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太阳能热水器控制器工作原理

信息来源:nooeoo.com  时间:2008-02-16  浏览次数:154

  太阳能是目前最为“干净”的能源之一。随着消费者环保和绿色意识的提高,太阳能热水器已经开始走进千家万户。这里介绍一种低成本、高性能、全自动的太阳能热水器控制器。它用数字方式显示水温、水位;全自动水位控制,水位低于规定值报警并自动上水,上水到规定水位时自动停止上水(水位的上限可由用户自行设定。设定参数具有断电保护,重新上电不需要用户再设定);水位界于高低水位之间时,可以通过触摸键手动上水、停水;当水压不足时,自动控制增压泵投入工作,避免因水压不足导致上水失败;全自动的温度控制,禁止高温空晒后进水,可以防止真空管因突然注入冷水而爆裂。
  控制器的电路图如附图所示。上述控制功能使用MCU实现,我们根据前面规定的任务要求,选用了SONIX公司的SN8P1706。SN8P1706片内资源包括:8路12位ADC;1路7位DAC;30位数字I/O(SN8P1708有33位I/O);3个定时计数器;2个8位PWM信号输出;7个中断源;1个串行口;1个监视定时器,8层堆栈;4K×16bit OTP ROM作程序存储器;256×8bitRAM数据存储器;其I/O口的最大驱动电流15mA,可直接驱动LED。使用SN8P1700系列MCU,仅仅配以少量的外围电路即可实现大部分民用产品的智能化。太阳能热水器控制器选用SN8P1706,不失为一个低成本、高性能的解决方案。
  系统输入信号有:6个液位信号、1个温度信号、4个触摸键;输出信号有:4位LED数码管分时显示当前温度和液位,3个位输出控制继电器分别控制上水电磁阀、加热泵、增压泵,1个位输出控制蜂鸣器作为低水位报警信号和其他异常情况报警,2个位输出指示上水、加热状态。用户设定项目有水位上限、热水温度、上水定时、加热定时。设定参数用EEPROM保存,停电后参数无需重新设定。系统具有故障自检功能,电磁阀、加压泵在停水时会自动切断,水位传感器有故障时禁止上水,以免上水时溢出。
  液位传感器采用ATS173型霍尔元件,若干霍尔元件固定在一个垂直导槽上,浮子带动磁钢沿导槽移动,霍尔元件的输出经过一个电阻网络转换成不同的电压,经ADC通道送入MCU。这样,仅用一个ADC通道可以实现多路数字信号的输入。温度传感器采用负温度(NTC)型通用热敏电阻,信号经另一路ADC输入MCU。保存设定参数的EEPROM采用HT93LC46,采用串行方式与MCU接口,整个控制器的硬件及对MCU的资源要求降到最低。MCU根据检测到的水位信号、水箱温度信号,以及用户的设定或操作,通过软件进行数值计算和逻辑运算,以确定当前应该进行的操作,并通过输出口控制进水阀、加压泵、加热泵的状态,以实现要求的控制功能。由于SN8P1706的I/O口驱动能力可高达15mA,采用高亮度的LED显示无须再使用驱动器件,可以由SN8P1706的I/O口直接驱动。
  本机采用专用单片机SN8P1706实现。由于SN8P1706的优良性能,除了MCU之外仅仅使用少量必需的外围器件。与通用单片机相比,无须扩展ADC、显示驱动电路,不但节约了硬件成本,也简化了电路,提高了系统的稳定性和抗干扰能力,软件任务也得到了一定的减少。从成本、性能等方面全方位地体贴用户,这里介绍的低成本、高性能的太阳能热水器控制器为目前性能价格比最高的方案之一。它不但可以被热水器生产厂家直接采用,也可以供电子设计爱好者设计制作参考。
  控制器的操作使用方式自然合理。S1用来切换操作状态。控制器有“直接控制”和“参数修改”两种工作状态。按S1键显示“00”,控制器进入“直接控制”状态,显示“01”、“02”、“03”、“04”分别表示“设定水位上限”、“设定定时上水时间”、“设定定时加热时间”、“设定加热温度”。
  进入“参数修改”状态后,S2、S3用来修改规定的参数,S1接受本次修改,并切换到下一个参数,S4取消本次修改。进入“直接控制”后,S2用来手动上水,S3用来手动加热,S4用来停止加热或上水;若水位已经超过设定水位上限,或水温已经超过设定温度,“直接控制”将不起作用。
  设定水位上限:控制器可以监测6个水位,上限水位可以由用户设置,水位上限设置范围为位置3、4、5、6。
  设定定时上水时间:每天在规定时间检查水位,并上满。若设定时间为00或大于等于24,则取消自动定时上水。
  设定定时加热时间:每天在规定时间检查水温,若水温低于设定温度,则接通电加热器,将水温加热到设定温度。若设定时间为00或大于等于24,则取消自动定时加热。
  设定加热温度:定时加热温度也可以由用户设定,可设定范围为20℃~60℃。

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