智能新型太阳能热水器

智能新型太阳能热水器（精选6篇）

智能新型太阳能热水器 第1篇

关键词：STM32F103ZET6,太阳能热水器智能控制

1 设计原理及分析

总系统框图如图1所示,根据设计要求,由单片机STM32F103ZET6作为整个系统的核心,由比较器LM339、双刀双掷继电器、单刀双掷继电器等为主构成的硬件电路部分为辅,完成按键控制、实时检测和显示、报警等功能,实现水箱中水温、水位的准确检测、显示及在40℃~70℃中任意温度精确设定等全部功能。

本系统由温度检测模块、水位检测模块、上水和加热控制模块和报警模块等组成。采用STM32F103ZET6单片机作为本课题的总控制器,经温度检测模块实现了对水温的实时检测。为了能完成按预定要求对水箱中的水位进行上水控制的功能,采用了5V电源电压经分压后,在水位不断上升过程中,与不同位置的导线经水与分压后的导线相连通后,由比较器输出阈值电压的方法实现。同时,当水位降到一级以下时,报警功能由单片机上给信号由蜂鸣器实现。

2 系统硬件设计

本课题硬件部分由温度检测模块、水位检测模块、上水和加热控制模块和报警模块组成。

2.1 温度检测模块

采用数字温度传感器DB18B20。DS18B20是常用的温度传感器,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点。测温范围-55℃~+125℃,在使用中不需要任何外围元件,只需给3.0V~5.5V之间的电源电压,与单片机共地之后,输出的直接为所测温度的数字量。测量方法为:DS18B20在出厂时以配置为12位,读取温度时共读取16位,前5个位为符号位,当前5位为1时,读取的温度为负数;当前5位为0时,读取的温度为正数。温度为正时读取方法为:将16进制数转换成10进制即可。缺点是检测的时间长。设计电路原理图如图3(b)所示。

2.2 水位检测模块

采用比较器LM339为核心元件的水位检测模块。电源电压5V经分压后,将四级水位放入水箱中,若水漫过同一高度的两条导线,水会导通两根导线令比较器LM339工作,点亮对应的LED。优点为性价比高,压摆率高,速度更快,输出更稳定。设计电路图如图3(b)所示。

2.3 上水和加热控制模块

采用双刀双掷继电器和单刀双掷继电器为主控制器。当水位到达一级时,S2常开触点闭合,由于此时水位还没到四级,所以S1、S3常闭触点仍然闭合,所以LED1亮表示进水中。当水位到达四级时,B4收到比较器传来的信号,S1常闭触点断开,停止进水,LED1熄灭。当需要用水时,开关S6点闭合,出水信号给单片机,激活报警功能,S3常开触点闭合,S4常闭触点断开,LED2亮表示出水中,若此时温度低于40℃,单片机给S5信号,使S5常开触点闭合,当不出水时,S4常闭触点闭合,LED3亮表示开始加热。

2.4 报警模块

采用蜂鸣器作为报警模块的示警器。原理同方案一,但优于方案一的是,本课题中所使用的LED灯已经达到7个,若再加一个难免会混乱。蜂鸣器外围电路简单,使用的是声音报警,更能拉取人的注意力,相比方案一,实用效果更佳。设计电路图如图3(b)所示。

3 系统软件设计分析

3.1 系统总体工作流程

本设计主程序设计流程图图2所示。主程序采用单片机STM32F103ZE初始化后,可以于LCD屏上显示预如置水温、实际水温及水位等信息。若在出水情况下检测到低于二级水位,则声音报警。若在不出水的情况下,水箱的水的温度低于40℃,则令加热指示灯亮,若出水时水箱中水的温度低于40℃,则在停止出水之前都不加热。同时,在加入不同温度的水的过程中,LCD屏上可以一直实时显示水温、水位信息。

另,软件部分发挥功能添加了安卓手机的app远程控制监测功能,可以实时监测水温和水位,增加了本课题的实用性。

4 结论

本系统总体包括硬件部分和软件部分,采用以单片机STM32F103ZET6和四部分模块硬件电路为主体的思路完成了全部设计。

硬件电路主要包括了制作温度检测模块、水位检测模块、上水和加热控制模块和报警模块,软件部分包括了中断、AD采样、按键控制和液晶屏显示等功能。

调试过程中出现的问题有,接插件接反、芯片未能插牢造成芯片没有输出、软硬件联调以后出现的显示错乱以及总体结构的架设和搭建等。经过后期的耐心调试,以上问题均已解决。

本设计的不足之处在于使用的水箱是塑料外壳、纸质支架。塑料外壳不耐高温,70℃的温度已经是极限,能导致水箱有些变形。而纸质支架支撑水量不大的本课题设计绰绰有余,但是如果水箱中水量多了能支撑的时间也不长,而且放水时若被水泡了,支撑效果大打折扣。如果时间和资金允许,我们会采用玻璃或者其他耐高温材质的材料来充当水箱,采用塑料或者金属支架来作为支撑。

