太阳能热水器水位水温无线控制系统设计.doc

太阳能热水器控制装置的设计一、设计目的目前在洗浴与采暖系统中广泛采用集热器与水箱相结合的方法，达到节能的目的。为此需要设计一种控制装置，以实现太阳能热水器水位、水温自动检测、根据需要自动控制。装置为现有太阳能热水器配套相应控制器，达到方便用户，环保节能的效果。二、太阳能热水器控制系统组成以洗浴系统为例，图为太阳能热水器控制系统组成框图。在热水器储热水箱底部和顶部，在集热器入口和出口，各安放一只铂电阻温度传感器，负责检测4点温度，在水箱顶部安装连杆浮球电接点液位开关，检测水位。在水箱内部插入三组电加热器，在集热器进水管道绕保温加热丝，在集热器进水管接循环泵。水箱上水采用浮球自动上水（即始终使水位处于满水位）。控制器以PIC单片机PIC16F877为核心芯片，扩展接口电路。由温度传感器、液位开关实现各点信号的提取。温度信号经过电桥电路、放大电路变为标准信号送入单片机，A/D转换后变为数字量，由单片机计算各点温度。水位信号直接送入单片机I/O口。单片机进行数据处理，各点温度由数码管显示器显示，水位由阵列LED指示。水位上下限和各点水温及温差上下限由键盘设定。当水位低于下限值时，自动开启电磁阀上水，直到上水至上限值关闭电磁阀；当水温低于下限时，接通电加热器加热，直到加热到设定上限温度停止；当管道温度过低时，接通电加热带保温，直到温度达到设定温度；当集热器出口温度与水箱温度温差超过设定上限值时，开启循环泵，水循环。由于水箱电加热器功率达到4060KW，需要380V供电，供电电流达到100A以上，需要3组电加热器加热。控制器采用大功率固态继电器或大功率交流接触器。可利用谷时电（夜晚）对水箱进行加热，控制器可定时设置加热时间，也可定时上水。加日历时钟芯片，设定时间与日历时钟芯片读出时间比较，到时，加热或上水。三、设计要求室外控制器负责检测水温、水位，并按控制要求进行控制。将水温、水位等传送（无线）给室内控制器。室内控制器负责、水温、水位的设定显示，电加热器、电热带、电磁阀等控制，出现故障报警。两个控制器采取无线方式通信。1、系统功能（1）显示水温099显示09.9m水位显示时：分北京标准时间显示（2）设置与控制水位设置：设置上水停止水位。手动上水：当水位低于设置水位时，按上水键，上水指示灯亮，上水至设置水位。水位高于设置水位时，上水至100%停止。在上水过程中，按停止键停止上水。缺水上水：当水位低于25%时，缺水声光报警，延时10秒，自动上水至设置水位。水温设置：设置电加热器加热温度。手动随时加热：当水温低于设置温度时，加热至设置温度后自动停止，在加热过程中，按停止键停止加热。管道保温：管道温度传感器检测管道温度低于0时，自动启动电热带，同时管道保温指示灯亮。（3）保护报警水满报警：上水到100%，蜂鸣器报警。缺水报警：水位低于25%时，蜂鸣器报警。防炸管保护：为防止空晒造成炸管现象，温度高于95时不自动上水，可手动上水至设置值。防干烧保护：当水位低于25%，控制器自动上水至设置水位，然后启动电辅助加热器加热到设置温度。掉电保护：系统停电后，所设置的数据、功能输出保持，北京时间实时更新。看门狗保护（4）检测传感器断线等故障检测水流检测：当有热水流动时，关闭电辅助加热器，关闭电磁阀停止上水。传感器检测水温、管道温度和水箱液位，实时处理显示与报警。2、设计要求（1）系统总体方案设计（室内室外控制器组成框图） （2）设计室内控制器与室外控制器硬件电路（3）设计室内控制器与室外控制器应用程序（4）室内控制器与室外控制器无线通信系统研究与设计铂电阻温度传感器选型与接口电路设计液位传感器选型与接口电路设计模拟量、开关量信号调理电路设计A/D转换电路设计单片机与最小系统设计键盘电路设计显示电路设计LED驱动电路设计日历时钟电路设计数据存储电路设计看门狗电路设计驱动控制电路设计保护报警电路设计电源电路设计软件：相应采集、处理、显示、控制应用程序设计 3、解决的关键技术： 大功率加热器驱动控制电路设计与实现 系统的稳定性可靠性设计与实现根据系统不同功能要求，设计相应应用程序。四、工作进程1、 查阅资料及调研：完成课题的调研。确定研究构想与思路、主要研究内容及拟解决的关键技术，实施路线及可行性分析，确定课题进展计划。2、 软硬件设计：完成控制器各模块硬件电路设计与应用程序编写，进行模块调试。3、实验联合调试4、设计电路板的原理图及底图，设计控制器面板图，制作控制器面板和线路板。控制器实验调试。5、控制器柜制作，控制器的安装，控制器现场联调.单片机采用MICROCHIP公司的PIC系列单片机。（学习软硬件）看相关书籍，下载开发工具软件。PIC开发工具软件：汇编语言采用MPLAB IDE V7.50 C语言采用MPLAB C18C编