基于熱電偶的太陽(yáng)能熱水器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 若 T1N，電加熱接通；否則，電加熱斷開(kāi)，而且， 15 點(diǎn) 20 點(diǎn)中的每個(gè)小時(shí)有下表的關(guān)系： 表一 溫度比較 時(shí)間（時(shí)） 溫度比較 加熱值（度） 15 TI35N 35 16 T140N 40 17 T145N 45 18 T150N 50 19 T155N 55 20 T160N 60 最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定值 N。由此可見(jiàn)， 即使沒(méi)有日照我們照樣可以洗上熱水澡了。 綜上所述，太陽(yáng)能供熱控制系統(tǒng)不及節(jié)約而且高度只能化，方便省事，不論 11 日常家居，還是對(duì)賓館 、學(xué)校等都是最佳選擇。 太陽(yáng)能 控制裝置的工作原理 ： 本控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，在系統(tǒng)處于 自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)檢查溫度高于設(shè)置溫度，且水位未達(dá)到最高時(shí)，控制器打開(kāi)電磁水閥 YV1 和 YV2 進(jìn)行上水，同時(shí)點(diǎn)亮上水指示燈，當(dāng)水位至上一目標(biāo)時(shí)，自動(dòng)停止進(jìn)水（即關(guān)閉電磁水閥 YV1 和 YV2） ,若水箱內(nèi)無(wú)水，則自動(dòng)上水至 最低水位處。 在系統(tǒng)處于 手動(dòng)狀態(tài)下，可自由上水或停止進(jìn)水（上水時(shí)水箱水位必須未滿），若水位達(dá)到最高則自動(dòng)停止進(jìn)水；若需要啟動(dòng)加熱器 則必須先設(shè)定加熱溫度，然后按下加熱鍵進(jìn)行加熱；若需洗浴時(shí)，則需打開(kāi)手動(dòng)閥 YV4，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)電磁水閥 YV2，可通過(guò) YV5 自由調(diào)節(jié)水溫；當(dāng)電磁水閥 YV1 和 YV2 損壞或停電時(shí)，可通過(guò)打開(kāi) YV5 和 YV6 進(jìn)行上下水解決燃眉之急；此系統(tǒng)設(shè)置 YV3 是為了防止冬天氣溫過(guò)低引起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動(dòng)打開(kāi)此閥放完水管中的積水） 第 三 章 硬件電路設(shè) 計(jì) 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 水溫檢測(cè)電 路設(shè)計(jì) 圖 3 水溫檢測(cè)電路圖 12 本設(shè)計(jì)溫度傳感器選用 AD590。 AD590 屬于半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器，測(cè)溫度范圍 55℃ +150℃，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性， 1uA/176。 K，誤差有幾種等級(jí)：177。 177。 、177。 ℃，本設(shè)計(jì)中選取177。 ℃品種。 OP07 為高精度運(yùn)算放大器， AD590 電流流經(jīng) R RP1 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)， RRP2 為運(yùn)算負(fù)反饋電阻，成反相比例放大器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 05V 的電壓信號(hào)， ADC0832 再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入 CPU。控制器的 操作使用方式自然合理。 S1 用來(lái)切換操作狀態(tài)。控制器有“直接控制”和“參數(shù)修改”兩種工作狀態(tài)。按 S1 鍵顯示“ 00”，控制器進(jìn)入“直接控制”狀態(tài)，顯示“ 01”，“ 02”、“ 03”、“ 04”分別表示“設(shè)定水位上限”、“設(shè)定定時(shí)上水時(shí)間”、“設(shè)定定時(shí)加熱時(shí)間”、“ 設(shè)定加熱溫度 ” 。 進(jìn)入“參數(shù)修改”狀態(tài)后， S S3 用來(lái)修改規(guī)定的參數(shù)， S1接受本次修改，并切換到下一個(gè)參數(shù)， S4 取消本次修改。進(jìn)入“直接控制”后， S2 用來(lái)手動(dòng)上水， S3用來(lái)手動(dòng)加熱， S4 用來(lái)停止加熱或上水；若水位已經(jīng)超過(guò)設(shè)定水位上限，或水溫已經(jīng)超過(guò)設(shè)定溫 度，“直接控制”將不起作用。 設(shè)定水位上限：控制器可以檢測(cè) 6 個(gè)水位，上限水位可以由用戶設(shè)置，水位上限設(shè)置范圍為位置 6。 設(shè)定定時(shí)上水時(shí)間：每天在規(guī)定時(shí)間檢查水位，并上滿。若設(shè)定時(shí)間為 00或大于等于 24，則取消自動(dòng)定時(shí)上水。 設(shè)定定時(shí)加熱時(shí)間：每天在規(guī)定時(shí)間檢查水溫，若水溫低于設(shè)定溫度，則接通電加熱器，將水溫加熱到設(shè)定溫度。若設(shè)定時(shí)間為 00 或大于等于 24，則取消自動(dòng)定時(shí)加熱。 設(shè)定加熱溫度：定時(shí)加熱溫度也可以由用戶設(shè)定，可設(shè)定范圍為 20℃～ 6℃。 水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 圖 4 水位檢測(cè)電路 13 實(shí)驗(yàn)證明，純凈水幾乎是不導(dǎo)電的，但自然界存在的以及人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩?huì)含有一定的等離子，它們的存在使水導(dǎo)電。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)電性來(lái)完成的。 