太陽能熱水器水位溫度檢測控制系統(tǒng)正文-在線瀏覽
2024-08-17 13:33本頁面
【正文】 促進太陽能熱水器的健康發(fā)展[1]。直到改革開放以后,我國太陽能熱水器的發(fā)展才進入高速發(fā)展期,目前中國太陽能熱水器的年生產(chǎn)量是歐洲的2倍，北美的4倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和最大的太陽能熱水器市場[2]。在農(nóng)村地區(qū)和中小城市，太陽能熱水器已經(jīng)成為提高人民生活質(zhì)量，全面建設(shè)小康社會的重要手段。中國太陽能熱水器在近3年時間內(nèi)還將保持30%以上的增長速度，市場潛力巨大[2]。其工作原理為：集熱器吸收陽光照射將其轉(zhuǎn)化為熱能加熱管中的水，利用冷水下沉熱水上浮的原理，從而使熱水循環(huán)至水箱，水箱可以保溫并可以供數(shù)小時后用戶使用熱水。對目前市場上的各種“智能儀”功能的分析,感覺到這些智能儀與人們的理想要求—“智能化”控制還有一定的距離。由水位傳感器根據(jù)缺水或滿水時發(fā)出的不同信號使控制半導(dǎo)體器件截止或?qū)?從而進一步控制繼電器、電磁閥的開合狀態(tài),來進行補水與否。主要是“缺水”的定義難以把握。當(dāng)水用完時出于不能空曬的考慮而立即補水, 似乎合情合理,但若進一步分析:如果當(dāng)天晚上仍有少量余水就不能立即補水。如果設(shè)計成低于設(shè)定水位就立即補水,這種情況下,人們只要一打開用水閥,熱水流出來,冷水便會自動流入補充造成冷熱水互混,既便滿水箱的熱水用戶也用不上。溫度控制部分的過程為這樣的控制要求,看上去就是“恒溫”控制,有許多成熟的恒溫電路設(shè)計方案可以解決。(2) 人工啟動電加熱至有熱水可用,往往需要相當(dāng)長的加熱時間(一般需要23 小時)[4]。(3)很多熱水器沒有低溫保護裝置，這在極端天氣條件下會使太陽能熱水器發(fā)生致命性損壞。本文分三大部分。第二部分包括第二、三章，給出太陽能熱水器水位溫度檢測控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。2系統(tǒng)硬件設(shè)計 整體設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)要求,由于系統(tǒng)運算量不是很大,沒有太多的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存,使用AT89S52已完全能夠滿足要求。單片 機水位檢測電路溫度檢測電路輔助加熱裝置水位溫度顯示上水繼電器防凍加熱裝置 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 水位測量 目前市場上太陽能熱水器的水位傳感器主要有：水電接觸的電極式傳感器、霍爾效應(yīng)的浮子式傳感器和壓力式傳感器[3]，它們各有優(yōu)缺點，最突出和普遍的問題是電極式和浮子式傳感器的缺陷是所顯示的水位很粗糙，一般顯示水箱水位只有45點，壓力式傳感器雖然可以連續(xù)顯示水箱水位的狀態(tài)，但成本很高。目前使用最廣泛的電極式傳感器由于水電接觸，有回路電流會影響水質(zhì)要面臨淘汰，浮子式傳感器雖然是水和電非接觸測量，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差。電容傳感器是利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量，從而使電容量發(fā)生變化的原理制成的。其中，電容式液位傳感器是利用液位的變化使電容值改變的原理進行測量。ε0、ε分別為空氣和被測水的介電常數(shù)，其中ε0=1012F/m[6],蒸餾水的介電常數(shù)ε=80ε0[6]。根據(jù)圓柱體的電容公式可得，液體部分電容量 為: （）液體以上部分電容的電容值C2 為: ()總電容量C 為:C = C1 + C2 = () 在液位為零時,初始電容量C0 為: （）因此,在液位為H 時,相對于無水時的電容變化量CX 為:CX = C C 0 = （）由式() 可知,傳感器的電容變化量與水位高度H 成正比，因此，可以通過測量電容值的大小來計算熱水器內(nèi)水箱的水位高度。目前這樣的轉(zhuǎn)換電路種類很多，電容電壓裝換電路（CV）和電容電流(CI)裝換電路然技術(shù)比較成熟，但是其要經(jīng)過檢波、濾波、信號放大、AD轉(zhuǎn)化等步驟，轉(zhuǎn)換電路比較復(fù)雜，在這些過程中容易產(chǎn)生誤差，而電容頻率裝換電路比較容易實現(xiàn)，在傳輸中信號不發(fā)生變化，更能真實反映水位的變化。正式基于這樣的考慮，NE555的8腳、4腳外接+5V電源，4腳與Ra，Rb，電容傳感器CX串聯(lián)后接地，7腳接至Ra，Rb之間，6腳與2腳連接后接至Rb和電容傳感器CX之間，這樣就組成了一個多諧振蕩器。在這一過程中，Ra，Rb上是總有電流的。充電時間為；放電時間為。對應(yīng)水位為0時的電容量為C0 ,則輸出頻率的周期T0 為: () 那么相對于無水時的電容變化值CX 為: ()從式() 可以看出,由于T0 、Rb 都是不變的,輸出信號Fout的周期與被測電容CX 為線性關(guān)系。為了提高周期測量精度，我們測量10個方波周期的時間，來計算水位高度。由此當(dāng)水位為0時，其電容傳感器為32PF,；而水箱水滿時，電容C=2567PF,T=。比較新型的測溫元件數(shù)字溫度芯片DS18B20，實現(xiàn)輸出信號全數(shù)字化，便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器AT89S52構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,測溫電路比較簡單。數(shù)碼管具有電路結(jié)構(gòu)簡單、低損耗、壽命長、耐老化、成本低、對外界要求低、易于維護、操作簡單等優(yōu)點，可采用數(shù)碼管動態(tài)顯示。在單片機系統(tǒng)中，LED顯示接口一般采用靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)掃描兩種驅(qū)動方式。只要保證一定的顯示頻率，看起來的效果和一直顯示時一樣的。本設(shè)計的LED顯示接口采用動態(tài)掃描的驅(qū)動方式，采用四位一體的LED數(shù)碼管進行顯示，ArkSP410561K數(shù)碼管共陽極，用PNP三極管S8550進行驅(qū)動。LED數(shù)碼管從左到右分別顯示百位、十位、個位。 顯示電路 加熱電路設(shè)計 防凍加熱控制電路在氣溫低于冰點的時候，太陽能熱水器的水箱會結(jié)冰導(dǎo)致熱水器的損壞，而目前防凍保護裝置在太陽能的生產(chǎn)使用中沒有受到應(yīng)有的重視，08年冰凍雪災(zāi)致使南方很多熱水器發(fā)生故障正式證明了這一點，所以在太陽能熱水器水箱中安裝防凍加熱裝置時很有必要的。太陽能熱水器在是利用太陽能來對水進行加熱的，但是當(dāng)天氣情況不好時，太陽能就不能將水箱中的水加熱到設(shè)定的溫度，此時，就需要輔助加熱系統(tǒng)對水進行加熱。這樣方式雖然電路極為簡單，但由于太陽能水箱中的水很多，特別是水箱容量大的太陽能熱水器會造成使用后仍留大量熱水的情形，這樣造成電能浪費，環(huán)保效益很低；所以本文采用在出水管處加即熱式電熱水裝置實行輔助加熱，使用多少水加熱多少水。，其工作原理為：當(dāng)用戶
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