【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、加熱速度方面 目前生產(chǎn)的燃?xì)鉄崴鞔蠖酁榭焖贌崴?，不論什么時(shí)候，只要想用熱水，打開(kāi)燃?xì)忾y和水龍頭，熱水就會(huì)流出來(lái)。而電熱水器需要預(yù)先通電半小時(shí)左右，才能開(kāi)始使用。太陽(yáng)能熱水器在天氣晴朗的時(shí)候使用更好，最理想的樓層在六至八層。 溫度穩(wěn)定性方面 燃?xì)鉄崴饔捎谑强焖偌訜?，并有調(diào)整溫度裝置，只要在使用開(kāi)始時(shí)調(diào)到人體感覺(jué)舒適的溫度，而后就會(huì)一直保持在這一溫度恒定地供應(yīng)熱水。 電熱水器在使用時(shí)需要另外接一根冷水管兌入冷水，當(dāng)罐內(nèi)水不斷流出，冷水不斷加入時(shí)，水溫就會(huì)逐漸下降，直到全部是冷水。所以在使用時(shí)，需要不停地去調(diào)整冷熱水的比例。 太陽(yáng)能熱水器使用起來(lái)暫時(shí)還不大方便，要上水，且不能保證時(shí)時(shí)有熱水。 功率方面 燃?xì)鉄崴鞯墓β室入姛崴鞔蠛芏?，拿一個(gè) 8L 的燃?xì)鉄崴骱?40L 6 的電熱水器相比較，8L 燃?xì)鉄崴鞯墓β氏喈?dāng)于 16~17kW，而 40L 的電熱水器一般為 3kW，這也是為什么燃?xì)鉄崴骺蛇B續(xù)供應(yīng)熱水的緣故。那么，電熱水器是否也可做成 16kW 的呢？這是不可能的，因?yàn)榧矣秒姳?、電線都無(wú)法承受。 價(jià)格方面 8L 的燃?xì)鉄崴鲀r(jià)格一般在 800 元以上，再加上安裝費(fèi)，大約在 1000 元以上，有的甚至接近 2022 元。電熱水器現(xiàn)在都在 500 元以上，加上安裝費(fèi)用，一般不到 1000 元。太陽(yáng)能熱水器的價(jià)格都在 3000 元以上。使用費(fèi)用方面，目前天然氣每立方米為 元，每度電為 元，而太陽(yáng)能熱水器僅耗水費(fèi)。 安全性方面 燃?xì)鉄崴鞯膬?yōu)點(diǎn)是加熱快、出水量大、溫度穩(wěn)定、結(jié)水垢少、占地小、不受水量控制。缺點(diǎn)是使用時(shí)要排出大量的廢氣，廢氣中除了二氧化碳以外，還有一氧化碳，如果使用時(shí)關(guān)閉門窗，通風(fēng)不良，一氧化碳會(huì)增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生中毒事故，但如果能正確地了解這一點(diǎn)，使用時(shí)注意，也是很安全的；另外，燃?xì)鉄崴鲉?dòng)水壓高，有些住高層的用戶如果不裝增壓泵就無(wú)法起動(dòng)；安裝不方便，要在墻上打洞、安排氣扇等。 電熱水器的優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)任何天氣變化，普通家庭可直接安裝使用，長(zhǎng)時(shí)間通電可以大流量供熱水；使用時(shí)不產(chǎn)生廢氣，所以從這一點(diǎn)上講是既安全又衛(wèi)生，目前市場(chǎng)上銷售的電熱水器多數(shù)還帶有防觸電裝置。缺點(diǎn)是體積大、占用室內(nèi)空間大、易結(jié)水垢、對(duì)電能浪費(fèi)大，最新型的電熱水器內(nèi)置了陽(yáng)極鎂棒除垢裝置，解決了產(chǎn)品容易結(jié)垢的問(wèn)題，但陽(yáng)極鎂棒須兩年更換一次，給保養(yǎng)帶來(lái)了麻煩。太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)是安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，尤其是帶輔助電加熱功能的太陽(yáng)能熱水器，它以太陽(yáng)能為主、電能為輔的能源利用方式，可全年全天候使用。缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜，安裝不當(dāng)會(huì)影響住房的外觀、質(zhì)量及城市的市容市貌；因要安裝在室外，維護(hù)較麻煩。 