山东建筑大学毕业论文开题报告表
班级： 论文题目 一、选题背景和意义 姓名：
智能太阳能热水器水控制器设计 1、背景 地球上的不可再生能源总有一天会消耗殆尽，所以开发和有效利用太阳能 这样的环保且资源丰富的能源有着重要的意义。太阳能热水器就是太阳能开发 和利用的一大产业，所以完善太阳能热水器也成为最近的研究热门课题。目前 太阳能热水器效率和功能上还存在着比较多的问题：例如不可缺水，空晒情况 下上水会爆炸；春、秋天，水温升高造成水变成水蒸气蒸发，造成热能损失； 冬天水温不够，导致热水器成为了摆设。现在人们对家用电器的要求越来越趋 向数字化、自动化、智能化。很多国内外太阳能热水器商家为了使自己的产品 能在市场上有一席之地，在不断提高太阳能热水器性能的同时，也不断加大力 度满足消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度也 一年比一年高。但是大部分太阳能热水器还是存在着使用不便和小毛病多等问 题。 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，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水控制器以 STM32 为检测控制核心，实 现了温度和水位两种参数实时显示和控制功能，而且具有温度设定与控制功能。 太阳能热水器能够将太阳辐射能转换热能，供生产和生活。智能太阳能热水器 具有广阔的前景和很高的推广价值。 2、意义 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。
2、文献综述
1、国内
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。
2、国外
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。
在西方，尤其是美国、德国、以色列这些国家在太阳能热水器方面的研发 一直比较活跃。以美国欧沃斯利诺依斯公司的发明的全玻璃真空管太阳集热器 最为普及，使用了高真空技术，使集热器的热损失比普通平板式太阳能集热器 的热损失降低了一大块（该集热器选择性吸收涂层的吸收阳光的效率 83%）。另 一方面还设计专门开发了用于太阳能热水器的先进的应用软件，从而使太阳能 热水器技术水平领先我国不少。
3、课题关键问题及难点
1、温度与水位控制电路的设计
太阳能热水器在空晒的情况下上水会爆炸，春、秋天，水温升高造成水变 成水蒸气蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，导致热水器成为了摆设。水位 检测电路可以检测水箱的水位，当水位过低是加大上水量；水位高时，减少上 水量。这样就可以防止爆管。
温度检测电路是为了得到合适的出水温度。当水箱温度高于出水温度时， 我们可以加大上水量；当水箱温度低于吹水温度时，可以减少上水量。这样达 到控制温度的目的。
2、实现上水控制
为了防止爆管和得到合适的出水温度，温度和水位检测电路当然必不可少。 当收集到水位和温度的情况时，我们还要用冷水来控制水位和水温，达到我们 想要的结果。所以上水控制是真正的执行者。 四、方案论证
1、CPU 选型：
本设计采用 STM32 系列为控制核心。STM32 搭载 ARM 公司最新的、具有先 进架构的 Cortex-M3 内核， 具有出色的实时性能 ，优越的功效 ，高级的、创 新型外设 ，最大的集成性 。易于开发等特点。而且是高性能、低成本、低功 耗的嵌入式应用专门设计芯片。
2、水位检测电路的设计
蓄水箱水位和温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节，只有准确地 检测出水位和温度，才能通过软件计算提前开始辅助加热的预加热时间。要实 现辅助加热提前时间的精确计算，最好是采用连续液位传感器，但考虑系统成 本，本设计仍采用分段式液位传感器。
3、温度检测电路的设计
温度的检测主要由温度传感器来完成。温度传感器的主要特点是功能单一、 测温精良、价格低廉（10 快钱左右）、响应反应快、传输距离远、功耗小、易 配处理器等优点，非常适合远距离测温和控制，外围电路简单且不需要进行非 线性校准。太阳能热水器温度传感器有很多，本设计本来可选用成本更低的热 敏电阻来使用，他具有负温度系数的热敏电阻来测水温，热敏电阻与普通电阻 不同，它具有负的温度特性，当温度升高时，电阻值减小等优点，它的应用是 为了测量温度。但由于取材方面的原因，也考虑到经济成本选用 NTC 热敏电阻， 这是市场上很多见并且应用范围很广的一种温度传感器，因为它独特的单线接 口，且具有精准度高、稳定性强、廉价等好处。
4、上出水控制的实现
上出水的量应该选用两个电磁阀来控制。电磁阀（Electromagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执 行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速 度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精 度和灵活性都能够保证。
5、显示模块
水温的显示是实现控制的重要环节，是人机交互的重要环节。在设计中选 用数码管。 五、进度安排
第 1-2 周：完成开题报告；
第 3-4 周：翻译外文文献，查阅资料，调研；
第 5-6 周：硬件方案设计，元器件选型；
第 7-8 周：硬件电路设计；
第 9~10 周：软件编程；
第 11~12 周：联机、调试；
第 13~14 周：继续调试、完成毕业论文。