本设计可以改进的地方在于可以将开关控制的加热控制变为由交流调压控制的加热控制,使用数字增量式PID算法减少设定温度的误差,增加了加热控制的可调性、稳定性和实用性。

参考文献

[1]陈永真.通用集成电路应用、选型与代换[M].北京:中国电力出版社,2007.

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[3]李清泉,黄昌宁.集成运算放大器原理及应用[M].北京:科学出版社,1998.

太阳能热水器问题调查 第2篇

近日，北京、天津、河北、上海、广州等24个省市的消协及中国消费者报社共25家消费维权单位，联合开展了太阳能热水器使用状况调查。调查结果显示，目前40.87%的太阳能热水器一到冬天就无法正常使用。同时，71.8%的消费者不知道怎样鉴别太阳能热水器质量的优劣。

面对如此令人震惊的数据，中国太阳能产业联盟网编辑解玉磊表示：“此次的调查结果可能存在一定的偏颇。”他认为，如果真的有将近4成的太阳能热水器存在质量问题，那么对这个行业而言，是致命的打击。

“真有如此高比例的质量问题，工商部门早就该介入调查了。” 解玉磊分析，这样的调查结果无疑显示，这次调查的太阳能热水器多是一些“三无”厂家所生产的。

因为节电、节省能源是太阳能热水器的最大优点，所以太阳能热水器在广大农村的应用尤为广泛。这也可能使不少人为了贪图便宜，而选择价格相对低廉、质量又无法保证的太阳能热水器，使得调查结果如此触目惊心。

解玉磊分析，目前太阳能热水器行业的入行门槛很低，一般的小企业只要花费一二十万元就能去制作、生产太阳能热水器了。从而造成太阳能热水器杂牌多，小企业过多的现状，而这类厂家生产出的太阳能热水器无论从质量上，还是售后服务方面，都存在着严重的不足。

“首先是水箱的质量问题，尽管水箱保温内筒的材料从外观上无法辨别，但做工精细以及好材料的使用，都会使热水器的使用效果大相径庭。” 解玉磊告诉记者，水箱内的水经常要接触保温内筒，从而会腐蚀筒壁。如果保温内筒的铁皮金属不够厚实，或是厂家在焊接时不够牢固，那么就会造成水箱漏水。

除此之外，劣质的太阳能热水器还会引发“炸管”的危险，解玉磊说，太阳能热水器一般是采用高硼硅玻璃管道，其中硼的加入，会增强玻璃管道的照射强度，但由于硼的价格昂贵，有一些小厂家为了节省预算干脆省去加入硼元素，从而导致管道在承受不到60度的温度时，就会出现炸管的现象。

2010年7月，山东的一位太阳能热水器用户正在为热水器上水，突然听见房顶上一声巨响，上屋顶一看，发现太阳能热水器被炸得七零八落。热水器的所有真空集热管被炸成碎片，水箱也被炸得严重变形。调查后发现，原来是热水器的真空集热管的质量不达标，在长时间空晒后，内部形成高温，骤然加水，水迅速汽化膨胀，而引起了爆炸。

“硼的加入就能解决热水器真空集热管不耐高温的问题，同时，还能对水起到保温作用。”解玉磊说。

“国家对于太阳能热水器的标准不够完善，也是造成太阳能热水器问题颇多的主要原因。”中国家电协会副会长刘福中举例，对于温差各不相同的地区，要采用不同规格、不同功率的太阳能热水器，比如海南冬季的温度和新疆截然不同，对太阳能热水器的功率要求也各不相同。

其次，太阳能热水器缺乏国字头的行业协会，同时，国家的法规政策也比较宽泛，不夠完善。在企业无法做到自律时，也缺乏相应的监管。

刘福中认为太阳能热水器属于环保产业，相关部门在推广过程中都会为太阳能热水器“开绿灯”，从而导致质量问题较为突出。

因此，刘福中建议，对于太阳能热水器这类环保型的行业，更应该加强产品的质量管理，最好能做到定期抽查。并且可以借鉴电冰箱的做法，在太阳能热水器的表面贴上有国家质检总局标注的合格标签，方便消费者一下就能够挑选到质量放心的产品。

