【正文】 是當(dāng)時熱泵的初期投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他采暖設(shè)備，加上那個時代燃料能源價格低廉，而驅(qū)動熱泵工作的電能卻十分昂貴，因此在經(jīng)濟(jì)上并不合算。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，進(jìn)入20世紀(jì)70年代之后，世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的爆發(fā)，加速了熱泵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，而熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史。在制冷劑的循環(huán)回路中，壓縮機(jī)吸入溫度較高的低壓制冷劑蒸汽，將其壓縮成為高溫高壓的氣體，再將這些高溫高壓氣體送入冷凝器中去進(jìn)行熱量交換。同時，冷凝器中的高溫高壓氣體變成了低溫低壓的氣體或液體，送入儲液罐。然后，制冷劑蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入，開始下一個循環(huán)。它本身消耗一部分電能，即壓縮機(jī)耗電Qb；同時通過工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在水冷板式換熱器(即冷凝器)中進(jìn)行放熱Qc，根據(jù)能量守恒定律有：Qc=Qa+Qb，即熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功Qb和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量Qa之和；通常Qa為Qb的3倍以上，即能源利用效率達(dá)300％以上，而通常的電熱水器能源利用效率僅為95％左右[1]。由于這些控制點都是開關(guān)量控制，因此可以采用繼電器控制。考慮到熱水器對溫度檢測精度的要求和產(chǎn)品的成本，該控制器采用熱敏電阻來檢測熱泵熱水器的水溫。如此反復(fù)循環(huán)，控制器能夠把熱水出口溫度控制在設(shè)定溫度177。作為一款先進(jìn)的智能型熱泵熱水器控制器，它具有自動化霜和故障報警等功能。停止化霜的條件為管壁溫度大于5?C或化霜時間大于30min。如果經(jīng)過3次連續(xù)化霜管壁溫度都沒達(dá)到5?C，則停止化霜。該控制器對熱水器主要故障，例如壓縮機(jī)高低壓故障和壓縮機(jī)溫度過高等，采取了保護(hù)性措施。同時在顯示面板上顯示故障類型，并把運行指示燈改成閃爍狀態(tài)，以提示用戶。 圖1－2 熱泵熱水器控制器系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖第2章 系統(tǒng)構(gòu)成在硬件設(shè)計中采用賽恩公司最新出品的eCOG1K微處理器為中控芯片，配合多功能數(shù)據(jù)采集芯片，也將大幅提高裝置的抗干擾性能，并降低功耗和成本。主要由兩片eCOG1k、輸入電路組成和輸出電路組成。兩個CPU同時工作，互相監(jiān)督，將采集到的數(shù)據(jù)相互比較，如果結(jié)果相近，則直接采用該結(jié)果；如果結(jié)果相差過大，則通過分析，拋棄誤差較大的結(jié)果。另外，在硬件設(shè)計中采用賽恩公司最新出品的eCOG1K微處理器為中控芯片，配合多功能數(shù)據(jù)采集芯片，也將大幅提高裝置的抗干擾性能，并降低功耗和成本雙CPU電路系統(tǒng)是一種冗余結(jié)構(gòu)，包含2個CPU，其中1個CPU是主CPU，一般處于工作狀態(tài)，另1個是備用CPU。雙CPU電路的原理圖如圖23所示 ：其端口控制的邏輯關(guān)系式為其中n＝1～4，可將以上布爾代數(shù)寫入GAL16V8，如圖2－3所示。 CPU2 不斷檢測CPU1是否有中斷發(fā)生，以此判斷CPU1是否正常工作，如果沒有 CPU2(0)變成CPU2(1),同時 =1。它不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲等的干擾。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。A以下作微小變化，同時也適用于本文所要求的模塊化、分體式結(jié)構(gòu)的特點。A／K AD590工作原理及其測溫電路其工作原理為：以AD590為一橋臂的測溫電橋采取到的溫度信號，經(jīng)差動放大并進(jìn)行緩沖隔離后一路送至數(shù)顯表進(jìn)行數(shù)字化溫度顯示，另一路與設(shè)定值相比較，比較出來的差值由開關(guān)K控制可選擇送入兩路調(diào)節(jié)控制器。用半導(dǎo)體溫度傳感器AD590(IC4)配上相關(guān)電路，可構(gòu)成0～100?C溫度檢測器。A／絕對溫度1度。A(絕對溫度=273+25=298K，因1K的電流輸出為l181。A)。A，適當(dāng)調(diào)整傳感器的電位器VR1，使ICl第⑤腳輸入電壓為298mV，則IC1第⑥腳輸出也為298mV，適當(dāng)調(diào)整VR2可使IC3的第③腳輸入為273mV，因而IC3的第⑥腳輸出也為273mV。