太阳能热水器的智能控制器的硬件设计.doc

太阳能热水器的智能控制器的硬件设计前 言 一直以来,我国在利用非可再生能源的同时,也在努力寻找合适的可再生能源,用来替代或减少对不可再生能源的使用,为以后的可持续发展创造好的条件。在可再生能源中太阳能是利用最早、最广泛的一种,它自身具有清洁、环保、安全、无污染、取之不尽用之不竭的特点,怎样才能充分、高效的利用太阳能呢?就目前来看,是利用太阳能热水器进行光热转换,给水加热,满足人们的日常用水需求,如:洗澡、洗菜、洗衣服,还有平时的洗梳,拖地洗车等。为了进一步推进太阳能技术的应用,为国家节约能源,减少环境污染,选择了该课题。我国的太阳能热水器行业,发展到现在,已经有十几个年头了,已由幼年成长到了青年,正是飞速成长的时期,现在每年大约有20%~30%的新用户使用太阳能热水器,尤其在南方,太阳能热水器的普及率基本达到了40%;在北方消费者也正在接受太阳能产品,目前普及率也基本达到了15%;而在国外,该行业发展缓慢,现在国外的一些国家给予了该行业足够得重视,使它较以前步伐有所加快,总体来说普及率仍然很低。目前我国多数太阳能热水器功能单一,操作不方便,控制起来不能达到理想效果,只有温度、水位的显示功能,而对其控制的智能化水平不高。为了较好的处理这一问题,现对太阳能热水器的智能控制器进行如下设计设计。本文的CPU为89C51单片机,用它来做为检测控制的核心,并采用美国达拉斯公司生产的DS12887实时时钟芯片,不仅实现了水位、水温、时间三种参数的实时显示功能,而且还通过其他的一些芯片,辅助与相关的软件程序实现了水温、水位、时间的设定。其中,数据采集系统,分别用水温、水位传感器采集连续变化的水温、水位模拟量信号,用ADC0809进行A/D转换,形成数字信号,送到CPU89C51中进行处理,实现水温、水位的显示。对于时间的显示,采用美国达拉斯公司生产的DS12887实时时钟芯片,利用它自身断电不易丢失数据,准确的时钟功能的特点来实现。该智能控制器与同类产品相比具有很大的优势,很多同类的控制器只有进行简单的水温、水位等的显示功能,不能智能控制;即使部分产品具有控制功能,也只是单一功能的设定,尤其是具有水温智能控制功能的产品更少。而本文设计的智能控制器不仅有水温、水位、时间的显示和设定功能,而且对于水温的设定还可以综合考虑外界环境因素,进行智能化的控制,它是采用了模糊控制技术[7],利用它可以用电辅助加热系统使储水箱内的水温在预定时间达到定的温度,从而达到一天24小时提供热水,使你一年四季天天都有热水用。从可行性方面分析,现在市场上的太阳能热水器的智能控制器,基本具备了所有的功能,但具体到一款产品上,往往是功能单一,有的只有时间、水温的显示,有的只能显示水温、水位,而控制这方面有的只能设定时间,有的只能设定水位,本课题研究的智能控制器是对以上产品各功能的集成,有由于当前市场上众多的功能模块,该实验方案的可行性很强,完全有把握完成该实验。一 太阳能热水器系统的总体结构太阳能热水器系统整体结构如图1-1[10]。在真空管太阳能热水器的保温储水箱内增加一个与电热水器类似的电热元件,并固定在绝缘底座上,引出交流电源线入户,有辅助控制系统的继电器控制通断电。它安装在水箱的一侧,是一个热辅系统(如图1-2),它的作用是在连续阴雨或者寒冷季节时,给水箱内胆的水加热,使其达到用户的使用要求。水位、温度探测器从保温储水箱的另一侧放入水箱的内胆,通过电缆线接入用户的智能控制器。电磁阀是系统上水的直接控制器件,它接受智能控制器的信号,实现自动上水,水满自止的功能。在上、下水管外加伴热带和保温材料,防止寒冷季节,管道的冻堵,影响用户的使用。             图1-1 太阳能热水器系统整体结构图           图1-2 太阳能热水器热辅助系统结构图二 智能控制器的硬件部分太阳能热水器的智能控制器设计实现主要有硬件和软件部分组成,本文主要针对控制器设计的硬件部分[9]。-1所示。该系统主要包括89C51单片机系统[3],DS12887实时时钟芯片、储水箱水位温度检测接口、控制键及串行显示、硬件看门狗和复位接口电路及继电器输出接口电路等[1]。  图2-1 ,是通过储水箱水位、水温检测部分获得水位、水温信息,经A/D转换器送入89C51单片机,处理后发送给显示器,实现了水温、水位的显示,在通过相关软件完成对水温、水位的设定[4];采用DS12887实时时钟芯片为系统提供准确的基准时间,经CPU89C51处理后送显示器,实现了时间的显示,同时发送信号给继电器、电磁阀,分别与设定的温度、设定的水位进行比较,决定继电器、电磁阀是否工作。本系统