新一代太阳能热水器的设计与制造

自动化控制・Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏ　

太阳能热水器自动控制系统的设计　

现如今，由于人们对一次能　源的过分使用，使得赖以生存的　环境进一步恶化，人类的生存环　

境受到了严重的威胁。但是随着　科技的进步，人们对环境的重视，　使其将目光放在清洁能源上。太　阳能作为新型能源应用广泛，其　中最广泛使用的就是太阳能热水　器。本文着重研究了太阳能热水　器自动控制系统的设计过程并且　指出了其太阳能热水器的关键部　分ＰＬＣ　由ＰＬＣ设计的太阳能热水　器自动控制满足其热水器的基本　控制功能、修理更加的便利、系　统具有拓展等一系列优点。太阳　能热水器自动控制系统中由于ＰＬＣ　的加入，减少太阳能热水器对其　他元件的使用，大大减少了热水　器的损坏性，从而达到了系统的　简洁性，使其简单明了，易于维修。　

【关键词】太阳热能自动控制系统ＰＬＣ　

１太阳能热水器系统发展的概述　

在工业革命发展的前提下，世界各国工　业快速发展。然而工业革命带来的环境问题日　

益突出。现阶段，人们把目光放在清洁能源上，　

以求得可持续性发展。太阳能，作为源源不断　

的能源一直饱受人们的关注。在现阶段，太阳　

能发展已经获得了卓越的成效，例如太阳能电　池、太阳能热水器，太阳能发热等。但是现阶　

段，我国大部分太阳能热水器控制部分是通过　

单片机完成的，在单片机电路中存在大量的中　

间继电器和时间继电器来运行其工作，不仅元　

器件过多，而且电路连接也过于复杂，不利于　

维修。现如今，电路的发展迅速，人们将目光　放在简单、实用的电路上。人们发现可编程控　

制器（ＰＬＣ）通过使用时间继电器和中间继电　

器，重复使用常开、常闭触点的方法，并且通　

过“软元件”的方法使其取代大量的时间继电　器和中间继电器，使复杂电路简化，使其易于　

操作。现阶段，太阳能热水器的普及。然而传　

统的热水器中大多采用单片机控制，单片机开　

发价格不仅高，而且过于复杂，使得成本逐渐　

升高，不利于市场的普及。ＰＬＣ开发价格较低，　操作方便，实用性较强，易于流通市场。所以　

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《太阳能热水器》教学设计

教材分析

本课是在《谁热得快》一课的基础上，从学生生活中常见的太阳能热水器入手，通过研究太阳能热水器的结构，了解太阳能热水器的工作原理，进一步认识到太阳能热水器的优点，发现存在的问题与不足，并提出有针对性的改进方案，激发学生学科学、用科学的热情，培养学生乐于用学到的知识改善生活的愿望与情感态度。

学情分析

本课教学内容学生都有所了解，几乎每一个学生家庭都有太阳能热水器，但学生对于太阳能热水器的构造、工作原理和材料的了解还是较为陌生的，知之甚少，需要学生实际观察太阳能热水器，了解材料性能等，以便建构太阳能热水器的“原型”，为设计、制作太阳能热水器做铺垫。

学习目标

1.会查阅书刊及其他信息源获取关于太阳能热水器的资料；能对影响太阳能热水器吸热能力的因素作假设性解释，并能选择适合自己探究的问题进行研究；能提出探究太阳能热水器吸热能力的大致思路。

2.善于用学到的知识对太阳能热水器提出改进建议，改善生活；积极查阅资料，关心新科技、新发明，认识到科学技术是不断发展的；愿意合作交流。

3.知道太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点；了解人类对太阳能的利用。

教学重难点

重点：太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点。

难点：设计、制作太阳能热水器。

评价任务

1.知道太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点。

2.设计、制作太阳能热水器。

教学准备

锥子、粘纸、乳胶管、钳子、铁丝、空易拉罐，常见太阳能热水器的图片，搜集有关太阳能热水器的文字资料等。

教学过程 2/4

一、导人新课

上一节课我们学习了不同的物体吸热本领不同，这节课我们就来研究太阳能热水器，并用上节课所学的知识，研究一下如何更好地利用太阳的光和热。（板书课题：《太阳能热水器》）

