農(nóng)村太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水裝置的設(shè)計(jì)

沈兆振

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院安全工程系，江蘇徐州221011）

農(nóng)村太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水裝置的設(shè)計(jì)

沈兆振

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院安全工程系，江蘇徐州221011）

分析農(nóng)村太陽(yáng)能熱水器使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，針對(duì)農(nóng)村用水特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種專門用于農(nóng)村太陽(yáng)能熱水器的智能上水裝置，該裝置控制核心采用555時(shí)基電路芯片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，滿足用戶需求。

太陽(yáng)能熱水器；自動(dòng)上水；555時(shí)基電路

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，太陽(yáng)能熱水器因其節(jié)能、高效、經(jīng)濟(jì)而備受廣大農(nóng)民朋友的認(rèn)可。但目前受限于自來(lái)水管網(wǎng)的普及程度，在有些地區(qū)，還沒(méi)有自來(lái)水，這種情況下農(nóng)戶在使用太陽(yáng)能時(shí)，則通過(guò)安裝副水箱，手動(dòng)上水來(lái)達(dá)到使用太陽(yáng)能熱水器洗浴的目的。手動(dòng)上水一般有兩種方式：一是人工擔(dān)水，注入到副水箱；另外一種是安裝水泵，觀測(cè)副水箱中水位，當(dāng)觀察到水位降低到一定位置，人工開(kāi)啟水泵，抽取地下水。第一種上水方式，浪費(fèi)人力，第二種上水方式，受人為因素影響，容易造成副水箱溢水，浪費(fèi)水資源和電力資源。繁瑣的上水手動(dòng)上水方式，影響農(nóng)民的生活質(zhì)量。有些農(nóng)戶為此而放棄了太陽(yáng)能熱水器。

針對(duì)農(nóng)村無(wú)自來(lái)水地區(qū)太陽(yáng)能熱水器上水的情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水裝置。

1太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水的研制

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水系統(tǒng)主要由自動(dòng)上水控制箱、單向閥、液位傳感器、副水箱、管路等組成。

太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水控制裝置接通電源，啟動(dòng)后，根據(jù)副水箱中液位傳感器，檢測(cè)到水箱內(nèi)的液面位置。如果超過(guò)副水箱設(shè)定的水位上限，水泵斷電，停止上水；低于副水箱設(shè)定的水位下限，水泵開(kāi)始工作，抽取地下水，開(kāi)始向副水箱注水。如圖1所示。

圖1 太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 電路設(shè)計(jì)說(shuō)明

太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水裝置的核心元器件是555時(shí)基集成電路芯片[1-2]。

555時(shí)基集成電路芯片（如圖2所示），外部共有8個(gè)引腳，其內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器A1、A2，一個(gè)R-S觸發(fā)器，一個(gè)放電晶體管VT和一個(gè)由3只全電阻組成的分壓器。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓

圖2 555定時(shí)器功能框圖

555時(shí)基集成電路共8個(gè)引腳，塑料雙列直插式封裝。其內(nèi)部由模擬電路和數(shù)字電路組成。有2個(gè)輸入端，一個(gè)是引腳6（閾值輸入端TH）低電平有效，另一個(gè)是引腳2（觸發(fā)輸入端TR），低電平有效。引腳1為公共端，引腳4是總復(fù)位端MR，低電平有效。引腳5為控制端UC.引腳7為放電端DIS，引腳8為電源正極端UCC.

本裝置控制部分主要采用555時(shí)基電路，以及一些必要的電氣元件，構(gòu)建雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，從而完成太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水控制功能。

1.3 控制電路原理分析

太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水裝置電路由主回路和控制回路構(gòu)成。主回路主要用來(lái)控制水泵工作。其電路設(shè)計(jì)如圖3所示。控制回路主要用來(lái)判斷太陽(yáng)能熱水器副水箱中的水位，根據(jù)采集到水箱水位的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)水泵工作。

圖3 太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水裝置電氣原理圖

在副水箱中安裝三個(gè)液位傳感器，四個(gè)電極分放別置于水箱的不同位置。其制作方法為在桿上固定絕緣銅芯線，在線的底端連接一個(gè)耐腐蝕的鎳鋯合金電極。根據(jù)太陽(yáng)能熱水器主水箱補(bǔ)水的需要，設(shè)定副水箱允許最低水位L、最高水位M、基準(zhǔn)水位M.