7 論文的主要工作本文介紹的太陽(yáng)能熱水器以微控制器 ATmega16 單片機(jī)控制中心，選用SD2200 作為時(shí)鐘芯片。并采用兩個(gè) DS18B20 溫度傳感器串行，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的測(cè)量。同時(shí)，采用 LCM12864ZK 液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)顯示溫度水位信息，利用按鍵電路設(shè)定水溫水位值，并可設(shè)定加熱上水時(shí)間。本設(shè)計(jì)還添加了輔助熱源，在陰雨天太陽(yáng)能不足的情況下，單片機(jī)開(kāi)啟熱源，對(duì)水進(jìn)行加熱，方便用戶的使用。同時(shí)設(shè)定各種報(bào)警功能，包括水滿報(bào)警，缺水報(bào)警，加熱完成時(shí)報(bào)警等功能。令產(chǎn)品的使用安全，放心。 8 第二章 太陽(yáng)能熱水器的結(jié)構(gòu)及工作原理 太陽(yáng)能熱水器綜述圖 21 為智能太陽(yáng)能熱水器的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中，太陽(yáng)能集熱器用來(lái)收集太陽(yáng)能對(duì)水進(jìn)行加熱，并輸進(jìn)熱水箱供浴室的正常使用。水量不夠時(shí)，輔助水箱補(bǔ)充太陽(yáng)能集熱器的水源。太陽(yáng)能集熱器中裝有溫度傳感器 1，此裝置用來(lái)感應(yīng)太陽(yáng)能集熱器中水的溫度，從而判定太陽(yáng)能是否充足。熱水箱具有保溫功能，其中裝有溫度傳感器 2 和水位傳感器，分別用來(lái)檢測(cè)箱內(nèi)的溫度和水位，并在控制器顯示屏上顯示，便于用戶根據(jù)情況設(shè)定溫度和水位。 浴 室輔助水箱熱 水 箱太 陽(yáng) 能集 熱 器輔 助熱 源回 水 閥循 環(huán) 泵溫 度 傳 感 器 1水 位 傳 感 器熱 源 泵自 來(lái) 水溫 度 傳 感 器 2圖 21 太陽(yáng)能熱水器結(jié)構(gòu)圖 如圖 21 太陽(yáng)能熱水器結(jié)構(gòu)圖所示，當(dāng)溫度傳感器 1 檢測(cè)的溫度過(guò)低，表示太陽(yáng)能不充足。此時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)輔助熱源，通過(guò)熱源泵，將輔助水箱中的水加熱并輸入熱水箱，此功能可以讓熱水器在陰雨天也可以繼續(xù)使用，不影響 9 日常生活。這種智能太陽(yáng)能熱水器不僅使用方便、人性化，而且能有效地節(jié)約能量，減少污染。是符合現(xiàn)代環(huán)保理念的綠色低碳智能系統(tǒng)，應(yīng)該積極的普及。 太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置的主要功能本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出一個(gè)智能化的太陽(yáng)能熱水器控制裝置，需具有時(shí)間顯示功能、定時(shí)上水加熱功能，用戶可以實(shí)時(shí)查看溫度水位狀態(tài)，并自由設(shè)定溫度水位。實(shí)現(xiàn)一種方便的，人性化的控制方式。具體功能如下：北京時(shí)間：實(shí)時(shí)顯示北京時(shí)間。水位預(yù)置：可預(yù)置加水水位 50 、 80 、 100% 水溫預(yù)置：可預(yù)置加熱溫度范圍： 30 ℃~ 80 ℃，若不需要啟動(dòng)電加熱，可預(yù)置為 00 ℃。水溫指示：顯示太陽(yáng)能熱水器內(nèi)部實(shí)際水溫。水位指示：顯示太陽(yáng)能熱水器內(nèi)部所存水量 。缺水提示：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，同時(shí) 20% 水位閃爍。 