畢業(yè)設(shè)計----太陽能熱水器集熱管智能保護裝置的設(shè)計

1、<p>　　太陽能熱水器集熱管智能保護裝置的設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著資源和環(huán)境問題的不斷加重，使用清潔而又不會枯竭的能源的太陽能熱水器得到了很大的發(fā)展，然而現(xiàn)在的太陽能熱水器由于其核心部件集熱管缺乏保護，在使用中存在水溫過熱時易使得水箱部件老化，積水垢，空曬易爆管，易累積灰塵降低集熱效率等問題。本文設(shè)計了一種集

2、熱管智能保護裝置來解決這些問題。該保護裝置使用套裝于集熱管且能繞其旋轉(zhuǎn)的半圓形保護罩對集熱管進行保護，保護罩半圓部分內(nèi)外表面均有反光涂層。開保護時保護罩旋轉(zhuǎn)至集熱管上方，防止墜落物砸壞集熱管，同時由外表面反射陽光防止水溫過熱；關(guān)保護時保護罩旋轉(zhuǎn)至下方，由內(nèi)表面反射陽光增加集熱效率。保護罩內(nèi)表面設(shè)置除塵刷，在狀態(tài)切換中可以清掃灰塵。保護罩狀態(tài)切換是正反旋轉(zhuǎn)180°，動力由一直流電機提供，轉(zhuǎn)動角度由固定的限位開關(guān)確定。</p

3、><p>　　除了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，本文還完成了該裝置的智能控制系統(tǒng)的電路和軟件的設(shè)計。其智能控制系統(tǒng)主要包括使用溫度傳感器和光線傳感器作為敏感器件的實現(xiàn)水溫過熱自動保護和光線過低自動保護的自動控制部分，以及給予用戶更多控制自由和可在家中長期無人狀態(tài)下手動開啟保護以防止集熱管空曬爆管的手動控制部分。本裝置總體來說具有低成本，實用和智能化程度高的特點。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能熱水器；集

4、熱管；保護罩；防塵</p><p>　　The design of an intellegent protective device for the collector of solar water heater </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the deterioration of re

5、sources and environment, the solar water heaters which use clean and unlimited resource gain a great development. However, due to the frangibility of the important unit of the solar water heater, the collector, the solar

6、 water heater has problems such as a high temperature of the water will make the parts of the water tank aging and accumulating scale, the collecting process will break the collector when it is lack of water, and the eff

7、iciency of collecting heat will </p><p>　　Despite the design of the mechanical structure of the protection device, this paper also finished the intelligent control system by devising the circuit and writing

8、the program. The control system includes an automatic control mode which have a temperature sensor and a light sensor to detect the temperature of the water and the illumination of the environment thus to control the rot

9、ation of the protection cover automatically and an artificial control mode that gives the user more freedom in cont</p><p>　　Key words: Solar water heater; collector; protection cover; anti-dust目錄</p>

10、<p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 太陽能熱水器應(yīng)用現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 選題意義2</p><p>　　1.3 國內(nèi)

11、外研究3</p><p><b>　　1.4 總結(jié)4</b></p><p>　　第二章 方案論述5</p><p>　　第三章 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計7</p><p>　　3.1 保護罩方案設(shè)計7</p><p>　　3.1.1 保護結(jié)構(gòu)的選擇7</p><p>　　

12、3.1.2 保護罩材料的選擇8</p><p>　　3.1.3 除塵刷9</p><p>　　3.1.4 減摩擦凹槽9</p><p>　　3.2 傳動方案設(shè)計10</p><p>　　3.3 傳動軸定位11</p><p>　　3.4 保護罩180°旋轉(zhuǎn)限制機構(gòu)設(shè)計12</p>&

13、lt;p>　　3.5 最終效果13</p><p>　　第四章 控制電路設(shè)計15</p><p>　　4.1 系統(tǒng)框圖與功能15</p><p>　　4.2 電機控制路16</p><p>　　4.2.1 電機的選擇16</p><p>　　4.2.2 電機控制原理17</p><

14、p>　　4.2.3 限位開關(guān)控制電機19</p><p>　　4.3 手動控制路21</p><p>　　4.3.1 手動控制與自動控制的關(guān)聯(lián)21</p><p>　　4.3.2 手動控制的執(zhí)行22</p><p>　　4.4 自動控制路22</p><p>　　4.4.1 溫度控制22</p&

15、gt;<p>　　4.4.2 光線控制23</p><p>　　4.5 保護狀態(tài)顯示25</p><p>　　第五章 軟件設(shè)計26</p><p>　　5.1 環(huán)境變量分析26</p><p>　　5.2 總程序流程圖26</p><p>　　5.3 開啟保護和關(guān)閉保護子程序流程圖28<

16、/p><p>　　5.4 溫度與光線采集子程序設(shè)計28</p><p>　　5.5 程序編寫30</p><p>　　第六章 設(shè)計總結(jié)31</p><p>　　第七章 未來展望32</p><p><b>　　致謝33</b></p><p>　　附錄： 控制軟件源程

17、序清單34</p><p><b>　　參考文獻45</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 太陽能熱水器應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科技的進步和能源的逐漸枯竭，全球工業(yè)對新能源的需求變得越來越高，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷被強調(diào)，新能源得到了越來越多的關(guān)注

18、。新能源主要包括太陽能，核能，風(fēng)能，潮汐能，地?zé)崮艿?，而其中資源最豐富，最安全又最環(huán)保的能源無疑就是太陽能了。</p><p>　　太陽能的應(yīng)用主要有三種：第一，間接利用太陽能：化石能源（光能轉(zhuǎn)化學(xué)能）生物質(zhì)能（光能轉(zhuǎn)化學(xué)能）；第二，直接利用太陽能：集熱器（有平板型集熱器、聚光式集熱器）（光能轉(zhuǎn)內(nèi)能）；第三，太陽能電池：（光能轉(zhuǎn)電能）一般應(yīng)用在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、打火機、手表等方面。</p><

19、;p>　　而在這其中，又以直接利用太陽能的太陽能熱水器發(fā)展規(guī)模最大，而且是離人們的生活最近的，是最常用的。市面上的家用太陽能熱水器主要有真空管式，熱管式，U型管式和平板式，其中平板式集熱效率最高（但國內(nèi)的平板式集熱器受限于技術(shù)并不是最好的），但是不能承受低溫，只能應(yīng)用于冬天溫度不會低至-20℃的南方地區(qū)；在黃河以北地區(qū)溫度可能低至-20℃，則要求使用真空管式集熱管；在更北的黑龍江地區(qū)則必須使用熱管式。熱管式太陽能熱水器雖然能夠承受

