太陽能熱水器控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及加熱技術領域，特別涉及一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]當今社會能源是一大問題，人們生活需求不斷擴張，所以節(jié)能是最重要的行動。想到節(jié)能那首要想到的就是太陽能，太陽能是當今討論研宄的重要話題，生活中現(xiàn)在不斷的出現(xiàn)用太陽能來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的其他能源方式。目前在太陽能技術的應用最為貼近生活的當屬太陽能熱水器。
[0003]圖1所示的是傳統(tǒng)的太陽能熱水器的原理圖，I為儲水箱，2為真空集熱管。通過太陽輻射對真空集熱管加熱把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，集熱管受太陽光照射的那一面溫度高，集熱管不受陽光照射面溫度低，從而集熱管內(nèi)的水便產(chǎn)生溫差反應，根據(jù)水的熱水上浮冷水下沉的原理，可以使水產(chǎn)生微循環(huán)，從而實現(xiàn)對水箱中冷水進行加熱的目的。
[0004]傳統(tǒng)的太陽能熱水器中，液位傳感器包括靜壓液位計、液位變送器、液位傳感器、水位傳感器，它是一種測量液位的壓力式傳感器。投入式靜壓液位變送器(液位計)是根據(jù)所測液體靜壓和該液體的高度成一定的比例的原理，它采用國外先進的是隔離型擴散硅敏感元件或者是陶瓷電容壓力敏感元件，將靜壓轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，然后再經(jīng)過溫度補償和一定的線性修正，講非標準的轉(zhuǎn)化成標準的電信號(一般為4一20 mA / 1-5 V DC)。這種設計穩(wěn)定性好并且具有反向保護和限流保護的電路，當安裝時正負極被接反不會損壞變送器，但是其缺陷為價格太高，家用太陽能使用這樣的設計并不經(jīng)濟。
[0005]同時，傳統(tǒng)的熱水器是用電磁閥來控制上水和水溫的電路控制。讓電磁閥通12 V的直流電源，電磁閥吸合上水電路導通則上水。當水位達到設定值時電磁閥斷開停止上水。但是這種電磁閥的功耗比較大，上水和放水的時間加起來時間比較長。老式的NTC測溫需要溫度補償電路，而且線性度較低，而且NTC熱電阻阻值隨溫度變化不是嚴格的線性，增加了數(shù)據(jù)處理難度。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供了一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)。本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn):
[0007]一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)，包括:
[0008]壓力液位傳感器，一端連接在一太陽能熱水器的儲水箱上，壓力液位傳感器包括密封氣體以及設置在密封氣體內(nèi)的薄膜，薄膜上連接有一柔性電阻，儲水箱內(nèi)的水位變化使柔性電阻產(chǎn)生對應的形變而改變阻值；
[0009]一線式數(shù)字溫度傳感器，設置在儲水箱內(nèi)，用以檢測水溫；
[0010]單片機，連接壓力液位傳感器以及一線式數(shù)字溫度傳感器，獲取柔性電阻的阻值以及檢測到的水溫；
[0011]水位控制電路，包括上水繼電器以及電磁閥，上水繼電器連接單片機，電磁閥連接上水繼電器，在柔性電阻的阻值低于或高于一預定值，且在一預定上水時間內(nèi)的情況下，單片機通過上水繼電器的開合控制電磁閥，用以實現(xiàn)上水或停止上水；
[0012]溫度控制電路，包括加熱繼電器，加熱繼電器連接單片機，在檢測到的水溫低于一預定值，且在一預定加熱時間內(nèi)的情況下，單片機通過加熱繼電器的開合控制加熱或者停止加熱。
[0013]較佳的，還包括晶振電路，連接單片機，用以提供時鐘信號。
[0014]較佳的，壓力液位傳感器還包括信號放大電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，信號放大電路連接柔性電阻，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接信號放大電路。
[0015]較佳的，還包括液晶顯示模塊以及按鍵模塊，連接單片機。
[0016]本實用新型和現(xiàn)在市場上的熱水器的控制系統(tǒng)測量的精確度大大提高，使用的也比較方便，快捷，性能更加的穩(wěn)定。水溫，水位控制精確，上水速度快，節(jié)能。
【附圖說明】
[0017]圖1所示的是太陽能熱水器的原理圖；
[0018]圖2所示的是本實用新型的結(jié)構框圖；
[0019]圖3所示的是本實用新型壓力液位傳感器的原理圖；
[0020]圖4所示的是本實用新型信號放大電路的電路圖；
[0021]圖5所示的是本實用新型單片機控制水位繼電器的原理圖；
[0022]圖6所示的是一線式數(shù)字溫度傳感器的連接示意圖；
[0023]圖7所示的是單片機的引腳示意圖；
[0024]圖8所示的是時鐘集成芯片與單片機的連接示意圖；
[0025]圖9所示的是本實用新型的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0026]以下將結(jié)合本實用新型的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本實用新型的一部分實例，并不是全部的實例，基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。
