【正文】 進(jìn)行比較，當(dāng)T5T4≥Td時（Td設(shè)置為8℃），分戶電磁閥HV5打開，分戶水箱換熱。當(dāng)T5Te時（Te設(shè)置為70℃）,分戶水箱換熱完畢，HV5關(guān)閉，防止戶內(nèi)熱量倒流到管道中。 梯形圖設(shè)計溫度檢測程序，主要完成各溫度傳感器的溫度檢測，PLC通過模擬量輸入模塊將采集來的信號通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（整—雙整，整數(shù)—實數(shù)）、運算指令和移動指令傳送給各溫度寄存器，梯形圖如圖49所示。通過比較TT3對應(yīng)的溫度寄存器VDVD30，判斷系統(tǒng)是否符合集熱條件，條件滿足則相應(yīng)的水泵和繼電器打開，梯形圖如圖410所示。49 溫度模擬量輸入轉(zhuǎn)換流程圖 Fig 49 Temperature simulation quantity input conversion chart410 集熱流程圖Fig 410 Collector flow chart完成了硬件的配置、選型和軟件編程設(shè)計之后，為了使系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行，還應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件兩個方面的調(diào)試。關(guān)于硬件調(diào)試主要是在PLC、溫度傳感器和水泵等設(shè)備合理選型的基礎(chǔ)上，按照電氣接線圖正確的安裝接線，通過實際上電調(diào)試，由于實驗條件所限不做詳細(xì)介紹。本節(jié)主要分析的是對軟件設(shè)計部分進(jìn)行調(diào)試運行。 PLC與單片機(jī)通信西門子S7200 CPU224PLC具有1個RS—485通信接口，支持PPI、MPI、自由口、Profibus DP等通信協(xié)議。PPI是點到點的主從協(xié)議，PLC既可作主站也可作從站，主站發(fā)信號到從站后，從站設(shè)備響應(yīng)且不反饋信息。MPI多點通信是S7系列產(chǎn)品之間專用的一種通信協(xié)議，它既可主—主通信也可主—從通信，其主要用于有著多個PLC的控制系統(tǒng)中作互相通信時使用。自由口通信是s7—200一個很有特色的通信方式，它可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行協(xié)議編寫與配置（如ASCⅡ協(xié)議），這樣它就靈活的與任何具有串口和任何通信協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行通信。Profibus DP用于與分布式I/O的高速通信，可以實現(xiàn)不同的電機(jī)控制設(shè)備和PLC的通信。s7—200PLC用于與單片機(jī)通信，采用自由口通信也就是RS485通信。通過使用發(fā)送指令（XMT）、接受指令（RCV）、接收發(fā)送中斷等操作，用戶可以控制CPU的串行通信接口。通信通過對兩個特殊字節(jié)進(jìn)行設(shè)置，SMB30（對于PORT0）或SMB130（PORT1）。當(dāng)CUP處于STOP模式時中止自由端口通信，處于RUN模式時才能使用自由端口通信。在本文單片機(jī)與PLC的通信中，主要是單片機(jī)向PLC發(fā)送溫度數(shù)據(jù)，PLC單純接受數(shù)據(jù)，用于對整個系統(tǒng)耗熱量的統(tǒng)計和計算并得到減少的碳排放量，本文不做詳細(xì)介紹?？偪刂破鞯淖饔檬峭ㄟ^合理的控制完成太陽能集熱并分配給各用戶，本章主要分析了太陽能熱水總控制器的功能、硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計，控制單元采用西門子S7200 CPU224，通過PLC實現(xiàn)系統(tǒng)各元器件的控制。