20、低溫，管內(nèi)無水不容易炸管，但是熱效率低，造價高昂。</p><p>　　太陽能熱水器具有綠色環(huán)保，節(jié)約后期投資（純太陽能型只需付水費）等優(yōu)點，但同時也存在不少的缺點。第一，大多數(shù)太陽能熱水器出水溫度不恒定，而且很容易出現(xiàn)忽冷忽熱的情況；第二，由于上冷水時會在屋頂?shù)奶柲軣崴骱图抑械膰婎^間的水管中留下一部分水無法進入集熱管進行加熱，在使用熱水前必須要放掉這一段冷水，而若住戶離樓頂距離很遠，則會浪費較大量的水；第三

21、，集熱管中的水在加熱到足夠溫度后還會繼續(xù)被加熱，時常會被加熱到沸騰。而長時間的過高溫度會使水箱內(nèi)內(nèi)元件，比如密封圈，老化，會嚴重影響熱水器的壽命。[]</p><p>　　正是以上幾點嚴重影響了太陽能熱水器的應(yīng)用以及和其他熱水器，如燃氣熱水器，電熱水器，空氣能熱水器的競爭力。因此我和其余兩位同學(xué)，歐陽鑫和詹來豐組成了一個課題組專門研究太陽能熱水器的改進。歐陽鑫主要解決出水不恒溫的問題，詹來豐解決水管中冷水浪費的問

22、題，而我則是集中于解決集熱管的保護。</p><p><b>　　1.2 選題意義</b></p><p>　　太陽能熱水器是由集熱器、儲水箱及相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管，集熱管的優(yōu)劣決定了熱水器的集熱效率高低，故是非常核心的部件。集熱器受陽光照射面溫度高，集熱管背陽面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)，熱水

23、進入水箱存儲起來，以供用戶使用[]。原理圖見圖1-1：</p><p>　　在中國使用最廣的太陽能熱水器是全玻璃真空管式太陽能熱水器。真空管集熱管是在玻璃壁與吸熱體之間抽成一定的真空度，以抑制空氣的對流和傳導(dǎo)熱損。吸熱體表面鍍上一種特殊的涂層代替黑色的吸熱板，還可抑制吸熱體的輻射熱損。因此，真空管集熱器具有比普通平板型集熱器更優(yōu)良的熱性能。在高溫和低溫環(huán)境下均有較高的集熱效率。真空管集熱器按其材料結(jié)構(gòu)可分為全玻璃

24、型和金屬吸熱體型兩大類。其中全玻璃真空太陽能集熱管具有透過率和吸收率高、熱反射率低、對流熱損小以及全年使用時間長等優(yōu)良特性，同時制造工藝簡便，技術(shù)成熟可靠，成本較低，全玻璃真空管熱水器的使用日益廣泛。如圖1-2所示為真空管太陽能集熱器結(jié)構(gòu)。[] </p><p>　　集熱管是太陽能熱水器的集熱部件，也是核心的部件。集熱管的優(yōu)劣決定了轉(zhuǎn)化效率的高低，而集熱管能否正常工作也決定了熱水器的工作穩(wěn)定程度。雖然如今集熱管的

25、制造工藝成熟，集熱效率高，但是集熱管本身比較脆弱，在惡劣的天氣下，比如冰雹，沙塵暴等，會造成集熱管的損壞。同時若集熱管長時間暴曬會造成爆裂，而且吸熱過多導(dǎo)致水溫過熱，會使水箱內(nèi)的非金屬元件加速老化，水箱焊縫裂開、結(jié)水垢，降低其使用壽命。此外由于集熱管表面會積累灰塵，長時間后會降低集熱管的集熱效率。再次，光線不足時集熱管又會吸熱不足。因此，該課題主要集中于研究如何設(shè)計保護其核心部件集熱管的裝置。一旦集熱管得到更好的保護，真空管熱水器的應(yīng)用

26、必將更加廣泛，并且一定能夠超越其他類型的熱水器。這也是本課題的意義所在。</p><p><b>　　1.3 國內(nèi)外研究</b></p><p>　　國內(nèi)外對于集熱管的保護方面涉及并不是很多。國外對此方面鮮有描述，主要是集中于改進水箱，比如采用雙水箱代替單水箱[][]，將集熱管和水箱集成[]，以及電子控制的保護裝置[]。而國內(nèi)總體上來說有三種形式的保護裝置，一是拉簾式

27、保護裝置，如國內(nèi)的一項發(fā)明專利“太陽能熱水器集熱管自動保護裝置”（專利號：CN201407839Y）[]和“太陽能熱水器集熱控效安全保護裝置”（專利號：CN 2893554Y）[]，主要是在熱水器集熱管兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)軌，用電動拉簾的形式進行保護。這樣的裝置雖然可以起到過曬和家中長期無人情況的保護，也可以防冰雹爆竹等墜落物，但是并不能解決除塵的問題，而且密不透風(fēng)，在大風(fēng)天氣中擋風(fēng)面積較大，可能加速其緊固螺釘?shù)淖兯桑绊懷b置壽命。最后，該裝置僅

28、僅有保護功能，無法提高集光效率。二是全封閉式保護裝置，如專利號為CN201621867的“分體式太陽能熱水器保護裝置”[]，則是在集熱管上方設(shè)置一塊玻璃板起保護集熱管的作用，但是并不能防過曬，也不能自動清理灰塵。三則是采用半圓形保護罩的保護裝置，如專利號為CN 201662257的“太陽能集熱器調(diào)節(jié)保護裝置”[]，則是采用設(shè)置于每根集熱管</p><p>　　綜上所述，國內(nèi)外對于太陽能集熱管的保護研究并非空白，但

29、是其解決方案并沒有得到廣泛應(yīng)用，主要是其制造成本控制不當(dāng)，加上機構(gòu)本身各有缺點，使其實際效果不如預(yù)期。</p><p><b>　　1.4 總結(jié)</b></p><p>　　由以上幾節(jié)可知，如今的太陽能熱水器應(yīng)用前景非常廣泛。但是市面上的太陽能熱水器的核心部件集熱管普遍存在缺乏保護的問題。這導(dǎo)致了太陽能熱水器在與其他種類的熱水器競爭時的不力。而同時，國內(nèi)外對于集熱管的

30、保護雖非空白，但卻缺乏低成本而高效率的設(shè)計方案，因此本課題主要研究的就是如何設(shè)計出一種最理想的太陽能熱水器集熱管保護裝置。</p><p><b>　　方案論述</b></p><p>　　雖然課題確定為要研究太陽能熱水器集熱管的保護，但是在思考具體方案的過程中也遇到了不少的問題。首先存在的問題就是：如何使得整個保護裝置對原有的熱水器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響最?。孔畛踉O(shè)想的是只要

