太阳能采暖远程监控系统的设计与实现

【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。 【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
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU832.17
【目录】：

• 中文摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 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STC89C52RC34-35
• 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

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