太阳能热水器的自动控制

太阳能热水器的自动控制 目录 摘 要……………………………………………………………3

第一章：绪论 太阳能热水器的应用及前景……………………………………………4 第二章：设计目的与设计思路 2.1 设计目的………………………………………………………………5 2.2 设计要求………………………………………………………………5 2.3 设计思路………………………………………………………………5

第三章：太阳能热水器控制系统的组成及原理 3.1 控制系统的组成………………………………………………………6 3.2 控制系统的原理………………………………………………………8

第四章：硬件电路的设计 4.1 检测电路的设计 ①水温检测电路设计……………………………………………………9 ②水位检测电路设计…………………………………………………10 4.2驱动电路设计…………………………………………………………11 4.3键盘电路设计…………………………………………………………12 4.4 显示电路设计…………………………………………………………13 4.5 51系列单片机简介……………………………………………………14 4.6数字温度传感器简介…………………………………………………17

第五章：软件设计 控制软件设计…………………………………………………………19 心得体会…………………………………………………………21

附录 摘要 太阳能热水器很早就被人们所熟知，广泛应用于人们的日常生活。但是目前,太阳能热水器控制器还一直处于研究与开发阶段,市面在售的控制器绝大部分只具备温度和水位显示功能,不具备温度水位的自动控制功能。太阳能热水器控制系统的设计方案有很多，本设计采用MSC-51系列单片机作为中央处理器，采用12846液晶显示模块，本课题的设计基于单片机的软件控制下完成时间、温度、水位的显示。基本显示目标为： （1） 显示水温和水位，电加热水温可任意设定； （2） 显示时间，可通过键盘设置时间参数； （3） 设置温度参数后，自动控制电辅助设备加热；

关键词：单片机，太阳能热水器，自动控制 绪论 太阳能热水器的应用及前景太阳能热水器应用较好的国家有西

班牙、以色列、意大利、希腊、德国、荷兰、澳大利亚、日本、美国等国家。一些国家利用太阳能热水器除了提供家庭热水外，还用于采暖、空调及泳池加热等领域，其中美国的太阳能热利用主要用于泳池加热。 目前太阳能热水器已在我国城乡开始推广使用，主要供应生活和洗浴热水，我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和应用国。太阳能热水器节能减排，实现能源替代，效果显著。经过两年多的实践，人们认识到太阳能热利用是投资少、见效快、经济实用、节能减排，实现我国能源替代的一个好产业，国家也正大力扶持和支持，学校、宾馆、饭店、洗浴中心纷纷建设太阳你洗浴系统，太阳能热水器的市场存在扩大空间。新农村建设与建筑节能也为太阳能热水器的应用推广带来机遇。 但是市面上绝大多数的控制器结构简单，功能单一，智能化程度低下，用户界面不人性化，只具有水位显示功能，不具有温度显示功能。并且当水位加到一定的程度的时候也没什么措施，只能通过手动的方法来控制水位的高度。因此根据以上要求为核心，开发出一种太阳能热水器智能控制系统，解决了目前市面上太阳能热水器控制系统存在的问题。 第二章 设计目的与设计思路 2.1 设计目的 本设计具有很强的实用性,用成本低廉的电阻式传感器以及电极配以单片机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的控制以及水位的显示。本装置电路简单、实用性强、性价比高、水温控制灵活，水位显示直观醒目。可广泛应用于家庭生活对太阳能热水器的水位显示与水温控制。具有良好的市场前景。

2.2 设计要求 1、能够根据水位和水温两个条件控制是否需要进水，每次只进整个水箱的四分之一水量，也可以在手动状态下自由进水（上满时自由停止）或停止进水。 2、控制系统具有手动和自动切换功能； 3、具有水温和水位显示功能； 4、具有进水超水位和超水温报警指示； 5、用水时若水温达不到设置值时，可手动起动加热装置，这样可在很大程度上节约电能； 6、用水时可自由调节水温； 7、控制系统具体管道排空功能，这样防止冬天时因水管内有积水而在夜间冻裂水管。