31、在集熱管上方設(shè)置一個簾子，需要時拉上，不需要時拉開即可，但是這樣一來，簾子拉上時擋風(fēng)面積太大，在大風(fēng)天氣中如同給熱水器加設(shè)了一面帆，風(fēng)力太大時不僅可能把擋光的簾子刮跑，甚至可能刮動熱水器本身，因此該設(shè)計方案是不行的。繼而又設(shè)想把整塊的簾子改為一條一條的，中間留有縫隙透風(fēng)。但是這種方案也有不足，那就是簾子的材料如何選擇？若是硬質(zhì)的，那么收起時存在困難；若是軟質(zhì)的，又不夠強度保護集熱管。經(jīng)過更長久的思考才最終采用了硬質(zhì)半圓形保護罩的設(shè)計：每

32、一個保護罩與其他保護罩都是分開的，分別套裝于每一根集熱管上，可繞集熱管轉(zhuǎn)動。所有的保護罩可以同時聯(lián)動。這樣一來，不僅結(jié)構(gòu)簡單，整體性強，還不用擔(dān)心擋風(fēng)的問題。保護罩只有兩個狀態(tài)：保護開與保護關(guān)。半圓形保護罩轉(zhuǎn)動到集熱管上方時為保護開，可以遮擋陽光與保護集熱管，起到防過熱，防砸的功能；而當(dāng)保護罩轉(zhuǎn)動到集熱管下方時為保護關(guān)，又可以將漏下的陽光利用保護罩內(nèi)凹面反射回集熱管，起到增加集</p><p>　　以下是本文設(shè)計

33、的太陽能集熱管保護裝置的幾大特點：</p><p>　　1、結(jié)構(gòu)節(jié)約，一體性強</p><p><b>　　2、防水溫過熱</b></p><p><b>　　3、防破壞</b></p><p>　　4、防集熱管空曬造成的爆管問題</p><p>　　5、關(guān)保護時增加集熱效率

34、</p><p>　　6、能夠及時除塵防止灰塵累積降低集熱效率</p><p><b>　　7、智能化程度高</b></p><p>　　在接下來的章節(jié)中主要從機械結(jié)構(gòu)，電路，和軟件三個方面來對我的方案進行詳細描述。本文所設(shè)計的保護裝置是基于皇明HM-18TT21/58-50(W)D型太陽能熱水器設(shè)計的，主要參數(shù)為：管長2.1m，管數(shù)18支，管

35、徑58mm。其他尺寸則是估計值。</p><p><b>　　機械結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　3.1 保護罩方案設(shè)計</p><p>　　3.1.1 保護結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　在設(shè)計集熱管的保護罩時，主要有以下三種方案。</p><p><b>　　方案一：</

36、b></p><p>　　如同“太陽能熱水器集熱管自動保護裝置”中一般使用拉簾式的設(shè)計，拉簾的軌道與集熱管軸線平行，如圖3-1所示。但是該設(shè)計最大的問題是整塊拉簾在且安全拉上后沒有透風(fēng)的間隙，在大風(fēng)天氣中很容易產(chǎn)生巨大阻力，嚴重時可能直接被風(fēng)吹得松脫。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　與方案一類似，但將軌

37、道改為橫向，保護板間留出間隙，如圖3-2所示。這樣的設(shè)計的最大好處是整個拉簾有處于集熱管上和下兩種狀態(tài)，在上方時可以反光防過熱，而在下方時又能將漏下的陽光向上反射再次進入集熱管，達到增大集熱效率的目的。而且反光板間留有間隙，受風(fēng)的影響較小。不過該設(shè)計也有不足，那就是在運行擋光功能（保護開啟）時，只對直射的陽光有效遮擋，陽光斜射時則有所不足。而且也無法解決因集熱管積灰塵而導(dǎo)致的效率下降的問題。再者，板與帶之間的連接只能是點接觸（在中點固定

38、，否則繞不過帶輪），裝置穩(wěn)定性不好。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　該方案為最終方案。該方案是以套裝在集熱管上的若干塊保護罩聯(lián)動的方式實現(xiàn)對集熱管的保護。保護罩為半圓形罩，通過兩端嵌入其中的罩堵減小兩端處的內(nèi)徑從而套插在集熱管上，以集熱管本身作為支撐進行旋轉(zhuǎn)，保護罩與罩堵間用螺釘連接。各保護罩間由聯(lián)動裝置聯(lián)動，可以在電機的帶動下在集

39、熱管上旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)到集熱管上方時，為“保護開啟”，此時可以遮擋陽光防止管內(nèi)水曬得過熱。而當(dāng)旋轉(zhuǎn)到集熱管下方時為“保護關(guān)閉”，又可以將集熱管未吸收的陽光反射回去，起到增加集熱效率的目的。保護罩的安裝如圖3-3所示。</p><p>　　該方案整體性強，不會擋風(fēng)，擋光效果好，同時在保護罩上加裝刷子可以起到除塵的功能（見3.1.3）。</p><p>　　3.1.2 保護罩材料的選擇</p&

40、gt;<p>　　材料初選為普通的ABS塑料 []。該材料強度足夠，成本低，同時較輕便，安裝在集熱管上不會對集熱管產(chǎn)生負擔(dān)。在其半圓面的凸，凹兩面都涂上反光涂層即可實現(xiàn)保護開啟（保護罩位于集熱管正上方）則防過熱，保護關(guān)閉則增加集熱的效果。</p><p><b>　　3.1.3 除塵刷</b></p><p>　　由于半圓形保護罩是獨立設(shè)置在每一根集熱管

41、上的，因此只要在保護罩內(nèi)表面上加設(shè)沿保護罩軸向分布的刷子，即可實現(xiàn)在每一次旋轉(zhuǎn)的過程中清除灰塵的效果。由于保護裝置每一天至少會開閉一次（對光線的自動感應(yīng)功能要求在照度過低時開啟保護，而照度足夠時關(guān)閉保護開始集熱），這樣便使得除塵頻率很高，不用擔(dān)心灰塵積累的問題。而刷子上積累的灰塵則可以在下雨時被自動清洗。刷子是軟性材料，圖3-4中未繪制出形變的結(jié)果。</p><p>　　3.1.4 減摩擦凹槽</p>

42、<p>　　由于保護罩兩端處的罩堵是直接與集熱管表面接觸的，為了減小摩擦，特在罩堵處設(shè)計了八個減摩擦凹槽，這樣可以使接觸面積大大減小。</p><p>　　之所以不像1.3節(jié)提到的專利“太陽能集熱器調(diào)節(jié)保護裝置”[11]中那樣使用軸承，一是為了節(jié)約成本（以18支管的太陽能熱水器而言，每支裝兩個6203軸承，則須多花180元，零件的加工會更加復(fù)雜），二是因為該裝置設(shè)計為僅僅只是每次轉(zhuǎn)180°

43、，一天最多旋轉(zhuǎn)3、4次，頻率很低，不需要用到軸承。凹槽設(shè)計如圖3-5所示：</p><p>　　3.2 傳動方案設(shè)計</p><p>　　保護罩的旋轉(zhuǎn)動力來自于一臺直流電機，但各保護罩間的聯(lián)動方式則有許多，下面是我考慮過的幾種方案：</p><p><b>　　方案一：齒輪嚙合</b></p><p>　　該方案傳動方式