[0027]為了便于對本實用新型實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構成對本實用新型實施例的限定。
[0028]設計一個成本低、可靠性高、測量精度高、安裝調(diào)試方便的水位、水溫測量系統(tǒng)是本實用新型的關鍵，所以我們對液位測量的方案的設計很重要，在測量的方法上面需要考慮成本可靠性，測量精度都要有所改善。
[0029]如圖2所示，本實用新型提供的一種太陽能熱水器控制系統(tǒng)，主要包括:壓力液位傳感器，一線式數(shù)字溫度傳感器、單片機以及控制電路。
[0030]壓力液位傳感器主要用到的元件是一種對氣體壓強敏感的薄膜，薄膜連接了一個柔性的電阻器。當水位升高時壓力傳感器發(fā)生形變使電阻值發(fā)生變化，當電阻器的電阻值發(fā)生變化時，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換把分壓元件0-5 V的電壓信號傳送給單片機，數(shù)據(jù)會被單片機分析出結(jié)果然后處理執(zhí)行。如圖3所示，通過以上分析自制的壓力液位傳感器來測量水位，將管道密封與氣體壓力傳感器22相連，管道另一端連接到水箱的底部，水和傳感器之間通過密封的空氣21，當水位升高時，密封的氣體壓力增大，最后裝置在頂部將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，讓后續(xù)電路處理，通過系統(tǒng)軟件計算水位與氣體壓力之間的關系，測得水位的事實高度。
[0031]壓力液位傳感器的最大耐壓是150 KPa，150kp相當于5米高的水柱完全可以承受熱水器的容量。由于傳感器輸出信號為60mV~~10mV的模擬信號，所以要對輸出信號進行放大，電壓放大選用OP07雙電源放大器組成放大電路。具有低輸入偏置電流(0P07A輸入偏置電流為±2nA)和高開環(huán)增益(0P07A開環(huán)增益為300V/mV)，由于0P07它同時還具有非常低的輸入失調(diào)電壓(OP07A最大的輸入失調(diào)電壓為25 μ V)等特點，所以0Ρ07在很多的應用場合就不需要額外的調(diào)零措施。ΟΡ07具有低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性特別適合用于需要高增益的測量設備、和進行微弱信號放大。經(jīng)過放大后的信號，再送到A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成電信號便于單片機的處理，如圖4所示。
[0032]由于現(xiàn)有的電磁閥的功耗比較大，上水和放水的時間加起來時間比較長，因此這種方法不合理，根據(jù)暖氣供應中熱力表的設計原理，可以采用自保持的電磁閥，自保持電磁閥在不通電的情況下開度是不變的，當需要控制其開度時才需要通電，所以需要通電的時間是比較短的，這樣就有效地節(jié)省了電能。但是自保持電磁閥需要24V供電，且通過電流較大，所以該系統(tǒng)采用繼電器驅(qū)動方式，控制電磁閥。繼電器選擇對系統(tǒng)功能影響較大，例如繼電器的額定功率選擇不適當，過小會導致繼電器燒毀，過大造成不必要的浪費。繼電器的靈敏度選擇要恰當，一味的追求高靈敏度，會增加系統(tǒng)的成本，太低會增加系統(tǒng)誤差，導致系統(tǒng)誤動作。
[0033]在電能消耗嚴加控制的場合下，經(jīng)常采用磁保持繼電器當輸入頻率達10 Hz以上，繼電器需要快速運轉(zhuǎn)，應選用極化繼電器或固態(tài)繼電器。舌簧繼電器動作頻率可達50次/秒，價格低廉，但觸點負載能力低，一般只能達50 mA、28V DC ;太陽能熱水器上水加熱頻率不是很高，而且要求的功率也不是很大。所以選擇普通松樂牌的直流12 V繼電器，具體參數(shù)為交流250 V下可以承受10 A的電流，直流30 V下可以承受10 A的電流。
[0034]單片機收集數(shù)據(jù)之后則會判斷是否上水，如果需要繼續(xù)上水就驅(qū)動12V繼電器，繼電器控制電磁閥，實現(xiàn)上水動作。單片機控制水位繼電器的原理如圖5所示，圖5中R16限流電阻，降低單片機的整體功耗，R13作為發(fā)光二極管D8的限流電阻，當上水時繼電器吸合，電路形成回路，二極管導通發(fā)光，從而指示系統(tǒng)處于上水狀態(tài)。
[0035]繼電器驅(qū)動電路的工作原理是，當繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強大的電磁力，吸動銜鐵帶動簧片，使觸點1、2斷開，1、3接通。當線圈斷電后，彈簧使簧片復位，使觸點1、2接通，1、3斷開。1、2間接控制電路端口(1、2稱為常閉觸點)或觸點1、3間(稱為常開觸點)，繼電器就可以達到控制電路的目的。三個引腳的中間引腳是公共引腳，另外兩個引腳是線圈，即接驅(qū)動端。另外2個腳那邊分別是常開和常閉觸點。當繼電器吸合LED指示燈形成回路，從而發(fā)光指示用戶正在上水。繼電器啟動吸合動作需要較大的電流，而保持吸合動作只需要較小的電流即可，所以采用一個47 Uf的C23電容儲能來提供繼電器吸合的能量。繼電器保持吸合時采用一個47歐姆的R4電阻進行限流，從而降低整體的功耗。因為繼電器吸合和斷開時會產(chǎn)生較大的浪涌電流，會對系統(tǒng)的其他電路產(chǎn)生不利影響，所以采用DlO作為為保護電路，用來吸收由于繼電器開閉產(chǎn)生的浪涌電流。當單片機的控制引腳輸出高電平給SW就可以使NPN的三極管導通，使繼電器吸合。完成上水過