第五章 太陽能熱水分戶控制器的設(shè)計作為集中供熱分戶儲熱式太陽能熱水控制系統(tǒng)的一部分，分戶控制系統(tǒng)是將收集的太陽能熱量儲存到水箱并方便用戶使用熱水的一個重要設(shè)備。目前，市場上主流的太陽能熱水系統(tǒng)戶式控制裝置的主要功能是控制儲熱水箱的輔助熱源，即電加熱裝置，以方便在陰雨天氣或水量不足的情況下可以及時開啟電加熱裝置，滿足用戶的熱水需求。通過研發(fā)一種可以根據(jù)季節(jié)和人們熱水使用習(xí)慣不同而設(shè)定的分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)用戶人性化、合理化的操作模式，一方面最大限度的轉(zhuǎn)化和利用太陽能熱量，減少不必要的輔助加熱；另一方面在太陽能產(chǎn)熱量不足時，可根據(jù)合理利用輔助加熱裝置，從而進(jìn)一步提高居住建筑熱水使用的節(jié)能性和舒適性，在降低使用成本的同時，也能改變部分人群不合理的用水習(xí)慣。分戶控制系統(tǒng)的功能主要分為：工質(zhì)循環(huán)控制、系統(tǒng)保護(hù)控制、輔助電加熱控制和顯示功能等。控制系統(tǒng)與溫度傳感器、分戶電磁閥和輔助電加熱裝置連接，其中溫度傳感器為分戶水箱和分戶管道兩個。表51系統(tǒng)描述Table 51 System description控制輸出描述輔助電加熱電加熱控制分戶電磁閥電磁閥控制傳感器輸入描述T4分戶管道溫度T5分戶水箱溫度實現(xiàn)的功能有：北京時間：實時顯示北京時間。 可預(yù)置加熱溫度范圍：40℃～90℃，5℃為一個調(diào)節(jié)段。水溫顯示：顯示太陽能熱水器蓄水箱溫度和工質(zhì)溫度。 缺水提示（防干燒）：當(dāng)水位從高變低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)（低于50%）時，故障指示燈亮，同時50%水位閃爍。工質(zhì)循環(huán)泵和電加熱都停止，當(dāng)水位恢復(fù)到高于50%時，系統(tǒng)自動工作。定時恒溫加熱控制：在預(yù)置蓄水箱最高使用溫度情況下，預(yù)置時間段內(nèi)（可設(shè)3段時間，如：16:0023:00,為一時間段，可調(diào)），檢測到蓄水箱實際溫度低于預(yù)置溫度時，立即啟動電加熱至預(yù)置水溫，保證水箱溫度恒定。期間自動判斷出水口水流開關(guān)工作狀態(tài)，一旦檢測到有用水情況立即停止電加熱功能，一旦檢測到出水口水流開關(guān)恢復(fù)到無用水狀態(tài)，啟動電加熱功能。系統(tǒng)檢測達(dá)到預(yù)置時間后停止電加熱功能，此時如需要繼續(xù)電加熱功能的，則須使用一鍵手動加熱功能，一鍵手動加熱功能的加熱溫度為系統(tǒng)鎖定不可調(diào)，一鍵手動加熱功能的關(guān)停為同一按鍵。一鍵加熱功能，用戶按下“一鍵加熱”按鍵，即可強(qiáng)制加熱，顯示器顯示當(dāng)前工作模式。當(dāng)加熱溫度達(dá)到65℃，或者再次按下“一鍵加熱”按鍵時，加熱停止，并返回到加熱之前的模式（“用戶”/“默認(rèn)”模式）。用戶模式（按“用戶/默認(rèn)”鍵）：按“用戶/默認(rèn)”鍵，可以實現(xiàn)兩個模式的直接切換，顯示器實時顯示工作模式。當(dāng)切換至“自動”模式時，用戶可以設(shè)置三個時間段，每個時間段分別可以設(shè)置水箱的起始溫度和結(jié)束溫度。在對應(yīng)的時間段內(nèi)，如果水箱的溫度沒有達(dá)到起始溫度，電加熱啟動，當(dāng)加熱至結(jié)束溫度時，電加熱停止加熱。當(dāng)溫度再次低于起始溫度5℃時，電加熱器才會再次啟動。默認(rèn)模式（按“用戶/默認(rèn)”鍵）：按“用戶/默認(rèn)”鍵，可以實現(xiàn)兩個模式的直接切換，顯示器實時顯示工作模式。