文/萬(wàn)義星

太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置

文/萬(wàn)義星

江西水利職業(yè)學(xué)院

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步和可持續(xù)理念的不斷深入，節(jié)能環(huán)保成為當(dāng)前人們發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過(guò)程中追求的重要理念。作為一種取之不盡、用之不竭且干凈無(wú)污染的能源，太陽(yáng)能逐漸被應(yīng)用到越來(lái)越多領(lǐng)域中。太陽(yáng)能在熱水器智能控制裝置中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、人性化功能，為人們的生活帶來(lái)了極大的便利。本文將針對(duì)太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置的發(fā)展現(xiàn)狀以及具體的軟硬件裝置設(shè)計(jì)展開(kāi)分析論述。

太陽(yáng)能熱水器；智能控制；硬件裝置

作為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖褂霉ぞ?，熱水器裝置的更新升級(jí)成為眾多專家的關(guān)注點(diǎn)。太陽(yáng)能在熱水器智能控制裝置中的應(yīng)用不僅符合了居民的家用需求，為人們的生活提供了極大地便利，而且其設(shè)計(jì)符合綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展理念，符合國(guó)內(nèi)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而，目前太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置在我國(guó)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，對(duì)此，相關(guān)專家應(yīng)該通過(guò)對(duì)軟硬件裝置的完善，使其進(jìn)一步滿足人們生活的需要。

1 太陽(yáng)能熱水器的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

太陽(yáng)能的應(yīng)用技術(shù)種類多且涉及范圍廣，但是對(duì)其光熱利用主要的產(chǎn)品當(dāng)屬太陽(yáng)能熱水器。太陽(yáng)能熱水器作為一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用且環(huán)保的產(chǎn)品，在全球各國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。由于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)利用的多樣性，世界各國(guó)將其納入了不同的領(lǐng)域范圍：在中國(guó)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要應(yīng)用于洗浴及生活用水方面；在歐洲國(guó)家，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)還被應(yīng)用于建筑的供暖；在美國(guó)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)還被用于游泳池的加熱。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和太陽(yáng)能本身具有的形式簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，中國(guó)對(duì)于太陽(yáng)能應(yīng)用的規(guī)模越來(lái)越大，應(yīng)用發(fā)展也以驚人的速度增快。然而，由于中國(guó)的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)起步較晚，產(chǎn)品形式單一，主要是以簡(jiǎn)易的真空直插式產(chǎn)品為主要代表，工程上的主流產(chǎn)品也只是通過(guò)非承壓?jiǎn)窝h(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，這就導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能熱水器發(fā)展速度和發(fā)展的深入領(lǐng)域受到限制。另外，不同于國(guó)外的分工式生產(chǎn)，中國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)商為了追求更多的利益，往往自身包攬生產(chǎn)的全過(guò)程，因此各大生產(chǎn)商之間沒(méi)有明確的分工。這種分工方面的缺失導(dǎo)致生產(chǎn)太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，最終生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品也無(wú)法做到精細(xì)。最后，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)行業(yè)中存在行業(yè)門(mén)檻低、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一確切、生產(chǎn)廠家繁多、產(chǎn)品技術(shù)含量低等問(wèn)題。這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量低下，進(jìn)而阻礙太陽(yáng)能熱水器行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

2 太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置的硬件設(shè)計(jì)

2.1太陽(yáng)能熱水器智能控制器的硬件結(jié)構(gòu)

為了做好對(duì)太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置的硬件設(shè)計(jì)，首先需要明晰太陽(yáng)能熱水器智能控制器的硬件結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能熱水器智能控制器以單片機(jī)控制為核心，通過(guò)其對(duì)太陽(yáng)能熱水器溫度、水位等信息的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電磁閥、泵的控制，最終幫助用戶在消耗盡少量能源的條件下獲得盡量多的熱水。太陽(yáng)能熱水器智能控制器主要包括負(fù)責(zé)溫度檢測(cè)的溫度傳感器、負(fù)責(zé)水位檢測(cè)的水位傳感器、負(fù)責(zé)控制器控制信息輸入的鍵盤(pán)電路、為控制器提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘電路、負(fù)責(zé)存儲(chǔ)控制器運(yùn)行變量的值的存儲(chǔ)電路、以LCM12864ZK液晶顯示屏為核心部件的液晶電路、幫助單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位的看門(mén)狗電路、驅(qū)動(dòng)繼電器等部件的驅(qū)動(dòng)電路以及負(fù)責(zé)單片機(jī)下載與擦除工作的ISP下載電路。

