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作者：滨州学院 刘峰 冯帅 李养坡
指导教师：王树斌 陈巩

　　作品简介

　　基于目前社会所倡导的“可持续发展”观念，我们就太阳能能源、水资源的利用以及冬季的供暖、夏季的供凉问题展开研究，深入挖掘方便操作的温度可控系统。　　

 　　本系统结合基本理论知识来解决实际问题，创新性的设计出冬季利用太阳能内热水通往地板下保温层提高室内温度，夏季利用地下水降低室内温度的新型、无毒、环保、低功耗、全自动的室内温度控制系统。并运用最简的设计方案设计出了最小的占用室内空间，最大限度的利用了水的价值的系统。并扩展了其他功能，例如淋浴、生活用水等。非常适合现代人的需要。
　　我们小组采用STC15F2K61S2单片机作为控制核心，在两片LCD液晶上分别实时显示日期、时间、室内温度、热水器内水的温度和集水器内的水位高度，并采用比较合理的地板取暖、供凉方式以水在室内的循环来进行室温的调控。当冬夏两季转换时，利用手动调节进、出水水管，来分别实现供暖和降温。
　　在冬季打开本系统之后，当太阳能热水器的水温达到自己所设定的温度(如60度)时，语音报当前状态，继电器控制的下水指示灯亮以及电磁阀自动开启，并有防水温度传感器实时检测热水器内水的温度。热水经保温水管流过室内地板，流进集水器内，集水器内有水位传感器检测水位，达到规定水位后，语音再次报当前状态，继电器控制上水指示灯以及微型直流抽水电机自动开启，使水重新流回太阳能热水器，集水器内水位低于规定水位时，自动断电关闭水泵。以此实现循环控温供暖。
　　在夏季使用本系统时，太阳能热水器便不再适合给室内降温，需要手动转换进、出水水管，只用太阳能热水器里面的水进行室内卫浴使用。当室内温度高于一定值时，水从含制冷剂的集水器里抽出来在室内转一圈让室内温度降下来之后，再回到集水器。利用管内散出的凉气降低室温，实现水的循环利用，而不致浪费，更大的发挥水的价值。如果是南方小区降温，还可以利用丰富的水资源。运用江河水或地下水当做集水器内的凉水以实现此功能。

　　平台选型说明

　　选用大赛指定的单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)。

　　设计说明

　　本系统基于目前社会所倡导的“绿色”、“环保”、“节能”、“可持续发展”的观念，结合我们所学的基本理论知识与实际生活中的需求和国家对新能源太阳能的开发有效结合起来，设计出了集供暖、供凉于一体的温度可控系统。实现了利用了太阳能的热量进行冬季供暖，利用地下水或江河水夏季供凉的功能，具有可控性强、性能可靠、电路简单、成本低等特点。本系统只需设定热水器内的温度，即可实现整个系统的全自动控制与水的循环利用，本系统主要用到以下几个模块：

　　一、太阳能热水器整个系统的循环设计
　　在热水器的瓶口装上电磁阀，通过电磁继电器来控制电磁阀的开与闭。当电磁阀打开后，水经室内的保温管到达集水器里。集水器连上抽水微型直流电机(水泵)将收集的水返注入热水器中，实现循环结构。这一结构不仅简化整个装置，而且保证了排水口的水泵中充满水没有空气，使得水泵在上电之后即可正常工作。这样的设计实现水资源的循环利用，避免了反复注水。整个系统的装置示意图以及系统的结构图如下：　　

 　　二、微控制器的选择
　　本系统采用STC15F2K61S2单片机作为主控制芯片。STC15F2K61S2单片机是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，片内大容量2048字节SRAM，内部集成高可复位电路并可彻底省掉外部昂贵的复位电路，具有8K在系统可编程FLASH存储器，32个可设置四种模式的外部双向I/O口，运行速度快，价格便宜，性价比高。　　

