1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 太阳能热水器控制技术 摘要： 太阳能热水器是目前一种 具有 较成熟技术、应用广泛的可再生能源产品 1，在全球的很多国家 都 得到了广泛应用，在提供热水、减少常规能源消耗 、 提高人民的生活水平等方面发挥了巨大的作用 2。 本文着重介绍了，太阳能热水器控制的传感器选择，采用的几种单片机控制方式。 关键词： 单片机；太阳能热水器；智能控制 1 引言 太阳能热水器是目前一种 具有 较成熟技术、应用广泛的可再生能源产品，在全球的很多国家 都 得到了广泛应用，在提供热水、减少常规能源消耗 、 提高人 民的生活水平等方面发挥了巨大的作用。在欧洲、澳洲
2、等国家，太阳 能 热水 器 主要是作为辅助热源与常规能源联合运行 使用 ，既能供应 日常 生活和洗浴热水，还能为 房屋 供暖；在美国，太阳能热水器主要是用于 家庭 游泳池的加热。在全球范围内，即使是在可再生能源界，也普遍存在着低估和忽视太阳能热利用的现象。为此，国际能源机构太阳能供热和制冷委员会（ IEA.SHC）等诸多国际机构 时刻 呼吁各方加大对太阳能热水器的关注和支持，避免低估太阳能热 效应 的作用，推动太阳能热水器的 普及 和应用 3。 在我国，随着人们生活水平的 不断 提高， 市场上 各种热水 器的使用已相当普及。相配套的控制仪器也 随之 相继问世 。 2 太阳能热水器的使用情况 近
3、年来 ,太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期投入费用低等特点 ,深受人们的青睐 ,太阳能热水器已经成为与电热水器、燃气热水器并列的三大热水器产品之一 。目前中国市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题 ,很多控制器只具有温度和水位显示功能 ,不具有温度控制功能 4。 即使热水器具有辅助加热功能 ,也可能由于加热时间不能控制而产生过烧 ,从而浪费电能；与之配套的控制器却存在着诸如使用一段时间后 ,传感 器因结垢而检测不准 ;显示器显示乱码 ， 因干扰而造成电磁阀等执行机构误操作等一些问题 ,影响了太阳能热水器的推广使用 。目前，国内多个省市已 经纷纷2
4、 跟进，推进太阳能与建筑一体化，如江苏 、 广东 、 海南 、 山东 、 甘肃 、 深圳 、 浙江等地区都明确要求 12 层以下建筑要全面推广和配置太阳能热水系统，为太阳能应用提供了巨大的空间，太阳能产业发展也将迎来新的契机 。随着人们生活水平的提高 ,各种热水器的使用已相当普及，消费者需要真正的“全自动”控制 ,以实现使用的最简单化 ,就像家用电视机、电冰箱一样 ,接通电源、设定完毕就不用再操心了 5。 太阳能热水器使用方便，节能，无污染，普及推广迅速。 目前市场上太阳能热水器的控制系统大部分都存在着或多或少的缺点 :功能单一、操作复杂、控制不方便等。随着人们生活水平的提高和电子技术的发展
5、,这样的太阳能热水器控制系统越来越不适应人们的生活需求 ,开发一种控制方便 ,操作灵活的太阳能热水器的控制系统 ,已经成为当务之急。 3 控制用 传感器 现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设 备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。下面是介绍一下如何选择传感器： 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。 要进行 个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一
6、物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产 还是进口，价格能否承受，还是自行研制。 灵敏度的选择。 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽减少从外界引入的
7、串扰信号。 频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围。必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有 定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。 线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，3 灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度
