太陽能熱水器的通用控制器研制

《太陽能熱水器的通用控制器研制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、太陽能熱水器的通用控制器研制武漢工程大學(xué)劉增華李偉1、系統(tǒng)功能與指標1.1功能特點具有目前產(chǎn)品的一般功能：1)設(shè)置上限水位：設(shè)置水位上限，可選擇50%~99%之間（我們選取80%），并且在使用中，不得自動上水。2)設(shè)置水箱水溫：設(shè)置電加熱的溫度上限，可選擇0°C~80°C（我們選取60°C），自動加熱。3)水位指示：LED五段顯示。4)水溫指示：LCD液晶數(shù)字顯示。5)自動上水：為防止空曬，當水位低于10%時，系統(tǒng)強制上水；當水位低于30%時，提示報警，若沒有使用，啟動自動上水，若使用，則報警提示先上水，再使用。6)

2、輔助加熱：當出現(xiàn)陰雨天氣，水溫達不到要求，啟動輔助電加熱，電加熱溫度上限設(shè)置為60°C。同時還具有新加功能：1)智能模式：檢測淋浴水溫，自動調(diào)節(jié)涼水的流量，自動調(diào)節(jié)，使水溫保持在設(shè)定溫度的2°C范圍內(nèi)，并保持有足夠的流量。1.2技術(shù)指標1)設(shè)置上限水位：設(shè)置水位上限，可選擇50%~99%之間（我們選取80%），并且在使用中，不得自動上水。2)設(shè)置水箱水溫：設(shè)置電加熱的溫度上限，可選擇60°C，自動加熱。3)水位指示：分段顯示（5段顯示）。4)水溫指示：數(shù)字顯示（精度為1度）。5)自動上水：為防止空曬，當水位低于30%

3、時，提示報警，若沒有使用，啟動自動上水。若使用，則報警提示先上水，再使用。6)智能模式：檢測淋浴水溫，自動調(diào)節(jié)熱水、涼水的流量，自動調(diào)節(jié)，使水溫保持在設(shè)定溫度的2°C范圍內(nèi)，并保持有足夠的流量。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1系統(tǒng)的工作原理太陽能熱水器輔助控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在太陽能熱水器的儲水箱內(nèi)增加一個電加器，采用220V市電加熱，由輔助控制系統(tǒng)的繼電器控制通斷電，用來在溫度達不到要求的時候進行輔助加熱來保證熱水溫度。水位、水溫探測器從保溫儲水箱頂部安裝在水箱中，通過電纜線接入用戶室內(nèi)控制器。流量控制閥用通過步進電機來

4、精確控制冷水即自來水的流量，來保證熱水與冷水混合后的溫度達到用戶的要求。當水位不足報警時，通過電磁閥啟動上水，上水的過程中，不允許淋浴，且放水電磁閥關(guān)閉。當需要淋浴時，放水電磁閥打開，通過自動控制冷水電磁閥的開度來保證冷水與熱水混合后的溫度與用戶設(shè)定值基本一致（水溫保持在設(shè)定溫度的2°C范圍內(nèi)），淋浴過程中，系統(tǒng)禁止上水和輔助加熱。當淋浴完后按下”淋浴完鍵”，系統(tǒng)停止放水并且電機要復(fù)位。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如下。2.2控制系統(tǒng)與電路結(jié)構(gòu)組成控制系統(tǒng)采用FPGA內(nèi)部構(gòu)建Core8051單片機來控制水溫水位等，其內(nèi)部接線圖如

5、圖2所示。整個系統(tǒng)采用FusionStartKit開發(fā)平臺，嵌入8051內(nèi)核為核心，對水溫、水位等參數(shù)進行智能檢測和顯示，讀取電磁閥的狀態(tài)，經(jīng)鍵盤操作和單片機內(nèi)部運算比較，控制相應(yīng)得執(zhí)行機構(gòu)進行通、斷電及報警提示，其控制系統(tǒng)組成如圖3。Core8051的P0口作液晶的數(shù)據(jù)口，P2.0-P2.2為液晶的使能控制口，P2.3-P2.5分別接步進電機驅(qū)動器CP-,u/d-，F(xiàn)REE-,CP為脈沖信號輸入端；U/D為電機正、反轉(zhuǎn)控制端；FREE為電機脫機控制端，通過不斷的對淋浴水溫進行智能檢測和顯示，經(jīng)單片機內(nèi)部運算與設(shè)定溫

6、度進行比較，控制輸入步進電機的脈沖信號及正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，來調(diào)節(jié)流量控制閥的開度，從而來保證噴頭水溫與用戶設(shè)定水溫的相一致。P2.6接數(shù)字溫度傳感器ds1820，用來檢測水箱溫度并通過芯片及單片機內(nèi)部處理后顯示在液晶上，P2.7也接溫度傳感器用來檢測淋浴噴頭的水溫。如果水箱溫度不足時（達設(shè)置水溫下限），則加熱繼電器動作，啟動輔助加熱裝置，當水溫達加熱溫度上限時加熱繼電器斷開，輔助加熱裝置關(guān)閉。水位用5段led燈顯示，如果水位不足則報警蜂鳴器響，若沒使用則上水繼電器動作，電磁閥開通，自動上水至水位上限后關(guān)閉。3、單元電路設(shè)計

7、3.1水位檢測圖4由555定時器構(gòu)成的液位測量電圖水位檢測原理如下：由兩塊鋁板組成電容構(gòu)成介質(zhì)變化型電容傳感器，電容大小為：式中：為介質(zhì)，S為對應(yīng)的面積，l為長度。假設(shè)電容器為兩平極結(jié)構(gòu)，作絕緣處理后的電容器兩極間浸入不同的界質(zhì)中，由于電容器中的介質(zhì)相對介電系數(shù)不同，電容量是不同的，即檢測電容傳感器在水位變化導(dǎo)致電容器的電容C變化情況。電容傳感器處在大氣中、浸入水中不同深度，其電容量的變化，可反映出水位的變化。在大氣中相對介電常數(shù)為1，電容傳感器的電容量為C1，在水中相對介電常數(shù)更大，達到80，電容傳感器的電容量將隨

8、著浸入深度加大而變大。由于上下兩部分的介質(zhì)不同，則總電容有兩個電容并聯(lián)組成：設(shè)鋁板總高度為H，液位高度為h，則上下兩部的介質(zhì)分別為空氣和水。式中：空氣的介電常數(shù)為1，b為鋁板的寬度。本傳感器采用NE555制作為脈沖波發(fā)生器，輸出的頻率反映液位的變化，根據(jù)實際測試：、取中心工作頻率為1KHz，確定電阻值。當水箱里無水時（水位最低），最小。將水位劃