湖北省大学生创新实践项目申报书上交版.docx

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湖北省大学生创新实践项目申报书上交版

湖北省高等学校大学生创新创业

训练计划申请书

推荐学校华中科技大学文华学院　　　　　　　　　

项目名称“遮阳蓬”式高层太阳能自动跟踪热水器　　　　　　　　　

项目类型创新训练项目□创业训练项目□创业实践项目

所属一级学科名称电气工程

所属二级学科名称　　　电力电子与电气传动　　　　　　　　　　

项目负责人彭诚　　　

申报日期　　2012年6月7日　　　　　　　　　　　　　

湖北省教育厅制

二○一三年五月

项目名称

“遮阳蓬”式高层太阳能自动跟踪热水器名称修改一下

项目类型

（√）创新创业项目（）创业训练项目（）创业实践项目

项目实施时间

起始时间：

2013年8月完成时间：

2014年6月

申请人或申请团队

姓名

年级

学校

所在院系

/专业

联系电话

E-mail

主持人

彭诚

2010级

华中科技大学文华学院

机械与电气工程学部/电气工程及其自动化

133********

499254769@

成员

李令

2010级

华中科技大学文华学院

机械与电气工程学部/电气工程及其自动化

181********

1186436066@

朱文卫

2011级

华中科技大学文华学院

机械与电气工程学部/电气工程及其自动化

180********

stone24k@

吴胜

2012级

华中科技大学文华学院

机械与电气工程学部/电气工程及其自动化

增加一个机械同学，找一个

大三不考研的，大二的也可以

指导教师

姓名

研究方向

年龄

行政职务/专业技术职务

主要成果

项目实施的目的、意义

随着经济的高速发展，能源问题和环境问题越发凸显在各国面前。

目前发展最快、应用最广、商业化程度较高的太阳能热水器也呈现了诸多问题：

装在屋顶上的太阳热水器存在着连接管道过长，热损失大、上屋顶检查较为困难；布局混乱，与建筑及周围环境不协调；现代城市以多层和高层住宅为主，屋顶安装位置普遍较小，太阳能热水器安装方便，同时太阳能在安装中破坏已有建筑的结构、甚至造成安全问题；太阳能热水器，集热板采光位置固定，集热板常年暴露在外,以及在楼层较高时造成太阳能热水器水压不足；绝大多数采用直接加热热水，且多为敞开式常压系统，在系统的自动化运行以及与其它辅助加热设备的结合等方面都有待进一步完善；在夏季晴朗天气的情况下水温易达到沸点，如果几天不使用，水箱内长时间处于高温、高压状态，会促进密封圈老化，结水垢等情况，影响热水器的寿命，另外长时间未使用的热水水质较差，细菌多，应及时排掉。

因此研究智能、与建筑环境一体化的太阳能热水器就是当务之急。

修改了半天，上一段还是没有理顺，问题再凝练一下，逻辑性再强一些，要更多突出的是项目实施的好处，优势及意义，但这里全部是缺点，而且逻辑性，叙述诸多语病，这一版是谁修改的。

基于以上目的的确立，本项目的研究意义重大：

不要出现这个标题，感觉这一版写的很不好，把下段有效融合在项目实施的目的意义这一个大标题的框架下

随着中国经济的快速发展，农村城市化的速度将不断加快，农村对太阳热水器的需求也将不断加大，这将是今后中国太阳热水器急剧增长的市场。

在城区实行的“煤改气（油、电）”等强制性环保措施，使宾馆等商业性单位的能源费用大幅上涨，为了降低运行费用，越来越多的单位将会安装太阳热水系统，因而太阳热水工程的需求量将会急剧增加。

其次，绿色环保已深入人心，节能与环保已成为今后住宅建设的主题，太阳热水器将由现在的主要由用户购买，逐步转变为主要由房地产开发商在开发房屋时跟建筑统一设计，统一采购，同步施工，这将给太阳热水器产业带来巨大的市场潜力。

另外，由于目前没有相应的设计标准作规范，建筑设计单位不能提供系统技术设计，太阳能产品企业又没有过硬的、能够与建筑很好结合的太阳能产品，因而对如何在高层住宅、别墅等不同住宅，以及在坡屋顶、立面墙等不同位置安装太阳热水系统，房地产开发商都得不到放心的产品和技术支持，而我们的研究将为开发商提供现实可行的技术参照，从而为中国建筑设计行业在建筑的一体化及优化方面增加积极性，为我国乡村城市建设和谐建设做出应有的贡献。

