【常州大学怀德学院本科毕业论文】太阳能热水器控制器设计

注仅展示部分文档内容和系统截图需要完整的视频、代码、文章和安装调试环境请私信up主。学生的技术与实现摘要针对传统太阳能热水器缺乏智能控制、无法远程监控等问题本设计构建了一款基于STM32的太阳能热水器智能控制器的系统性的设计。系统以STM32F103C8T6为主控芯片通过DS18B20与水位传感器实现水温、水位采集利用继电器与驱动模块完成加热与补水控制并借助WiFi模块实现数据远程传输。软件采用模块化设计完成了数据采集、自动控制、按键调节及显示通信等功能。经实物制作与功能测试系统运行稳定可实现自动加热、自动补水与远程监测达到了预期设计目标具有良好的实用价值。关键词太阳能热水器智能化传感器STM32F103C8T61引言1.1 课题的开发背景及研究意义在当前全球能源紧缺与环境保护要求日趋严峻的背景下太阳能凭借其清洁、可再生的特性已成为家庭生活热水供给的重要能源选项。然而当前普遍应用的太阳能热水设备大多仍采用较为初级的控制方式智能化水平有限水温与水位调节不够精确且缺乏有效的远程监测与管理功能这些问题不仅影响了用户使用的便捷性也可能导致不必要的能源损耗。因此开发一种具备高可靠性、可自动化运行并支持远程监控的太阳能热水器智能控制系统对提升用能效率、推动节能减排具有显著的实际意义与推广应用价值。1.2 太阳能热水器控制器的研究现状国外对太阳能热水器的研究开展较早已构建起较为成熟的技术体系与产业基础在提升集热性能、增强储热能力、优化机械结构及推动智能调控等方面持续迭代。例如Alzahrani A H 等2025将相变储能材料应用于换热单元的设计优化显著改善了系统内部的传热均匀性与热保有率从而提高了整体能效为发展高效节能型太阳能热水系统提供了有益思路。同年Tiwari A 等人2025尝试将太阳能集热系统与加湿‑除湿海水淡化装置相结合突破了传统太阳能设备单一供热的功能范畴拓展了其在多能联用场景下的应用潜力也为能源的阶梯化利用提供了参考范例。总体来看国际上的研究在系统集成度、智能控制策略等方面更为先进代表了该领域的主要发展方向。2 系统设计2.1 系统整体设计思路本研究预计设计的太阳能热水器控制器采用STM32单片机连接传感器和显示屏可实时监测水温水位自动控制的功能。本研究将采用一种参数化机器学习自适应采样策略使监测设备能够依据环境数据的变化趋势动态调整其采集频率。2.2 硬件设计思路宏观来看本课题所研究的系统它的的硬件核心是STM32F103C8T6单片机并且为其配置了专用的复位电路以确保基础运行的绝对稳定。这为整套太阳能热水器控制器的可靠工作打下了最关键的硬件基础。2.2.1 主控芯片选择方案一STM32F103C8T6单片机该芯片采用ARM Cortex‑M3内核运算速度快、片内资源丰富集成多路ADC、定时器及串口通信接口支持复杂逻辑控制与多外设同时驱动能够稳定承载水温水位采集、显示驱动、继电器控制与WiFi通信等任务性能充足、扩展性强。2.2.2 传感器模块方案选择由于本设计需完成水温、水位两项检测分别进行方案对比1水温检测方案一DS18B20数字温度传感器采用单总线通信接线简洁、抗干扰能力强测温范围与精度完全满足热水器使用要求直接输出数字信号无需外接AD转换电路硬件结构简化、可靠性高。方案二LM35模拟温度传感器输出模拟电压信号需搭配ADC电路使用布线复杂、易受干扰调试难度大不适合热水器长期稳定监测场景。2水位检测方案一方案二2.2.3 显示模块方案选择方案一LCD1602字符液晶仅支持字符显示依赖背光照明显示内容单一界面信息有限人机交互体验一般。方案二0.96寸OLED显示屏自发光无需背光对比度高、显示清晰、功耗低采用I2C接口节省IO资源可同时显示水温、水位、工作模式等多项信息界面直观、交互友好。为提升显示效果与用户体验本设计选用OLED显示屏2.2.4驱动模块方案选择方案一方案二2.2.5 按键方案选择2.2.6 通信模块方案选择3.1硬件整体设计框图本系统的硬件设计主要由单片机、DS18B20水温模块、OLED显示屏、水位等组成组成一个完整的系统。选用STM32F103C8T6作为主控芯片其工作频率设定为12MHz。该微控制器具备较强的运算性能与处理能力可满足系统在实时性与运行稳定性方面的要求[3]。3.2 模块电路设计3.2.1单片机及其电路设计STM32F103C8T6是意法半导体STMicroelectronics推出的一款基于ARM Cortex-M3架构的32位MCU。