缺水上水：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，延時(shí) 30 分鐘自動(dòng)上水至預(yù)置水位。 溫控上水：當(dāng)水箱水未加滿，水溫高于用戶設(shè)定的溫控上水溫度（原廠設(shè)制為 60 ℃）自動(dòng)補(bǔ)水至低于溫控溫度 10 ℃的合水溫，此功能可防止出現(xiàn)低水量、高水溫的不合理現(xiàn)象。當(dāng)正在用水（水位發(fā)生變化）時(shí)，則延時(shí) 60分鐘啟動(dòng)，以避名用戶正在用水時(shí)啟動(dòng)上水。具備溫控功能的時(shí)間：8:00 ~17:50 。手動(dòng)控制：可手動(dòng)啟動(dòng)上水，加熱，在操作時(shí)首先顯示預(yù)置的水位或水溫，用戶可利用“＜”和“＞”鍵調(diào)整參數(shù)，確認(rèn)后，測(cè)控儀蜂鳴提示啟動(dòng)上水、加熱，也可手動(dòng)關(guān)閉。啟動(dòng)加熱時(shí)若低于 50% 水位，則先啟動(dòng)上水再加熱，并將水位加至 80% 。正在加熱時(shí)水位低于 50% 水位自動(dòng)關(guān)閉加熱，保護(hù)電加熱管。 10 全天候模式：可按用戶個(gè)人需要，全天 24 小時(shí)內(nèi)，可分別設(shè)定早、中、晚三次定時(shí)上水及三次定時(shí)加熱，并且可分別設(shè)定每次定時(shí)上水的水位和定時(shí)加熱的溫度。原廠設(shè)置為第一次早晨 3：00 啟動(dòng)上水至 50%水位，4：00 啟動(dòng)加熱至 50 ℃，提供用戶早上起床后的洗喇用水，第二次 9：00 啟動(dòng)上水至水滿，中午不加熱，以便盡量利用太陽(yáng)能光能量提供加熱，第三次 15：00 啟動(dòng)上水至 100% 水位， 16：00 啟動(dòng)上水至 50 ℃給用戶晚上提供大量熱水隨心所?。ㄈ衾锰?yáng)能已達(dá)到 50 ℃不啟動(dòng)加熱節(jié)約電能） 。用戶自行設(shè)定定時(shí)，建議將定時(shí)上水的時(shí)間提前定時(shí)加熱的時(shí)間 1 小時(shí)以上，以便先上水再加熱，建議加熱溫度不超過(guò) 60 ℃以免燙傷并節(jié)約電能。若需取消全能候模式，持續(xù)按住加熱鍵，則取消定時(shí)加熱。持續(xù)按住上水鍵，則取消定時(shí)上水，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)溫控上水模式（因自動(dòng)上水是必需的） 。反之操作可分另恢復(fù)全天候模式中的定時(shí)上水和定時(shí)加熱，全天候圖標(biāo)對(duì)應(yīng)顯示。1防輔助熱源起火：在啟動(dòng)管道保溫功能廳，測(cè)控議在輔助熱源加熱管道溫度平衡后（通電約 10 分鐘） ，自動(dòng)關(guān)閉，等管道溫度下降后，在次按用戶自行設(shè)定的延時(shí)時(shí)間（原廠設(shè)置 30 分鐘，若設(shè)置為 0 分鐘，則電熱帶長(zhǎng)期通電）啟動(dòng)電熱帶，過(guò)程自動(dòng)重復(fù)動(dòng)行，可避免長(zhǎng)期通電電熱帶，節(jié)約電能，并有效防止因長(zhǎng)期通電造成電熱帶老化起火等惡性事故。1自動(dòng)防溢流：因真空管破裂或水位傳感器故障等原因造成溢流，自動(dòng)停止上水。1斷電顯示：當(dāng)停電時(shí)，測(cè)控議保留用戶預(yù)置的所有參數(shù)，同時(shí)繼續(xù)顯示水溫水位及北京時(shí)間，斷電時(shí)測(cè)控議將按鍵自動(dòng)鎖死，以防誤操作。當(dāng)來(lái)電時(shí)能按以前設(shè)定的工作模式及功能繼續(xù)動(dòng)行。 1恒溫加熱：水箱水溫低于預(yù)置溫度 5 ℃，立即啟動(dòng)加熱至恒溫水溫，保證水箱水溫恒定。若水位低于 50%，先立即自動(dòng)啟動(dòng)上水，再啟動(dòng)加熱，以免干燒。因此水位不能低于 50%建議采用上下水雙管安裝，以便不影響用戶持續(xù)大量用水。 