太阳能供热系统毕业设计方案.docx

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太阳能供热系统毕业设计方案

太阳能供热系统

内容摘要

随着社会进步和发展，工业化自动化限度加深，在进步同步能源矛盾也随之加剧，各种新能源应运而生针对当前国内能源短缺和环境问题,本文提出了运用太阳能和其她辅助能源,既能为家庭提供生活热水又能用于采暖太阳能采暖。

本文以“北京安润通电子技术开发有限公司”三河分厂太阳能拱热系统为例，详细阐述了大中型工厂太阳能拱热系统设计。

由于储能问题，在小型工厂和家庭中采用该方案时必要添加辅助供热装置。

本系统以单片机为控制核心，以工控机辅助调试和记录。

控制理论简朴，系统运营稳定可靠。

核心字：

太阳能、拱热、储能、单片机、工控机

一、绪论

1、课题研究背景及意义

2、本文重要研究内容

二、供热系统概况

3、系统控制原理

4、厂房概况

三、供暖系统各某些设计

5、积热板

6、管道

7、储能池

8、温度传感器

四、控制系统设立

（1）、温度信号采集

（2）、电机及电磁阀驱动

（3）、单片机选取及软件设计

（4）、工控机软件设计

五、设计总结

正文

一、绪论

1、课题研究背景及意义

先让咱们一起来看一组数据来理解一下国内能源现状：

咱们形容祖国经常会用到“地大物博”一词，但事实表白咱们能源和资源总量并不丰富，由于国内人口众多，人均资源能源占有量从世界整体水平看存在着明显差距。

严峻形势让人触目惊心。

从能源总量来看，国内是世界第二大能源生产国和第二能源消费国。

据资料显示，截止究竟，国内石油剩余可采储量23亿吨，占世界总量1.4%；天然气剩余可采储量2.23万亿立方米，占世界天然气可采储量总量1.2%；煤炭剩余可采储量1145亿吨，占世界总量12.6%等。

就可采储量而言，关于专家预计，若按当前开采水平，国内石油资源和东部煤炭资源将在2030年耗尽，水力资源开发也将达到极致。

就质量而言，国内能源资源以煤炭为主，按各种燃料热值计算，在当前探明储量下，世界能源资源中，固体燃料和液体、气体燃料比例为4：

1，而国内则远远落后于这一比值。

当前，在世界能源产量中，高质量液、气体能源所占比例为60.8%，而国内仅为19.1%。

，中华人民共和国一次能源消费总量19.7亿吨原则煤，比上年增长15.2%。

其中，煤炭消费量18.7亿吨，原油2.9亿吨，天然气415亿立方米。

从人均水平来看，中华人民共和国人均一次能源消费量1.08吨油当量，为世界平均水平1.63吨油当量66%，是美国人均8.02吨油当量13.4%，日本人均3.82吨油当量28.1%。

从能源构造来看，一次能源消费中，煤炭占67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占7.0%。

这些只是某些能源消费状况，其形势不容乐观。

此外，做为一种公司，利润是其生存主线。

随着煤炭、石油等不可再生能源日趋枯竭，供暖费用也居高不下，并且有逐年上长趋执。

因而开发和使用绿色能源成为了当今世界必然选取。

但就运用太阳能供暖而言，虽然已提出近年，但抱负太阳能供热系统和可行方案并不多。

有些系统材料价格昂贵，并且后期维护费用高。

而另一此设备则因期效率低，集热效果不抱负而无法被采用。

本系统吸取教训，完全克服了以上局限性之处。

本文重要阐述了安润通三河分厂太阳能集热系统，其中以自动控制某些和集热构造为主。

因其供水管路某些和老式供暖设计没有明显区别，因而不再重点阐述。

2、经济效益、环境效益、社会效益分析：

 龙创太阳能+热泵、热水、夏季制冷设计并施工，是国内唯一太阳能采暖方案成熟可靠提供者，单体建筑从几十平到几万平都可以便实行供暖，便于在国内都市、县区、牧区、山区推广，按照当前国内公司向国外公司出口“碳排放交易”每吨二氧化碳减排约8~10欧元以上计算，每1平方米太阳能热水器每年节约150公斤原则煤，减少339公斤二氧化碳排放，龙创太阳能供暖在同等造价下，相称于其她太阳能采暖产品节煤或节电减排效率3倍左右，也就是10万平米建筑如果采用1万平龙创太阳能进行供暖，则每年可觉得顾客创造可交易碳排放减排效益915300元，合计1372万元，虽然按照太阳能热水器效率计算，合计也有457万元。