智能型太阳能热水器控制系统设计 第3篇

太阳能热水器是目前节约煤、电等常规能源且无污染的常用家庭设备之一。目前,太阳能热水器控制器种类繁多,但其都具有一个共同的缺点,即:在给太阳能水箱上水过程中,电磁阀始终处于通电状态。这不仅造成额外的电能消耗,同时由于电磁阀线圈通电时间长,从而会缩短电磁阀的使用寿命。

本文设计了一种基于单片机AT89S52为核心,利用脉冲驱动电磁阀的太阳能热水器控制系统,实现对太阳能热水器的温度、水位、上水和停水的自动控制。该系统具有操作简单、价格低廉的优势,同时能极大地延长电磁阀的使用寿命,可提高系统的绿色环保性能。

1 系统硬件设计

1.1 电磁阀的结构

该系统所用的电磁阀结构如图1所示。为了实现利用脉冲控制上水和停水的功能,电磁阀上水或停水状态的维持是靠自来水的压力来实现的,而上水或停水动作的转换是依靠电磁阀左边线圈或右边线圈的通电来完成的。当密封圈处于密封状态时,若需要上水,只需要给左边线圈通电一个瞬间(该系统设定的通电时间为0.5s,时间的计算可以利用牛顿定律),磁力把衔铁吸向右边,在阀门打开之后,依靠水的压力维持持续上水的状态;如需要停水,同样只需要给右边线圈通电一个瞬间(0.5s),磁力把衔铁吸向左边,在阀门闭合之后,依靠水的压力维持持续关闭的状态。

1.2 系统主要功能

(1)具有实时水温检测和显示功能,用于测量和显示当前水箱中水的温度;

(2)具有设定温度的显示功能,用于显示当前水箱中的最高水温控制,使水箱中的水温基本控制在设定温度的附近,通过按钮可以改变设定温度值;

(3)具有当前电磁阀的状态指示功能,用于表示当前电磁阀是处于上水还是停水状态;

(4)具有最高水位控制功能,当水位已经达到最高限定位置时,无论水温如何,均不允许打开电磁阀上水。

1.3 系统工作原理

该系统的电路原理如图2所示。

该电路的控制核心选用Atmel公司生产的AT89S52单片机,该单片机是一种低功耗、高性能8位微控制器,具有8kB在系统可编程Flash存储器。LED显示电路包括4个七段数码管,其中前面两个用于显示实际测得的水温,后面两个用于显示设定水温。数码管的驱动控制分别使用单片机的P0口作为段码驱动,P2口作为位码驱动。实际水温的检测采用了一种新型的可编程温度传感器DS18B 20,该传感器具有独特的单总线接口方式,仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯,在该系统中用P1.0完成单片机与DS18B 20之间的信息沟通。因此,它能代替模拟温度传感器和信号处理电路,直接与单片机沟通,完成温度采集和数据处理。DS18B 20与AT89S52的结合,实现了最简单的温度检测功能。端口线P1.4用于水位检测信号输入,P3.2用于设定温度增加,P3.3用于设定温度降低操作。电磁阀的上水线圈(图1中左侧线圈)和停水线圈(图1中右侧线圈)的驱动是利用单片机的P3.5和P3.7两根端口线分别驱动两个继电器来实现的。

具体工作过程是:在水位未满的情况下,如果水温没有达到设定温度值,则保持停水状态不变;由于太阳的照射,当水温上升到设定温度时,控制器会自动使上水电磁阀线圈(图1中左侧线圈)接通0.5s,从而打开电磁阀,开始上水;由于凉水的加入会使水温降低,当水温降低到设定温度时,控制器会自动使停水电磁阀线圈(图1中右侧线圈)接通0.5s,从而关闭电磁阀,停止供水。该动作不断重复。当水位达到最高水位时,则自动停水,无论此时水温是否超过设定温度,都禁止上水,以免造成水溢出现象。

2 系统软件设计

为了使程序结构紧凑,方便调试,该系统采用模块化结构编制程序,主要包括主程序、显示中断服务程序、读取温度中断服务程序等(中断程序可以确保显示的稳定性)。

2.1 主程序设计

主程序的主要功能是完成系统初始化,开辟显示缓冲区,检测是否到最高水位,以及完成设定温度,比较设定温度和测量温度的大小,并根据结果控制继电器输出,完成上水和停水动作等。主程序流程如图3所示。

