【導(dǎo)讀】型能源—太陽能，這對于當(dāng)今資源緊張的時(shí)代，具有重要的意義。太陽能熱水器己成為。中國可再生能源市場上需求量最大、發(fā)展最為迅速的產(chǎn)品之一。然而，目前市場上太陽。具有溫度和水位顯示功能,且誤差較大。主要存在的問題有以下兩個(gè)方面：。當(dāng)由于天氣或氣候原因而光強(qiáng)不足時(shí)，太陽能熱水器就。會溫度達(dá)不到洗浴要求，給熱水器熱水器用戶帶來不便。助加熱功能,通常采用的是電加熱方式。也可能由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)電能?，F(xiàn)有的控制方案多由水位傳感器根據(jù)缺水或滿水時(shí)發(fā)出的不同信號控制半導(dǎo)體。器件的通斷,從而進(jìn)一步控制繼電器、電磁閥的開合狀態(tài),來進(jìn)行補(bǔ)水與否。易造成用戶在使用過程中水位下降進(jìn)行補(bǔ)水，出現(xiàn)混水問題。熱水的使用量相差不會很大，若使用時(shí)隨時(shí)補(bǔ)水，混水后又需要電輔熱進(jìn)行加。對手動控制等中低端太陽能熱水器，我們旨在利用水位傳感器開發(fā)一種控制更加智能，而且更加經(jīng)濟(jì)的太陽能熱水器自動上水控制系統(tǒng)。

　　

【正文】 ,溫度每變化 1 攝氏度 ,電壓變化 。 二、 A/D 轉(zhuǎn)換電路的選擇 MC14433 是美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的主要用于數(shù)字電壓表和數(shù)字面板表的一種 3位半的 A/D 變換器，其引腳號、符號與功能表見表 。它具有功耗低，輸入電阻高、抗共模干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高（相當(dāng)于二進(jìn)制 11 位）、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，但無轉(zhuǎn)換啟停控制電路，一旦上電，將不停的轉(zhuǎn)換，因而在許多情況下使用不太方便。但在本設(shè)計(jì)中，通過主控芯片控制，可 以方便的實(shí)現(xiàn)啟?？刂?。 三、 上水控制電路設(shè)計(jì) 上水控制電路中 ,電阻器 R1 安裝在進(jìn)水管路中 ,當(dāng)進(jìn)水管中無水時(shí) ,R1 兩端的阻值”變大”；當(dāng)進(jìn)水管有水時(shí) ,R1 的電阻值與水的阻值相并聯(lián)而變小。 R1 的電阻值需取的大 17 一些，還可以串接一個(gè)電位器，以便調(diào)節(jié) R1 的阻值。上水控制電路如圖 所示。 當(dāng)控制信號高電平到來時(shí)并且進(jìn)水管路中有水，三極管基極為高電平，發(fā)射極為低電平，三極管飽和導(dǎo)通，繼電器通電吸合，其常開觸頭接通，使電磁閥通電運(yùn)行，進(jìn)行上水。 當(dāng)控制信號為低電平，或者進(jìn)水管路中無水時(shí)，三極管不能導(dǎo)通，繼電器和電磁 閥停止運(yùn)行，不進(jìn)行上水操作?？刂菩盘栍芍骺仉娐樊a(chǎn)生。 四、 LED 顯示 電路選擇 本設(shè)計(jì)需要 8 個(gè) LED 數(shù)碼管，兩個(gè)用來顯示水位；兩個(gè)用來顯示溫度； 4 個(gè)用來顯示時(shí)間的時(shí)和分，其中時(shí)兩位，分兩位。多個(gè) LED 數(shù)碼管的顯示方式通常有兩種形式：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。采用靜態(tài)顯示則需要的連接的 I/O 引腳較多，設(shè)計(jì)的硬件電路較復(fù)雜。所以對于多位 LED 顯示單元，動態(tài)顯示是最常被采用的顯示方式，動態(tài)顯示即逐個(gè)的點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管，這樣不僅可以顯示更多的字符，還可以簡化硬件電路設(shè)計(jì)。雖然在任意時(shí)刻只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但是只 要掃描頻率足夠快，由于人的眼睛具有視覺殘留效應(yīng)，看起來就會和全部數(shù)碼管持續(xù)點(diǎn)亮的效果完全一樣。為了實(shí)現(xiàn) LED 數(shù)碼管的動態(tài)顯示，除了要給數(shù)碼管提供段碼的輸入顯示數(shù)字之外，還要輸入線選碼控制各個(gè) LED 數(shù)碼管分時(shí)顯示。這個(gè)亦可以通過選擇電路來實(shí)現(xiàn)，但可編程邏輯器件，可以很方便的在內(nèi)部構(gòu)建硬件電路，并且可以節(jié)約成本。出于這種考慮，本設(shè)計(jì)進(jìn)行 LED 動態(tài)顯示掃描的設(shè)計(jì)。 18 五、 上水循環(huán)電路設(shè)計(jì) 上水循環(huán)電路中 ,電阻器 R1 安裝在集熱器與蓄水箱連接的水管中 ,當(dāng)水管中無水時(shí) ,R1 兩端的阻值變大；當(dāng)水管中有水時(shí) ,R1 的電阻值與水 的阻值相并聯(lián)而變小。 