太陽能熱水器控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及加熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)今社會(huì)能源是一大問題，人們生活需求不斷擴(kuò)張，所以節(jié)能是最重要的行動(dòng)。想到節(jié)能那首要想到的就是太陽能，太陽能是當(dāng)今討論研究的重要話題，生活中現(xiàn)在不斷的出現(xiàn)用太陽能來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的其他能源方式。目前在太陽能技術(shù)的應(yīng)用最為貼近生活的當(dāng)屬太陽能熱水器。
[0004]圖1所示的是傳統(tǒng)的太陽能熱水器的原理圖，1為儲(chǔ)水箱，2為真空集熱管。通過太陽輻射對(duì)真空集熱管加熱把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，集熱管受太陽光照射的那一面溫度高，集熱管不受陽光照射面溫度低，從而集熱管內(nèi)的水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，根據(jù)水的熱水上浮冷水下沉的原理，可以使水產(chǎn)生微循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱中冷水進(jìn)行加熱的目的。
[0005]傳統(tǒng)的太陽能熱水器中，液位傳感器包括靜壓液位計(jì)、液位變送器、液位傳感器、水位傳感器，它是一種測(cè)量液位的壓力式傳感器。投入式靜壓液位變送器(液位計(jì))是根據(jù)所測(cè)液體靜壓和該液體的高度成一定的比例的原理，它采用國外先進(jìn)的是隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或者是陶瓷電容壓力敏感元件，將靜壓轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)，然后再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和一定的線性修正，講非標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)(一般為4一20 mA / 1-5 V DC)。這種設(shè)計(jì)穩(wěn)定性好并且具有反向保護(hù)和限流保護(hù)的電路，當(dāng)安裝時(shí)正負(fù)極被接反不會(huì)損壞變送器，但是其缺陷為價(jià)格太高，家用太陽能使用這樣的設(shè)計(jì)并不經(jīng)濟(jì)。
[0006]同時(shí)，傳統(tǒng)的熱水器是用電磁閥來控制上水和水溫的電路控制。讓電磁閥通12 V的直流電源，電磁閥吸合上水電路導(dǎo)通則上水。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)電磁閥斷開停止上水。但是這種電磁閥的功耗比較大，上水和放水的時(shí)間加起來時(shí)間比較長(zhǎng)。老式的NTC測(cè)溫需要溫度補(bǔ)償電路，而且線性度較低，而且NTC熱電阻阻值隨溫度變化不是嚴(yán)格的線性，增加了數(shù)據(jù)處理難度。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)，包括:
壓力液位傳感器，一端連接在一太陽能熱水器的儲(chǔ)水箱上，壓力液位傳感器包括密封氣體以及設(shè)置在密封氣體內(nèi)的薄膜，薄膜上連接有一柔性電阻，儲(chǔ)水箱內(nèi)的水位變化使柔性電阻產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的形變而改變阻值；
一線式數(shù)字溫度傳感器，設(shè)置在儲(chǔ)水箱內(nèi)，用以檢測(cè)水溫；
單片機(jī)，連接壓力液位傳感器以及一線式數(shù)字溫度傳感器，獲取柔性電阻的阻值以及檢測(cè)到的水溫；
水位控制電路，包括上水繼電器以及電磁閥，上水繼電器連接單片機(jī)，電磁閥連接上水繼電器，在柔性電阻的阻值低于或高于一預(yù)定值，且在一預(yù)定上水時(shí)間內(nèi)的情況下，單片機(jī)通過上水繼電器的開合控制電磁閥，用以實(shí)現(xiàn)上水或停止上水；
溫度控制電路，包括加熱繼電器，加熱繼電器連接單片機(jī)，在檢測(cè)到的水溫低于一預(yù)定值，且在一預(yù)定加熱時(shí)間內(nèi)的情況下，單片機(jī)通過加熱繼電器的開合控制加熱或者停止加熱。