1強(qiáng)制上水： 水位傳感器出現(xiàn)故障后，可按上水鍵，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制上水，每分鐘會(huì)出現(xiàn)蜂鳴提示，注意有無(wú)溢水，8 分鐘后自動(dòng)關(guān)閉上水。 1低水壓上水：在上水過(guò)程中，水壓過(guò)低或停水，控制器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低水壓模式，在此上水模式中，控制器會(huì)間隔 30 分鐘啟動(dòng)上水，若 30 分鐘仍不 11 能使水位上升一檔，則停止 30 分鐘，然后再啟動(dòng)上水，反復(fù)循環(huán)運(yùn)行，以避免在低水壓或停水時(shí)發(fā)生以下嚴(yán)重后果：(1)電磁閥、水泵長(zhǎng)期通電運(yùn)行，造成水泵空轉(zhuǎn)燒毀；(2)由于太陽(yáng)能真空管破裂或其它原因漏水，造成不斷上水而水箱、屋頂長(zhǎng)期流水；(3)停水后，突然來(lái)水，由于空曬，太陽(yáng)能水箱溫度過(guò)高，而造成炸管。 1管道循環(huán)：可設(shè)置水泵循環(huán)時(shí)間 1~30 分鐘（原廠設(shè)置為 3 分鐘） 。實(shí)現(xiàn)一開(kāi)出熱水增壓效果。1管道保溫：冬天室外氣溫較低時(shí)，可按（管道保溫）鍵，啟動(dòng)電熱帶，防止水管凍裂，再按（管道保溫）鍵，則關(guān)閉電熱帶。 1自動(dòng)增壓：在供水壓較低時(shí)，可選擇上水增壓功能，在上水時(shí)，控制器打開(kāi)電磁閥同步啟動(dòng)水泵加壓供水，水上滿后，兩者同時(shí)關(guān)閉。 太陽(yáng)能熱水器智能控制器的主要技術(shù)指標(biāo) 溫度檢測(cè)本設(shè)計(jì)要求的測(cè)溫精度：177。2℃；測(cè)溫范圍：0~99 ℃；控溫精度：177。2℃；動(dòng)作時(shí)間：30s。 水位檢測(cè)水位分檔：五檔，分別為 20%、40%、60%、80%、100%；水位報(bào)警：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴報(bào)警，同時(shí)20%水位閃爍。 可控水泵和熱泵可控水泵或熱泵功率：＜500W。 12 電磁閥參數(shù)：直流DC12V，可選用有壓閥或無(wú)壓閥，有壓閥工作壓力：~，適用于直供水無(wú)壓閥工作壓力：，適用于水箱供水或低水壓供水。熱泵熱水器原理圖如21所示。冷 凝 器蒸 發(fā) 機(jī)壓縮機(jī)Q a環(huán) 境 中 吸 收 空 氣 的 能 量Q b能電Q c膨 脹 絲熱 水 出冷 水 進(jìn)水 泵圖 22 空氣源熱泵熱水器原理圖熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功 和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量 之和；b aQ通常 為 的 3 倍以上，即能源利用效率達(dá) 300％以上，而通常的電熱水器aQb能源利用效率僅為 95％左右。 13 第三章 太陽(yáng)能熱水器智能控制器的硬件設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能熱水器的基本控制原理圖 31 是以 ATmega16 單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)的原理框圖。溫度、水位等傳感器測(cè)得的信息送入單片機(jī)進(jìn)行處理，并直接顯示在液晶顯示屏上，用戶接收到顯示屏上的信息，根據(jù)需要，通過(guò)鍵盤設(shè)定期望的水位水溫值。單片機(jī)啟動(dòng)掃描鍵盤命令，將設(shè)定值與實(shí)際水位和溫度進(jìn)行對(duì)比分析，如果測(cè)量水溫水位值與鍵盤設(shè)定的水溫水位值有差異，則單片機(jī)會(huì)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)控制指令，控制電磁閥和繼電器工作，調(diào)節(jié)水溫和水位，直到水溫水位值達(dá)到鍵盤設(shè)定值。