3.2.2OLED显示屏及其电路设计显示模块选用0.96寸I2C接口OLED显示屏分辨率为128×64具有功耗低、显示清晰、响应速度快等特点可实时显示温度、水位等系统运行信息为用户提供直观的人机交互界面。3.2.3继电器及其电路设计本设计采用SRD-12VDC-SL-C型1路继电器模块模块自带驱动与保护电路能够在单片机控制下可靠吸合与断开实现对外部负载的通断控制满足系统自动控制需求。3.2.4水位传感器及其电路设计本设计中水位检测采用专用PCB式水位传感器模块通过板载平行导电电极检测液位变化电极接触水面后导通状态随水位高度改变输出对应模拟电压信号。4软件设计4.1软件设计任务描述本次设计是以太阳能热水器控制器为设计对象基于需求分析与硬件架构开展软件整体规划采用模块化设计方法明确系统运行逻辑与功能实现路径。软件设计以实现水温水位监测、自动补水、自动加热、手动控制及安全保护为目标合理划分功能模块确定模块间调用关系与数据交互规则建立稳定可靠的控制机制与异常处理策略为后续程序开发、系统调试与功能验证提供完整的技术方案。4.2软件设计平台简介4.2.1 EDA简介嘉立创EDA是由国内团队自主研发的一站式板级EDA设计工具拥有完全自主知识产权是国产电子设计软件的代表性产品之一。5系统制作与测试5.1系统制作本次太阳能热水器控制器的硬件开发主要采用STM32单片机、OLED显示屏、水位模块。软件系统实现采用C语言结合Keil环境进行开发。单片机作为核心控制单元OLED显示屏进行信息显示[9]。以标准化PCB为核心载体完成实物落地。5.1.1制作工具介绍本次系统制作过程中为确保焊接质量与调试效率选用了多种通用电子制作与测试工具。主要涉及电烙铁、焊锡丝、吸锡器、数字万用表、杜邦线及USB转TTL模块等。5.1.2 元器件准备及功能描述本系统的元器件选型围绕太阳能热水器的控制需求以稳定、适配、低成本为核心原则经过多轮对比筛选确定最终方案•主控单元•传感采集模块•人机交互模块•执行与辅助单元5.1.3制作过程及结果图片展示在制作开始前根据系统整体功能完成原理图设计确定各模块之间的连接方式与信号流向。整体实物图5.2系统实物测试5.2.1 按键功能测试参 考 文 献Algabroun H ,Håkansson L .Parametric Machine Learning-Based Adaptive Sampling Algorithm for Efficient IoT Data Collection in Environmental Monitoring[J].Journal of Network and Systems Management,2024,33(1):5-5.徐振峰,霍冬冬,邵芸艳,等.基于NB-IoT的大田农业环境远程监测系统设计[J].西昌学院学报,2024,38(02):41-48.DOI:10.16104/j.issn.1673-1891.2024.02.006.王圣超.基于物联网的猪舍环境多目标自寻优控制方法研究[D].东北农业大学,2023.DOI:10.27010/d.cnki.gdbnu.2023.000298.Dong M ,Yu H ,Sun Z , et al.Research on agricultural environmental monitoring Internet of Things based on edge computing and deep learning[J].Journal of Intelligent Systems,2024,33(1):Szczurek A ,Gonstał D ,Maciejewska M .A Multisensor Device Intended as an IoT Element for Indoor Environment Monitoring[J].Sensors,2024,24(5):Yu C ,Tong H ,Huang D , et al.Model for Inverting the Leaf Area Index of Green Plums by Integrating IoT Environmental Monitoring Data and Leaf Relative Content of Chlorophyll Values[J].Agriculture,2024,14(11):2076-2076.注仅展示部分文档内容和系统截图需要完整的视频、代码、文章和安装调试环境请私信up主。