當(dāng)切換至“默認(rèn)”模式時，原廠默認(rèn)設(shè)置三個時間段，分別為6:00—9:00，11:00—13:00,17:00—24:00在這些時間段內(nèi)，如果水箱的溫度低于50℃，則啟動電加熱，當(dāng)加熱溫度至60℃時停止加熱，當(dāng)溫度低至45℃時，才會再次啟動電加熱器。用水?dāng)嚯姽δ?，一旦檢測到有用水，則關(guān)閉任何模式下的電加熱，起到漏電保護(hù)的作用，當(dāng)沒有用水的時候，恢復(fù)用水前的模式。斷電保護(hù)：當(dāng)停電時，溫控儀保留用戶預(yù)置的所有參數(shù)，當(dāng)來電時能按以前設(shè)定的工作模式及功能繼續(xù)運行。1當(dāng)前故障保護(hù)及查詢，當(dāng)發(fā)生故障時，故障燈閃爍，一鍵加熱，用戶模式，默認(rèn)模式都不能工作，防止帶故障運行損壞設(shè)備，故障顯示頁面實時顯示當(dāng)前故障，方便用戶查看。 分戶控制器的總體結(jié)構(gòu)由于不需要連接太陽能集熱器，分戶系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制電路、分戶水箱和分戶管道控制三部分構(gòu)成。其中單片機(jī)控制電路是系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)完成換熱的重要保障，它完成對分戶水箱換熱、電加熱、模式設(shè)置和用電保護(hù)等功能，其硬件主控電路板如圖51所示。該系統(tǒng)的實現(xiàn)主要由硬件電路的實現(xiàn)主要由單片機(jī)及其外圍電路、溫度檢測電路、漏電檢測與保護(hù)電路、實時時鐘與存儲電路、串口通信與下載電路、按鍵/液晶顯示電路、控制信號輸出電路等組成，功能框圖如圖52所示。電源電路板PCB如圖53所示，主控電路板PCB圖如圖54所示。51 硬件主控電路板圖Fig 51 Hardware of main control circuit board diagram圖52 系統(tǒng)功能框圖Fig 52 System function block diagram53電源電路板PCB圖Fig 53 The power supply circuit board PCB map54主控電路板PCB圖Fig 54 The main control circuit board PCB map 分戶控制器的主控電路原理與結(jié)構(gòu)主控電路采用的控制芯片是周立功單片機(jī)公司LPC1100系列CortexM0核心的Arm單片機(jī)LPC1114。LPC1114是基于ARM CortexM0的微控制器，可用于高集成度和低功耗的嵌入式應(yīng)用。ARM CortexM0是第二代內(nèi)核，它提供了一個簡單的指令集，可以實現(xiàn)確定性行為。其工作頻率高達(dá)50MHz。LPC1114的外設(shè)包括：高達(dá)32kB的Flash、8kB的數(shù)據(jù)存儲器、一個Fastmode Plus的接口、一個RS485 /E IA485 UART、2個SSP接口、4個通用定時器，以及多達(dá)42個通用I/O引腳，其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖55所示。LPC1114 引腳使用情況如表52。表52 LPC1114引腳功能定義Table 52 The LPC1114 pin function definition電加熱指示燈手動模式鍵工質(zhì)循環(huán)指示燈用戶模式鍵報警指示燈強(qiáng)制電加熱“上”鍵分戶管道溫度傳感器“下”鍵分戶水箱溫度傳感器“左”鍵液位傳感器“右”鍵電加熱“確定”鍵蜂鳴器圖55 LPC1114引腳配置Fig 55 The LPC1114 pin configuration其主控電路原理圖如圖56所示。 