基于單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)

陳昌燕，楊志保

中國建筑第二工程局有限公司

基于單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)

陳昌燕，楊志保

中國建筑第二工程局有限公司

我國當(dāng)下大部分太陽能熱水器存在的出水溫度不穩(wěn)定的問題，這就在很大程度上造成了水資源的浪費，針對這一問題，本文就單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)進行了具體研究，希望這一研究能夠在一定程度上解決太陽能熱水器所面臨的出水溫度問題。

單片機；水溫控制；電磁閥

前言

在傳統(tǒng)的太陽能熱水器中，調(diào)節(jié)太陽能熱水器水箱內(nèi)的水溫,獲得出水口的恒溫是最為常見的出水恒溫控制方式，但這種方式很容易造成不必要的浪費，為此筆者設(shè)計了一種由單片機、溫度傳感器、冷熱水電磁閥及溫度設(shè)定、報警等部分構(gòu)成的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)具備著簡單有效、成本低廉的優(yōu)勢。

1.總體設(shè)計方案

為了能夠通過設(shè)計的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)實現(xiàn)水溫的恒溫控制，太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)需要通過脈沖寬度調(diào)制方式動態(tài)調(diào)整冷、熱水電磁閥的導(dǎo)通時間，這樣就可以在較長時間內(nèi)實現(xiàn)冷、熱水流量調(diào)節(jié)，從而得到恒溫的溫水。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 電磁閥

在這一太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)的電磁閥設(shè)計中，筆者選擇了普通的2W160-15直動式膜片結(jié)構(gòu)常閉型電磁閥進行流量調(diào)節(jié),并通過三極管間接控制電磁閥的通斷，這樣就能夠較好的降低整個系統(tǒng)的成本。

2.2 溫度傳感器

在溫度傳感器的設(shè)計中，結(jié)合太陽能熱水器的使用實際，筆者選擇了DALLAS公司的DS18B20一線式數(shù)字溫度傳感器，這一傳感器能夠較好的滿足人們?nèi)粘Ｊ褂锰柲軣崴鲿r20～80℃的需要，這一溫度傳感器需要與單片機的P1.4相連[2]。

2.3 溫度調(diào)節(jié)

在溫度調(diào)節(jié)的硬件設(shè)計中，為了能夠較好的滿足人們的日常需要，筆者設(shè)計了兩個按鈕可以進行±1℃式的溫度調(diào)節(jié)，這兩個按鈕直接連接在單片機的中斷引腳P3.2和P3.3。

2.4 單片機

本文進行的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)選擇了AT89C2051單片機作為系統(tǒng)的核心，這一選擇能夠較好的保證系統(tǒng)的價格低廉與可靠性。

2.5 混水室

混水室是實現(xiàn)水溫恒定的關(guān)鍵，為此筆者選擇了長10 cm、內(nèi)徑為12.7 mm的四分管作為混水室，這一混水室設(shè)計就能夠較好的彌補電磁閥頻率較小帶來的系統(tǒng)滯后問題。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 主程序

在太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計中，其需要根據(jù)使用者設(shè)定的出水溫度進行冷、熱水電磁閥的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)出水溫度的恒溫控制，為此筆者設(shè)計了圖1所示的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)主程序流程圖，通過這一流程圖我們能夠較為清楚的了解主程序的運行規(guī)則，而結(jié)合硬件設(shè)備太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)就能夠較好的實現(xiàn)自身的功能。

圖1 系統(tǒng)程序流程圖

圖2 冷熱水電磁閥調(diào)整子程序流程圖

3.2 冷熱水電磁閥調(diào)整子程序

從圖2我們能夠看出，太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)想要較好的發(fā)揮自身功能，還需要冷熱水電磁閥調(diào)整子程序為其提供幫助，這以程序主要負(fù)責(zé)改變冷熱水電磁閥的導(dǎo)通和斷開時間，而不負(fù)責(zé)改變電磁閥驅(qū)動引腳狀態(tài)。圖2為這一冷熱水電磁閥調(diào)整子程序的程序流程圖，通過這一流程圖我們能夠看出，為了避免單獨調(diào)整一個水閥導(dǎo)致流量變化過大，筆者設(shè)計了輪流調(diào)整冷、熱水閥的導(dǎo)通率的方式完成冷熱水電磁閥調(diào)整。

4.實驗與分析

在完成這一太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)整體設(shè)計后，為了對系統(tǒng)的使用效果進行測試，筆者首先設(shè)定了出水溫度為30℃，而根據(jù)測量結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在著溫差較大時調(diào)節(jié)時間過長的問題，這一問題的出現(xiàn)主要是由于整個系統(tǒng)的控制方式較為簡單所致，為了解決這一問題，筆者在對該系統(tǒng)進行重新設(shè)計時選擇了PID調(diào)節(jié)方式，這就使得調(diào)節(jié)時間大大降低。

結(jié)論

該系統(tǒng)能夠通過調(diào)整冷、熱水電磁閥導(dǎo)通率來使混合水保持恒溫，而系統(tǒng)具備的報警等功能也使得其具備著較高的實用性。不過由于設(shè)計中選擇的電磁閥等部件存在的性能較差問題，該系統(tǒng)本身還存在著一定缺陷，但這一設(shè)計思路還是存在著一定借鑒價值，希望論文內(nèi)容能夠為我國太陽能熱水器的相關(guān)發(fā)展帶來一定幫助。

[1]舒易茂,李斌.基于89C52單片機的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)[J].科技信息,2010,09:103+70.

[2]胥飛,戴曄,盛純.基于單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)[J].上海電機學(xué)院學(xué)報,2010,06:339-342.