44、簡單易懂，也是較多類似專利所采用的方案，比如“太陽能熱水器保護裝置”（專利號：CN 201715760 U）[]。方法是在保護罩兩端加設(shè)齒輪，保護罩間兩兩嚙合。但是這種傳動方式有幾個的缺點：其一，數(shù)目眾多的齒輪增加了加工難度，增加了成本，同時也就降低了易用性；其二，齒輪嚙合處必須加設(shè)保護板，防止沙石，樹葉等墜落物掉入齒輪之間將其卡住（家用單體式太陽能熱水器多用于城郊，農(nóng)村地區(qū)的平房之上），而由于齒輪數(shù)目眾多，必須要有大面積的保護板方可實

45、現(xiàn)目的，無形中又增加了成本。</p><p><b>　　方案二：齒輪齒條</b></p><p>　　該方案為專利“一種太陽能熱水器過熱保護裝置”（專利號：CN 201443913 U）[]所使用的方案。該傳動方式與上一種類似，特點是齒輪間并不互相嚙合，而是和齒條嚙合電機帶動齒條從而帶動所有保護罩。優(yōu)點是嚙合處不暴露在外，沒有設(shè)置額外保護板的必要。但是其齒輪數(shù)目一樣

46、多，還要多加一個齒條，依然不夠簡單。</p><p><b>　　方案三：鋼絲繩傳動</b></p><p>　　該方案為我最終選定的方案。方法為使用一根軟性鋼絲繩，在每一根保護罩端凹槽處繞一圈，每一個保護罩的一端的上方都有一顆螺釘將該點固定，螺釘是保護罩的主要受力元件。動力由電機傳遞給傳動軸，傳動軸上的兩個主動輪則通過軟性鋼絲繩將其余的保護罩帶動（具體安裝方式見3.

47、4節(jié)圖3.10）。由于在我的設(shè)計中，保護開啟是保護罩正轉(zhuǎn)180°，而關(guān)閉則是反轉(zhuǎn)180°，保護罩需要轉(zhuǎn)過的角度只是來回的180°，故采用這種鋼絲繩傳動的方式只需要在每個保護罩上繞一圈即可。該方式的優(yōu)點是非常節(jié)省材料，沒有齒輪加工的環(huán)節(jié)，大大降低了加工成本，同時傳動機構(gòu)不會被卡住。</p><p><b>　　3.3 傳動軸定位</b></p>&l

48、t;p>　　傳動軸一端通過自制套筒（聯(lián)軸器）與電機軸相連，一端通過一個角接觸球軸承支撐，另一端則通過鍵帶動主動輪。主動輪直徑與保護罩相同，帶動其余的保護罩旋轉(zhuǎn)。保護罩僅一端有鋼絲繩傳動，另一端自由轉(zhuǎn)動。軸承固定在軸承座內(nèi)，軸承座通過一個墊塊固定在太陽能熱水器支架上。軸承的定位方式是一端彈性擋圈，另一端軸肩定位。而主動輪的定位方式則是一端軸肩定位，另一端采用雙圓螺母定位。</p><p>　　3.4 保護罩1

49、80°旋轉(zhuǎn)限制機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　對于一個低成本高效率的保護裝置來說，只需要保護罩在陽光過大時旋轉(zhuǎn)至集熱管正上方進行遮擋，而在集熱狀態(tài)下轉(zhuǎn)至正下方反射漏下的光線。故只需要控制電機使得電機帶動保護罩正，反轉(zhuǎn)180°。因此，我使用了固定于太陽能熱水器支架上的上下兩個限位開關(guān)來限制直徑與保護罩端相同的帶動保護罩旋轉(zhuǎn)的主動輪的旋轉(zhuǎn)位置。在限位開關(guān)附近的主動輪上有凸起的觸條，用來接觸限位開關(guān)的

50、觸點。每當(dāng)旋轉(zhuǎn)至規(guī)定位置時使得限位開關(guān)斷開電機的電路，使得電機停轉(zhuǎn)。限位開關(guān)選擇的是RV-162-1C25型微動開關(guān)。選擇理由見4.2.3節(jié)。圖3-10為限位原理圖。其實際安裝方式見圖3-13。</p><p><b>　　3.5 最終效果</b></p><p>　　由于齒輪傳動部分，電機，限位開關(guān)等重要部件需要保護，甚至在一定程度上防水，故設(shè)計了一個保護盒，將這些

51、關(guān)鍵部件保護起來。在下面的圖中為了方便看清楚盒內(nèi)結(jié)構(gòu)，特將盒子改為透明玻璃材料。實際中可以使用鋼板。主動輪固定在傳動軸上。主動輪直徑與保護罩相同。加工公差總體要求不高，只有傳動軸的軸線跳動公差要求較高，另外與軸承配合處要求較高。各零件的公差確定參考《公差與配合實用手冊[M]》[]。</p><p><b>　　控制電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)框圖

52、與功能</p><p>　　主要需實現(xiàn)的功能有以下幾點：</p><p>　　1、保護“開”與“關(guān)”</p><p>　　當(dāng)半圓形保護罩旋轉(zhuǎn)至集熱管正上方時為保護“開”，正下方為“關(guān)”。這兩個狀態(tài)是平等的，狀態(tài)信號分別由主動輪處的上下兩個限位開關(guān)輸送給單片機。同時由單片機點亮LED燈進行指示，告知用戶此時的狀態(tài)。保護罩的旋轉(zhuǎn)由直流電機帶動。同時，由設(shè)置的限位開關(guān)保證

53、保護罩每旋轉(zhuǎn)180°就停止。具體的實現(xiàn)見4.2節(jié)的電機控制以及4.5節(jié)的顯示控制。</p><p><b>　　2、手動控制</b></p><p>　　為了使得系統(tǒng)更加人性化而加入手動控制功能。目的是當(dāng)家中長期無人時，需要一直開啟保護防止集熱管空曬，此時手動選擇“開啟保護”則可以使得保護一直開啟。另外，當(dāng)在特殊天氣條件下，例如沙塵暴等，自動控制系統(tǒng)檢測有誤

54、差時，可以通過手動來控制。</p><p>　　當(dāng)手動控制開關(guān)置為“開”或“關(guān)”時，判定為手動控制狀態(tài)，保持相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，單片機不處理來自傳感器的自動控制信號。手動/自動轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)見4.3節(jié)。</p><p><b>　　3、自動控制</b></p><p>　　當(dāng)進入自動控制時，通過溫度傳感器和光線傳感器采集的數(shù)據(jù)向單片機申請執(zhí)行保護“開”

