太阳能热水系统计量监测仪的研发

【摘要】：太阳能热水系统是太阳能开发利用技术的一个重要应用方向。随着国家对太阳能热水系统的支持和推广，其应用已从小型家用热水器向建筑节能、工业、农业等商用大型工程化热水系统发展。太阳能热水系统的运行状况和效益评估，需要依据相关标准以及实时、准确和全面的监测数据的统计分析。 研究工作的任务旨在根据《太阳能热水系统能量计量与监测标准》和《可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统技术导则》的要求，研发太阳能热水系统计量监测仪，实现对太阳能热水系统的能量计量与监测。 深入研究了太阳能热水系统的组成、分类和运行机制。针对太阳能热水系统能量计量与监测需求，提出并论证了太阳能热水系统计量监测仪的设计方案，给出了计量监测仪在太阳能热水系统上的应用实例。 详细介绍了计量监测仪的软硬件设计。硬件系统主要由嵌入式最小系统和外围电路组成。以稳定性和可靠性为原则，完成了以ARM Cortex-M3为内核的STM32F103微控制器最小系统以及信号检测、AD采集、SD卡存储、RS485通信和W5100以太网通信等外围电路的设计。 根据用户功能需求可扩展性为原则，采用先总后分、功能模块化设计思路，完成了主程序、初始化、数据采集、能量计算、数据存储和数据通信等软件设计。 全面介绍了仪表各个模块的功能测试方法，并将其运用于太阳能热水系统进行数据采集和能量计量，最后对系统数据进行详细分析。 运行结果表明：太阳能热水系统计量监测仪实现了设计功能，达到了设计指标，具有数据采集准确，能量计算正确和远程通信稳定等优点，可为太阳能热水系统的运行状况和应用效益的客观评估，提供重要的技术手段，促进太阳能热水系统的工程应用和社会的节能减排。 【关键词】：太阳能热水系统 STM32F103 数据采集 能量计量 以太网通信
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK515;TP216
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题背景11
• 1.2 太阳能热水系统计量监测仪的研发意义11-12
• 1.3 太阳能热水系统计量监测装置国内外研究应用现状12-13
• 1.3.1 国外研究应用现状12
• 1.3.2 国内研究应用现状12-13
• 1.4 本文的主要研究工作13-15
• 第2章 太阳能热水系统计量监测需求分析15-22
• 2.1 太阳能热水系统概述15-17
• 2.1.1 太阳能热水系统的组成15-16
• 2.1.2 太阳能热水系统的分类16-17
• 2.2 太阳能热水系统计量监测要求17-20
• 2.2.1 数据采集要求18
• 2.2.2 能量计量要求18-20
• 2.2.3 远程通信要求20
• 2.3 太阳能热水系统计量监测要点分析20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 太阳能热水系统计量监测方案设计22-28
• 3.1 计量监测仪表功能22
• 3.2 计量监测仪数据采集方案22-24
• 3.2.1 传感器选型22-23
• 3.2.2 数据采集方案实现23-24
• 3.3 计量监测仪能量计量方案24-25
• 3.3.1 热量计量方案选型24-25
• 3.3.2 电能计量方案选型25
• 3.3.3 计量监测仪与数字仪表通信方案设计25
• 3.4 计量监测仪远程通信方案25-26
• 3.4.1 以太网方案26
• 3.4.2 GPRS 方案26
• 3.5 计量监测仪在太阳能热水系统的应用26-27
• 3.6 本章小结27-28
• 第4章 计量监测仪硬件设计28-43
• 4.1 硬件总体设计28
• 4.2 最小系统设计28-31
• 4.2.1 微控制器特性28-29
• 4.2.2 最小系统29-31
• 4.3 信号检测模块硬件电路设计31-34
• 4.3.1 温度检测电路设计31-32
• 4.3.2 恒流源电路32-33
• 4.3.3 电流检测电路设计33
• 4.3.4 开关量检测电路设计33-34
• 4.4 数据采集模块硬件电路设计34-36
• 4.4.1 通道选择电路设计34-35
• 4.4.2 A/D 采集电路设计35-36
• 4.5 存储模块硬件电路设计36-37
• 4.6 通信模块硬件电路设计37-41
• 4.6.1 RS485 通信接口电路设计37-39
• 4.6.2 以太网通信接口电路设计39-41
• 4.7 硬件抗干扰设计41-42
• 4.8 本章小结42-43
• 第5章 计量监测仪软件设计43-65
• 5.1 软件总体设计43-45
• 5.1.1 软件总体功能43-44
• 5.1.2 主函数设计44-45
• 5.2 初始化软件设计45-48
• 5.2.1 时钟配置45
• 5.2.2 I/0 端口配置45-46
• 5.2.3 中断配置46-48
• 5.3 数据采集软件设计48-50
• 5.3.1 通道选择软件设计48-49
• 5.3.2 A/D 采集软件设计49-50
• 5.4 能量计算软件设计50-51
• 5.5 数据存储软件设计51-55
• 5.5.1 文件系统建立52-53
• 5.5.2 数据存储协议53-55
• 5.6 数据通信软件设计55-63
• 5.6.1 RS485 本地通信软件设计55-59
• 5.6.2 以太网远程通信软件设计59-63
• 5.7 本章小结63-65
• 第6章 计量监测仪的功能测试和运行结果65-70
• 6.1 仪表功能测试65-68
• 6.1.1 供电系统测试65
• 6.1.2 最小系统测试65-67
• 6.1.3 数据采集测试67
• 6.1.4 SD 卡存储测试67
• 6.1.5 RS485 通信测试67
• 6.1.6 以太网通信测试67-68
• 6.2 运行数据分析68-69
• 6.3 本章小结69-70
• 第7章 总结与展望70-72
• 7.1 全文工作总结70-71
• 7.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 附录76

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