本設(shè)計(jì)將選用 ATmega16 單片機(jī)作為中央微處理器，DS18B20 作為溫度傳感器，以及時(shí)鐘芯片 SD2200。同時(shí)，系統(tǒng)還包括熱水箱水位溫度檢測(cè)接口、鍵盤及串行顯示、復(fù)位接口電路及繼電器輸出接口電路等。A t m e g a 1 6溫 度 傳 感 器 液 晶 顯 示 屏電 磁 閥看 門 狗 電 路報(bào) 警 電 路輔 助 熱 源水 位 傳 感 器鍵 盤時(shí) 鐘 電 路驅(qū)動(dòng)電路圖 31 智能太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)原理圖具體工作流程描述如下：水位設(shè)置：按設(shè)置(水位) 鍵，預(yù)置水位指示快速跳動(dòng)，提示可設(shè)置水位。根據(jù)氣候及日照強(qiáng)度，將水位設(shè)置到所需水位，以得到合適的水溫。 14 太陽(yáng)能自動(dòng)上水：太陽(yáng)能上水是全自動(dòng)運(yùn)行的，因此用戶不必作任何操作，當(dāng)缺水時(shí)，延時(shí)15分鐘，微電腦會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)缺水上水功能，將水位加到預(yù)置水位。當(dāng)水未加滿水溫又偏高時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)溫控上水功能，至水溫50℃左右，若水位加滿至100%，則停止補(bǔ)水。上水啟動(dòng)時(shí)，蜂鳴一長(zhǎng)聲，關(guān)水時(shí)，則蜂鳴三短聲。手動(dòng)上水、關(guān)水：可利用手動(dòng)上水鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上水關(guān)水，調(diào)兌水箱水溫。按一下( 上水)鍵啟動(dòng)手動(dòng)上水，加水到預(yù)置水位后，自動(dòng)關(guān)閉上水。在上水過(guò)程中，按一下( 上水) 鍵可關(guān)水。定時(shí)上水：若需定時(shí)上水，按(定時(shí))鍵，預(yù)約定時(shí)上水時(shí)間。例如：現(xiàn)在是上午6：00，準(zhǔn)備在上午9：00啟動(dòng)上水，則按(定時(shí))鍵，調(diào)時(shí)至03，即在3小時(shí)后啟動(dòng)上水，同時(shí)定時(shí)指示燈閃亮，時(shí)間度定時(shí)時(shí)刻越近，定時(shí)指示燈閃爍越快。一經(jīng)預(yù)約，則每天在此時(shí)刻啟動(dòng)上水，若需退出預(yù)約，只需按住(定時(shí))鍵不松手，聽(tīng)到“嘀”提示音，并且定時(shí)指示燈熄滅后，即可。圖 32 太陽(yáng)能熱水器結(jié)構(gòu)圖太陽(yáng)能智能控制器具體操作如下： 15 圖 33 ATmega16 的引腳圖設(shè)置上限水位：設(shè)置水位上限，可選擇 30％~99％之間。 （默認(rèn)下限水位為 30％） 。 設(shè)置水溫：設(shè)置電加熱的溫度上限，可選擇 0℃~80℃。水溫／水位指示：均具有圖形數(shù)字兩種顯示形式。干曬保護(hù)：為防止干曬，當(dāng)水位低于 15％時(shí)，無(wú)條件上水到 30％。 冰凍保護(hù)：為防止水箱凍裂，當(dāng)水溫低于 5℃時(shí)，無(wú)條件電加熱到15℃。智能模式：如果系統(tǒng)處于智能保溫區(qū)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)加溫，處于智能區(qū)間以外時(shí)，如達(dá)到設(shè)定溫度，則自動(dòng)上水到低于設(shè)定溫度 5℃。手動(dòng)上水：當(dāng)蓄水量不足時(shí)，可按設(shè)定鍵，光標(biāo)