2.2 中断程序设计

中断程序包括两部分,其一是显示中断服务程序,显示中断服务程序的功能把显示缓冲区的设定温度值和实际测量的温度值经过译码转换成LED显示字形码,并送到各自的显示位码上进行显示输出。为了获得稳定的显示效果,系统设定每2ms显示刷新一次。显示控制中断服务程序流程如图4所示。其二是温度检测中断服务程序,其功能有:(1)向DS18B 20发出温度转换开始命令,然后等待返回就绪信号当收到就绪信号后,才进行后续动作;(2)读取测量温度的低八位数据并保存到指定区域,等待转换;(3)读取测量温度的高八位数据并保存到指定区域,等待转换。温度检测中断服务程序流程如图5所示。

3 系统功能调试与实现

系统调试包括硬件调试和软件调试,其中以软件调试为主。

硬件调试比较简单,首先检查电路的焊接是否正确然后用万用表测试并通电检测

软件调试过程较为复杂,在调试过程中,先编写了显示程序并对硬件部分的正确性进行检测,检测无误后,然后又分别对主程序、显示中断服务程序和读取温度中断服务程序进行综合调试,确保能够实现预定功能。

由于DS18B 20与单片机采用串行数据传送,因此,对DS18B 20进行读/写编程时必须严格地保证读/写时序,否则将无法读出测量结果。软件调试到能显示温度值,而且在温度有变化时(如用手去接触DS18B 20)显示温度也能随时变化,说明系统的软、硬件能正常工作。

4 结语

经过连续的反复实验证明,该太阳能热水器控制系统能够实现预定的各种功能,特别是在用水量较大,而且在日照较好、水温上升快的情况下,热水器在频繁上水与停水过程中,电磁阀几乎不存在发热现象充分体现该系统的技术优点。

摘要：通过对市场上太阳能热水器进行调查,发现了其中存在的共同缺陷:在给太阳能水箱上水过程中,电磁阀始终处于通电状态,造成额外的电能消耗,同时缩短电磁阀的使用寿命。为了解决该问题,对电磁阀的结构进行了深入细致的分析,并对电磁阀的结构进行了改进,设计出使用脉冲驱动双线圈电磁阀通断的自动供水控制系统模式。通过长时间的实验证明,该控制系统对于延长电磁阀的使用寿命和节能环保方面,都具有重要的现实意义。

关键词：太阳能,热水器,单片机,智能控制,节能

参考文献

[1]何立民.单片机高级教程[M].北京:航空航天大学出版社,2000.

[2]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:航空航天大学出版社,2001.

农村太阳能热水器的防雷措施 第4篇

（铁岭市防雷中心，辽宁铁岭112000）

摘要：由于太阳能热水器具有经济实惠、环保清洁的优点，受到广大用户的喜爱，并已进入广大农村地区，为农民朋友带来很多方便。但不容忽视的是，太阳能热水器均安置在楼房或农村民居的顶端，易受雷击。加之雷电灾害的增多，人们对雷电防护的认识也不断深入，太阳能热水器的防雷措施也日益受到关注。

关键词：农村；太阳能热水器；防雷措施

中图分类号：TU895

文献标识码：A

DOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2015.16.083

1雷电的形成

地球受太阳的照射，吸收了太阳的能量，使地表和地面表层的空气温度升高，由于地面表层空气温度的升高，使其密度变小而被抬升。由于空气中含有大量的水汽，在上升的过程中，这些空气的温度又逐渐下降，这就形成了云，进而形成了被称为水成物的雨滴、冰晶，这些水成物在地球静电场的作用下被极化，上部带负电荷，下部带正电荷。同这些较大的降水粒子相撞后的小冰晶就获得正电荷，随着上升气流向上，从而发生了电荷的转移过程，使得云粒子带正电，降水粒子带负电。这就形成了雷云空间电场。雷云空间电场的变化，又对地面形成不同的电场，为雷击的发生奠定了基础。

2雷击分析

人们为了使太阳能热水器充分地接受阳光的照射，更好地吸收太阳的热能量，一般都把太阳能热水器安装在楼房或民居的顶部，这样使雷云和地面形成的电场距离变小，在房顶的太阳能热水器一般都高出避雷带，产生“尖端”放电，这就更容易受到雷电的侵击。如何做好太阳能热水器的防雷，有效地防止雷击灾害的发生呢？这就需要先了解雷击损害是怎样产生的。

