......
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