2.2微處理器最小系統(tǒng)

作為控制器的核心，微處理器具有較強(qiáng)的控制能力、較快的運(yùn)算速度、豐富的外設(shè)資源以及成本的降低控制等多方面的優(yōu)勢(shì)。因此，做好對(duì)微處理器最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作顯得尤為重要。目前，一種名為ATmega16的單片機(jī)被應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，其在能源功耗以及數(shù)據(jù)吞吐速率方面存在不可忽視的優(yōu)勢(shì)效應(yīng)，滿足了太陽(yáng)能熱水器智能控制器對(duì)微處理器的要求。另外，與其他同類型的芯片相比，ATmega16芯片具有較低的價(jià)格，且其穩(wěn)定性及抗干擾性能較好，因此是一款性價(jià)比極高的芯片，可以被很好的應(yīng)用于太陽(yáng)能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)中。

2.3溫度檢測(cè)電路

作為控制器工作的功能之一，溫度檢測(cè)無(wú)論對(duì)于系統(tǒng)工作狀態(tài)的判斷，還是對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持，都具有不可忽視的影響。目前應(yīng)用最為廣泛的溫度傳感器當(dāng)屬DS18B20，它具有體積小、分辨率高、轉(zhuǎn)換快等優(yōu)勢(shì)。加之每一片DS18B20都含有唯一的硅串行數(shù)和其獨(dú)特的單線式總線結(jié)構(gòu)，因此DS18B20非常適合對(duì)于大型多路溫度實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)。至于DS18B20的測(cè)溫原理，則主要是通過(guò)統(tǒng)計(jì)時(shí)鐘周期的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。DS18B20的內(nèi)部振蕩器的震蕩頻率會(huì)受溫度的變化而變化，并通過(guò)內(nèi)部計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)的內(nèi)部震蕩頻率得出相應(yīng)的溫度。對(duì)于DS18B20的工作時(shí)序而言，由于DS18B20是和主機(jī)通過(guò)單總線的串行方式進(jìn)行通訊的，因此在展開(kāi)讀寫(xiě)操作時(shí)必須按照嚴(yán)格的讀寫(xiě)時(shí)序進(jìn)行。其中，通過(guò)單線式總線端口訪問(wèn)DS18B20的協(xié)議包括初始化、ROM操作指令和功能指令這三項(xiàng)，只有每一項(xiàng)都能滿足且順序方面排列正確，才能確保獲得正確的溫度值。

2.4時(shí)鐘電路

作為一項(xiàng)為控制器提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的重要組成部分，可以實(shí)現(xiàn)熱水器24小時(shí)供應(yīng)熱水的目標(biāo)，因此時(shí)鐘電路對(duì)于其應(yīng)用芯片的精度方面要求十分嚴(yán)格。目前因精準(zhǔn)度高而備受歡迎的SD2200年誤差時(shí)間都不超過(guò)2.5分鐘，因此滿足了太陽(yáng)能熱水器智能控制器對(duì)于時(shí)鐘電路的需求。SD2200芯片在進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，首先需要接受開(kāi)始條件，針對(duì)ATmega16傳輸過(guò)來(lái)的指令代碼進(jìn)行解讀；之后展開(kāi)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的工作，要注意此程序的開(kāi)展必須依照自低向高的寫(xiě)入順序；最后展開(kāi)數(shù)據(jù)的讀操作，系統(tǒng)進(jìn)入狀態(tài)寄存器模式或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)讀模式的時(shí)候，寫(xiě)/讀位=1，此時(shí)需要按照從低到高的順序依次讀出數(shù)據(jù)。

3 小結(jié)

綜上所述，當(dāng)前太陽(yáng)能熱水器由于自身存在的巨大優(yōu)勢(shì)被世界各國(guó)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于中國(guó)而言，太陽(yáng)能熱水器仍然具有很大的發(fā)展前景，因此相關(guān)研究專家應(yīng)該通過(guò)借鑒學(xué)習(xí)，完善現(xiàn)階段中國(guó)的太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置，為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的更好利用做出貢獻(xiàn)。

[1]任飛,秦玉偉.太陽(yáng)能熱水器水位和溫度自動(dòng)控制裝置設(shè)計(jì)[J].河南科學(xué),2014,32(3):393-395.

[2]鄭參.智能控制裝置在太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù),2017,(2):65-66.

[3]李文,王奧,樊子曉等.基于介質(zhì)循環(huán)的集熱防凍太陽(yáng)能熱水器[J].節(jié)能,2017,36(10):70-74.