雷击损害主要有两个方面：直击雷和雷击电磁脉冲（也有人把它叫做感应雷）。

2.1直击雷与雷击电磁脉冲

直击雷是指雷云直接对大地某一对象进行放电的现象。雷击电磁脉冲是指由直击雷产生的雷电流和电场，通过导体或空间传向远方或感应到附近导电物体，使远方或附近的某一导电体遭受到强电流或高电压的现象。

2.2接触雷击与旁侧闪络

在直击雷和雷电感应过程中可能出现接触雷击和旁侧闪络。

接触雷击是指雷电击中其他物体时，雷电流将在该物体上流过。由于雷电流与人体之间的电位差，常见的接触雷击伤人是手或身体接触到建筑物的避雷引下线等物体时受到的雷击伤害。接触雷击伤害比直接雷击受害要轻，往往使受害者短时间麻痹，有时也会昏迷甚至造成死亡。

旁侧闪络是由于被雷电击重的物体带有了高电位，而向其附近的人或物闪击放电的现象。旁侧闪络伤人或物也多是在建筑物的避雷引下线附近时受到伤害的。

接触雷击与旁侧闪络不同的是，接触雷击是受害者身体的某部位直接与受到雷击的物体接触时受到的雷击伤害。而旁侧闪络是受害人根本没有直接接触受雷击的物体，只是在它附近，由直接被雷击中物体的高电压击穿附近的空气而受到雷击伤害。

3太阳能热水器的防雷

太阳能热水器的防雷，可以分为室外、室内外的连接部分。

3.1室外部分

室外主要有储水箱和金属支架。安装太阳能热水器一般都高出楼顶防雷装置，不在防雷装置的保护范围内，所以必须补加保护它的防雷装置，使其处在防雷装置的保护范围内。

有的住户，虽然也为太阳能热水器做了防直击雷装置，如避雷针、避雷线，可是，他把太阳能热水器的外壳和金属支架，一起都与避雷带（针）相连，作为“等电位”连接，用来“接地”。这样，更容易把雷电流通过避雷带引到热水器上，使热水器发生接触雷击。一旦把雷电流引来，就会使热水器带上高电位，击坏热水器，同时雷电流也会沿着上下水管道、辅助加热器、电源线和水位水温传感器的信号线，进入室内对人造成危害。这很像人站在树下手扶着树或是靠着树时遭到雷击的现象，可以看成是上面讲的接触雷击。

即使不与避雷带相连，如果太阳能热水器与避雷带等防直击雷装置过近，也会因避雷装置上雷电流的强电场，感应到太阳能热水器或被防雷装置上的高压雷电流击穿空气后，击到太阳能热水器上，然后沿着上下水管道、辅助加热器电源线和水位水温传感器的信号线，进入室内，对室内造成危害。这也很像人站在树下，距离树较近时遭到雷击的现象，可以看成是上面讲的旁侧闪络。

人体受雷击伤害的根本原因是因为有雷电流通过人的身躯，所以，在安装太阳能热水器时，应安装在防雷装置保护范围内，尽量远离防直击雷装置，更不能与防雷装置相连，以免把雷电流引入室内。

3.2室内部分

室内的防雷，主要是防止雷电流沿着上下水管道、辅助加热器电源线和水位水温传感器的信号线，进入室内，对室内的人或传感到室内电线上，发生二次旁侧闪络，伤及室内的人和家用电器。室外部分的防雷做得好，就不容易发生接触雷击和旁侧闪络，没有室外的接触雷击与旁侧闪络，雷电流就不会沿着上下水管道、辅助加热器电源线和水位水温传感器的信号线进入室内，也就不存在伤到人或损害室内的家用电器了。

太阳能热水器的水位水温控制器通过室内的电源插座与户外电源线相连，如果外面的电源线遭到了雷击，雷电电磁脉冲电流就会沿着电源线路进入室内，不仅会击坏水位水温控制器，而且通过室内电线，发生旁侧闪络伤到人或损坏室内的家用电器。所以，应该在电源线的入户端加装电源浪涌保护器（SPD），把电源线感应来的电磁脉冲逐级分流拒之门外。

3.3室内外的连接部分

前面已经讲到电源入户线，应加装电源浪涌保护器（SPD），以防止雷电流通过电源进入室内。因为太阳能热水器在楼顶的部分，我们已经做好了防接触雷击和旁侧闪络的保护。所以，室内水位水温控制器和室外的水位水温传感器，还有室外水箱辅助加热器电源线路没有了雷电流，可以不加装电源浪涌保护器（SPD）。对室外的太阳能热水器的金属部分应该由引下线与主地网直接相连，以防雷电感应出高电压。因为我们用的自来水是导电的，这样为了更加安全，还要对上下水管道、辅助加热器电源线、水位水温传感器的信号线和太阳能热水器的引下线应穿金属管进行屏蔽，并使金属管的进出口两端牢固接地。endprint