55、或“關(guān)”操作。溫度傳感器采集水箱內(nèi)的水溫，高于設(shè)定值時申請開啟保護，阻擋陽光防止水溫過熱；低于設(shè)定值則申請關(guān)閉保護，進入集熱狀態(tài)。后者采集環(huán)境照度，照度低于設(shè)定值時，申請開啟保護，防止夜晚煙花爆竹等墜落物，高于設(shè)定值則關(guān)閉保護進入集熱狀態(tài)。具體的實現(xiàn)見4.4節(jié)。 </p><p><b>　　4.2 電

56、機控制路</b></p><p>　　4.2.1 電機的選擇</p><p>　　出于經(jīng)濟的考慮，而又由于我的控制系統(tǒng)不需要調(diào)整電機速度，故選擇直流電機。由于保護罩狀態(tài)切換速度不能過快，否則將造成對限位開關(guān)的沖擊力過大，故先設(shè)定轉(zhuǎn)速為0.25r/s，也即轉(zhuǎn)180°需要2s。這個轉(zhuǎn)速在下一節(jié)中經(jīng)過了驗算，是符合限位開關(guān)的沖擊力要求的。保護罩靜止于集熱管上時狀態(tài)如圖4-4

57、所示。由于每種熱水器相關(guān)參數(shù)都不相同，在此只對我選定的型號的熱水器進行一個估算。保護罩可以近似看做一根2米長的PP-R管的一半，其質(zhì)量為：m=(外徑-管厚)管厚密度π=0.8kg，其密度查《機械設(shè)計手冊》[13]取為0.9，集熱管傾角約為30°。由力和力矩平衡可建立方程：</p><p>　　其中d=1000mm。再由靜摩擦力公式：和可以分別得到在旋轉(zhuǎn)過程中保護罩與集熱管間的摩擦力和與熱水器支架的摩擦力

58、。再由公式和可以解得所需的最小功率。上述幾個公式中，，分別是PP-R管與集熱管和支架間的靜摩擦因數(shù)，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選定為=0.15，=0.18。而r為集熱管的半徑，根據(jù)所選的參考熱水器，該值為29mm。最后計算得驅(qū)動一根保護罩的最小功率為0.1W，故驅(qū)動全部18支所需要的功率為1.8W。</p><p>　　最終所選電機型號為GA25Y370直流電機，額定電壓12V，功率3W，轉(zhuǎn)速15r/m。體積小，價格便

59、宜。實際運行過程中，完成一次從“保護開”到“保護關(guān)”的過程所需時間為2s。</p><p>　　4.2.2 電機控制原理</p><p><b>　　L298N控制原理</b></p><p>　　驅(qū)動電機的芯片采用L298N。L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品, 其內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路, 即內(nèi)含二個H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器

60、, 接收標準TT L 邏輯電平信號, 可驅(qū)動 46V、2A以下的電機[]。該芯片有一個控制端ENA，當(dāng)該端接高電平時，可通過向輸入端IN1和IN2分別輸入高或低電平控制電機的正反轉(zhuǎn)。在ENA端為高電平時，且當(dāng)IN1為高，IN2為低電平時電機正轉(zhuǎn)，反之反轉(zhuǎn)。而當(dāng)ENA端為低電平時，驅(qū)動橋路上的4個晶體管全部截止，使正在運行的電動機電樞電流反向，電動機自由停止[]。</p><p><b>　　2、電路說明

61、</b></p><p>　　如圖4-3所示，P2.4口和P2.5口分別接L298N的IN1和IN2接口，控制電機正反轉(zhuǎn)，而P2.6則接ENA口來控制電機的開與關(guān)。OUT1和OUT2口則直接連接電機。單片機可以直接通過這三個口向L298N芯片發(fā)送控制信號控制電機的正反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)。電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)是由單片機收到自動控制或者手動控制信號而主動控制的，而停轉(zhuǎn)則是依靠單片機收到限位開關(guān)的狀態(tài)信號而被動執(zhí)行的。P

62、2.0和P2.1口分別是保護狀態(tài)“開”與“關(guān)”的狀態(tài)位，一旦限位開關(guān)1閉合，P2.0會產(chǎn)生低電平，這個狀態(tài)定義為保護狀態(tài)為“開”，同時由于與門的存在，這個低電平信號會向單片機申請一個外部中斷，要求單片機給L298N芯片ENA口發(fā)送控制信號，將電機關(guān)閉。同理，P2.1產(chǎn)生低電平則為“關(guān)”，同樣會使電機關(guān)閉。該部分主要由軟件實現(xiàn)。</p><p>　　4.2.3 限位開關(guān)控制電機</p><p&g

63、t;<b>　　限位開關(guān)的選擇</b></p><p>　　限位開關(guān)選擇蘭鳥牌RV-162-1C25型限位開關(guān)，其外形小巧，價格便宜，適合作為該設(shè)計的開關(guān)。其允許的最大沖擊力為1.96N，行程1.2mm。由于設(shè)定轉(zhuǎn)速為0.25r/s，需要驗算對該開關(guān)的沖擊力是否符合要求。估主動輪上觸條的沖擊質(zhì)量為m=0.05kg，旋轉(zhuǎn)半徑R=36mm.轉(zhuǎn)速0.25r/s，則其線速度v=2πnR=56.52m

64、m/s。根據(jù)限位開關(guān)的行程s=1.2mm可由t=s/v計算出沖擊時間為0.021s。再由動量定理Ft=mv計算得F=0.15N。在預(yù)定的0.25r/s轉(zhuǎn)速下沖擊力為0.15N，滿足要求。</p><p><b>　　控制邏輯</b></p><p>　　電機的旋轉(zhuǎn)和停止都是由單片機發(fā)出的控制信號所決定的，不同的是，電機的旋轉(zhuǎn)信號是由自動控制或者手動控制方式主動發(fā)出的，

65、也即在需要旋轉(zhuǎn)時令其旋轉(zhuǎn)。但電機的停止控制卻是被動的，是當(dāng)主動輪旋轉(zhuǎn)過180°以后上面的觸條碰到限位開關(guān)而使單片機發(fā)出停止信號。整個系統(tǒng)從保護“開”到保護“關(guān)”的流程如下表（表中各I/O口見4.2.1節(jié)圖4-3的說明，“H”代表高電平，“L”代表低電平，“X”代表無輸入）所示：</p><p>　　表4-1 保護“開”到保護“關(guān)”流程</p><p><b>　　4.

