基于EDA的太阳能热水器智能控制系统研究
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摘要
在太阳能的热利用中,用于产生热水的太阳能热水器应用广泛,它充分利用了环保型能源—太阳能,这对于当今资源紧张的时代,具有重要的意义。太阳能热水器己成为中国可再生能源市场上需求量最大、发展最为迅速的产品之一。然而,目前我国市场上的太阳能热水器控制系统大多采用微控器芯片,这种系统功能单一,操作复杂,控制不方便,抗干扰能力差,而且不能够对水温进行良好的控制。
     基于上述原因,本文依据模糊控制算法,以FPGA芯片为主体,设计了一套具有太阳能加热与电加热结合的调温模糊控制系统。这套系统具有以下优点:可以自定制指令、可在线修改硬件电路、外部扩展能力强、使用方便、开发周期短、开发费用低。
     本系统利用集成开发工具MAX+PLUSⅡ进行综合、仿真,采用自顶向下的设计方法,对系统进行设计。首先,设计了外围硬件电路模块,主要包括:温度检测模块、按键输入模块、显示模块、FPGA模块、水位检测模块、上水电路控制模块、加热控制模块;其次,采用自顶向下的设计方法,在FPGA内部设计了硬件电路模块,主要包括:定时模块,时序控制模块;然后,对各个子模块进行功能与时序的仿真;最后,在顶层进行硬件系统整体设计。
     本文将智能化控制技术应用在太阳能热水器的辅助加热温度控制电路中,为建立精确数学模型的被控对象提供了一种有效方法,力求在满足经济性、实用性、科学性的条件下设计一套稳定、可靠的系统。
Among the applications of the solar energy, heat collector of solar energy for heating water is being extensively applied. Through exploring the energy from the nature, this technology is particularly important for today’s society to relieve the stress from lack of sources. The solar heater product has become the one of the products which have rapidest development and biggest demand in our renewable energy source market. However, the current market, the control system of the Solar Water Heater constitute of the MCU chip in the large number. This system has some bad effects. Such as less function, complicated operation, inconvenient control, poor anti-jamming. Besides this system has bad the effect of control to water temperature.
     Based on the above reason, the paper rested on the fuzzy control algorithm, taking the FPGA chip as the main body, designing a set to have the solar heating and the electric heating union constant temperature fuzzy control system. This set of systems have the following merits: may had custom-made the instruction, the online revision hardware circuit to be possible, the exterior expansion ability to be strong, the easy to operate, the development cycle is short, the development cost is low.
     This system used integration development kit MAX+PLUSⅡ, using the design method up - bottom. Firstly, it designed outer hardware circuit module, including temperatrue test module, Keyboard circuit module, Display module, FPGA, water test module, water control and temperature control module. Secondly, it adopted a way from top to bottom and design each small module, involve: time module, processor. it have made function and time debugging. Finally, in the top, it give the graphic editor file.
     This paper study the aiding heat system of solar energy heat collector by adopting intellectual technology, the main task is that designing a system of reliable and steady thermostatic control on condition that economical efficiency, practicability, scientific.
引文
[1]李俊峰,王仲颖.中华人民共和国可再生能源法解读[M].北京:化学工业出版社,2005.23-26.
    [2]李春杏.谈谈太阳能热水器的发展与其基本原理[J].东方企业文化,2010,10:26.
    [3] Spiegel R J, Greenberg D L, Kem E C, et al. Emissions reduction data for grid-connection Photovoltaic power system[J].solar Energy,2008,68(5):475-485.
    [4] Bakos G C. Technical feasibility and economic viability of a grid-connected PV installation for low cost electricity production[J].Energy and buildings,2009,34:753- 758.
    [5]刘贞先,徐建.中国太阳能热水器市场环境分析[J].节能与环保,2007,12,126.
    [5]钟心强,朱新学.太阳能热水器的技术经济评价[J].能源工程,1999,2:8-9.
    [6]宋爱国,栗加顺.平板式与真空管式太阳热水器热性能分析比较[J].太阳能,2000,5:16-19.
    [7]严军.热管真空管集热器及太阳能热水系统[J].可再生能源,2008,5:48-49.
    [8]殷志强.全玻璃真空太阳能集热器[M].北京:北京科学出版社,2004,5:18-20.
    [9]罗振涛.中国太阳能热水器产业发展研究[M].北京:中国环境科学出版社,2003,2:31-33.
    [10]薛培杰.太阳能热水器竞争态势分析[J].太阳能行业年会,2004,4:15-18.
