陳昌燕，楊志保

中國(guó)建筑第二工程局有限公司

基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)

陳昌燕，楊志保

中國(guó)建筑第二工程局有限公司

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

單片機(jī)；水溫控制；電磁閥

前言

在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器中，調(diào)節(jié)太陽(yáng)能熱水器水箱內(nèi)的水溫,獲得出水口的恒溫是最為常見(jiàn)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(fèi)，為此筆者設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)、溫度傳感器、冷熱水電磁閥及溫度設(shè)定、報(bào)警等部分構(gòu)成的太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)具備著簡(jiǎn)單有效、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。

1.總體設(shè)計(jì)方案

為了能夠通過(guò)設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水溫的恒溫控制，太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)需要通過(guò)脈沖寬度調(diào)制方式動(dòng)態(tài)調(diào)整冷、熱水電磁閥的導(dǎo)通時(shí)間，這樣就可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)實(shí)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(jì)

2.1 電磁閥

在這一太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)的電磁閥設(shè)計(jì)中，筆者選擇了普通的2W160-15直動(dòng)式膜片結(jié)構(gòu)常閉型電磁閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié),并通過(guò)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(gè)系統(tǒng)的成本。

2.2 溫度傳感器

在溫度傳感器的設(shè)計(jì)中，結(jié)合太陽(yáng)能熱水器的使用實(shí)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?yáng)能熱水器時(shí)20～80℃的需要，這一溫度傳感器需要與單片機(jī)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(jì)中，為了能夠較好的滿足人們的日常需要，筆者設(shè)計(jì)了兩個(gè)按鈕可以進(jìn)行±1℃式的溫度調(diào)節(jié)，這兩個(gè)按鈕直接連接在單片機(jī)的中斷引腳P3.2和P3.3。

2.4 單片機(jī)

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

2.5 混水室

混水室是實(shí)現(xiàn)水溫恒定的關(guān)鍵，為此筆者選擇了長(zhǎng)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(jì)就能夠較好的彌補(bǔ)電磁閥頻率較小帶來(lái)的系統(tǒng)滯后問(wèn)題。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序

在太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)中，其需要根據(jù)使用者設(shè)定的出水溫度進(jìn)行冷、熱水電磁閥的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)出水溫度的恒溫控制，為此筆者設(shè)計(jì)了圖1所示的太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)主程序流程圖，通過(guò)這一流程圖我們能夠較為清楚的了解主程序的運(yùn)行規(guī)則，而結(jié)合硬件設(shè)備太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)就能夠較好的實(shí)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(yáng)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?yàn)槠涮峁椭?，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(kāi)時(shí)間，而不負(fù)責(zé)改變電磁閥驅(qū)動(dòng)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(guò)這一流程圖我們能夠看出，為了避免單獨(dú)調(diào)整一個(gè)水閥導(dǎo)致流量變化過(guò)大，筆者設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)與分析

在完成這一太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)后，為了對(duì)系統(tǒng)的使用效果進(jìn)行測(cè)試，筆者首先設(shè)定了出水溫度為30℃，而根據(jù)測(cè)量結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在著溫差較大時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，這一問(wèn)題的出現(xiàn)主要是由于整個(gè)系統(tǒng)的控制方式較為簡(jiǎn)單所致，為了解決這一問(wèn)題，筆者在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)時(shí)選擇了PID調(diào)節(jié)方式，這就使得調(diào)節(jié)時(shí)間大大降低。

結(jié)論

該系統(tǒng)能夠通過(guò)調(diào)整冷、熱水電磁閥導(dǎo)通率來(lái)使混合水保持恒溫，而系統(tǒng)具備的報(bào)警等功能也使得其具備著較高的實(shí)用性。不過(guò)由于設(shè)計(jì)中選擇的電磁閥等部件存在的性能較差問(wèn)題，該系統(tǒng)本身還存在著一定缺陷，但這一設(shè)計(jì)思路還是存在著一定借鑒價(jià)值，希望論文內(nèi)容能夠?yàn)槲覈?guó)太陽(yáng)能熱水器的相關(guān)發(fā)展帶來(lái)一定幫助。

[1]舒易茂,李斌.基于89C52單片機(jī)的太陽(yáng)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(jī)的太陽(yáng)能熱水器出水恒溫控制系統(tǒng)[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,06:339-342.