按照中华人民共和国建设部与财政部305、306号文献，中华人民共和国从开始在国内所有省份大面积推广太阳能供暖，每个省全年不少于400万平以上，因此使用太阳能供暖符合国家节能减排大政方针，也是人类与自然和谐相处，延缓地球温室效应、气候暖化最优选取。

3、大面积使用太阳能供暖意义：

采暖是国内能耗大户。

自1991年起平均每年新建建筑10亿㎡，至1996年终，共有各类建筑约310亿㎡。

每年城乡建筑仅采暖一项需要耗能占全国能耗总量11.5％。

化石能源大量消耗，使国内能源供应面临巨大挑战，并且导致了严重环境污染。

因而研究使用清洁可再生能源－太阳能进行采暖具备重要意义。

 太阳能供暖系统合用于中华人民共和国北方南方国外气候状况，对于家庭顾客、别墅、厂房、住宅楼、办公楼等需要较大面积供暖单位特别合用。

由于性价比优势，会成为太阳能热水器之后第二个太阳能大面积应用领域。

总体市场容量在每年1千亿元以上。

太阳能供暖系统当前每年在欧洲新装10多万套，其技术也停留在太阳能热水简朴循环或太阳能四季蓄热阶段，太阳能热水简朴循环其经济效益比较差，太阳能运用率低，太阳能四季蓄热造价比房屋价格还高，在国内十年内没有推广可行性；

  而太阳能供暖系统，造价低于太阳能热水简朴循环，太阳能运用率可达太阳能热水循环3倍，如果大型太阳能采暖项目可以将碳排放减少量销售出去，则太阳能供暖项目不只保护了环境，并且还创造了可观经济效益。

   太阳能采暖系统不光可应用于只在白天使用建筑，如办公楼或教学楼时，也可应用于需要全天采暖住宅等建筑。

4、太阳能采暖与其他供暖方式初始投资与后期费用比较：

   北京取暖费用阐明（摘自北京市政府门户网站）问：

北京供暖收费政策是如何？

答：

供暖收费原则与往年比没有变化，民用市热力集团统一供暖价格是24元/建筑平方米、采暖季；民用燃油、燃气、电锅炉供暖价格是30元/建筑平方米、采暖季；燃煤锅炉直供民用供暖价格为16.5元/建筑平方米、采暖季；燃煤锅炉间供民用供暖价格为19元/建筑平方米、采暖季。

问：

对不同采暖单位室内温度有哪些规定？

答：

北京市使用天然气锅炉（含直燃机）采暖商场、写字楼等共建顾客室内温度要控制在18摄氏度，宾馆、饭店室内温度要控制在20至22摄氏度。

居民家中室内温度不能低于16摄氏度。

各种供暖方式运营费用比较：

（以某户100平方米计算）

初始投资采暖季运营费用

燃气壁挂炉15000~0元5000元/采暖季

集中供暖25000元2600元/采暖季

空调取暖5000~10000元5500元/采暖季

地热采暖10000~15000元，另需热源依照热源计算

太阳能供暖24000~30000元/100㎡1000~1500元/采暖季

①燃气壁挂炉：

供暖系统关于人员测算，采用分户燃气壁挂炉平均5个月一套两居室需要5000元左右，2℃温差费用差千元。

②集中供暖：

但集中供暖温度、时间都不能自行调节，空置房间照常收费。

③空调取暖：

巨额电费成为最大承担，如果使用冷暖空调取暖，一种采暖季下来大概要耗费5500元左右电费。

④地热采暖：

重铺管道成本需万元，地热管道采暖方式初期投资比较高昂，据简介，将100平方米房子暖气改成地热管道系统需要15000元，此外，如果是接市政暖气出水口还要同步交纳每年市政暖气费2400元，如果接壁挂炉，100平方米房子一种采暖季则需要耗费大概1500各种字气，4个月大概费用为3800元左右，与普通社区供暖费用相称。