二、探究新知

活动一：认识太阳能热水器的种类及发展历程。

1.关于太阳能热水器，你搜集到了哪些资料？以小且为单位，把你搜集的有关太阳能热水器的资料介绍给大家。

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太阳能热水器控制器设计及实现

作者：刘超 王潇

来源：《中国科技纵横》2016年第03期

【摘 要】以EasyARM1138处理器为检测控制核心，实现时间、温度和水位三种参数实时显示和控制功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。温度控制采用模糊控制，控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温在设定时间达到预先设定的温度。控制器集定温加热、定时上水、保温循环、上水增压、温差循环、低压上水、温控上水，漏电保护等诸多功能于一体，完全能够满足用户的需求。且价格低廉，在大力推行节能、环保的我国，必将有广阔的市场前景。

【关键词】太阳能 环保节能 多功能控制器 传感器

随着社会的发展，节能环保意识已经深入人心。一方面，太阳能、风能等清洁能源越来越受到人们的青睐，另一方面，低功耗的产品也逐渐盛行起来[1]。太阳能热水器作为这两方面结合产品的佼佼者，以惊人的速度发展起来[2]。市场调查显示，目前节电节水产品市场需求旺盛，城市消费者对太阳能热水器等产品的需求越来越明显[3]，引来各生产厂家开发新产品[4]。不仅国外名牌彩电品牌索尼、松下等不断推出新品抢夺市场，康佳、创维等国内品牌也相继推出了新款产品[5]。然而，目前市场上使用的太阳能热水器控制器一般都有大、厚、重等缺点[6]。有些控制器只具有温度和液位显示功能，而且为分段显示，只能给用户提供一个大致的区间，显示误差很大。据调查，这样的控制显示，温度显示误差为10%，水位显示误差为25%[7]。当天气原因而光强不足时，会导致热水供应不足的问题，即使热水器具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，一方面损害了热水器的使用寿命，一方面又浪费大量的电能[8]。开发研制一款性能安全、小巧精致、安装方便、美观大方、环保节能的控制器必然能受到广大消费者的欢迎[4]。

本文以EasyARM1138处理器为检测控制核心，实现时间、温度和水位三种参数实时显示和控制功能，集定温加热、定时上水、保温循环、上水增压、温差循环、低压上水、温控上水，漏电保护等诸多功能于一体，完全能够满足用户的需求。且价格低廉，在大力推行节能、环保的我国，必将有广阔的市场前景。

基于单片机的太阳能热水器控制系统设计

本文设计了一种适合于家用、高性能的太阳能热水控制系统。系统以AT89S52单片机为控制核心，采用PCF8563实时时钟，能够实现温度、水位检测、报警、按键输入、液晶显示信息等功能。系统具有控制精度高、抗干扰能力强、实用方便等优点。

标签：太阳能热水器；AT98S52；水温；水位

太阳能作为绿色环保的能源在现今社会的使用相当普及，太阳能热水器是太阳能利用最常见的一种装置，它将太阳能转化为热能，将水从低温加热到高温。本文设计的太阳能热水器控制系统以单片机AT89S52为主控芯片，能够实时测量水温、水位，并将数据显示于液晶屏，同时显示时间；可以根据用户实际需求和季节变化预先设置水位和温度；根据天气情况启动辅助加热（电加热），使水温达到预先设定的温度；同时通过软件来实现自动上水、循环加热、防冻控制、自动报警等功能[1]。

1 系统主要硬件设计

太阳能热水器控制系统采用MCS-51系列单片机AT89S52作为主控芯片，本系统主要由水位检测电路、温度检测电路、键盘输入、液晶显示、报警电路、数据存储、通讯接口、时钟电路、输出控制电路等部分组成[2]，系统框图如图1所示。

1.1 温度检测电路

在整个太阳能热水器控制系统中温度的检测对整个系统能否选择正确的工作状态起着重要作用。根据系统测量精度要求及考虑成本因素，温度传感器选用热敏电阻，通过多个热敏电阻分别来检测供水箱温度、集热器温度、出水管温度、回水管温度，采集到的信号放大后送多路模拟开关CD4052，在此选用ADOP-07放大器。再经电压/频率转换器LM331实现A/D转换[3][4]，最后送至AT89S52的T0通道，通过软件实现温度参数计算。

1.2 水位检测电路

水位检测选用不锈钢针进行采样，水位高度分为5级，用5根不锈钢针分别置于水箱内的5个不同高度位置。当水位低于钢针高度时，输出为高电平；水位高于钢针高度时，输出为低电平。采样得到的信号经电子开关CD40106送至单片机P2口，单片机根据引脚状态判断出相应的水位值，送液晶屏显示电路，显示共分5档，每档为满水位的20%。