太阳能热水器的市场现状与发展前景

太阳能热水器的市场现状与发展前景

太阳能热泵自动检测系统不足与燃煤发电和加热炉相比，能源清洁、无污染、节约能源和经济等优点。这是一个真正的绿色产品，现在越来越受消费者的喜爱。我国太阳能热水器的品牌很多如皇明、辉煌、光扬、地球等,但众多品牌的太阳能热水器在自动检测与控制方面存在不少问题,如不带自动检测系统;带有自动检测器,但检测精度很低;不带自动上水功能,即使带此功能液位控制用的是浮球实现的,极易出现故障;不带智能控制等,以上缺点给用户带来褚多不便,用户无法了解热水器的水温高低、水量的多少,不能根据水位、水温、天气自动控制上水,使太阳能热水器的使用受到了限制。本设计解决了上述市场上太阳能热水器检测器存在的问题,提出了可行性设计方案。1控制组成太阳能热水器自动检测与控制电路系统设计见图1所示,主要由测温电路、测液位电路、报警电路、电磁阀液位控制、单片机P87LPC764、EEPROM、液晶显示控制面板等组成。2主要规划和电路设计和原理2.1温度测量设计2.1.1热敏电阻的计算太阳能热水器的测温部分采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器,把热敏电阻的阻值变化转换成相应的电压变化值,通过P87LPC764内部的比较器,结合∑—△算法实现A/D转换,用查表计算的方法得出对应的温度值。热敏电阻与温度的准确关系为:RT=R0exp[β(1T−1T0)]RΤ=R0exp[β(1Τ-1Τ0)]式中:R0为温度为T0时的电阻值,T0为基准温度(298.15K,即25℃),β为材料系数。准确公式可以进一步简化为:RT=R0exp[β(1T−1T0)]=Kexp(βT)RΤ=R0exp[β(1Τ-1Τ0)]=Κexp(βΤ)式中:K=R0exp(−βT0)Κ=R0exp(-βΤ0)作为热水器,最大使用概率温度为45℃(318.15K),取一个电阻R1=R(45℃),将热敏电阻RT与固定电阻R1串联,工作电压为VCC,若R1上的电压为VIN,则RT上的电压为VCC-VIN由公式可得:RTR1=VCC−VINVIN=Kexp(βT)Kexp(β318.15)RΤR1=VCC-VΙΝVΙΝ=Κexp(βΤ)Κexp(β318.15)从上式可解出:T=318.151+318.15βln(VCC−VINVIN)Τ=318.151+318.15βln(VCC-VΙΝVΙΝ)现把电压的测经度固定在10位,设VIN的A/D转换结果为N,则VCC的A/D转换结果为1024,上式变为:T=318.151+318.15βln(1024−NN)Τ=318.151+318.15βln(1024-ΝΝ)用摄氏温度表示为:T=318.151+318.15βln(1024−NN)−273.15Τ=318.151+318.15βln(1024-ΝΝ)-273.15同时也得到:N=10241+exp(βT+273.15−β318.15)Ν=10241+exp(βΤ+273.15-β318.15)现以R(25℃)=50KΩ,β=3950型的热敏电阻作为温度传感器件。如表1所示,由上式可计算出线性区间划分中所示的结果,可以看出,在温度-20℃—110℃范围内,相邻温度对应的A/D转换值最少相差3,最多相差10,且在一定范围内是线性变化,因此,把-20℃—110℃分成几个线性区域,得出的折线图如图2所示,图中所标数值为相邻线性区域的转折点,在软件实现时可利用这一特性查表计算。2.1.2用in方法求解温度测量的硬件连接如图3所示。所采用的芯片是P87LPC762,采样电压Vin是由固定电阻与热敏电阻串联分压得到,Vin送端口CIN1A,通过比较器的两个端口CMPREF,CIN1A和一个I/O口(被置成上拉模式)完成∑—△算法的A/D转换。Vin的变化反映了热敏电阻Rt的变化,进而反映出温度的变化。2.1.3利用相邻线性区的原理计算温度如原理部分所述,A/D转化值在一定的范围内是线性变化,若查表的插值计算落在各个线性区域内,则由计算带来的误差就会减少,因此取相邻线性区的转折点组成一个表格即两个数据之间就为一个线性区间,根据计算结果可得:温度由低到高各个线性区的斜率依次是3,4,5,6,7,8,9,10,9,8,7,6,5,4,3。根据这一关系,在软件实现时,由表格的相对位置指针,计算得到各个区间的斜率,进而计算出相应的温度值。软件流程图如图4所示。2.1.4电源电压变变量的确定(1)A/D转换对测量精度的影响在不考虑电源电压和电阻的影响时,A/D转换值有可能围绕正确值上下波动1,所以只有相邻温度对应的A/D转换值之差大于等于3,才能把相邻温度区分出来,在要求测温范围在-20℃—110℃时,则A/D转换精度最低为10位,才能把高端,低端的相邻温度区分开来。(2)电压对测量精度的影响在其它条件不变时,设电源电压的最大变化范围为ΔV,各个线性区域内相邻温度对应的A/D转换值之差为ΔN,只要电压变化引起的A/D转换值的变化不大于ΔN,就不会对测量精度带来大于1℃的影响,因此可得下式:R1VCCR1+RT−VCCΔN1023=R1(VCC−ΔV)R1+RTR1VCCR1+RΤ-VCCΔΝ1023=R1(VCC-ΔV)R1+RΤ进而解出:ΔV=(1+RTR1)ΔNVCC1023ΔV=(1+RΤR1)ΔΝVCC1023可以看出,ΔV与ΔN和RT都是成正比关系,测量范围(高端)缩小时,对电源电压的要求会降低。在测量范围为-20℃—110℃时,考虑在整个测量范围内的测量精度,取RT=2.252KΩ,ΔN=3求得ΔVNIN=0.0164V,即为要求电源电压的最大变换范围为0.0164V,才能满足要求。(3)电阻影对测量精度响普通电阻的精度为R±10%,为了降低普通电阻对采样电压影响,在选好固定电阻R1=R(45℃)后,再串联上一个可调电阻Rw(电阻值为R的1/4左右)标定时,让水温稳定在设备典型温度上(例如45℃),通过调Rw使显示的温度正好为实际温度,如图5所示。2.2水位检测转换电路液位测量采用压力传感器,根据压力的大小来反映水位的高低,方法是利用74LPC64内部另一路A/D转换,测量转换原理与检测温度相似,通过软件实现。2.3继电器控制器a/d转换当压力传感器检测到液位低于设定值时,通过P87LPC764内部的比较器,结合∑—△算法实现A/D转换,单片机发出控制信号,驱动继电器线圈得电,继电器的常开触点闭合,即电磁阀同时得电,阀门打开,储水箱开始进水。当压力传感器检测到液位与设定液位一致时,单片机关闭控制信号,继电器失电,电磁阀同时复位,关闭了进水阀,从而实现了液位的自动控制功能。液位控制电路见图6。2.4水温、水位显示控制面板如图7所示,采用液晶显示可以显示热水器水温、水位,按SET、预值+/-键,可根据天气情况设定上水水位,操作简单,稳定可靠,天气晴朗可设定高水位,天气不好,设定较低的水位,这样都能有热水可用。3水位自动检测(1)对太阳能热水器水温进行自动检测。(2)对太阳能热水器水位进行自动检测,水位上限控制。在不增加成本的情况下提高