1.3.1 水泵向副水箱注水

當(dāng)水池水位位于探頭L以下時(shí)，555時(shí)基電路2、6引腳的兩電位近似為零，555時(shí)基電路置位，3引腳輸出高電平，中間繼電器K吸合，其常開(kāi)觸點(diǎn)K-1閉合，主回路導(dǎo)通，交流繼電器KM吸合，水泵電機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始向副水箱注水，同時(shí)控制箱中LED燈點(diǎn)亮，表明水泵工作。當(dāng)水位上升到探頭L位置時(shí)，由于水中雜質(zhì)存在，此時(shí)水電阻接入控制回路，電阻R3、R4與R2分壓（電阻R3、R4、R2阻值大小不同），使時(shí)基電路2、6引腳的電平升至根據(jù)555時(shí)基電路的特性，引腳3狀態(tài)不發(fā)生改變，水泵電機(jī)繼續(xù)，向副水箱注水。

隨著注水繼續(xù)，當(dāng)副水箱中的水位到達(dá)探頭H時(shí)，由于水電阻的存在，電阻R4被短接，此時(shí)555時(shí)基電路的引腳2、引腳6的電平由電阻R2、R3分壓決定，即高于電平位于555時(shí)基電路復(fù)位，引腳3由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，中間繼電器K斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)K-1由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌ｉ_(kāi)狀態(tài)，交流繼電器KM斷電，水泵電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)LED熄滅，K釋放，注水停止。

1.3.2 副水箱向太陽(yáng)能熱水器主水箱補(bǔ)水

副水箱向太陽(yáng)能主水箱補(bǔ)水時(shí)，副水箱水位逐漸下降，當(dāng)探頭M脫離水面時(shí)，R4串入分壓電路，使分壓點(diǎn)電平固定在，555時(shí)基電路的各引腳狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，水泵不工作。

當(dāng)水位下降至探頭L以下時(shí)，電阻R4懸空，555時(shí)基電路引腳2電平由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，555時(shí)基電路置位，引腳3由跳轉(zhuǎn)為高電平，中間繼電器K吸合，其常開(kāi)觸點(diǎn)K-1閉合，水泵工作向水池注水。同時(shí)LED燈點(diǎn)亮。

控制回路中設(shè)置電容C3、C4和電阻R1，其主要作用在555時(shí)基電路在發(fā)生置位與復(fù)位跳轉(zhuǎn)時(shí)，存在延時(shí)，消除因水位抖動(dòng)對(duì)電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)的影響。按鈕S主要用來(lái)控制系統(tǒng)工作時(shí)出現(xiàn)意外，強(qiáng)制停機(jī)。

2結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水裝置，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)的控制功能。該裝置工作電壓采用安全電壓，系統(tǒng)工作可靠，成本經(jīng)濟(jì)，且安裝方便，解決了農(nóng)村無(wú)自來(lái)水地區(qū)太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水的難題。

[1]陳永甫.新編555集成電路應(yīng)用800例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]陳有卿.555時(shí)基電路原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

Design of the SolarWater Heater Automatic Water Device in the Countryside

SHEN Zhao-zhen
（Departmentof Safety Engineering Jiangsu Security Technocology Carrer Academy，Xuzhou Jiangshu 221011，China）

The paper analyzes problems existing application of a water heater using solar energy in rural area. According to the characteristics of the rural water，designed a dedicated to rural solar energy water heater intelligent water device，which is adopted in the core 555 time base circuit chip，Simple structure，and stable performance.The device can meet the demand of users.

the ruralwater；automatic water flooding；555 time-base circuit

TP2

A

1672-545X（2016）12-0151-02

2016-09-24

沈兆振（1975-），男，江蘇沛縣人，碩士研究生，講師，從事機(jī)械電子工程方面的研究。