66、3 手動控制路</b></p><p>　　4.3.1 手動控制與自動控制的關(guān)聯(lián)</p><p>　　手動控制采用一個單刀三擲開關(guān)，分別為控制保護“開啟”，“自動”和“關(guān)閉”，具體接法見圖4-3。圖中所示的中間態(tài)為自動控制檔，此時單片機會接受來自傳感器信息的控制。而當(dāng)單刀三擲開關(guān)接1端時，為“保護開”，此時單片機不接受傳感器信息的控制。該端接單片機得P2.2口，另一端，2端，接

67、P2.3，“自動”路置空。</p><p>　　當(dāng)光線傳感器和溫度傳感器向單片機發(fā)出信號請求執(zhí)行保護“開啟”或“關(guān)閉”操作時，必須首先判斷手動控制位P2.2和P2.3的狀態(tài)。當(dāng)P2.2和P2.3中有一個為低電平時，指示此時為手動控制狀態(tài)，此時單片機忽略來自傳感器的控制信號。僅當(dāng)P2.2和P2.3都為高電平狀態(tài)時，才根據(jù)保護狀態(tài)位P2.0和P2.1的電平狀態(tài)來執(zhí)行相應(yīng)操作（若已開，則只執(zhí)行關(guān)閉操作；若已關(guān)，則只執(zhí)行

68、開啟操作）。判斷流程圖見第五章“軟件設(shè)計”。</p><p>　　實際使用中，可以使用一個旋鈕來選擇三種狀態(tài)，如圖4-6所示：</p><p>　　4.3.2 手動控制的執(zhí)行</p><p>　　當(dāng)選擇手動時，當(dāng)首先判斷保護狀態(tài)位的情況以防止誤操作。</p><p>　　保護已打開，手動選“開”，則僅進入手動狀態(tài)，忽略傳感器的自動控制信號&l

69、t;/p><p>　　保護已打開，手動選“關(guān)”，則先控制電機正轉(zhuǎn)至“開”，再取消自動控制。</p><p>　　保護已關(guān)閉時情況類似。</p><p>　　具體流程圖見第五章“軟件設(shè)計”。</p><p><b>　　4.4 自動控制路</b></p><p>　　保護裝置的智能化主要體現(xiàn)于自動控制上

70、面。自動控制主要體現(xiàn)在兩個方面，一是從環(huán)境照度的高低判斷白天還是黑夜，在白天時關(guān)閉保護，保護罩保持在集熱管正下方，進入增強集熱的狀態(tài)；而當(dāng)進入夜晚時，照度降低，到達設(shè)定值時單片機控制保護罩進入保護狀態(tài)，此時可以在夜間防止諸如煙花爆竹的高溫碎屑落下對集熱管的損壞等情況。同時，如果在冰雹天氣，或者暴雨天氣，光線同樣非常低的時候，由于集熱管無法有效集熱，同樣也可以自動使保護裝置進入保護狀態(tài)，從而在一定程度上防止冰雹等惡劣天氣對集熱管的破壞。另

71、一個方面則是通過溫度傳感器檢測熱水箱內(nèi)的熱水溫度，當(dāng)達到需要的溫度時（如60℃），開啟保護，保護罩旋轉(zhuǎn)至集熱管上方阻擋陽光，防止水溫過熱對集熱管的損害。對于溫度檢測智能化這一思想?yún)⒖剂恕痘趩纹瑱C的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)》[]，《基于單片機的太陽能熱水器控制系統(tǒng)研究》[]，其他自動控制思想則借鑒了《太陽能熱水器控制器研制》[]和《一種智能型太陽能熱水器控制器的研制》[]。</p><p>　　4.4.1 溫

72、度控制</p><p>　　參考《基于單片機的太陽能熱水器智能儀》[]一文，溫度控制采用的是DS18B20芯片。美國Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 "一線總線"接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建

73、引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點[]。該芯片可以直接與單片機連接，將采集的數(shù)據(jù)輸入單片機。通過在單片機內(nèi)與預(yù)定數(shù)據(jù)進行比較，判斷何時溫度過高，溫度過高時控制電機開啟保護。連接電路見圖4.7。</p><p>　　溫度控制主要比較參數(shù)為水箱內(nèi)水溫，高于一定值時啟動保護。根據(jù)一般生活習(xí)慣，設(shè)定該值為60℃。</p><p>

74、　　4.4.2 光線控制</p><p>　　光線控制主要依靠一個光敏電阻檢測照度。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時光敏電

75、阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級，亮電阻值在幾千歐以下[]。</p><p>　　為了更好地處理光敏電阻的阻值變化情況，并將其輸入單片機，特實用一塊NE555芯片與之相連。NE555芯片中有一個雙極型時基電路，是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。該芯片原本是用來取代體積大、定時精度差的熱延遲繼電器等機械式延遲器，但該器件投放市場后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠遠超出原設(shè)計的

76、使用范圍，用途非常廣泛。由555芯片組成的轉(zhuǎn)換電路具有價格低、精度高、線性好等特點。</p><p>　　555引腳功能定義如下：引腳1為地；引腳2為觸發(fā)輸入低置位端( T R)；引腳3為輸出端；引腳4為主復(fù)位端(R)；引腳5為控制電壓端(可調(diào)節(jié)輸入置位電壓VC )；引腳6為閾值輸入端(TH)；引腳7為放電端(DISC)，可接定時電容；引腳8為電源端(VCC)[]。</p><p>　　光

77、線控制主要比較參數(shù)為環(huán)境的照度，低于一定值時啟動保護。根據(jù)《有關(guān)發(fā)光強度、光通量、照度的簡單介紹》[]一文中的介紹，設(shè)定該值為100lx。RL光敏電阻在白天高照度時的阻值呈低阻狀態(tài)，NE555的2、6腳輸入電壓大于(2/3)Vcc，其3腳輸出低電平。夜間，也即低照度情況下光敏電阻RL呈高阻值，使NE555輸入瑞電壓小于(1/3)Vcc，3腳翻轉(zhuǎn)為高電平。故可通過判斷與NE555的3腳相連的單片機的P3.5口的電平狀態(tài)來判斷照度是否高于設(shè)

78、定值。在實際使用中，可以在整體裝配前先對光線檢測模塊進行測試調(diào)整，設(shè)定符合用戶需求的轉(zhuǎn)換照度點。例如可以將低于100lx的情形定義為“夜間”，通過調(diào)試使得此時NE555輸出高電平。調(diào)試完成后再將光線檢測模塊連到整個系統(tǒng)里去就可以工作了。最終的光線檢測部分電路如圖4-9所示：</p><p>　　4.5 保護狀態(tài)顯示</p><p>　　由于保護狀態(tài)只有“開”與“關(guān)”兩種狀態(tài)，故只需要用兩個

79、LED分別顯示即可。綠色LED燈顯示“保護開”，紅色LED燈則顯示“保護關(guān)”。顯示面板和電路的連接如圖4-10所示。顯示面板上寫有“保護開”與“保護關(guān)”文字。</p><p><b>　　軟件設(shè)計</b></p><p>　　5.1 環(huán)境變量分析</p><p>　　一天之中，總共可能出現(xiàn)的溫度和光線情況及其對應(yīng)的實際情形以及應(yīng)該執(zhí)行的保護操作