⑤太阳能供暖：

在住宅社区、学校、办公楼房大面积应用初始投资合100平方米约24000~30000元。

，后期使用费用大某些是用太阳能，用电补充一某些，一种采暖季4个月电费是1200~1500元左右。

结论：

全国各地供暖条件不同，初始投资和运营费用也不相似。

而太阳能供暖自身不需费用，其他供暖方式费用都逐渐提高。

普通在同样取暖效果下，对于个人顾客依照取暖面积和热水用量，对比其她供暖方式3~6年太阳能供暖可回收其她供暖方式投资及费用，在之后左右时间，使用太阳能供暖费用大大低于其她供暖方式投资与费用（由于锅炉与空调寿命在5~8年，太阳能供暖系统寿命在以上）

太阳能供暖系统合用于中华人民共和国北方南方气候状况，对于家庭顾客、别墅、厂房、住宅楼、办公楼等需要较大面积供暖单位特别合用。

由于性价比优势，会成为太阳能热水器之后第二个太阳能大面积应用领域。

总体市场容量在每年1千亿元以上。

   5、太阳能采暖特点简介：

1．太阳能供暖合用性国内第一：

通过山东、北京、山西、陕西、河北、辽宁、黑龙江、河南等几百个家庭单位应用实践，冬天环境温度在10度~零下40度之间，涉及平房、楼房、别墅、幼儿园、厂房、办公室、几十万平方社区都可以合用，依照顾客状况进行合理设计、安装，使投资最低，效果最佳。

2．太阳能供暖舒服性第一：

人性化界面，操作简朴，可依照顾客状况分时分流分室控制，集中了锅炉供暖和空调采暖长处，使用者舒服限度大大提高。

3、太阳能几大长处：

可以实现冬季太阳能供暖气（也可全年使用）和全年洗浴使用。

这是太阳能热水器革命性进步，也是太阳能应用重大技术突破。

太阳能供暖系统一次性投资明显低于集中供热、燃油燃煤锅炉等初始投资，不需要审批，在同等供热状况下寻常运营费用大大低于集中供热、燃油燃煤气电锅炉，甚至比土暖气、空调还便宜诸多，还可以实现全年洗浴功能，解决了本系统春夏秋设备闲置，设备折旧加速问题。

