太陽能熱水器自動(dòng)溫度控制器設(shè)計(jì)原理

引言

目前，市場上銷售的太陽能熱水器大多沒有自動(dòng)控制功能，使用起來不靈活方便，為此，為太陽能熱水器加裝自動(dòng)控制功能，具有廣泛的市場。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)要求

（1） 設(shè)定溫度的范圍為25℃至65℃。

（2） 輸入信號(hào)為水溫傳感器產(chǎn)生的溫度信號(hào)；水位傳感器產(chǎn)生的水量信號(hào)。

（3） 輸出信號(hào)為控制水溫電信號(hào)（控制加熱電熱管） 和控制水流量調(diào)節(jié)閥信號(hào)（控制加水電磁閥）。

（4） 配有輸入功能鍵盤：完成自動(dòng)/手動(dòng)、手動(dòng)加水鍵、手動(dòng)加熱鍵、溫度設(shè)定鍵、水位檔選擇鍵。

（5） 具有兩位LED 數(shù)碼顯示電路，顯示溫度設(shè)定值、實(shí)際溫度測量值，六個(gè)發(fā)光二極管指示六檔水位（10%、30%、50%、70%、90%、100%） 。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理

太陽能熱水器加裝自動(dòng)控制功能，主要是加裝一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和一個(gè)電腦控制板。根據(jù)太陽能熱水器的技術(shù)要求及經(jīng)濟(jì)方面的考慮，我們選用89C51單片機(jī)為核心控制器 ,組成熱水器溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由89C51 單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、水位選擇電路、溫度顯示系統(tǒng)、水位指示系統(tǒng)、加水電磁閥控制電路、加熱電熱管控制電路、報(bào)警訊響電路、復(fù)位電路、晶振電路、鍵盤電路組成。

硬件系統(tǒng)組成粗略框架如圖1所示。



數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是非常重要的一部分，它通過水溫傳感器和水位傳感器分別采集水位、水溫連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，通過TLC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到CPU89C51中進(jìn)行處理。

溫度顯示系統(tǒng)及水位指示系統(tǒng)如圖2 ，顯示電路用兩個(gè)數(shù)碼管顯示溫度，采用動(dòng)態(tài)顯示方案，兩個(gè)數(shù)碼管為共陽型，兩個(gè)三極管為PNP型，7個(gè)I/O端口輸出段碼，小數(shù)點(diǎn)不用，2個(gè)I/O端口輸出位控制信號(hào)低電平有效，顯示溫度設(shè)定值、實(shí)際溫度測量值。用六個(gè)發(fā)光二極管作為六檔水位指示（10%、30%、50%、70%、90%、100%），由89C51 直接驅(qū)動(dòng)。



水位選擇電路、鍵盤電路及輸出控制電路的組成如圖3 。



CPU 根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，當(dāng)水位低于10 %時(shí)，自動(dòng)報(bào)警并停止電加熱，當(dāng)水位高于90%時(shí)，自動(dòng)報(bào)警并停止加水。根據(jù)水位傳感器的數(shù)據(jù)，自動(dòng)加水至水位設(shè)定的檔位。通常，用LED顯示器顯示實(shí)際水溫，當(dāng)水溫低于3 ℃時(shí)，為防凍自動(dòng)電加熱，當(dāng)無手動(dòng)加熱標(biāo)志時(shí)，加熱至25 ℃，當(dāng)有手動(dòng)加熱標(biāo)志時(shí)，加熱至設(shè)定的溫度，設(shè)定溫度的范圍為25℃至65℃。

3 軟件設(shè)計(jì)

全部程序采用89C51匯編語言編寫，由主程序、鍵盤服務(wù)程序、水溫水位采樣計(jì)算程序、水位調(diào)節(jié)程序、顯示程序、報(bào)警程序等模塊組成。程序中加入了防死機(jī)及抗干擾措施。

水溫水位采樣計(jì)算程序?yàn)榭垢蓴_均采用了去極值平均濾波的數(shù)字濾波算法，分別連續(xù)10次采樣，將其累加求和，同時(shí)找出其中的最大值和最小值，再從累加和中減去最大值和最小值，按8個(gè)采樣值求平均值，在RAM中開辟出水溫水位各10個(gè)數(shù)據(jù)的暫存區(qū)。

鍵盤服務(wù)程序?qū)τ谌ザ秳?dòng)、連擊等情況都做了妥善處理。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)投入實(shí)際應(yīng)用以來效果良好，深受用戶的歡迎，收到了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。