【文章內(nèi)容簡介】 、加熱速度方面 目前生產(chǎn)的燃氣熱水器大多為快速熱水器，不論什么時候，只要想用熱水，打開燃氣閥和水龍頭，熱水就會流出來。而電熱水器需要預(yù)先通電半小時左右，才能開始使用。太陽能熱水器在天氣晴朗的時候使用更好，最理想的樓層在六至八層。 溫度穩(wěn)定性方面 燃氣熱水器由于是快速加熱，并有調(diào)整溫度裝置，只要在使用開始時調(diào)到人體感覺舒適的溫度，而后就會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，水溫就會逐漸下降，直到全部是冷水。所以在使用時，需要不停地去調(diào)整冷熱水的比例。 太陽能熱水器使用起來暫時還不大方便，要上水，且不能保證時時有熱水。 功率方面 燃氣熱水器的功率要比電熱水器大很多，拿一個 8L 的燃氣熱水器和 40L 6 的電熱水器相比較，8L 燃氣熱水器的功率相當(dāng)于 16~17kW，而 40L 的電熱水器一般為 3kW，這也是為什么燃氣熱水器可連續(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，因為家用電表、電線都無法承受。 價格方面 8L 的燃氣熱水器價格一般在 800 元以上，再加上安裝費，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，加上安裝費用，一般不到 1000 元。太陽能熱水器的價格都在 3000 元以上。使用費用方面，目前天然氣每立方米為 元，每度電為 元，而太陽能熱水器僅耗水費。 安全性方面 燃氣熱水器的優(yōu)點是加熱快、出水量大、溫度穩(wěn)定、結(jié)水垢少、占地小、不受水量控制。缺點是使用時要排出大量的廢氣，廢氣中除了二氧化碳以外，還有一氧化碳，如果使用時關(guān)閉門窗，通風(fēng)不良，一氧化碳會增加，嚴重時會發(fā)生中毒事故，但如果能正確地了解這一點，使用時注意，也是很安全的；另外，燃氣熱水器啟動水壓高，有些住高層的用戶如果不裝增壓泵就無法起動；安裝不方便，要在墻上打洞、安排氣扇等。 電熱水器的優(yōu)點是能適應(yīng)任何天氣變化，普通家庭可直接安裝使用，長時間通電可以大流量供熱水；使用時不產(chǎn)生廢氣，所以從這一點上講是既安全又衛(wèi)生，目前市場上銷售的電熱水器多數(shù)還帶有防觸電裝置。缺點是體積大、占用室內(nèi)空間大、易結(jié)水垢、對電能浪費大，最新型的電熱水器內(nèi)置了陽極鎂棒除垢裝置，解決了產(chǎn)品容易結(jié)垢的問題，但陽極鎂棒須兩年更換一次，給保養(yǎng)帶來了麻煩。太陽能熱水器的優(yōu)點是安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟，尤其是帶輔助電加熱功能的太陽能熱水器，它以太陽能為主、電能為輔的能源利用方式，可全年全天候使用。缺點是安裝復(fù)雜，安裝不當(dāng)會影響住房的外觀、質(zhì)量及城市的市容市貌；因要安裝在室外，維護較麻煩。 7 論文的主要工作本文介紹的太陽能熱水器以微控制器 ATmega16 單片機控制中心，選用SD2200 作為時鐘芯片。并采用兩個 DS18B20 溫度傳感器串行，實現(xiàn)對水溫的測量。同時，采用 LCM12864ZK 液晶顯示屏實現(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)定加熱上水時間。本設(shè)計還添加了輔助熱源，在陰雨天太陽能不足的情況下，單片機開啟熱源，對水進行加熱，方便用戶的使用。同時設(shè)定各種報警功能，包括水滿報警，缺水報警，加熱完成時報警等功能。令產(chǎn)品的使用安全，放心。 8 第二章 太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)及工作原理 太陽能熱水器綜述圖 21 為智能太陽能熱水器的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中，太陽能集熱器用來收集太陽能對水進行加熱，并輸進熱水箱供浴室的正常使用。水量不夠時，輔助水箱補充太陽能集熱器的水源。太陽能集熱器中裝有溫度傳感器 1，此裝置用來感應(yīng)太陽能集熱器中水的溫度，從而判定太陽能是否充足。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，分別用來檢測箱內(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 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 水溫 度 傳 感 器 2圖 21 太陽能熱水器結(jié)構(gòu)圖 如圖 21 太陽能熱水器結(jié)構(gòu)圖所示，當(dāng)溫度傳感器 1 檢測的溫度過低，表示太陽能不充足。