    [11]陆维德.我国太阳热水器产业的发展[J].太阳能学报,1999,4:11-13.
    [12]陆维德.太阳集热器与太阳热水器系统[J].太阳能学报,1999,3:47-49.
    [13]党学立.基于FPGA太阳能热水器控制器的设计[D].西安:西北科技农林大学硕士论文,2008.
    [14]罗振涛.中国太阳能热水器产业发展研究[M].北京:中国环境科学出版社,2003.39-41.
    [15]李维华.智能型太阳能控制器的研制[J].新能源,2000,2:54-56.
    [16]刘兴.优化太阳能和水蓄热技术的控制实现[D].浙江:浙江大学硕士论文,2005.
    [17]孟凤果.单片机在太阳能中央热水系统中的应用[D].天津:河北工业大学硕士论文,2008.
    [18]吕昌江.新型太阳能控制系统的研究与应用[D].山东:山东建筑大学硕士论文,2010.
    [19]刘贞先.山东桑乐太阳能有限公司竞争战略设计[D].山东:山东大学硕士论文,2006.
    [20]李春杏.谈谈太阳能热水器的发展与其基本原理[J].东方企业文化,2010,10:185.
    [21]严军.热管真空管集热器及太阳能热水系统[ B]可再生能源利用,2008,10:35-37.
    [22]黄永伟,黄奎林.副水箱式自动上水太阳能热水器[J].农业工程学报,2006,3:38-40.
    [23]唐俊英主编.EDA技术应用实例教程[M].北京:电子工业出版社,2008.56-68.
    [24]顾斌,赵明忠等.数字电路EDA设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.68-74.
    [25]张亦华,延明.数字电路EDA入门[M].北京:北京邮电大学出版社,2003.45-53.
    [26]卢毅,赖杰.VHDL与数字电路设计[M].北京:科学出版社,2001.23-35.
    [27]赵鑫,蒋亮等.VHDL与数字电路设计[M].北京:机械工业出版社,2005.56-63.
    [28]李国洪,沈明山.可编程器件EDA技术与实践[M].北京:机械工业出版社,2007.65-66.
    [29]徐志军,徐光辉编著.CPLD/FPGA的开发与应用[M].北京:电子工业出版社,2002.53-55.
    [30]杨晖,张凤言编著.大规模可编程逻辑器件与数字逻辑设计[M].北京:北京航天航空大学出版社,1998.56-58.
    [31]宋万杰,罗丰等,CPLD技术及其应用[M]..西安:西安电子科技大学出版社,1999.86-88.
    [32] Altera公司.Altera Dignal Library 2000. Version6.
    [33] Altera公司.Altera Data Sheet 2002.Version4.3.
    [34]姜忠良.温度的测量与控制[M].北京:清华大学出版社,2005.101-106.
    [35] NA.热电偶[M].北京:中国标准出版社,1998.109-117.
    [36]孙宝元,杨宝清.传感器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2000.131-133.
    [37]赵负图.传感器集成电路手册[M].北京:化学工业出版社,2002.265-267.
    [38]金伟正.单线数字温度传感器的原理及应用[J].电子技术应用,2000,2:23-26.
    [39]徐开先,叶济民.热敏电阻器[M].北京:机械工业出版社,1981.28-30.
    [40]沈任元,吴勇.模拟电子技术基础.北京:机械工业出版社.2009.210-213.
    [41] Nigel P.Cook.Digital Electronics with PLD Integration.Prentice-hall,Inc.2003.281-286.
    [42]汤光华.水箱水位控制器的设计与实现[J].自动化仪表,2006,27:34-36.
    [43]李标荣.电子传感器[M].北京:国防工业出版社,2000.151-168.
    [44]吴宇.工业锅炉汽包水位智能控制系统的设计[J].电子与自动化,1999,2:35-37.
    [45]张庆双.经典实用电路.北京:机械工业出版社,2007.41-45.
    [46]赵博.能自动上水的太阳能热水器[J].创新与发明,2009,8:35-37.
    [47]李向阳,莫鸿强.太阳能热水器中辅助电热水装置控制器的开发[J].自动化与仪器仪表,2004,2:23-26.
    [48]陈家胜,朱小松,单学明.太阳能热水器辅助电加热控制器的研制[J].计算机应用,2000,2:56-58
    [49]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1998.230-245.
    [50]唐俊英主编.EDA技术应用实例教程[M].北京:电子工业出版社,2008.127-136.
    [51]党学立.基于FPGA太阳能热水器控制器的设计[D].西安:西北科技农林大学硕士论文,2008.