每天24小时应用，每年依照气温想用多少天就用多少天，不用象使用燃气锅炉或空调等紧张费用高而只能一天开上2个小时，其他时间硬撑着了。

太阳能与电完美结合，动态智能运营方式，寻常费用降到最低。

太阳能供暖洗浴系统由楼顶高温太阳能加热系统和室内计算机智能控制系统构成。

运营设定简朴，在诸多地区晴朗天气下，一天工作24小时全用太阳能供热即可。

如果阴雨天或夜间感觉室内需要更高温度，则用电补充即可。

太阳能宽频技术与电补变频技术应用，使太阳能在整套系统能源使用最高可以达到60％-95％比例。

二、供热系统概况

1、系统控制原理

本系统控制原理为开关式控制，通过带变送器温度传感器对集热板、储能池、供暖区等地进行温度采集，并以4到20ma电流送回。

通过采集电路处进后由高档AVR单片机ATmega16进行AD转换。

经CPU分析解决后，通过光耦隔离，推动大功率三极管TIP41，再由41驱动继电器，继电器使接触器导通。

再由接触器驱动电机和电磁阀来控制系统。

控制算法为：

当集热板温度和储能池中水温差到达设定值时集热板和储能池之间开始循环，当温差达到关断值时循环停止。

当供暖区和设定温差不不大于设定值并且储能池中水温高于供暖区时，供暖开始循环，当供暖区室温达到设定值时，系统停止。

控制方框图如下：

2、厂房概况

厂房平面图如下

图中A、B、C为钢构造厂房，总面积约3600平米，其中A区设集热器6排，每排16组，共96组；B区各C区各18排，每排3组，共108组，总计204组。

别外还设有二个储能池，每个储能池长25米，宽5米高3米。

三、供暖系统各某些设计

1、积热板

集热板每块长1.5米，宽1米，采用铝合金型材并涂有下正丁烷和碳粉配制而成涂料。

每五块集热板构成一种组，每排组数不一。

2、储能池

通过调查发现当前比热大，阶格低材料没有，相比之下水是比较抱负储能材料。

因此本系统采用两个，每个储能池长25米，宽5米高3米储水池储储能。

3、温度传感器

若采用DS18B20做温度传感器可以使系统更加减化，但是由于其稳定性不够，并且所有传感器在一种网络上，当由于雷电等导致高压侵入时，会导致整下网络大某些器件被打碎，因此最后未被采用。

本系统温度传感器采用带变送器由24付电压直接供电传感器做为本系统传感器。

温度采集电路图

该电路中TVS为高压防护，当发生雷击等事故导致高压侵入时一方面由该管击穿导通放电来起到保护电路中其他器件作用。

R2为滤波电阻，和C2构成高通滤波，使电采集温度平缓，便于解决。

R3为采集电阻，将4到20毫安电流传化为0.512V到2.56V电压。

R1和C1再次构成RC滤波，W1为最后一级限压保护。

4、驱动

为了使继电器产生电磁干扰不影响单片机运算，接触器和控制某些不设在一种控制柜中，继电器和单片机也不设在一块PCB上。

驱动电路

图中R2、R3为防误动作电阻，D1为续流二级管。

四、单片机选取及软件设计

1、单片机选取

　　　AVR单片机是Atmel公司1997年推出RISC单片机。

ATMEL公司新推出90系列单片机内含高速闪存FLASH，是基于增强精简指令RISC（ReducedInstructionSetCPU）构造单片机，简称AVR单片机，该系列单片机在吸取PIC及8051单片机长处基本上，做出了重大改进。

RISC精简指令系记录算机）是相对于CISC（复杂指令系记录算机）而言。

RISC并非只是简朴地去减少指令，而是通过使计算机构造更加简朴合理而提高运算速度。

RISC优先选用使用频率最高简朴指令，避免复杂指令：

并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式种类，从而缩短指令周期，提高运营速度。

由于AVR采用了RESC这种构造，使AVR系列单片机都具备了1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）高速解决能力。

AVR单片机吸取了DSP双总线特点，采用Harvard总线构造，因而单片机程序存储器和数据存储器是分离，并且可对具备相似地址程序存储器和数据存储器进行独立寻址。

在AVR单片机中，CPU执行当前指令时取出将要执行下一条指令放入寄存器中，从而可以避免老式MCS51系列单片机中多指令周期浮现。

　　老式MCS51系列单片机所有数据解决都是基于一种累加器，因而累加器与程序存储器、数据存储器之间数据转换就成了单睛机瓶颈；在AVR单片机中，寄存器由32个通用工作寄存器构成，并且任何一种寄存器都可以充当累加器，从而有效地避免了累加器瓶颈效应，提高了系统性能。

　　AVR单片机具备良好集成性能。

AVR系列单片机都具备在线编程接口，其中Mega系列还具备JTAG仿真和下载功能；都具有片内看门狗电路、片内程序Flash、同步串行接口SPI；多数AVR单片机还内嵌了AD转换器、EEPROM、摸拟比较器、PWM定期计数器等各种功能；AVR片机I/O接口具备很强驱动能力，灌电流可直接驱动继电器、LED等器件，从而省去驱动电路，节约系统成本。