4结语

太阳能热水器节能环保，符合国家提倡的低碳、节能、环保，应大力提倡。如果安装太阳能热水器能在初始的建筑过程中，统一设计、统一施工、统一安装，将会更加经济实惠，用户使用起来更安全更可靠。

参考文献

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智能新型太阳能热水器 第5篇

本文运用Niagara技术实现控制和物联网功能。 以Niagara平台创建了一个通用环境,可连接任何嵌入式设备或系统,而无需考虑设备的制造厂家以及其使用的通讯协议［2 － 4］。该系统将太阳能充分利用于热水器装置中,对于日照时间较长的地区,可合理利用太阳能,实现节能减排。系统的开发应用,将实现物联网的功能,使编程人员足不出户就可编程或修改控制逻辑, 这对于偏远地区具有重要意义。Niagara平台的硬件系统Jace,具有断电保护功能,保证在下次通电时保存断电时的状态,避免了人为再次设定参数的问题。

1系统介绍

该系统主要由基于Niagara平台的控制器Jace、太阳能储热板、水泵、风机、加热装置等设备构成。从以下流程图可看出,本文的设计包括两个部分: Niagara平台的控制逻辑和Niagara平台与云平台的数据传输。

Niagara平台的控制逻辑主要包括5个模式: 集热模式、采暖模式、生活热水即开即热、采暖管路防冻循环、水箱辅助电加热。在这5个模式下,可保持太阳能集热器出口温度、集热水箱温度、室内立管温度、室内温度、生活用水管路温度对于所有风机和水泵的自动控制。各数据与Niagara平台的之间的通讯在本系统中是通过Modbus通讯协议来实现。

Niagara平台与云平台的数据传输在云端也是使用Niagara平台来显示数据,可直观的显示主要设备的运行情况和各个数据的实时大小。当需要逻辑修改时,同样可在浏览器界面中远程直接修改［5］。

且该系统内部自带的报警系统可解决较多的隐患问题,只要出现问题,就会立即报警,确保有人响应之后才停止报警。

此外,此系统还带有历史记录表,可通过链接查询历史记录。

2系统设计

2. 1系统运行模式介绍

2. 1. 1集热模式

集热模式是指通过集热器出口温度与水箱温度之间的温度差来实现对循环风机的控制。当集热器出口温度比水箱温度高10°时,循环风机开始运行; 当集热器出口温度比水箱温度低5°时,循环风机停止运行。 在5 ~ 10°之间的温差,保证了循环风机不会在临界点不停的切换,增加了循环风机的使用寿命。

2. 1. 2采暖模式和采暖管路防冻模式

采暖模式是指通过对室内温度的反馈来实现对采暖循环水泵的控制; 采暖管道防冻模式是指通过对室内立管温度的反馈来控制采暖循环水泵。当室内温度< 18°或室内立管温度< 5° 时,采暖循环水泵开始运行; 当室内温度> 22°且室内立管温度> 10°时,采暖循环水泵停止运行。在这些温度之间,采暖循环水泵保持上一个状态。

2. 1. 3生活热水即开即热

生活热水即开即热指的是对于生活用水管路温度的反馈,实现对生活用水循环泵的控制。当生活用水管路温度< 20°时,生活用水循环泵开始运行; 当生活用水管路温度> 25°时,生活用水循环泵停止运行。

2. 1. 4水箱辅助电加热

水箱辅助电加热是指对集热器水箱温度的反馈来实现对水箱电加热的控制。当集热水箱温度< 45°时, 集热水箱电加热开始运行; 当集热水箱温度> 50°时, 集热水箱电加热停止运行。集热水箱电加热是为了保证在连续的阴雨天气中也有对热水的持续供应。

2. 1. 5日程表

为了节约能源资源,在该系统中加入了日程表。 在日程表中,可在白天和晚上两个时间段设定不同的温度或者在半夜直接将某些浪费资源的硬件关闭,以免在半夜无人用水时发生电加热等类似资源浪费的现象。

