太阳墙无线温度控制系统设计硬件子系统(附件)
近年以来，随着太阳能技术的发展，在建筑领域，太阳能与建筑物的结合设计已然是建筑设计师热谈话题和研究方向。目前，太阳墙技术的开发研究已取得一定的成果。针对如何提高太阳墙系统的热效率，如何在不同温度环境下调节控制温度来满足用户的需要，本文开展关于太阳墙无线温度控制系统设计的硬件子系统研究。本文是对简易化的太阳墙系统设计的硬件系统进行研究。首先需要进行电源方面的转换。提供的是交流电压220V，需要将其转化为直流电源12V、5V、3.3V，所以需要进行开关电源的转换设计。此开关电源系统主要由EMI滤波电路、整流电路、钳位保护电路、高频变压器、输出滤波电路和控制反馈电路组成。系统利用Protel软件画原理图，并采用Protues软件画出仿真图，对其波形进行分析，观察结果。其硬件系统采用分模块化的方式，分别需要完成单片机最小系统设计、无线通信传输、温度采集系统、液晶显示、时钟电路、继电器驱动运行和按键电路的设计。系统采用Protel软件进行原理图的绘制并制作PCB印刷电路板，最后进行硬件电路与软件程序的联合调试。此系统灵敏度高，温度采集精度误差小，抗干扰能力强。关键词 太阳墙，无线传输，温度采集，控制系统，开关电源
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景及研究意义 1
1.2研究现状及分析 2
1.3 本文主要工作和内容安排 5
2 系统硬件电路设计 6
2.1 总体构架框图 6
2.2 器件选型 7
2.3 系统硬件电路设计 7
2.4硬件电路整体原理图 16
2.5 PCB板设计 17
3 开关电源的设计分析 18
3.1电源设计指标 18
3.2开关电源转换框图 19
3.3电路设计与分析 19
3.4系统架构 23
4 系统软硬件调试与结果分析 24
4.1 系统主要功能 24
4.2 软硬件联调分析 24
4.3 硬件电路现象 27
4.4本章小结 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
能源是人类社会赖以生存的基石，是世界持续发展和经济增长的最基本的驱动力。世界能源先后经历了柴薪时代、煤炭时代和石油时代，随着传统能源的日渐减少和环境污染的伤害，清洁能源更加引起人们的关注，天然气、核能、太阳能、风能等可再生能源正在被广泛挖掘和使用。目前，新能源的研究开发技术已有取得很大突破，风力发电迅速增长，容量不断增加；太阳能光伏发电快速发展、其太阳能及其副材料成本下降；生物质能产业经营慢慢形成规模。当今太阳能资源十分丰富，开发成本较低，对环境污染极小，已经日渐变成人们开发利用最关注的对象。
1.1课题背景及研究意义
太阳能热发电和太阳能光伏发电等技术正朝着更深层次，更广前景的领域进行研究。太阳能因其清洁无污染、资源丰富而受到业界人士广泛的重视，科技研究者也正在不断探索太阳能利用的新途径。随着低碳绿色的环保理念开始深入人心，太阳能与建筑结合的思想开始形成。若是将此理念付诸于实践，将会降低建筑物的能耗。此外太阳墙外形大气美观，可以有机的融合到建筑物中，与其一起构建新环保建筑，可谓是将建筑的技术和艺术融合在一起的美妙。太阳墙系统的工作原理：室外新鲜空气经太阳墙系统加热后，将其传输到室内与其进行交换；并且加上鼓风机涌入新风，可以使得空气温度达到用户需求。如图11所示的太阳墙运行系统，风机输送的新风温度相当于太阳墙的空气出口温度，太阳墙空腔温度就是太阳墙集热板的板面小孔因吸收的热量而被加热后实时温度。通过对太阳墙系统输送到室内的新鲜空气进行调节控制，从而保证室内的舒适。
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图11 墙面型太阳墙系统
因此，以室内外温度偏差和用户的个人实际需求为主体，对温度舒适度的调控十分重要。通过对太阳墙系统温度进行实时采集与调节，提高太阳墙集热板的利用效率。对于输送到室内的风量进行及时调节控制，保证室内舒服和满足用户需要。同时并且要在节能方面有一定的要求，需要其能够最大限度的降低建筑能耗，这即将是十分具有前景的研究。
1.2研究现状及分析