本電路的校準(zhǔn)步驟如下：首先將傳感器放入冰中(0?C)，并調(diào)整VR2，使電路輸出為0mV(用萬用表測試)。只要有溫度變化，傳感器輸出電壓就發(fā)生改變，IC2就立刻得到兩個電壓的差值，溫度就會連續(xù)不斷的顯示出來[3]。溫度測控裝置主要采用的是輸出反饋型控制，從這一原理出發(fā)就可以實現(xiàn)恒溫箱的設(shè)定值和實際值之差為最小。通過溫度傳感器我們可以任意控制水的加熱溫度，以滿足使用者的不同需求，同時也為節(jié)能提供了根據(jù)。 我們可以將溫度傳感器安裝在距離電機(jī)較遠(yuǎn)的地方，以減少電磁干擾，從而使溫度傳感器的準(zhǔn)確度更高。：磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時的情況圖26　磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時的情況磁感應(yīng)強(qiáng)度B 較大時的情況：作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢也就越高。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時通上5 V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。由于霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比，根據(jù)水流量的大小啟動熱泵系統(tǒng)[4]。如圖28所示，在下降沿脈沖觸發(fā)開始計數(shù)至下一個下降沿脈沖觸發(fā)為一個周期，則頻率如式24計算可得，這個頻率可以直接被CPU讀取。根據(jù)熱泵系統(tǒng)機(jī)型的不同，選擇最佳的啟動流量，可實現(xiàn)超低壓(0．02 MPa以下)啟動。它裝在熱水器的出水端用于測量出水流量。霍爾元件輸出相應(yīng)的脈沖信號反饋給控制器，由控制器判斷水流量的大小，調(diào)節(jié)控制比例閥的電流，從而通過比例閥控制熱水量，避免熱泵系統(tǒng)在使用過程中出現(xiàn)夏暖冬涼的現(xiàn)象。 CWVH0510水流量傳感器在智能數(shù)碼熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用湛江中信電磁閥有限公司口徑為3cm的CWVH0510型水流量傳感器，它價格較低，體積小、重量較輕便于攜帶，而實際生活應(yīng)用中可以根據(jù)自己的需要，定制口徑和接線端連接方式和線路長短。C(無結(jié)冰狀態(tài)) ：35%～90%RH(無結(jié)霜狀態(tài))： 流量－脈沖特性脈沖頻率（Hz）＝（）10%(垂直方向安裝)=流量（L/min）密封型封閉各孔。以小電容感應(yīng)元式多層液位傳感器為核心研制的液位控制系統(tǒng)能對液位進(jìn)行巡回檢測、顯示和報警，同時采用增量式PID控制算法對液位進(jìn)行智能控制。 系統(tǒng)硬件設(shè)計小電容感應(yīng)元式液位傳感器由按照特定方式排列的一組平板小電容組成。一般地，可以將傳感器做成板狀。實驗證明，可以做成所有小電容有一公共極板的結(jié)構(gòu)。由傳感器的結(jié)構(gòu)可以看到，每一個小電容由兩塊極板、表面的聚四氟乙烯薄膜和兩塊極板間的測量介質(zhì)組成。位于同一介質(zhì)中的小電容將具有相近的電容值。在液位的分界面會出現(xiàn)大的電容值的躍變。調(diào)頻電路將電容式傳感器作為 LC 振蕩器諧振回路的一部分，當(dāng)電容傳感器工作時，電容 發(fā)生變化，就使振蕩器的頻率 f 產(chǎn)生相應(yīng)的變化。如果為理想狀態(tài)，每個處于同一介質(zhì)中的小電容單元必然有相同的對應(yīng)電壓V的輸出。小電容感應(yīng)元式液位傳感器的主要芯片是ispPAC10。和單端I/O比起來，他有有效的雙動態(tài)范圍。不同的峰峰值電壓由不同的輸入、輸出引腳末端的信號決定，例如：若V+=3 V，V=1 V，則差壓為+2 V。計算2個引腳末端的電壓差，為|+2－（－2）|=4 V，可以看出絕對差壓信號產(chǎn)生了有效的動態(tài)范圍。單端運放可以使用一個輸入和(或)輸出引腳來實現(xiàn)，根據(jù)需要，調(diào)整增益，以達(dá)到需要輸出的電平值。參考電壓可通過電壓參考模式或VREFOUT引腳有效輸出到外部熱泵系統(tǒng)中， V，而與輸入模式電平無關(guān)需要時，可用一外部電壓替代VREFOUT，但可選的普通模式輸出電壓VCM必須由用戶通過CMVIN輸入引腳提供，～，當(dāng)用外部電壓代替，并且PAC10必須被編程時，在每一個PAC模塊的基礎(chǔ)上。根據(jù)不同的電壓值對應(yīng)著不同的液位來實現(xiàn)對進(jìn)、出水閥們的控制。 軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件主要由主程序、采樣程序和PID算法程序和一些子程序組成。由于本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是步進(jìn)電機(jī)，所以我們采用了增量式PID控制。 