80、如下表所示：</p><p>　　表5-1 一定溫度照度對應(yīng)的保護狀態(tài)</p><p>　　由表可知，只要水溫高于了60℃，則必須向單片機申請開啟保護。而水溫低于60℃時，只有照度高于100Lx時才關(guān)閉保護。</p><p>　　5.2 總程序流程圖</p><p>　　根據(jù)5.1節(jié)對環(huán)境變量的分析，可以畫出整個程序的流程圖如圖5-1所示。

81、其中，判斷“手動開？”和“手動關(guān)？”為判斷手動控制有沒有打開，如果打開了，則跳過采集光線和溫度信息的步驟，直接執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果沒有打開，才進入自動控制部分，進行光線和溫度信息的采集。而判斷“保護已打開？”則是判斷保護狀態(tài)位的情況而避免操作沖突。</p><p>　　5.3 開啟保護和關(guān)閉保護子程序流程圖</p><p>　　開啟保護需要執(zhí)行的操作主要為電機正轉(zhuǎn)180°，置保護

82、狀態(tài)為“開”（P2.0=0，P2.1=1），和將狀態(tài)送顯（點亮綠色LED燈）；關(guān)閉保護則是使電機反轉(zhuǎn)180°，置保護狀態(tài)為“關(guān)”（P2.0=1，P2.1=0），點亮紅色LED燈。兩個子程序的流程圖如圖5.2所示。每次判斷狀態(tài)必須判斷狀態(tài)口是否為低電平才執(zhí)行相應(yīng)操作，如要想進行開啟操作，必須判斷是否已關(guān)閉，而想進行關(guān)閉操作必須判斷是否已打開。因為在保護罩旋轉(zhuǎn)過程中的2s鐘內(nèi)，兩個狀態(tài)口P2.0和P2.1都是高電平，不能通過開啟狀

83、態(tài)口P2.0為高電平判定P2.1口為低，必須檢測到P2.1口確實為低電平才能視為已關(guān)閉。</p><p>　　另外，這兩個子程序?qū)嶋H執(zhí)行的只到“電機正轉(zhuǎn)”和“電機反轉(zhuǎn)”以及亮燈的步驟，其余幾步流程都是由于機械結(jié)構(gòu)到達了指定位置而被動產(chǎn)生的。流程圖見圖5-2。</p><p>　　5.4 溫度與光線采集子程序設(shè)計</p><p>　　溫度采集使用的是DS18B20芯片

84、。DS18B20無論是硬件連接還是輸出溫度數(shù)據(jù)格式都非常簡單明了，但是程序的控制較為復(fù)雜,而且必須嚴格按照通信協(xié)議來傳遞數(shù)據(jù)，否則將得不到正確的數(shù)據(jù)。通過單線總線與DS18B20通信，我們將使用到“時隙”的概念。所有的單總線器件要求采用嚴格的通信協(xié)議以保證數(shù)據(jù)的完整性該協(xié)議定義了幾種信號類型復(fù)位脈沖應(yīng)答脈沖寫0 寫1 讀0 和讀1。 所有這些信號除了應(yīng)答脈沖以外都由主機發(fā)出同步信號并且發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。這一點與多數(shù)

85、串行通信格式不同（多數(shù)為字節(jié)的高位在前）。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待16～60us左右，后發(fā)出60～240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功[

86、]。由此設(shè)計的溫度采集子程序流程圖如圖5-3所示：</p><p>　　由于采用NE555芯片不需要編程，故光線采集部分是不需要子程序的。只需要判斷P3.5口的電平狀態(tài)即可。設(shè)定的100lx的值是在實際環(huán)境下調(diào)整光線采集模塊的滑動變阻器阻值來實現(xiàn)設(shè)定的。</p><p><b>　　5.5 程序編寫</b></p><p>　　為了高速有效的實

87、現(xiàn)通信，整個程序使用匯編語言編寫，程序清單見附錄。溫度采集子程序參考了《51單片機應(yīng)用實例詳解》[]一書。</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　自選了此課題一來，一直嘗試著深入了解太陽能熱水器這個行業(yè)。在設(shè)計過程中經(jīng)過對新舊知識的學(xué)習(xí)了解與鞏固，逐漸發(fā)現(xiàn)了集熱管的保護在太陽能熱水器改進的方面是非常重要的一環(huán)，因此一直集中于設(shè)計一種集熱管的

88、保護裝置。</p><p>　　整個設(shè)計中，為了能使自己的設(shè)計在未來能夠有應(yīng)用的機會，我一直本著“低成本，高效能”的思想進行設(shè)計。確定保護罩方案時，為了節(jié)約成本，在不影響其實際效果的前提下以在保護罩端開減摩擦槽并直接套裝于集熱管的方式代替使用軸承，減少了36個軸承的使用。另外，確定傳動方案時，由于我的控制方案中只要求保護罩旋轉(zhuǎn)180°，故采用了鋼絲繩傳動的方式而非齒輪傳動或齒輪齒條，這樣也減少了36個齒

89、輪的加工。整個設(shè)計中的保護罩結(jié)構(gòu)與其他人的設(shè)計相比十分簡單，制造容易，成本低廉。另外，所選的電機，限位開關(guān)等元件也都十分便宜。除了成本低廉以外，該機械結(jié)構(gòu)具有一體性強，不容易被大風(fēng)影響，同時保護開啟時防過熱防墜落物，保護關(guān)閉時增加集熱，另外在保護狀態(tài)切換過程中還能夠除灰塵防止灰塵累積降低集熱效率。因此該機械結(jié)構(gòu)是非常優(yōu)秀且實用的。</p><p>　　除了機械結(jié)構(gòu)上的優(yōu)秀，智能化方面也頗具實用性。智能控制方面主要

90、是分為了手動控制和自動控制兩種模式，由用戶通過旋鈕開關(guān)選擇。當(dāng)選擇自動時由控制芯片AT89S52讀入水溫數(shù)據(jù)和環(huán)境照度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)的功能是當(dāng)水溫足夠后啟動保護，將陽光遮擋，阻止集熱管集熱；而當(dāng)溫度不足時則關(guān)閉保護，同時不僅不遮擋陽光，還能夠反射從集熱管漏下的陽光，提高了集熱效率。另外，當(dāng)環(huán)境照度過低時，啟動保護，可以在夜間防止煙花爆竹等碎片砸壞集熱管，也可以在惡劣的天氣，如暴雨，冰雹等條件下對集熱管起到保護作用。而用戶也能夠選擇手動操作開

91、啟與關(guān)閉，當(dāng)家中將會長期無人時可以手動選擇開啟保護，防止因為集熱管內(nèi)無水空曬造成的集熱管爆裂。</p><p>　　總之，整套裝置成本低廉，實用，智能化程度高，如果能夠得到廣泛應(yīng)用將能夠很好地解決太陽能集熱管怕過熱怕空曬怕墜落物等問題。</p><p><b>　　未來展望</b></p><p>　　雖然由于時間和資源所限，沒有能夠?qū)⑺O(shè)計的