目前，太阳能作为清洁能源，已被建筑领域广泛投入使用。如太阳能热水器、小区的太阳能照明灯、光伏发电技术等。在现时代，由于机电一体化技术、自动化控制技术和微电子技术的发展，并且，最重大的突破是太阳能集热系统与计算机控制系统的完美融合，开辟了太阳能技术发展应用和推广的广阔前景。
1.2.1太阳墙技术国内外发展现状
“山东建工学院梅园一号学生公寓”作为中国内陆的典范工程于2005年3月引起国内外的关注，此建筑是中国将太阳能技术运用到建筑领域的一个创举，因此已被中国建设部评为国家科技示范工程。在2005年9月的时候，在奥运村项目中，由于业主国奥投资有限公司的大力支持，在奥运村的实验房上，太阳墙首次完成安装。其大量投入使用带来的效益得到了各界的高度重视。此后，太阳墙系统就在奥运设施建设上大规模推开。此外北京恋日花都售楼处的太阳墙采暖通风工程竣工完成并且效果极好。都说民以食为天，可见粮食的安全对国人的重要性。农产品及食品干燥领域也在不断进行创新，力求以新型农业状态展示我们国家的进步，此时太阳墙技术已被广泛使用于农业领域中。比如在2005年5月，太阳墙农用干燥的大型工程已经完成并投入生产，其使用过程的节能效果十分显著。
太阳墙新技术不仅在国内发展迅速，在欧美一些国家也悄然兴起并迅速推广，使用面积已达数十万平方米，被美国评为先进节能供暖技术发明。美国对太阳墙技术发展极其看重，把它称之为至今为止世界上最为先进的太阳能供暖技术。美国的联邦特快专递配送中心每天配送快递十分繁忙，需要大量的卡车火车穿运在建筑厂房，因此其对建筑的通风要求极高。他们公司最终选择将太阳能集热系统运用到建筑中，配送中心建筑厂房在南墙上安装铺设了大约500㎡ 铝质太阳墙板，使得太阳墙所提供的热空气流量达到将近80000m3/h，相比于之前的普通建筑物，该系统每年可节省大约70000m3天然气，其节约资金约20000美元。
加拿大多伦多市 ECG 汽车修理厂也将太阳墙通风加热空气系统投入使用并且节能效果非常显著，太阳墙通风加热空气系统从1999年1月开始运行，运行第一年就为公司节省了大约5000～6000美元。 纽约中心公园动物医院旧建筑改造也加入了太阳墙技术的使用，在南墙面上安装铺设了 大约100㎡的太阳墙板，使得墙板上的温度可预热空气达到 17～30℃，满足了此公园动物医院的使用要求。为积极响应欧盟提出的“绿色采暧”号召，德国Erlangen市政厅以实际行动做出表率，其手下的建设项目使用太阳墙空气采暖系统，将太阳墙板铺满建筑南墙的表面。最后值得一提的是“零能房屋”，是通过太阳能光电转换装置来提供建筑物所需要的能源消耗。它真正做到清洁、无污染，甚至可以说它是21世纪太阳能建筑的发展楷模，尤其在近几年来发达国家已有相当发展水平。
1.2.2 温度采集技术发展现状
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景及研究意义 1
1.2研究现状及分析 2
1.3 本文主要工作和内容安排 5
2 系统硬件电路设计 6
2.1 总体构架框图 6
2.2 器件选型 7
2.3 系统硬件电路设计 7
2.4硬件电路整体原理图 16
2.5 PCB板设计 17
3 开关电源的设计分析 18
3.1电源设计指标 18
3.2开关电源转换框图 19
3.3电路设计与分析 19
3.4系统架构 23
4 系统软硬件调试与结果分析 24
4.1 系统主要功能 24
4.2 软硬件联调分析 24
4.3 硬件电路现象 27
4.4本章小结 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
能源是人类社会赖以生存的基石，是世界持续发展和经济增长的最基本的驱动力。世界能源先后经历了柴薪时代、煤炭时代和石油时代，随着传统能源的日渐减少和环境污染的伤害，清洁能源更加引起人们的关注，天然气、核能、太阳能、风能等可再生能源正在被广泛挖掘和使用。目前，新能源的研究开发技术已有取得很大突破，风力发电迅速增长，容量不断增加；太阳能光伏发电快速发展、其太阳能及其副材料成本下降；生物质能产业经营慢慢形成规模。当今太阳能资源十分丰富，开发成本较低，对环境污染极小，已经日渐变成人们开发利用最关注的对象。
1.1课题背景及研究意义