    [52] (美)James R.Armstrong,F.Gail Gray著.VHDL设计表示和综合.北京:机械工业出社,2002.46-47.
    [53]路宏敏.工程电磁兼容[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.118-119.
    [54]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2004.189-190.
    [55]廖芳.电子产品生产工艺与管理[M].北京:电子工业出版社,2007.145-163.
    [56]黄河,鲍宏亚.protel DXP教程[M].北京:北京清华大学出版社,2004.168-169.
    [57]唐俊英主编.EDA技术应用实例教程[M].北京:电子工业出版社,2008.18-19.
    [58]荀殿栋,徐志军.数字电路设计实用手册[M].北京:电子工业出版社,2003.208.
    [59]沈骏.加热炉系统的模糊建模与控制[D].上海:上海交通大学硕士论文,2007.
    [60]王明军.基于模糊PID的箱式电加热炉控制系统[D].大连:大连理工大学硕士论文,2009.
    [61] PJ.King and E.H.Mamdani.The Application of Fuzzy Control System to IndustrialProcesses[J].Automatica,2002.235~242.
    [62]王冀.基于模糊控制的外磁驱动血泵电机控制系统研究.河北:燕山大学硕士论文.
    [63] Kiend,H,Rugger,J.J.Stability Analysis of Fuzzy control systems using Facet Functions[J].Fuzzy Sets and systems,1995(70):175~285.
    [64]李雪梅.基于模糊控制的电炉温度器的研究与实现.山东:山东大学硕士论文.
    [65] Kickert,W.J.Met al.Application of a Fuzzy controller in a warm water plant[J]. Automatica,1976,12(2):301~308.
    [66]沈骏.加热炉系统的模糊建模与控制[D].上海:上海交通大学硕士论文,2007.
    [67]张立平.基于模糊算法控温的温度继电器自动检测装置设计.天津:天津大学硕士论文.
    [68] M.Lah,B.Zupani.A.Krainer. Fuzzy control for the illumination and temperature comfort in a test chamber.Building and Environment.Volume 40.Issue 12.Pages 1626-1637.
    [69]王海伦.基于模糊控制的太阳能热水器水温自动调节器.电气时代,2005,7:8-9.
    [70]沈骏.加热炉系统的模糊建模与控制[D].上海:上海交通大学硕士论文,2007.
    [71] D.A.Linkens and M.F.Abbod.Supervisory intelligent control using a fuzzy logic hierarchy. Transactions of the Institute of Measurement and Control,Jan 1993.15.112–132.
    [72]滕为公.太阳能热水器模糊控制仪的研制.山东科学,2002,3:56-59.
    [73] Siegfried Gottwald. Mathematical Fuzzy Control.A Survey of Some Recent Results.Logic Jnl IGPL, 2005,13:525–541.
    [74] P.S.Lee .A fuzzy sensor for measuring the mixed air temperature in air-handling units. Measurement,2005,37:83-93.
    [75] A fuzzy decision-making approach to temperature control in air-conditioning systems.Control Engineering Practice ,2005,13:689-698.
    [76] Nalin K.Gautam and N.D.Kaushika. A Model for the Estimation of Global Solar Radiation Using Fuzzy Random Variables. Centre for Energy Studies.1994,10:113-115.
    [77] Sun Zengqi .A fuzzy neural network and its application to controls.Artificial Intelligtence in Engineering ,1996,10:311-315.
    [78]章卫国,杨向忠.模糊控制理论与应用.西安:西北工业大学出版社,1999:48-63.
    [79]王冀.基于模糊控制的外磁驱动血泵电机控制系统研究.河北:燕山大学硕士论文.
    [80] Cortajarena.J.A.,De.Marcos.J,Alvarez.P.Indirect Vector Controlled Induction Motor with Four Hybrid Fuzzy PI Controllers.IEEE International Symposium on Industrial Electronics,2007:197-202.
    [81]扎德L.A,陈国权译.模糊集合语言变量及模糊逻辑[M].北京:科学出版社,1948.253-255.
    [82] E.H.Mamdani.Application of Fuzzy Alogorithms for Control of Simple Dynamic Plant[J].Proc.IEE,2000.1585~1588.
    [83]孟凤果.单片机在太阳能中央热水系统中的应用[D].天津:河北工业大学硕士论文,2008.
    [84]刘兴池等.模糊控制器在电加热炉中的应用「J」,工业仪表与自动化装置,1999,3:16-17.
    [85]佀焕玲.模糊控制在冷轧酸洗线温度控制中的应用.山东:山东大学硕士论文,2008.

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