92、整套裝置制作出來，因此無法進行實際的效果測試。也沒有辦法做實驗來確定例如所設(shè)計的保護罩材料強度是否足夠抵擋冰雹，能夠抵擋多大的冰雹，擋光效果如何等，但是可以肯定的是整個設(shè)計思路是沒有問題的。只要再有一點時間把制造方面的一些問題解決，其應(yīng)用前景必然是廣闊的。在未來的工作中，主要就是要經(jīng)過實際測試確定選用的保護罩材料強度是否足夠，安裝是否方便等問題。</p><p>　　另外，在設(shè)計除塵刷的過程中，其自然清潔真空管的

93、特性讓我有了另一個設(shè)計思路，就是將這種自然清潔的原理應(yīng)用于家中的推拉式玻璃窗。可以在窗戶玻璃內(nèi)外表面設(shè)置一排豎直的刷子，刷子固定在窗戶導(dǎo)軌基座上，不隨開關(guān)窗戶運動。這樣一來，在人開關(guān)窗戶的過程中可以被動地清理窗戶上的灰塵。用戶開關(guān)窗越勤，窗戶便越能保持干凈，大大節(jié)省了用戶清理窗戶的時間，也解決了不方便清理窗戶外表面的困難。只是由于這個方案與我的課題并無關(guān)聯(lián)，時間也不允許我繼續(xù)思考下去，否則應(yīng)該可以在這方面同樣有所創(chuàng)新。</p>

94、;<p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過三個多月的設(shè)計和開發(fā)，本課題已經(jīng)基本完成。先要感謝xx老師在這段時間里的悉心指導(dǎo)，大大開闊了我的設(shè)計思路。同時也感謝xx學(xué)姐的指點，以及提出的齒輪嚙合需要保護罩的建議，還要感謝做太陽能熱水器節(jié)水方案的研究的xx同學(xué)和做太陽能熱水器出水恒溫控制研究的xx同學(xué)的幫助，經(jīng)過大家互相討論才有了如今的想法和設(shè)計。</p&g

95、t;<p>　　太陽能熱水器集熱管保護裝置功能設(shè)計基本符合要求，但是由于自己本身水平有限和設(shè)計時間較短，所以該系統(tǒng)還有許多不盡如人意的地方，將在日后的時間繼續(xù)完善。</p><p>　　附錄： 控制軟件源程序清單</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　TEMPER_LEQU 36H</p><p>

96、;　　TEMPER_HEQU 35H</p><p>　　TEMHCEQU 37H ;設(shè)置溫度符號標志位</p><p>　　TEMINTEQU 38H ;設(shè)置整數(shù)顯示寄存器</p><p>　　TEMDOT EQU 39H ;設(shè)置小數(shù)顯示寄存器</p><p>　　FLAGE1BIT 00

97、H ;設(shè)置標志</p><p>　　SENSORBIT P2.7 ;SENSOR為DS18B20的單線控制變量</p><p>　　LJMP MAIN</p><p>　　ORG 0003H ;外部中斷0入口地址</p><p>　　LJMP SUB

98、 ;轉(zhuǎn)外部中斷0服務(wù)程序入口地址</p><p>　　ORG 0200H</p><p><b>　　MAIN: </b></p><p>　　MOV TCON, #01 ;外部中斷0選擇邊沿觸發(fā)方式</p><p>　　MOV IE, #10000001B ;CPU

99、開中斷，外部中斷0開中斷。</p><p>　　L1: JNB P2.2,JUG1_0 ;判手動開，P2.2為低電平時跳轉(zhuǎn) </p><p>　　LCALL DELAY5 ;延時5ms </p><p><b>　　SJMP L2</b></p><p>&l

100、t;b>　　JUG1_0:</b></p><p>　　LCALL DELAY5 </p><p>　　LCALL DELAY5 </p><p>　　JNB P2.2,JUG_OFF_0 ;確實有鍵按下，轉(zhuǎn)JUG_OFF_0。</p><p>　　SJMP L1

101、;有誤讀，轉(zhuǎn)L1。</p><p>　　JUG_OFF_0:</p><p>　　LCALL JUG_OFF ;調(diào)判斷保護是否已關(guān)閉子程序</p><p>　　SJMP L1 ;執(zhí)行完畢返回</p><p>　　OPEN1：LCALL OPEN ;

102、調(diào)開啟保護子程序</p><p><b>　　SJMP L1</b></p><p>　　L2: JNB P2.3,JUG2_0 ;判手動關(guān)，P2.3為低電平時跳轉(zhuǎn) </p><p>　　LCALL DELAY5 ;延時5ms </p><p><b&g

103、t;　　SJMP L3</b></p><p><b>　　JUG2_0:</b></p><p>　　LCALL DELAY5 </p><p>　　LCALL DELAY5 </p><p>　　JNB P2.3,JUG_ON_0 ;確實有鍵按下，轉(zhuǎn)JUG_ON_0。<

104、/p><p>　　SJMP L2 ;有誤讀，轉(zhuǎn)L2。</p><p><b>　　JUG_ON_0:</b></p><p>　　LCALL JUG_ON ;調(diào)判斷保護是否已打開子程序</p><p>　　SJMP L2

105、</p><p><b>　　CLOSE1:</b></p><p>　　LCALL CLOSE ;調(diào)關(guān)閉保護子程序</p><p><b>　　SJMP L1</b></p><p>　　L3: LCALL GET_TEMPER ;調(diào)溫度

106、采集子程序</p><p>　　MOV A，TEMPER_H</p><p>　　MOV A，TEMPER_L ;裝入采集到的溫度值</p><p>　　CJNE A，#61，L4 ;與61比。</p><p>　　L4: JNC JUG_OFF_0 ;結(jié)果&g

107、t;60，則轉(zhuǎn)判斷保護是否關(guān)閉</p><p>　　MOV B,#00H ;小于或等于60，則準備調(diào)光線測量結(jié)果</p><p>　　MOV C,P3.5 ;讀入P3.5口的電平狀態(tài)，判斷光線情況。 </p><p>　　L5: JC JUG_OFF_0

108、 ;高電平跳轉(zhuǎn)（也即此時照度<100lx），則轉(zhuǎn)判斷保護是否關(guān)閉。</p><p>　　LJMP JUG_ON_0 ;為低電平則說明照度高于100lx，則轉(zhuǎn)判斷保護是否開啟</p><p>　　JUG_OFF: ;判斷保護是否已關(guān)閉子程序</p><p>　　JNB P2.1,J

109、UG_OFF_1 ;讀關(guān)狀態(tài)P2.1口，為低電平時轉(zhuǎn)JUG_ON_1</p><p>　　LCALL DELAY5 ;延時5ms </p><p><b>　　RET </b></p><p>　　JUG_OFF_1:</p><p>　　LCALL DELAY5 </p>