太阳能热发电和太阳能光伏发电等技术正朝着更深层次，更广前景的领域进行研究。太阳能因其清洁无污染、资源丰富而受到业界人士广泛的重视，科技研究者也正在不断探索太阳能利用的新途径。随着低碳绿色的环保理念开始深入人心，太阳能与建筑结合的思想开始形成。若是将此理念付诸于实践，将会降低建筑物的能耗。此外太阳墙外形大气美观，可以有机的融合到建筑物中，与其一起构建新环保建筑，可谓是将建筑的技术和艺术融合在一起的美妙。太阳墙系统的工作原理：室外新鲜空气经太阳墙系统加热后，将其传输到室内与其进行交换；并且加上鼓风机涌入新风，可以使得空气温度达到用户需求。如图11所示的太阳墙运行系统，风机输送的新风温度相当于太阳墙的空气出口温度，太阳墙空腔温度就是太阳墙集热板的板面小孔因吸收的热量而被加热后实时温度。通过对太阳墙系统输送到室内的新鲜空气进行调节控制，从而保证室内的舒适。
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图11 墙面型太阳墙系统
因此，以室内外温度偏差和用户的个人实际需求为主体，对温度舒适度的调控十分重要。通过对太阳墙系统温度进行实时采集与调节，提高太阳墙集热板的利用效率。对于输送到室内的风量进行及时调节控制，保证室内舒服和满足用户需要。同时并且要在节能方面有一定的要求，需要其能够最大限度的降低建筑能耗，这即将是十分具有前景的研究。
1.2研究现状及分析
目前，太阳能作为清洁能源，已被建筑领域广泛投入使用。如太阳能热水器、小区的太阳能照明灯、光伏发电技术等。在现时代，由于机电一体化技术、自动化控制技术和微电子技术的发展，并且，最重大的突破是太阳能集热系统与计算机控制系统的完美融合，开辟了太阳能技术发展应用和推广的广阔前景。
1.2.1太阳墙技术国内外发展现状
“山东建工学院梅园一号学生公寓”作为中国内陆的典范工程于2005年3月引起国内外的关注，此建筑是中国将太阳能技术运用到建筑领域的一个创举，因此已被中国建设部评为国家科技示范工程。在2005年9月的时候，在奥运村项目中，由于业主国奥投资有限公司的大力支持，在奥运村的实验房上，太阳墙首次完成安装。其大量投入使用带来的效益得到了各界的高度重视。此后，太阳墙系统就在奥运设施建设上大规模推开。此外北京恋日花都售楼处的太阳墙采暖通风工程竣工完成并且效果极好。都说民以食为天，可见粮食的安全对国人的重要性。农产品及食品干燥领域也在不断进行创新，力求以新型农业状态展示我们国家的进步，此时太阳墙技术已被广泛使用于农业领域中。比如在2005年5月，太阳墙农用干燥的大型工程已经完成并投入生产，其使用过程的节能效果十分显著。
太阳墙新技术不仅在国内发展迅速，在欧美一些国家也悄然兴起并迅速推广，使用面积已达数十万平方米，被美国评为先进节能供暖技术发明。美国对太阳墙技术发展极其看重，把它称之为至今为止世界上最为先进的太阳能供暖技术。美国的联邦特快专递配送中心每天配送快递十分繁忙，需要大量的卡车火车穿运在建筑厂房，因此其对建筑的通风要求极高。他们公司最终选择将太阳能集热系统运用到建筑中，配送中心建筑厂房在南墙上安装铺设了大约500㎡ 铝质太阳墙板，使得太阳墙所提供的热空气流量达到将近80000m3/h，相比于之前的普通建筑物，该系统每年可节省大约70000m3天然气，其节约资金约20000美元。
加拿大多伦多市 ECG 汽车修理厂也将太阳墙通风加热空气系统投入使用并且节能效果非常显著，太阳墙通风加热空气系统从1999年1月开始运行，运行第一年就为公司节省了大约5000～6000美元。 纽约中心公园动物医院旧建筑改造也加入了太阳墙技术的使用，在南墙面上安装铺设了 大约100㎡的太阳墙板，使得墙板上的温度可预热空气达到 17～30℃，满足了此公园动物医院的使用要求。为积极响应欧盟提出的“绿色采暧”号召，德国Erlangen市政厅以实际行动做出表率，其手下的建设项目使用太阳墙空气采暖系统，将太阳墙板铺满建筑南墙的表面。最后值得一提的是“零能房屋”，是通过太阳能光电转换装置来提供建筑物所需要的能源消耗。它真正做到清洁、无污染，甚至可以说它是21世纪太阳能建筑的发展楷模，尤其在近几年来发达国家已有相当发展水平。
1.2.2 温度采集技术发展现状
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