　　AVR单片机采用低功率、非挥发CMOS工艺制造，除具备低功耗、高密度特点外，还支持低电压联机Flash，EEPROM写入功能。

　　AVR单片机还支持Basic、C等高档语言编程。

采用高档语言对单片机系统进行开发是单片机应用发展趋势。

对单片机用高档语言编程可很容易地实现系统移植，并加快软件开发过程。

　　AVR单片机具备各种系列，涉及ATtiny、AT90、ATmega。

每个系列又涉及各种产品，它们在功能和存储器容量等方面有很大不同，但基本构造和原理都类似，并且编程方也相似。

选取AVR单片机因素

、速度快

AVR单片机在单一时钟周期内执行功能强大指令，每MHz可实现阶段MIPS解决能力，是具备最高MIPS/mW能力确良8位单片机。

AVR单片机采用了大型迅速存取寄存器文献和迅速单周期指令。

其迅速存取RISC寄存器文献由32个通用工作寄存器构成。

AVR用32个通用寄存器代替累加器，避免了老式累加器与存储器之间数据传送，可在一种时钟周期内执行一条指令来访问两个独立寄存器，代码效率比常规CISC微控制器快十倍。

AVR单片机是用一种时钟周期执行一条指令，即在执行前一条指令时就取出下一条指令，然后以一种周期执行指令（与DSP类似），是8位单片机中第一种真RISC单片机。

（2）、性能价格比高

AVR单片机中既有引脚少器件（8脚），也有存储容量较大、引脚较多器件，给顾客以充分选取佘地。

AVR单片机采用Harvard构造，程序存储器和数据存储器是分开，可以直接访问8M字节程序存储器和8M数据存储器。

AVR单片机片内资源丰富。

涉及：

1K-128K字节可下载Flash存储器、64-4K字节EEPROM、128-4K字节RAM、5-32条通用I/O线，32个通用工作寄存器、摸拟比较器、定期器/计数、可编程异步串行口、内部及外部中断、带内部晶振可编程看门狗定期器、为下载程序而设计SPI串行口、10位AD转换器、以及闲置摸式和掉电摸式2个可选取省电摸式等。

AVR单片机具备高度保密性。

程序存储器FLASH具备多重密码保护锁死（LOCK）功能，绝不也许解密。

　　　（3）、系统内从新编程（ISPIn-SystemProgramming）功能

AVR单片机片内可下载FLASH存储器，可以通过SPI串行接口或普通编程器进行系统内重新编程（ISPIn-SystemProgramming），给新产品开发、老产品级和维护带来极大以便。

4、工作电压范畴宽（2.7-6V）、抗干扰能力强

总之，AVR单片机在一种芯片内将增强性能RISC8位CPU与可下载FLASH相结合使其成为适合于许多规定、具备高度灵活性和低成本嵌入式高效微控制器。

2、软件设计

为了使得开发周其短，经济合理，稳定性好，本系统工控机软件采用VB6.0设计开发。

由于VB自身特点（串口通信速度相对VC而言要慢诸多，并且访问Mscomm控件要占用诸多时间）使得通信不得不采用询问式。

当工控机解决数据空闲时向单片机发送询问口令“0Xa5”，单片机收到后向工控机发送一组数据来拱工控机解决使用。

程序其他某些和普通单片机程序没有明显区别，因而不再详述。

五、工控机软件设计

开发平台选取

本系统采用绿环保节能设立，工控机在系统稳定并无特殊监控和设立规定期可以停机，但是系统循环控制不能一次而停止，因而中心运算单元不是工控机而是上位单片机。

通过需求分析和查询资料最后决定采用VC、VB、或者组态王中一种做工控机界面。

这三种软件特点如下：

　VC++6.0是Microsoft公司推出一种基于Windows系统平台、可视化集成开发环境，它源程序按C++语言规定编写，并加入了微软提供功能强大MFC（MicrosoftFoundationClass）类库。

MFC中封装了大某些WindowsAPI函数和Windows控件，它包括功能涉及到整个Windows操作系统。

MFC不但给顾客提供了Windows图形环境下应用程序框架，并且还提供了创立应用程序组件，这样，开发人员不必从头设计创立和管理一种原则Windows应用程序所需程序，而是从一种比较高起点编程，故节约了大量时间。