此時，系統(tǒng)將啟動輔助熱源，通過熱源泵，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。 太陽能熱水器智能控制裝置的主要功能本設(shè)計要求設(shè)計出一個智能化的太陽能熱水器控制裝置，需具有時間顯示功能、定時上水加熱功能，用戶可以實時查看溫度水位狀態(tài)，并自由設(shè)定溫度水位。實現(xiàn)一種方便的，人性化的控制方式。具體功能如下：北京時間：實時顯示北京時間。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 ℃，若不需要啟動電加熱，可預(yù)置為 00 ℃。水溫指示：顯示太陽能熱水器內(nèi)部實際水溫。水位指示：顯示太陽能熱水器內(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，蜂鳴報警，同時 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，延時 30 分鐘自動上水至預(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 ℃）自動補水至低于溫控溫度 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，則延時 60分鐘啟動，以避名用戶正在用水時啟動上水。具備溫控功能的時間：8:00 ~17:50 。手動控制：可手動啟動上水，加熱，在操作時首先顯示預(yù)置的水位或水溫，用戶可利用“＜”和“＞”鍵調(diào)整參數(shù)，確認后，測控儀蜂鳴提示啟動上水、加熱，也可手動關(guān)閉。啟動加熱時若低于 50% 水位，則先啟動上水再加熱，并將水位加至 80% 。正在加熱時水位低于 50% 水位自動關(guān)閉加熱，保護電加熱管。 10 全天候模式：可按用戶個人需要，全天 24 小時內(nèi)，可分別設(shè)定早、中、晚三次定時上水及三次定時加熱，并且可分別設(shè)定每次定時上水的水位和定時加熱的溫度。原廠設(shè)置為第一次早晨 3：00 啟動上水至 50%水位，4：00 啟動加熱至 50 ℃，提供用戶早上起床后的洗喇用水，第二次 9：00 啟動上水至水滿，中午不加熱，以便盡量利用太陽能光能量提供加熱，第三次 15：00 啟動上水至 100% 水位， 16：00 啟動上水至 50 ℃給用戶晚上提供大量熱水隨心所?。ㄈ衾锰柲芤堰_到 50 ℃不啟動加熱節(jié)約電能） 。用戶自行設(shè)定定時，建議將定時上水的時間提前定時加熱的時間 1 小時以上，以便先上水再加熱，建議加熱溫度不超過 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，則取消定時加熱。持續(xù)按住上水鍵，則取消定時上水，同時自動啟動溫控上水模式（因自動上水是必需的） 。反之操作可分另恢復(fù)全天候模式中的定時上水和定時加熱，全天候圖標(biāo)對應(yīng)顯示。1防輔助熱源起火：在啟動管道保溫功能廳，測控議在輔助熱源加熱管道溫度平衡后（通電約 10 分鐘） ，自動關(guān)閉，等管道溫度下降后，在次按用戶自行設(shè)定的延時時間（原廠設(shè)置 30 分鐘，若設(shè)置為 0 分鐘，則電熱帶長期通電）啟動電熱帶，過程自動重復(fù)動行，可避免長期通電電熱帶，節(jié)約電能，并有效防止因長期通電造成電熱帶老化起火等惡性事故。1自動防溢流：因真空管破裂或水位傳感器故障等原因造成溢流，自動停止上水。1斷電顯示：當(dāng)停電時，測控議保留用戶預(yù)置的所有參數(shù)，同時繼續(xù)顯示水溫水位及北京時間，斷電時測控議將按鍵自動鎖死，以防誤操作。當(dāng)來電時能按以前設(shè)定的工作模式及功能繼續(xù)動行。 1恒溫加熱：水箱水溫低于預(yù)置溫度 5 ℃，立即啟動加熱至恒溫水溫，保證水箱水溫恒定。若水位低于 50%，先立即自動啟動上水，再啟動加熱，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強制上水： 水位傳感器出現(xiàn)故障后，可按上水鍵，實現(xiàn)強制上水，每分鐘會出現(xiàn)蜂鳴提示，注意有無溢水，8 分鐘后自動關(guān)閉上水。 1低水壓上水：在上水過程中，水壓過低或停水，控制器會自動進入低水壓模式，在此上水模式中，控制器會間隔 30 分鐘啟動上水，若 30 分鐘仍不 11 能使水位上升一檔，則停止 30 分鐘，然后再啟動上水，反復(fù)循環(huán)運行，以避免在低水壓或停水時發(fā)生以下嚴重后果：(1)電磁閥、水泵長期通電運行，造成水泵空轉(zhuǎn)燒毀；(2)由于太陽能真空管破裂或其它原因漏水，造成不斷上水而水箱、屋頂長期流水；(3)停水后，突然來水，由于空曬，太陽能水箱溫度過高，而造成炸管。 