R1 的電阻需取得大一些，還可以串接一個(gè)電位器，以便調(diào)節(jié) R1 的阻值。 當(dāng)控制信號高電平到來時(shí)并且水管路中有水，三極管基極為高電平，發(fā)射極為低電平，三極管飽和導(dǎo)通，繼電器通電吸合，其常開觸頭接通，開通水泵，進(jìn)行水循環(huán)。 當(dāng)控制信號為低電平，或者水管中無水時(shí)，三極管不能導(dǎo)通，繼電器和電磁閥停止運(yùn)行，不能進(jìn)行水循環(huán)?？刂菩盘栍芍骺仉娐樊a(chǎn)生。上水循環(huán)電路如圖 所示。 19 第二章 系統(tǒng) 程序設(shè)計(jì) 第一節(jié) 設(shè)計(jì)思路 與流程圖 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)如下圖所示 N N N N Y Y Y Y N N Y N N Y Y Y 從 程序流程圖可以看出，本系統(tǒng)上電后先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后用戶對定時(shí)上水時(shí)間、溫度、循環(huán)等初始量進(jìn)行設(shè)置。 其工作原理如下： 控制器處于上電后，當(dāng)控制信號無效時(shí)，不進(jìn)行任何操作。 然后系統(tǒng)對是否處于上水狀態(tài)進(jìn)行判斷，若處于上水狀態(tài)，則控制上水直到水滿。若不處于上 水狀態(tài)，則進(jìn)入下一步判斷。然后進(jìn)行定時(shí)上水判斷，若處于定時(shí)上水狀態(tài)，則進(jìn)行上水處理直到水滿，若不處在定時(shí)上水時(shí)間，進(jìn)行是否設(shè)定時(shí)間的判斷。若設(shè)定時(shí)間則按步驟設(shè)定時(shí)間，之后回到初始狀態(tài)，若不進(jìn)行設(shè)定時(shí)間則直接進(jìn)行下一步。 然后進(jìn)行溫度設(shè)定的判斷，過程同定時(shí)上水的設(shè)定。再有就是對循環(huán)狀態(tài)的判斷， 循環(huán)控制信號有效時(shí)，進(jìn)入水循環(huán)狀態(tài)，并且定時(shí)四分鐘，定時(shí)時(shí)間到回到等待狀態(tài)。 程序采用模塊化處理，下面介紹一下主要模塊及其功能。 主程序入口 系統(tǒng)初始化 上水 狀態(tài) 上水處理 停止 加水 加滿 定時(shí)上水 時(shí)間 定時(shí)上水狀態(tài) 溫度 設(shè)定 設(shè)定時(shí)間 定時(shí)結(jié)束 溫 度 設(shè)定 狀態(tài) 設(shè)定溫度 設(shè)定結(jié)束 循環(huán) 循環(huán)狀態(tài) 循環(huán)結(jié)束 20 使能模塊 使能模塊 用來對數(shù)字鍵進(jìn)行控制 ,當(dāng)定時(shí)上水功能鍵或加熱功能鍵沒有按下時(shí) ,按下任何數(shù)字鍵 都是無效的 ,只有當(dāng)相應(yīng)的功能鍵按下時(shí)，控制信號到來時(shí)，數(shù)字鍵才能起作用 ,有效的避免了錯(cuò)誤操作。 編碼模塊 編碼模塊 用來對輸入的按鍵進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)數(shù)字的 BCD 碼。數(shù)字鍵值送過來后，進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存，當(dāng)需要調(diào)用時(shí)，再對數(shù)值進(jìn)行讀取操作。 水位編碼模塊 水位編碼模塊 用來對輸入水位信號轉(zhuǎn)化為 BCD 碼形式，方便顯示電路進(jìn)行顯示。 時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘模塊產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號，一方面可以顯示作為時(shí)鐘，另一方面是為了產(chǎn)生于定時(shí)信號的比較信號。時(shí)鐘主要產(chǎn)生時(shí)和分，基礎(chǔ)脈沖由外部晶振提供。時(shí)鐘模塊包含了 seccount 模塊、 mincount 模塊、 count24 模塊，分別實(shí)現(xiàn)秒針、分針、時(shí)針，能夠整點(diǎn)產(chǎn)生產(chǎn)生信號，并且能進(jìn)行時(shí)，分調(diào)節(jié)操作。 時(shí)間比較模塊 時(shí)間比較模塊用于定時(shí)時(shí)間與時(shí)鐘時(shí)間比較，進(jìn)行定時(shí)上水的定時(shí)操作。 溫度比較模塊 溫度比較由兩部分，一部分是蓄熱水箱溫度與集熱器溫度進(jìn)行比較，一部分是設(shè)定溫度與蓄熱水箱溫度比較。當(dāng)蓄熱水箱溫度低于集熱器溫度時(shí)，開啟循環(huán)控制，并且進(jìn)入 4 分鐘定時(shí)操作，定時(shí)結(jié)束，停止循環(huán)。 