2.3 设计思路 水位由潜入储水容器不同深度的水位电极和潜入容器底部的公共电极（导线）检测；并由四个绿色LED发光二极管显示：若无水则绿灯不亮；若有四分之一储水箱的水亮一盏绿灯；通过观察绿灯点亮的数量可识别水位的高低，这里取5段显示，也可根据需要进行增减。 水温由四个LED数码管显示，前三个数码管显示的为温度最后一个数码管我们只用到了四段码显示为温度的符号C，水温有效值最多可显示为99.9℃。 第三章 太阳能控制系统的组成及工作原理 3.1控制系统的组成 系统组成 ： 本系统主要由控制器、自动控制阀、手动控制阀、水位检测电极、水温检测传感器、电阻加热丝、储水箱等组成。 (1) 控制器：主要通过里面的电磁阀控制YV1和YV2的通断，控制水温检测传感器检测水温、控制水位检测传感器检测水在水箱中的位置以及控制电阻加热丝加热。 (2)自动控制阀：主要通过控制器控制，当水箱中的水的实际温度大于所设置的温度时，自动阀就自动打开往水箱中上水，直到上到上一个目标水位为止。 (3)手动控制阀：当自动阀损坏时，可以通过手动阀进行上下水。 (4)水位检测电极：主要用来检测水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五个电极，接地的电极放在最水箱的最底下，其余分别放在四等分点上，比如当水箱中的水在第一等分和第二等分之间，则显示水箱中有四分之一的水，当超过第二等分，则显示二分之一的水。 (5)水温检测传感器：主要用来检测水箱中水的实际温度。 (6)电阻加热丝：主要用来加热水箱中水，使其达到用户所需要的温度。 太阳能热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：晨水加热控制、温水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。

系统组成示意图 （1）早晨水温控制 由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。为了提供温度不低于30摄氏度的水，热水器在清晨4-7点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下： 首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，电热器D接通进行加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于30摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。 （2）循环水集热过程 早晨水温控制之后（7～9点），设定当日的水箱温度N（由两位BCD次齿轮开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达到理想温度N。具体控制过程如下： 打开循环阀门F1，关闭冷水进水阀门F2，热水阀门F3处于空控状态。然后开始比较温度，若（T3-T1>5摄氏度，T2>T1）为止。如若T1=N，那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程。 （3）冷水集热控制 此时热水箱温度已达到了N，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为T3，和当日的设定温度值相比较，若T3>N则将已加热的水送入热水箱，每天的控制时段大概为9点～20点。具体控制过程如下： 关闭循环水阀门F2，打开冷水阀门F2，热水阀门F3处于可控状态。若T3>N，打开热水阀门F3并将保持一段时间，若T3热，知道温度答应N，当打开F3时此时比较水管水温T2与N的值，若T2>N阀门F3继续保持打开状态，否则关闭F3。可见，次过程充分利用太阳光能转化为热能，方便快捷。 （4）水箱加热控制 此时，也许你会问如果没有日照或者日照较弱时，到了晚上我们是否还能洗上热水澡吗？答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它就要发挥作用了。热水箱温度为T1，将它和设定值N相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体过程如下： 若T1小时有下表的关系： 表一 温度比较

时间（时） 温度比较 加热值（度） 15 T1<3516 T1<4017 T1<4518 T1<5019 T1<5520 T1<60最终热水箱的温度加热到设定值N。由此可见，即使没有日照我们照样可以洗上热水澡了。 综上所述，太阳能供热控制系统不仅节约而且高度只能化，方便省事，不论日常家居，还是对宾馆、学校等都是最佳选择。

3.2控制装置的工作原理 本控制系统分为手动和自动两种控制方式，在系统处于自动状态下，当检测温度高于设置温度，且水位未达到最高时，控制器打开电磁水阀YV1和YV2进行上水，同时点亮上水指示灯，当水位上至上一目标水位时，自动停止上水（即关闭电磁水阀YV1和YV2），若水箱内无水，则自动上水至最低水位处。

在系统处于手自动状态下，可自由上水或停止上水（上水时水箱水位必须未满），若水位达到最高则自动停止上水；若需要启动加热器则必须先设定加热温度，然后按下加热键进行加热；若需洗浴时，则需打开手动阀YV4，系统自动打开电磁水阀YV2，可通过YV5自由调节水温；当电磁水阀YV1和YV2损坏或停电时，可通过打开YV5和YV6进行上下水解决燃眉之急；此系统设置YV3是为了防止冬天气温过低引起水管因内有积水而冻裂（即手动打开此阀放完水管中的积水）