2. 1. 6强制模式

强制模式是指对于某个或某些设备在没达到控制逻辑要求时的人为强制控制。当系统发生故障时,可以强制一键关闭所有设备。

2. 2 Niagara平台与云平台介绍

Niagara平台可实现Niagara系统中的数据与云端数据的相互控制。可将下位机采集到的数值上传到云端上位机,将上位机设置的数值运用到下位机实现逻辑的控制。上位机与下位机的通讯是双向的。所以, 控制逻辑放在上位机或下位机没有局限性,在上下位机中均可实现［6］。

3控制系统实现

3. 1逻辑编程

系统的逻辑包括上述5种模式。5种模式有一个共同点,即需要一个保持功能的逻辑,这在Niagara系统中是通过Tstat功能模块来实现的。Tstat模块如图2所示。主要是通过对Cv、Sp、Diff 3个引脚数值的设置来控制Out的输出。Cv连接的是实时温度,Sp连接的是最大温度与最小温度的平均值,Diff连接的是最大温度与最小温度的温度差。图2中的对Sp和Differ数值的设置代表的是水箱辅助加热模式中的数值。在Out后面接一个Status Boolean to Boolean功能模块便可实现功能。当Cv < 45°时,Out输出为true; 当Cv上升到45°与50°之间时,Out输出为null( Status Boolean to Boolean功能模块中的Out为true) ; 当Cv > 50° 时, Out输出为false; 然后当Cv下降到50° 与45° 之间时, Out输出为null( Status Boolean to Boolean功能模块中的Out为false) ; 当Cv再次< 45° 时,Out输出为true. . . 以此类推［7 － 8］。

3. 2 Niagara平台与云平台配置

Niagara平台与云平台的双向通讯是通过功能模块中的Out引脚和set引脚的双向互接来实现的［9］。 只要保证比set优先级高的赋值引脚处于null状态,向set中赋值就是Out的值,Out的值再赋值另一个平台的set引脚,从而达到了4个数值的同步,不管是在Niagara平台还是在云平台中改变数值,两边的set引脚和Out引脚均发生变化。

3. 3系统界面

在Niagara平台与云平台相互通讯之后,系统界面是放在云平台的,可通过手机进行访问。

该系统的运行界面和日程表设定界面如图3和图4所示。运行一览中包括了所有温度点的值和所有风机、水泵和电加热装置的开关结果。若有发生损坏的器件或触发了人为设定的临界值,可及时报警,通过红色字体和报警铃声响应。

日程表中可看出,在哪两段时刻处于不同的状态。 图中代表在凌晨0点到6点Out为false,在其他工作时间段Out为true。在界面中的Special Events选项中可设定节假日或自身需要的日期,且具有最高的优先级,在其内部设置时间。

由仿真的结果可知: 该套系统内部功能稳定,可较好的实现远程控制,对于内部的逻辑也能完全实现,达到了预期的结果。

4结束语

太阳能作为一种绿色能源,拥有其不可代替的优越性,必将逐步替代传统能源,成为今后能源的主流。

智能新型太阳能热水器 第6篇

随着社会节能技术的不断改革创新,太阳能成为新时代可持续发展战略中的绿色标签,太阳能热水器已经变成我们日常里不可或缺的设备。然而,现在商场上销售的太阳能热水器普遍存在如:电路复杂、成本较高、不具有防护功能、易引起管道冻裂、伴热带容易引起火灾、操作繁琐等的问题,使得太阳能热水器在冬天容易引起火灾、容易漏电和浪费电等一系列安全隐患。的系统功能有很的新起管道冻裂,伴热带容易引起火灾。本系统引进的自动上水、自动排空、红外遥控等先进技术正好解决了上述的管道冻裂、容易引起火灾、容易漏电和浪费电等一系列安全隐患,方便使用,节约能源。

1 系统基本结构及功能

系统硬件设计选取STC89C52作为主控芯片,硬件设计涉及以下几个方面;温度传感器信息采集电路、水位模拟电路、复位按键电路、AD转化电路、时钟显示电路及红外线遥控接收电路等。分别用温度传感器采集电路信息,水位传感器采集水位信息,AD转化器将信息传输到单片机进行传输,时钟芯片将时钟显示到液晶屏上,我们还可以利用红外遥控器进行时间调节和报警调节,自动上水等功能,并且还可以通过随时关闭和开启液晶屏来节约电能。具体如图1所示,系统可以实现的功能如下:精确的温度水位显示功能;液晶显示时间日期;低水位自动报警并自动上水功能;自动排空功能;红外遥控器控制太阳能热水器功能。

图1系统的基本构成 (参见下页)