圖56 主控電路原理圖Fig 56 The main control circuit diagram 各部分電路原理與結(jié)構(gòu)圖57 按鍵電路圖Fig 57 Key circuit diagram顯示模塊采用的液晶顯示屏為金鵬電子的OCMJ系列產(chǎn)品，自帶中文字庫，能顯示漢字4行8列，液晶屏采用串行接口方式，這樣能有效節(jié)約處理器的端口資源。58 液晶顯示電路Fig 58 Liquid crystal display circuit該模塊采用通信方式，只需兩根數(shù)據(jù)線SDA和SCL即可完成單片機(jī)對實時時鐘芯片SD2403和存儲芯片AT24C04中數(shù)據(jù)的讀寫，快捷方便，而且節(jié)省單片機(jī)資源。實時時鐘芯片SD2403具有內(nèi)置晶振、內(nèi)置單路定時/報警終端輸出、具有標(biāo)準(zhǔn)接口、內(nèi)置時鐘精度數(shù)字調(diào)整功能、具有后備電池輸入腳。電路圖如圖59，其引腳圖如圖510所示引腳功能如表53所示。存儲芯片AT24C04是一個4K位串行CMOS ，內(nèi)部有512個8位字節(jié)、1個8字節(jié)頁寫緩沖器、具有標(biāo)準(zhǔn)接口、有專門的寫保護(hù)功能。其引腳圖如圖511所示引腳功能如表54所示。圖59 時鐘與存儲電路Fig 59 Clock and memory circuit 圖510 SD2403管腳圖 圖511 AT24C04管腳圖Fig 510 The SD2403 pin map Fig 511 The AT24C04 pin map 表53 SD2403引腳功能表 54 AT24C04引腳功能Table 53 The SD2403 pin function table Table 54 The AT24C04 pin function table腳號名稱功能腳號名稱功能1Vbat備用電源輸入腳1A0器件地址選擇2NC懸空或接地2A1器件地址選擇3NC懸空或接地3A2器件地址選擇4GND接地4GND接地5SDA串行數(shù)據(jù)地址5SDA串行數(shù)據(jù)地址6SCL串行時鐘輸入6SCL串行時鐘輸入7INT報警中斷輸出7WP寫保護(hù)8VCC電源8VCC電源該模塊中的繼電器為DC12V，其控制電加熱的繼電器功率可達(dá)8800W(實際限額4000W)。單片機(jī)輸出的控制信號通過ULN2003驅(qū)動放大，控制繼電器的開閉，其中ULN2003還有自動為繼電器線圈續(xù)流的功能，它是由7個硅NPN復(fù)合晶體管組成。電加熱電路如圖512所示，ULN2003引腳圖如圖513所示引腳功能如表54所示。圖512 電加熱電路Fig 512 The electric heating circuit表54 AT24C04引腳功能Table 54 The AT24C04 pin function腳號名稱功能1~7IN1~IN7CPU脈沖輸入端8GND接地9CLA7個續(xù)流二極管公共端10~16OUT1~OUT7脈沖信號輸出端 圖513 AT24C04管腳圖 Fig 513 The AT24C04 pin map串口通信電路主要由一片MAX232組成，通過電平轉(zhuǎn)換，按照232通信協(xié)議實現(xiàn)單片機(jī)與電腦的串口通信。圖514 串口通信電路Fig 514 The serial munication circuit溫度測量電路的測溫原理是利用熱敏電阻的特性,將其與7404非門組成一個簡單的RC震蕩電路。74HC04由六個反相器組成，當(dāng)輸入為高電平時,輸出就為低電平，反之亦然。由于熱敏電阻的阻值隨著溫度而改變，單片機(jī)測量非門輸出的頻率也跟著發(fā)生改變，原理圖如圖515所示。圖515 RC震蕩器測溫原理Fig 515 RC oscillator temperature measuring principle該電路的基本工作原理是利用電阻Rt給電容器的