[0009]較佳的，還包括晶振電路，連接單片機(jī)，用以提供時(shí)鐘信號(hào)。
[0010]較佳的，壓力液位傳感器還包括信號(hào)放大電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)放大電路連接柔性電阻，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接信號(hào)放大電路。
[0011]較佳的，還包括液晶顯示模塊以及按鍵模塊，連接單片機(jī)。
[0012]本發(fā)明和現(xiàn)在市場(chǎng)上的熱水器的控制系統(tǒng)測(cè)量的精確度大大提高，使用的也比較方便，快捷，性能更加的穩(wěn)定。水溫，水位控制精確，上水速度快，節(jié)能。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1所示的是太陽能熱水器的原理圖；
圖2所示的是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
圖3所示的是本發(fā)明壓力液位傳感器的原理圖；
圖4所示的是本發(fā)明信號(hào)放大電路的電路圖；
圖5所示的是本發(fā)明單片機(jī)控制水位繼電器的原理圖；
圖6所示的是一線式數(shù)字溫度傳感器的連接示意圖；
圖7所示的是單片機(jī)的引腳示意圖；
圖8所示的是時(shí)鐘集成芯片與單片機(jī)的連接示意圖；
圖9所示的是本發(fā)明的工作流程圖。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]為了便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實(shí)施例為例作進(jìn)一步的解釋說明，且各個(gè)實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0018]設(shè)計(jì)一個(gè)成本低、可靠性高、測(cè)量精度高、安裝調(diào)試方便的水位、水溫測(cè)量系統(tǒng)是本發(fā)明的關(guān)鍵，所以我們對(duì)液位測(cè)量的方案的設(shè)計(jì)很重要，在測(cè)量的方法上面需要考慮成本可靠性，測(cè)量精度都要有所改善。
[0019]如圖2所示，本發(fā)明提供的一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)，主要包括:壓力液位傳感器，一線式數(shù)字溫度傳感器、單片機(jī)以及控制電路。
[0020]壓力液位傳感器主要用到的元件是一種對(duì)氣體壓強(qiáng)敏感的薄膜，薄膜連接了一個(gè)柔性的電阻器。當(dāng)水位升高時(shí)壓力傳感器發(fā)生形變使電阻值發(fā)生變化，當(dāng)電阻器的電阻值發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換把分壓元件0-5 V的電壓信號(hào)傳送給單片機(jī)，數(shù)據(jù)會(huì)被單片機(jī)分析出結(jié)果然后處理執(zhí)行。如圖3所示，通過以上分析自制的壓力液位傳感器來測(cè)量水位，將管道密封與氣體壓力傳感器22相連，管道另一端連接到水箱的底部，水和傳感器之間通過密封的空氣21，當(dāng)水位升高時(shí)，密封的氣體壓力增大，最后裝置在頂部將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，讓后續(xù)電路處理，通過系統(tǒng)軟件計(jì)算水位與氣體壓力之間的關(guān)系，測(cè)得水位的事實(shí)高度。
[0021]壓力液位傳感器的最大耐壓是150 KPa，150kp相當(dāng)于5米高的水柱完全可以承受熱水器的容量。由于傳感器輸出信號(hào)為60mV~~100mV的模擬信號(hào)，所以要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，電壓放大選用0P07雙電源放大器組成放大電路。具有低輸入偏置電流(0P07A輸入偏置電流為±2nA)和高開環(huán)增益(0P07A開環(huán)增益為300V/mV)，由于0P07它同時(shí)還具有非常低的輸入失調(diào)電壓(0P07A最大的輸入失調(diào)電壓為25 μ V)等特點(diǎn)，所以0Ρ07在很多的應(yīng)用場(chǎng)合就不需要額外的調(diào)零措施。0Ρ07具有低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性特別適合用于需要高增益的測(cè)量設(shè)備、和進(jìn)行微弱信號(hào)放大。經(jīng)過放大后的信號(hào)，再送到A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)便于單片機(jī)的處理，如圖4所示。