圖215 增量式PID控制算法的流程圖用戶可以通過鍵盤設(shè)定液位的上限值和下限值，以及在任意時候顯示液位的上下限值。 抗干擾對策硬件抗干擾設(shè)計：系統(tǒng)電源是一個重要部件，又是與外部電網(wǎng)直接聯(lián)系的部分，為了防止從電源系統(tǒng)引入干擾信號，在電源輸入端設(shè)置低通濾波器，濾去高次諧波成份。軟件抗干擾設(shè)計：在程序設(shè)計時，將各程序模塊分區(qū)存放，彼此之間空出一些存儲單元，在這些單元中填充FF（RST指令）。利用滑動平均濾波法求取平均值。該液位智能控制系統(tǒng)采用了單片機(jī)作為主控制器，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，由于應(yīng)用了PID控制方案，系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，超調(diào)量小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，具有一定的實用價值?！岜肐C卡系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)分為軟件和硬件兩部分。硬件則包括裝有供熱管理系統(tǒng)軟件的PC機(jī)、液晶顯示屏、智能接觸式IC卡片、IC卡讀寫器、IC卡計費監(jiān)控裝置、控制閥和現(xiàn)場流量采集儀表。用智能IC卡對熱泵進(jìn)行計費和管理控制的基本思想是對供應(yīng)熱水的用戶建立與之相對應(yīng)的IC卡計費監(jiān)控裝置和IC卡賬號，以預(yù)付款的方式進(jìn)行供熱水。在供熱過程中，流量采集儀表測量出熱水的流量、溫度、壓力，并將測得的物理量通過AD590轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)由RS232標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸給IC卡計費監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置計算當(dāng)前用戶熱能費率，進(jìn)行實時累加，并從IC卡中扣除費用。下面就其中幾個關(guān)鍵部分給予說明。SLE4418IC卡共有10248位EEPROM，可逐字節(jié)地進(jìn)行寫操作與刪除操作，每個字節(jié)都有具有程序?qū)懕Ｗo(hù)位。在本系統(tǒng)運行過程中，由CPU將處理后的指紋圖像信息寫入到IC卡中存儲。由于IC卡是信息傳送途徑，安全方面有可能會被人利用失卡、竊卡、偽卡作案，還有設(shè)法找出IC卡上有效數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行修改。 IC卡通信協(xié)議這種通信用RS232為物理接口，以MODBUS協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)，通信協(xié)議描述了IC卡終端請求訪問微機(jī)和IC卡終端的過程，以及怎樣偵測并記錄錯誤。如果需要反饋，它們還將生成反饋信息并在協(xié)議中發(fā)出。如果單獨通信，從設(shè)備返回一消息作為響應(yīng)；如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對等”，如果一設(shè)備發(fā)送一消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從設(shè)備得到回應(yīng)。3）通訊方式全兼容，采用異步通信，起始化1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位l位，無校驗。 系統(tǒng)安全性為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計時，采用了以下幾方面的措施 ：①數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制 對于涉及數(shù)據(jù)庫修改的操作人員，創(chuàng)建每人惟一的賬號密碼，對于可修改數(shù)據(jù)的人嚴(yán)格管理，保證無關(guān)人員無法操作數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)軟件準(zhǔn)確記錄每條重要數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、修改人和時間，保證非法數(shù)據(jù)都有蹤可尋；②IC卡和計費監(jiān)控裝置 發(fā)行IC卡時，在IC卡的數(shù)據(jù)保存區(qū)寫入系統(tǒng)標(biāo)識符，IC卡上的標(biāo)識碼與裝在用戶處的IC卡計費監(jiān)控裝置是惟一對應(yīng)的，每張IC卡上的購熱數(shù)據(jù)必須由該卡對的計費監(jiān)控裝置讀出。③IC卡與指紋結(jié)合進(jìn)行管理 錯誤檢測和恢復(fù) 錯誤檢測和恢復(fù)包括一致性檢查和錯誤處理兩部分。 以上5個關(guān)鍵部分的實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的可靠性和安全性有很大的保障。