此外，它提供了大量代码，指引顾客编程时实现某些技术和功能。

因而，使用VC++提供高度可视化应用程序开发工具和MFC类库，可使应用程序开发变得简朴。

采用VC或者C++都能开发出实用高效软件，但是我虽然有C语言基本，但是通过一段时间摸索发现用VC写软件和用C语言写单片机程序主线不是一回事。

而FMC入门对于我来说在短时间内难以做到，因而最后未采用。

“组态王”是在PC机上建立工业控制对象人机接口一种智能软件包，它以Windows98/Windows/WindowsNT4.0中文操作系统作为其操作平台，具备图形功能完备，界面一致和谐，易学易用特点。

该软件包由工程管理器（ProjManager）、工程浏览器（TouchExplorer）、画面运营系统（TouchVew）三某些构成。

ProjManager用于新建工程、工程管理，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据字典导入和导出。

TouchExplorer是“组态王”软件核心某些和管理开发系统，是应用工程开发环境，内嵌画面开发系统，可完毕对画面设计、动画连接等工作。

TouchVew是“组态王”软件实时运营环境，用于显示画面开发系统中建立动画图形画面，并负责数据库与I/O服务程序数据互换,通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到各种数据，并把数据变化用动画方式形象地表达出来，同步完毕报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文献。

在TouchExplorer画面开发系统中设计开发画面应用程序必要在TouchVew运营环境中才干运营。

由于组态王拥有以上特点，因此我最初决定采用此方案。

但是遗憾是组态并不是一款免费软件，处在经济原则，最后未采用该软件。

VisualBasic,简称VB，是Microsoft公司推出一种Windows应用程序开发工具。

是当今世界上使用最广泛编程语言之一，它也被公以为是编程效率最高一种编程办法。

无论是开发功能强大、性能可靠商务软件，还是编写能解决实际问题实用小程序，VB都是最迅速、最简便办法。

“Visual”指是采用可视化开发图形顾客界面（GUI）办法，普通不需要编写大量代码去描述界面元素外观和位置，而只要把需要控件拖放到屏幕上相应位置即可；“Basic”指是BASIC语言，由于VB是在原有BASIC语言基本上发展起来，至今包括了数百条语句、函数及核心词，其中诸多和WindowsGUI有直接关系。

专业人员可以用VisualBasic实现其他任何Windows编程语言功能，而初学者只要掌握几种核心词就可以建立实用应用程序。

由于VB具备简朴直观易学易用特点，并且通过MScomm控件很容易实现和单片机通信。

并且VB是公认窗体设计强大软件，因而最后采用通过该平台做工控机软件。

软件设立

由于VB读取MScomm控件所用时间较长，相对不太灵活，因而数据采用多字节字符串形式，并且采用呼喊应答式传播。

PrivateSubMSComm1_OnComm（）

OnErrorResumeNext

SelectCaseMSComm1.CommEvent

CasecomEvReceive‘//接受数据数达到预设值

buff（）=MSComm1.Input‘//接受数据

MSComm1.InBufferCount=0‘//清空接受缓冲区

EndSelect

EndSub

2600--------------------------------------------------------------------------

记录某些设立

记录通过直接读写文本实现，代码如下

Forn=6To16''//提取日期

IfMid（Now，n，1）=""Then

ExitFor

EndIf

Next

STRfile=Mid（Now，1，n-1）&"历史记录.txt"''//打开文献

OpenApp.Path&"\"&STRfileForAppendAs#1

Write#1,MYstr

LineInput#1，strLine

Close#1

六、设计总结

本文较详细阐述了以单片机为基本太阳能供暖系统，同步本系统又采用了工控机进行数据计录和分析。

对于没有条件或不想多加投资可以不用工控机，系统同样可以稳定工作，但在数据分析和记录方面略显局限性。

对于小型公司或家庭供暖有一定参照价值。