1管道循環(huán)：可設(shè)置水泵循環(huán)時間 1~30 分鐘（原廠設(shè)置為 3 分鐘） 。實現(xiàn)一開出熱水增壓效果。1管道保溫：冬天室外氣溫較低時，可按（管道保溫）鍵，啟動電熱帶，防止水管凍裂，再按（管道保溫）鍵，則關(guān)閉電熱帶。 1自動增壓：在供水壓較低時，可選擇上水增壓功能，在上水時，控制器打開電磁閥同步啟動水泵加壓供水，水上滿后，兩者同時關(guān)閉。 太陽能熱水器智能控制器的主要技術(shù)指標(biāo) 溫度檢測本設(shè)計要求的測溫精度：177。2℃；測溫范圍：0~99 ℃；控溫精度：177。2℃；動作時間：30s。 水位檢測水位分檔：五檔，分別為 20%、40%、60%、80%、100%；水位報警：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時，蜂鳴報警，同時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，可選用有壓閥或無壓閥，有壓閥工作壓力：~，適用于直供水無壓閥工作壓力：，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) 機壓縮機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 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 太陽能熱水器智能控制器的硬件設(shè)計 太陽能熱水器的基本控制原理圖 31 是以 ATmega16 單片機為核心的控制系統(tǒng)的原理框圖。溫度、水位等傳感器測得的信息送入單片機進行處理，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，通過鍵盤設(shè)定期望的水位水溫值。單片機啟動掃描鍵盤命令，將設(shè)定值與實際水位和溫度進行對比分析，如果測量水溫水位值與鍵盤設(shè)定的水溫水位值有差異，則單片機會向執(zhí)行機構(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，直到水溫水位值達到鍵盤設(shè)定值。本設(shè)計將選用 ATmega16 單片機作為中央微處理器，DS18B20 作為溫度傳感器，以及時鐘芯片 SD2200。同時，系統(tǒng)還包括熱水箱水位溫度檢測接口、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 警 電 路輔 助 熱 源水 位 傳 感 器鍵 盤時 鐘 電 路驅(qū)動電路圖 31 智能太陽能熱水器控制系統(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，提示可設(shè)置水位。根據(jù)氣候及日照強度，將水位設(shè)置到所需水位，以得到合適的水溫。 14 太陽能自動上水：太陽能上水是全自動運行的，因此用戶不必作任何操作，當(dāng)缺水時，延時15分鐘，微電腦會自動啟動缺水上水功能，將水位加到預(yù)置水位。當(dāng)水未加滿水溫又偏高時，會自動啟動溫控上水功能，至水溫50℃左右，若水位加滿至100%，則停止補水。上水啟動時，蜂鳴一長聲，關(guān)水時，則蜂鳴三短聲。手動上水、關(guān)水：可利用手動上水鍵實現(xiàn)手動上水關(guān)水，調(diào)兌水箱水溫。按一下( 上水)鍵啟動手動上水，加水到預(yù)置水位后，自動關(guān)閉上水。在上水過程中，按一下( 上水) 鍵可關(guān)水。定時上水：若需定時上水，按(定時)鍵，預(yù)約定時上水時間。例如：現(xiàn)在是上午6：00，準(zhǔn)備在上午9：00啟動上水，則按(定時)鍵，調(diào)時至03，即在3小時后啟動上水，同時定時指示燈閃亮，時間度定時時刻越近，定時指示燈閃爍越快。一經(jīng)預(yù)約，則每天在此時刻啟動上水，若需退出預(yù)約，只需按住(定時)鍵不松手，聽到“嘀”提示音，并且定時指示燈熄滅后，即可。圖 32 太陽能熱水器結(jié)構(gòu)圖太陽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：為防止干曬，當(dāng)水位低于 15％時，無條件上水到 30％。 冰凍保護：為防止水箱凍裂，當(dāng)水溫低于 5℃時，無條件電加熱到15℃。智能模式：如果系統(tǒng)處于智能保溫區(qū)間時，系統(tǒng)自動加溫，處于智能區(qū)間以外時，如達到設(shè)定溫度，則自動上水到低于設(shè)定溫度 5℃。手動上水：當(dāng)蓄水量不足時，可按設(shè)定鍵，光標(biāo)