[0022]由于現(xiàn)有的電磁閥的功耗比較大，上水和放水的時(shí)間加起來時(shí)間比較長(zhǎng)，因此這種方法不合理，根據(jù)暖氣供應(yīng)中熱力表的設(shè)計(jì)原理，可以采用自保持的電磁閥，自保持電磁閥在不通電的情況下開度是不變的，當(dāng)需要控制其開度時(shí)才需要通電，所以需要通電的時(shí)間是比較短的，這樣就有效地節(jié)省了電能。但是自保持電磁閥需要24V供電，且通過電流較大，所以該系統(tǒng)采用繼電器驅(qū)動(dòng)方式，控制電磁閥。繼電器選擇對(duì)系統(tǒng)功能影響較大，例如繼電器的額定功率選擇不適當(dāng)，過小會(huì)導(dǎo)致繼電器燒毀，過大造成不必要的浪費(fèi)。繼電器的靈敏度選擇要恰當(dāng)，一味的追求高靈敏度，會(huì)增加系統(tǒng)的成本，太低會(huì)增加系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作。
[0023]在電能消耗嚴(yán)加控制的場(chǎng)合下，經(jīng)常采用磁保持繼電器當(dāng)輸入頻率達(dá)10 Hz以上，繼電器需要快速運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)選用極化繼電器或固態(tài)繼電器。舌簧繼電器動(dòng)作頻率可達(dá)50次/秒，價(jià)格低廉，但觸點(diǎn)負(fù)載能力低，一般只能達(dá)50 mA、28V DC ;太陽能熱水器上水加熱頻率不是很高，而且要求的功率也不是很大。所以選擇普通松樂牌的直流12 V繼電器，具體參數(shù)為交流250 V下可以承受10 A的電流，直流30 V下可以承受10 A的電流。
[0024]單片機(jī)收集數(shù)據(jù)之后則會(huì)判斷是否上水，如果需要繼續(xù)上水就驅(qū)動(dòng)12V繼電器，繼電器控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)上水動(dòng)作。單片機(jī)控制水位繼電器的原理如圖5所示，圖5中R16限流電阻，降低單片機(jī)的整體功耗，R13作為發(fā)光二極管D8的限流電阻，當(dāng)上水時(shí)繼電器吸合，電路形成回路，二極管導(dǎo)通發(fā)光，從而指示系統(tǒng)處于上水狀態(tài)。
[0025]繼電器驅(qū)動(dòng)電路的工作原理是，當(dāng)繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，吸動(dòng)銜鐵帶動(dòng)簧片，使觸點(diǎn)1、2斷開，1、3接通。當(dāng)線圈斷電后，彈簧使簧片復(fù)位，使觸點(diǎn)1、2接通，1、3斷開。1、2間接控制電路端口(1、2稱為常閉觸點(diǎn))或觸點(diǎn)1、3間(稱為常開觸點(diǎn))，繼電器就可以達(dá)到控制電路的目的。三個(gè)引腳的中間引腳是公共引腳，另外兩個(gè)引腳是線圈，即接驅(qū)動(dòng)端。另外2個(gè)腳那邊分別是常開和常閉觸點(diǎn)。當(dāng)繼電器吸合LED指示燈形成回路，從而發(fā)光指示用戶正在上水。繼電器啟動(dòng)吸合動(dòng)作需要較大的電流，而保持吸合動(dòng)作只需要較小的電流即可，所以采用一個(gè)47 uf的C23電容儲(chǔ)能來提供繼電器吸合的能量。繼電器保持吸合時(shí)采用一個(gè)47歐姆的R4電阻進(jìn)行限流，從而降低整體的功耗。因?yàn)槔^電器吸合和斷開時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的浪涌電流，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的其他電路產(chǎn)生不利影響，所以采用D10作為為保護(hù)電路，用來吸收由于繼電器開閉產(chǎn)生的浪涌電流。當(dāng)單片機(jī)的控制引腳輸出高電平給SW就可以使NPN的三極管導(dǎo)通，使繼電器吸合。完成上水過程。
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