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太阳能采暖远程监控系统的设计与实现

作　者: 李永彪
导　师: 董有尔
学　校: 山西大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 太阳能热泵采暖系统系统分析温控器远程监控物联网平台
分类号: TU832.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

21世纪以来,能源紧缺成为制约国际社会经济发展的重要问题,改变能源结构,寻求清洁、高效的新能源成为全球能源发展的必由之路。太阳能以其众多优势成为解决能源问题的重要举措之一,其中,太阳能光热利用得到了广泛的应用。与此同时,随着生活水平和居住环境的改善,人们对舒适的建筑热环境追求越来越高,供热采暖逐渐成为建筑能耗中的耗能大户。利用太阳能来满足这部分需求,将极大地缓解能源紧缺和环境污染等问题。由于太阳能存在较大的间歇性和不稳定性,因此必须加以辅助热源,经过综合比较后选择了具有节能和环境效益的热泵新能源技术,二者的结合可弥补不足,实现供热系统的高效、全天候运行。基于此,物理实验中心与山西春光太阳能采暖有限公司达成合作协议,在近代物理实验室设计搭建了一套小型太阳能热泵采暖系统供教学、示范和研究使用。本文在探索提高太阳能热泵采暖系统供热效率过程中,重点进行了以下几方面的工作：(1)对太原地区采暖耗能状况进行前期调研分析,并参与了系统的设计和搭建。(2)针对示范工程试点的使用状况,从成本、碳排放、潜在价值等多角度分析系统的适用性和推广应用价值。(3)原有系统中太阳能泵站控制器为固定温差循环,导致太阳能集热板得热量不能有效利用,为此设计了基于STC89C52RC的可控温差循环控制器,确保太阳能资源的高效利用。(4)由于运行中各项数据均需人工记录,耗时耗力,同时管道系统中阀门和开关等手动操作复杂,致使系统供热效率低下,为此在原有系统基础上引入远程监控系统,实现数据采集和设备的远程控制,以确保安全高效运行和故障的及时处理。(5)设计制作了一套太阳能采暖远程监控系统。采用STC89C52RC、ATmega328微控制器和W5100以太网芯片进行数据采集上传以及与服务器的通信,实现对设备运行状态的监视和远程控制,其中监控系统交互界面采用了开放的物联网接入平台。

全文目录

中文摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-19
  1.1 课题研究背景  13-14
  1.2 课题来源、依据和意义  14
  1.3 相关技术发展现状  14-17
    1.3.1 太阳能采暖技术发展现状  14-15
    1.3.2 太阳能热泵技术发展现状  15-16
    1.3.3 远程监控技术的发展现状  16-17
  1.4 本文的主要内容  17-19
第二章太阳能热泵采暖系统  19-33
  2.1 概述  19-22
    2.1.1 新能源应用实验室概况  19
    2.1.2 太阳能热水系统  19-20
    2.1.3 热泵技术  20-21
    2.1.4 太阳能热泵采暖系统特点  21-22
  2.2 前期调研分析  22-26
    2.2.1 太原地区气象条件和太阳能资源  22-24
    2.2.2 太阳能采暖的技术条件  24
    2.2.3 热水系统节能可行性分析  24-25
    2.2.4 北方采暖形势分析  25
    2.2.5 适用区域分析  25-26
  2.3 太阳能热泵采暖系统的搭建  26-29
    2.3.1 设备选型  26-27
    2.3.2 热循环管路设计  27-28
    2.3.3 工作原理和模式  28-29
  2.4 太阳能热泵采暖系统运行分析  29-32
    2.4.1 示范工程概述  29-30
    2.4.2 直接经济效益分析  30
    2.4.3 节能减排分析与计算  30-31
    2.4.4 系统推广应用的社会效益预期  31-32
  2.5 太阳能热泵采暖系统存在问题  32
  2.6 本章小结  32-33
第三章太阳能泵站控制器设计  33-42
  3.1 太阳能泵站控制器概述  33
  3.2 控制器组成和功能规划  33-34
  3.3 硬件电路设计  34-37
    3.3.1 DS18B20温度传感器  34
    3.3.2 主控芯片STC89C52RC  34-35
    3.3.3 LCD显示模块  35-36
    3.3.4 控制电路和告警电路  36-37
  3.4 控制器软件实现  37-41
    3.4.1 系统主程序流程图  37
    3.4.2 多路温度采集程序设计  37-39
    3.4.3 温度控制程序设计  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章远程监控系统的设计  42-68
  4.1 监控系统总体设计  42-44
    4.1.1 监控系统的任务  42
    4.1.2 监控系统功能需求分析  42-43
    4.1.3 远程监控系统整体构架  43-44
  4.2 远程监控系统的交互界面  44-46
    4.2.1 Yeelink物联网平台  44-45
    4.2.2 监控系统界面的实现  45-46
  4.3 采集节点硬件电路设计  46-51
    4.3.1 采集节点的组成和功能规划  46-47
    4.3.2 温度采集节点硬件电路  47
    4.3.3 光照度采集节点硬件电路  47-48
    4.3.4 串口通信电路  48-49
    4.3.5 其他采集节点  49-51
  4.4 远程控制器硬件电路设计  51-55
    4.4.1 控制器的组成和功能规划  51
    4.4.2 Arduino UNO主控板  51-52
    4.4.3 以太网扩展板  52-54
    4.4.4 控制电路  54-55
  4.5 采集节点软件实现  55-58
    4.5.1 光照度采集节点程序设计  55-57
    4.5.2 单片机端串口通信程序设计  57-58
    4.5.3 PC端通信实现  58
  4.6 远程控制器软件实现  58-67
    4.6.1 HTTP协议  59-60
    4.6.2 平台上HTTP通信的实现  60-63
    4.6.3 W5100以太网板Internet连接过程  63-64
    4.6.4 远程控制器网络通信的实现  64-67
  4.7 本章小结  67-68
第五章泵站控制器和监控系统的实现  68-73
  5.1 使用软件介绍  68
  5.2 太阳能泵站控制器仿真及测试  68-70
  5.3 远程监控系统的实现  70-72
    5.3.1 监控系统硬件电路的实现  70
    5.3.2 远程监控系统交互界面的实现  70-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章总结与展望  73-74
参考文献  74-77
攻读学位期间取得的研究成果  77-78
附录  78-81
致谢  81-82
个人简况及联系方式  82-84

太阳能采暖远程监控系统的设计与实现

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