二、项目研究内容和拟解决的关键问题

本装置主要包括供电系统，自动跟踪感应系统，旋转机构以及单片机总控制系统。

研究内容涵盖了各部分的理论推导、电路设计、软件设计及机械设计等。

全文行距保持一致

根据项目研究的目标，在项目实施过程中其具体的研究内容如下：

1.对国内外遮阳蓬式太阳能热水器建筑一体化研究状况详细的调研及国内武汉地区的实地调查；

2.提出遮阳蓬式高层太阳能自动跟踪热水器的建筑一体化设计方案并进行理论分析，为工程应用提供依据；

3.再写机械或电路的设计，研究内容适当宏观，但也要有具体内容，最多4条即可

5.研究自动跟踪感应部分，分析和对比现有的太阳能自动跟踪方法（匀速控制、光强控制、时空控制）的优缺点，以达到集热板自动跟踪目的；

7.研究单片机控制系统，利用C语言设计控制处理系统，实现对太阳能热水器的智能化控制；

8.研究旋转机构，实现集热板的伸缩和随太阳方位角变化旋转一个机械角度的目的，从而方便集热板的自动跟踪。

项目实施过程中拟解决的关键技术问题：

123这类的前后文要统一风格

1）太阳能热水器机械结构设计及机械结构承压设计，要妥善解决太阳能集热器的安装问题，确保自身基本功能的基础上，还得充分考虑集热器抗自然灾害能力和建筑美观性；

2）太阳光自动跟踪传感器灵敏度及稳定性设计，要确保其能实时监测太阳位置，在外间干扰下能传递精确信息给单片机控制系统；

3）单片机控制系统程序设计，要求其能快速、准确、可靠的对采集的信号进行分析和处理，实现智能的控制集热板的伸缩，智能启动电辅助加热等功能；

4）系统复合供电电路设计，要求提高太阳能供电的可靠性，提高光电转换效率，在保证系统正常运行的前提下，减少家用电的使用；

三、项目研究与实施的基础条件

团队基础

本项目团队成员覆盖2010-2012级学生，团队成员各有特色，学习成绩都很优异，多数成员曾担任学院学生会和班级职务，具有一定的组织领导能力；团队成员热爱创新设计，并且团队成员都为学院电气创新设计工作室成员，部分成员曾荣获“凯盛开能杯”第五届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛二等奖，部分成员曾参加第四届全国电子专业人才设计与技能大赛并获得奖项；除此，部分团队成员曾获得多个国家专利，在成员组成上具备了科研的素质要求。

学术基础

本项目主要研究嵌入式控制系统对机械结构的控制，以计算机技术为基础，团队成员都为电气自动化方面学生，且都已熟练掌握单片机控制、DSP控制原理、电机学、数字电路、模拟电路、电力电子等专业知识，并且接受过金工实习、电子工艺实习、文献检索等课程的培训，具有相应的专业知识、能力和热情。

研究基础

为帮助项目团队顺利开展项目研究，学院为项目团队组建优秀的教师指导小组，如主要研究电路的孙亲锡副教授和张新建老师，从事于自动控制和单片机原理的范娟老师。

指导小组为项目团队提供了专业知识的有力支撑。

另外，学院各实验室及创新设计工作室在实验器材上为项目设计提供了如示波器、稳压源、数字信号源、嵌入式开发办等设备，同时学院对申请项目会给以相应的配套经费。

四、项目实施方案

1.前期准备：

每一步部分都要先写几句引入的话（这里还没想到好的清晰的修改方法，那就好好想想）

1）目前项目组已完成了国内外相关资料的搜索、整理以分析工作；完成了实验方案的制订，并提交给了指导老师；

2）已购买了直流电机推杆、木材、单片机元器件等相关材料；

3）熟悉太阳能热水器上太阳辐射量的计算和大气层上太阳能辐射度的计算；

4）分析目前电热水器和太阳能热水器存在的缺陷，热水器与建筑一体化现状及存在的问题。

2.实践环节：

1）系统各部分电路设计

设计单片机外围接口电路、太阳光自动跟踪传感器电路设计、电机驱动电路设计、系统混合供电方式的电路设计。

2）单片机分析控制系统的设计

选择单片机型号，设计控制系统程序，利用单片机对太阳能热水器状态进行智能的监控，实现实时自动跟踪太阳，智能辅助电加热等功能。

3）太阳能热水器与建筑一体化的设计

根据建筑特点设计太阳能热水器的外形及安装方法，以实现热水器协调的融入建筑。

4）热水器集热器机械结构的设计

根据一体化设计要求及热水器功能的设置，设计集热器机械机构，实现集热器的伸缩、旋转。

5）试验测试分析

制作出本项目实物作品，安装在实验环境中进行各项功能测试，记录相应数据并对数据进行分析处理。

3.指导老师：

1）指导老师对实验项目进行定位。

2）指导老师与项目组成员对实验方案进行讨论、提出建议。

3）指导老师对实验项目进展情况进行监督，并对阶段性成果进行审核。

4）指导老师指导设计过程中对系统的论证。

4.创新特点体现：

1）其与建筑的一体化设计解决了高层太阳能热水器使用受限的问题；

2）采用自动跟踪装置，实现始终使太阳能集热板与阳光保持最佳相对垂直，提高工作时长以及工作效率；

3）集热板与储水箱的近距离设计大大缩短了水管长度，解决目前高层建筑水压不足的问题；

4）其多元化的光电及蓄电池供电系统的设计能够最小化的利用市电，提高太阳能利用率并有效的缓解电能危机。

五、学校可以提供的条件

1.海量信息资源支撑：

文华学院图书馆文献资源丰富，截止2011年12月，馆藏纸质文献765134册，电子图书430000册，其中，中文电子图书33万册，外文电子图书10万册。

期刊合订本12554册，现刊1088种。

累计馆藏量达1195134册，中外文数据库8种，能够提供大量太阳能利用、自动化、机械设计等方面资料信息。

2.学院开放所有实验室：

学院有工程实训中心、计算机实验室、涉及电气，机械，材料等6大学科的创新设计工作室。

具有所有本项目研发所需的软件、硬件条件。

3.相关扶持政策：

学院鼓励大学生创新设计实践类项目，对申请项目会给以相应的配套经费。

4.专业老师指导：

学院组织相关专业老师对团队成员进行专业知识实时指导。

六、预期成果

设计一种与建筑一体化的太阳能热水器，在功能上，能实现太阳能集热板对太阳的实时跟踪，智能的进行辅助电加热，以达到提高太阳能利用率节省电能实现绿色环保的效果；在外观设计上，实现热水器与建筑的一体化，解决高层用户使用受限问题。

预期成果如下：

1）设计制作一件成品；

2）研究技术方案或论文一篇

七、经费预算

预算支出科目

支出金额（单位：

元）

预算根据及理由

基本材料费

2000

购买温度传感器、湿度传感器、嵌入式单片机芯片、集热板、机械伸缩拉杆、钢材等易耗品