2 系统硬件设计

2.1 采集电路

采集电路分为水位和温度采集电路和AD转化电路。温度采集电路采用NTC系列MF11型的101。温度采集电路包括温度热敏电阻和调理电路,如图2所示,水位测量电路采用电阻水位传感器接调理电路[2],如图2所示,其中OP07是运放,在这里我们用来作跟随器使用,以提高抗干扰的能力和保护电路的能力。AD电路采用ADC0832[3]双通道8位模数转化芯片。

2.2 主控电路

我们选择了最简单实用的控制芯片STC89C52单片机,系统功能管脚分配图如图4所示。

2.3 显示电路

显示电路包括指示灯电路、LED液晶显示屏显示电路、蜂鸣器报警电路、时钟显示电路。指示灯电路如图4中C所示。P1.0~P1.3分别显示欠水、适中、饱和、报警。LED液晶显示屏显示电路如图4中A所示,液晶采用1602式,液晶的6~14接单片机的P0.0~P0.7。时钟显示电路如图4中的B所示,5~7接P1.4~P1.6。

2.4 自动上水管道排空电路

2.4.1 自动上水电路

如图5所示,水箱需要上水时,单片机给IR_VLAVE_IN一个低电平,经过ULN2803[4]驱动和放大处理(如图4中的D部分),使继电器导通,LED管点亮,开关闭合使220V电压导通,电磁阀A工作。实现了自动上水的功能。当IR_VLAVE_IN是高电平时,电磁阀A不工作,停止上水。这样就实现了自动上水的功能。

2.4.2 自动排空电路

在正常情况下,排水电磁阀B是关闭的,排水开关也是关闭的,管道就相当于一根真空的内部有水的管子,当冬天天气较冷时,管道的水容易结冰,导致管道冻裂。如图5所示,当我们打开上面的排水电磁阀B和下面的排水开关时,管道顿时有很多空气进入,由于空气对流的特点使我们的管子的水流下来。由于下面的排水开关在室内,所以我们用一个手动开关即可,出水开关只用一个电磁阀B[5]控制。

3 系统软件设计

系统软件采用C语言编写,通过Keil uVision4编译,通过Protues[6]进行仿真后调试运行。软件主要是针对系统的信息采集单元、上位机部分、显示部分、红外遥控部分进行设计,信息采集包括温度、水位、AD转化程序,上位机部分包括自动排空部分、自动上水部分。显示部分主要是对时钟、液晶的程序操作。其中温度和水位程序采用查表法设计思路,将不同温度对应的电压值制成表依次比较。本文主要介绍红外和自动执行机构的软件设计思路。

3.1 红外软件设计

软件部分采用NEC[7]协议,NEC协议包括:引导码、16bit用户码(地址码)、8bit命令码(数据码)及其反码。引导码由一个9ms的载波波形和4.5ms的关断时间构成。用户码共16bit,低8位先输出,高8位后输出,8bit键数据码及其反码。系统根据数据码的不同判断遥控器按键的不同,根据按键的不同来设置不同的按键功能。

3.2 自动控制单元软件设计

自动控制单元包括自动上水、自动排空、自动报警、自动显示水位灯等。主要是通过单片机IO口的状态改变来实现开关的功能。当水位低于25%时,采用低电位自动上水,蜂鸣器报警,欠水灯亮。当水位高于25%低于50%时,自动上水灯不亮,欠水灯亮。当水位高于50%低于75%,适中灯亮,当水位高于75%低于100%时,满水位灯亮,停止自动上水。通过单片机控制上水电磁阀的状态来实现自动控制的功能。

4 小结

本文设计的太阳能控制器绿色环保,采用最为低廉的NTC热敏电阻MF11和101型水位电阻传感器测量温度和水位的信息;通过单片机STC89C52接收信号,增加了DS1302时钟显示功能;通过液晶显示温度、水位、时间等一系列的信息,节省了成本。针对传统太阳能设计器不能自动上水,冬天易冻的特点,增加了自动上水自动排空的特点,根据人们使用的习惯,采用人性化设计思路,采用红外遥控技术实现人工的短距离无线控制,防止触电。

摘要：针对现在的太阳能热水器普遍存在如:电路复杂、成本较高、不具有防护功能、易引起管道冻裂、伴热带容易引起火灾、操作繁琐等的问题,文章设计了红外遥控太阳能控制系统,系统选用STC89C52作为系统主要中心处理器进行温度和水位的控制,采用ADC0832为双通道A/D芯片,外接DS1302时钟芯片和继电器执行电路。采用自动上水、自动排空、红外遥控等解决了目前存在的问题,实验证明此系统方案准确可行。