 　　三、语音模块的设计
　　采用BMP5008系列新型多段语音录放板采用了上海奔流电子有限公司全新设计的专用录音控制芯片(BLR3808)外加SPI接口的NOR FLASH的全新设计思路，通过外挂不同容量的FLASH，可以获得从30秒-32分钟的录音容量。有8KHZ和12KHZ两种采样频率用户可选;录音信息掉电后不会丢失。板上自带MIC/LINE IN 线路输入口，可外接多种音源录音。板上自带稳压电路，支持5V-6V电压直接输入;主芯片自带0.5W功放;用户可自由定义6个I/O 口的触发功能为单段触发放音还是62段(8421并行编码)地址选段放音。　　

 　　四、时钟实时显示模块
　　本系统采用了STC15F2K61S2单片机上自带的pcf8563时钟芯片来实时显示当前的时间，PCF8563 是低功耗的 CMOS 实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过 I2C 总线接口串行传递。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。可应用于移动电话、便携仪器、传真机、电池电源产品等。　　

 　　五、温度检测模块的选择
　　本系统需实时的检测热水器内的温度以及室内的温度，检测的方法的好坏直接影响到调节的精度，因而需要格外重视。检测热水器内的温度我们采用了防水DS18B20，室内的温度检测采用普通的DS18B20，DS18B20是DALLAS公司设计的最新的、“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济的数字化温度传感器，其接线方便，单线接口方式独特，在与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 -55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。防水的DS18B20的原理同普通DS18B20一样，只是在其表面加上了防水的封装。　　

 　　六、显示模块的选择
　　因本系统显示的内容有汉字，字符，数字等，于是我们选择了12864液晶显示，此液晶使用5V电压驱动，带背光，内置8192个16*16点阵，128个字符(8*16点阵)及64*256点阵显示RAM。而且此液晶拥有较低的功耗，能够清晰的显示各种汉字、英文和各种图形，部分液晶甚至带有中文字库，非常适用于我们此系统的使用，为了避免占用大量I/O口，我们采用串行的接口方式，使我们的系统设计变得更加简单。　　

 　　七、稳压模块的设计
　　为了能用一个电源来实现整个系统的供电，我们在系统中设计了一个稳压的模块，此系统用了Lm7805芯片，Lm78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。对于本系统来说，可以为单片机提供稳定的5V电源，来维持单片机的正常工作。因为在此系统中我们用了语音模块，为了给语音模块提供稳定的3.3V电源，我们还用了AMS1117芯片输出3.3V电源来维持语音模块的运行。　　

 　　八、水位监测模块
　　水位监测是本系统的重要组成部分，水位监测的精度决定了水是否能够循环利用。水位监测我们采用了专业的水位传感器，此传感器由全密封隔离膜充油传感器和内置高性能微处理器构成，可对传感器的非线性、温度漂移等进行全范围内的数字化修正处理，并有HART通信协议输出和模拟输出。具有精度高、稳定性极好的特点，可实现现场诊断过程双向通信，此传感器的优点很适用于此系统的水位监测。　　

 　　作品特色

　　1、节能环保。运用新型能源太阳能，以降低传统能源给地球环境造成的污染。安全、节能、环保、经济，可全年全天候使用。
　　2、地板供暖。地板供暖是三种传热方式共存并且以辐射热量为主的唯一采暖形式，符合人体“头凉脚热”的健康需求，不占用空间，便于装修和家具布置，经济效益可观。
　　3、 独立供暖、供冷。独立供暖、供冷系统在节能保温方面比较严格，运行调节独立性较强。
　　4、实时监控。对太阳能热水器内温度以及集水器内水位实时监控，清楚的显示在LCD液晶上，而且使用语音芯片实时的报当前所处的状态。
　　5、控制简单。本系统只需给热水器内的温度设定一个初值，即可实现整个系统的全自动控制。自动化控制器系统先进，操作简单，控制方便，性能可靠，实用性较强，更具有人性化色彩。
　　6、辅助加热。当晚上室温较低且太阳能内水温达不到要求时，实行电加热器辅助加热。对室内温度进行适时、适度调控。
　　7、创新性的设计出集供暖、供冷于一体的操作系统，实现了水资源的循环利用以及低碳、环保、低耗能、成本低的优点，加上经过优化的程序，使其可以具有更高的智能化水平以及广宽的应用前景。适合现在快节奏的社会。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2386