我們把儲(chǔ)水箱大致分為四個(gè)等份，水位由潛入太陽(yáng)能熱水器的儲(chǔ)水箱不同深度的水位電極和潛入儲(chǔ)水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測(cè)；由單片機(jī)依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進(jìn)行典韋轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低 （ 0）；水位沒(méi)有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1）；每檢測(cè)一位便得到一位數(shù)據(jù)， 5 個(gè)電極檢測(cè)一遍以后便得到了 5個(gè)串行數(shù)據(jù)，然后把這 5 個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管，在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來(lái)顯示水位的高低。（若沒(méi)有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒(méi)有水或者只有少量的水，若有一個(gè)發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有四分之一箱的水，以此類(lèi)推，若有四個(gè)發(fā)光二極管亮， 則表示水箱水是滿的。 ） 當(dāng)水位未達(dá)到 a 時(shí)，即 ha、這時(shí)傳感器的總阻值為 4R 對(duì)應(yīng)系統(tǒng)處于缺水狀態(tài)。 當(dāng) a hb 時(shí)，傳感器的總阻值為 3R對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于 20%水位 。 當(dāng) b hc 時(shí)，傳感器的總阻值為 2R對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于 50%水位。 當(dāng) c hd 傳感器的總阻值為 R 對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于 80%水位。 當(dāng) h=d 傳感器的總阻值為 0 對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)處于 100%水位。 其中，環(huán)形振蕩器產(chǎn)生的方波周期 T（或 f）可通過(guò)單片機(jī) P87LPC744BN 的兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器（ T0、 T1）來(lái)確定， T1 用來(lái)計(jì)數(shù)， T0 用來(lái)定時(shí)。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，需要用開(kāi)關(guān)量去控制和驅(qū)動(dòng)一些執(zhí)行元件，如發(fā)光二極管、繼電器、電磁閥、晶閘管等。但 AT89C51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力有限， 而 且高電平比低電平驅(qū)動(dòng)低。 一般情況下，需要加驅(qū)動(dòng)接口電路，且用低電平驅(qū)動(dòng)。 如圖所示： 14 圖 5 驅(qū)動(dòng)電路圖 鍵盤(pán)電路和顯示電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 口作為按鍵的信號(hào)輸入端，鍵按下，就執(zhí)行該鍵的功能。其電路如圖所示。（為了編程簡(jiǎn)單、方面，采用獨(dú)立式鍵盤(pán)電路） 當(dāng)按鍵按下后，電路與地接通時(shí)， I/U 口與地面相連為低電平。 按鍵沒(méi)有按下時(shí)，電路不與地面接通時(shí)， I/U 口與電壓高端相連為高電平。 本設(shè)計(jì)中采用了共陰極接法，對(duì)于顯示水溫水位的程序作如下說(shuō)明： ① 在動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中，調(diào)用 延時(shí)子程序 Dell，其延時(shí)時(shí)間為 1ms，這是為了使掃描到哪位顯示器穩(wěn)定的點(diǎn)亮一段時(shí)間，猶如掃描過(guò)程中每一位顯示器上都有一段駐留時(shí)間，以保證其顯示亮度。 ② 本設(shè)計(jì)接口電路是軟件為主的接口電路，對(duì)顯示數(shù)據(jù)以查表方法得到其字形代碼，為此在程序中有字形代碼 Table，從 0 開(kāi)始依次寫(xiě)入十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼。為了進(jìn)行查表操作，使用查表指令 MOVC A,@+DPTR,由 DPTR 提供 16位基址，由 A提供變址數(shù)據(jù)送 A 后，在由 A 送 輸出給顯示器。 圖 6 鍵盤(pán)電路圖 15 顯示電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 共陽(yáng) 型數(shù)碼管， 8個(gè) LED 燈如圖中接法，燈的負(fù)極依次接到數(shù)碼管的 af 段，采用動(dòng)態(tài)掃描電路，并把顯示程序作為主程序。數(shù)碼管的段用 P0口控制， 口、 口作為數(shù)碼管的位控制， 作為指示燈的控制。 系統(tǒng) 輸入信號(hào)有： 6 個(gè)液位信號(hào)、一個(gè)溫度信號(hào)、 4 個(gè)觸摸鍵；輸出信號(hào)有：4 位 LED 數(shù)碼管分時(shí)顯示當(dāng)前溫度和液位， 3個(gè)喂輸出控制繼電器分別控制上水位磁閥、加熱泵、增壓泵， 1個(gè)位輸出控制蜂鳴器作為水位報(bào)警信號(hào)和其他異常情況報(bào)警， 2 個(gè)位 輸出指示上水、加熱狀態(tài)。用戶設(shè)定項(xiàng)目有水位上限、熱水溫度、上水定時(shí)、加熱定時(shí)。設(shè)定 參數(shù)用 EEPROM 保存，停電后參數(shù)無(wú)需重新設(shè)定。系統(tǒng)具有故障自檢功能，電磁閥、加壓泵在停水時(shí)會(huì)自動(dòng)切斷，水位傳感器有故障時(shí)禁止上水，以免上水時(shí)溢出。 溫度傳感器采用負(fù)溫度型通用熱敏電阻，整個(gè) 控制器的硬件及對(duì)資源的要求降到最低。通過(guò)軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和邏輯運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)要求的控制功能。 圖 7 時(shí)鐘顯示圖 本系統(tǒng)中，有四個(gè)功能按鍵：定時(shí)加水、恒溫控制、手動(dòng)加水和手