顯示模塊 顯示模塊包含動態(tài)掃描子程序、 BCD七段碼驅(qū)動子程序。動態(tài)掃描子程序通過為選信號的控制，向各位數(shù)碼管送出相應(yīng)的 字形碼。利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。 控制子模塊 控制子模塊包含時(shí)序控制模塊、上水控制模塊、循環(huán)控制模塊、循環(huán)延時(shí)模塊。 上水控制模塊 主要進(jìn)行上水控制，當(dāng)上水信號到來時(shí)進(jìn)入上水狀態(tài)，上水水滿產(chǎn)生水滿信號，停止上水；當(dāng)定時(shí)上水到來時(shí)進(jìn)入定時(shí)時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間比較狀態(tài)，定時(shí)時(shí)間到則進(jìn)入上水狀態(tài)，上水水滿產(chǎn)生水滿信號，停止上水；當(dāng)出現(xiàn)低水位時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警強(qiáng)行進(jìn)入上水狀態(tài)上水水滿產(chǎn)生水滿信號，停止上水。上水控制模塊的工作流程圖如圖 所示。 21 循環(huán)控制模塊主要進(jìn)行冷熱水進(jìn) 行水流循環(huán)的控制，循環(huán)控制模塊工作流程圖如圖 所示。 22 循環(huán)控制模塊主要進(jìn)行水循環(huán)的控制，當(dāng)循環(huán)信號到時(shí)，啟動水循環(huán)并進(jìn)入循環(huán)定時(shí)狀態(tài)；另外為了極大的利用太陽能，當(dāng)集熱器溫度高于蓄熱水箱溫度時(shí)，自動進(jìn)入水循環(huán)的狀態(tài)，并開啟計(jì)時(shí)，循環(huán)計(jì)時(shí)時(shí)間到，則停止循環(huán)。 結(jié)論 通 過閱讀大量的相關(guān)的資料和對實(shí)際情況進(jìn)行深入的調(diào)研，我完成了太陽能熱水器控制系統(tǒng)硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。下面我對設(shè)計(jì)工作進(jìn)行一個(gè)總結(jié)： （ 1）用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)了主控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本 系統(tǒng) 的重點(diǎn)是對太陽能熱水器的智能控制系統(tǒng) 用水位傳感 網(wǎng)進(jìn)行 設(shè)計(jì)與研究。設(shè)計(jì)了一個(gè)基于可編程邏輯器件的水位檢測與上水 控制，水溫設(shè)定并實(shí)現(xiàn)水溫控制的系統(tǒng)，另外還完成了鍵盤輸入，顯示電路、時(shí)鐘電路、水循環(huán)控制、自動上水控制等其它控制電路的設(shè)計(jì)工作。在測量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，用可編程邏輯器件構(gòu)建的硬件電路處理器模塊，來實(shí)現(xiàn)對外圍設(shè)備的訪問，從而實(shí)現(xiàn)檢測和控制。 （ 2）自動化的控制設(shè)計(jì) 23 太陽能熱水器當(dāng)光照強(qiáng)烈時(shí)，集熱器溫度較高。本設(shè)計(jì)應(yīng)用自動水循環(huán)設(shè)計(jì)，有效利用太陽能節(jié)約資源，當(dāng)太陽能不足時(shí)，開啟智能輔熱系統(tǒng)，保證熱水供應(yīng)。本設(shè)計(jì)在上水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，既可進(jìn)行每天定時(shí)上水， 水滿則停，還可進(jìn)行手動上水，保證水量供應(yīng)。水量不足時(shí)自動上水可以有效避免干燒，并且可以保證熱水量。 展望 隨著人們生活水平的提高，能夠?yàn)槿祟愄峁└奖悖孢m的生活享受的智能建筑必然會受到大眾的歡迎。而隨著低碳理念不斷深入人心，環(huán)保型建筑必然會受到大眾的青睞。而將這兩者完美結(jié)合的具有智能控制作用太陽能熱水器隨著技術(shù)的逐漸成熟，必有更大的市場潛力，必然能為社會做出更大的貢獻(xiàn)。本文所討論的基于可編程邏輯器件的太陽能熱水器智能控制器，成本不高，升級容易，能夠根據(jù)實(shí)際情況 設(shè)定許多個(gè)性化的功能，有很好的發(fā)展前景。隨著人民對生活品質(zhì)要求的不斷提高，太陽能熱水器向智能化方向是大勢所趨。在智能化設(shè)計(jì)方面，本設(shè)計(jì)將模糊控制理論應(yīng)用在智能加熱模塊，模糊控制地引入不僅提高了系統(tǒng)的智能化，還極大得改善系統(tǒng)性能。對于智能控制作者僅僅做了一個(gè)小的嘗試，由于智能控制理論的先進(jìn)性及其快速發(fā)展，還有許多方面值得進(jìn)一步研究。