8、比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的 方便。 稳定性。 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。 精度。 精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选
9、得过高 。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。 如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求 11。 本系统设计以采集温度为例，通过选用不同的传感器及其相应传感器的放大电路，可实现多路采集不同的测量数据如温度 、 湿度 、 压力等数据。 3.1 温度传感器 水温测量电路，测温元件采用 TS一 18820数字温度传感器。 DSl8820提供 9至 12位温
10、度读数，测量范围一 55 125。水量测量电路，系统对水量的测量采用密集型断点检测方法，因此使用自制断点测量的干簧浮子传感器。液晶显示，液晶屏采用具有串行接口的 1 2位段码式液晶显示模块 EDM091B。水温和水量控制电路，用户根据系统液晶屏所显示的水温进行控制，满足个人的需求，单片机读入这些数据后进行一定的数据处理，然后输出显示，并控制外围电路工作，达到用户要求。采用电平转换接口芯片 ULN2003转换单片机输入的电平，输出控制固态继电器使系统能 及时的对水加热，控制电动阀及时上水。报警电路，该电路采用单频声光报警电路，通过三极管驱动直流蜂鸣器来实现对报警器的控制。按键设计，按键主要有手动
11、进水键、手动加热键、停止键、确认键、左移位键、右移位键、加一键、减一键。将水量档位信号与按键通过一片 74HCl48优先编码器连接到单片机的 I O口上。 4 上述太阳能热水器控制器具有实用性强，设计简约，成本低，运行可靠，显示直观，操作方便，控制灵活，抗干扰能力强等优点。 3.2 电阻式感传器 用 PIC16C5X单片机和电阻式感传器实现非电测量的方法，其优点是所需外围元件少 、成本低、编程简单、稳定性、可靠性高，且可以用软校准技术消除系统中各种误差。其缺点是测量精度相对较低 (1%误差 )转换速度为中低速。 还有许许多多的汤样能热水器控制器的种类，在此不一一例举，对比上述俩类控制器，性能上
12、的差异不是那么明显，但是温度传感器在价格上要比热敏电阻高上不少，但是控制器中往往就是传感器比较容易出故障或是损坏，所以传感器应该选择容易维修，容易替换的类型。能不能找到俩全齐美的传感器显的尤为重要。 4 控制方式 4.1采用 PIC16C57C作为主控器 PIC系列单片机具有速度快、功耗低、驱动能 力强 (20 mA )、内置看门狗等特点，而且10口可以方便地定义为输人输出。当定义为输入时，其输入电阻大于 10 Mn ，给控制检测电路的设计带来了极大方便。系统结构图如下： 图 1 系统结构图 5 4.2采用单片机 AT89C51作为主控器 该系统以单片机 AT89C51为核心，分别来自温度传感
13、器和水量传感器的两路信号 INl和IN2，经过 ADC器件变换后输入单片机 PO口，经过单片机数据处理后，在 P1口输出显示， P2 3、P2 4、 192 5、 P2 6口为键盘输入端，单片机扫描后判断键的功能并在 TO、 TI、 RXD端执行对外部控制器的控。特点为显示直观，操作方便，控制灵活的控制器。结构框图如下： 图 2 系统结构图 5 总结 太阳能热水器就是利用太阳热能源为人们生活提供方便，节约减轻其他能源的一种工具。 对于太阳的热水器的控制方式已经是多种多样了，但目前使用最多，最便捷，最实用，最稳定的是单片机控制，以后的发展方向应该是如何实用更为简单的控制电路和更少的传感器来实现更
14、多的更稳定的功能。 参考文献 1 王彤 . 太阳能热水器自动温度控制器设计 .仪器仪表用户 M.北京大学出版社 2008年 . 2 马敏 ,孙寅聪 ,张炜宇 .太阳能热水器控制器的设计 .河南科学 M 河南学院电子信息系出版， 2008 年 . 3 王俊杰 .基于 89C51 单片机的太阳能热水器智能控制器的设计 J.郑州轻工业学院学报2005 年 8 月 ， 第 20 卷 .第 3 期 ， 214 219. 4 康光华，陈大钦 .电子技术基础 M 高等教育出版社 ,2005. 5 蔡可健 . 节能热水器智能电路设计方案 . 智能仪器仪表 J.2004 年 9 月第 12 卷 .第 2期 ,1
15、6 18. 6 何立民 .单片机应用系统设计系统配置与接口技术 M.北京：北京航空航天大学出版社 ，6 2006. 7 殷为民 .太阳能水温水位仪 .家用电子 J， 2005 年 6 月 ,第一期 ,37 38. 8 皮大能，南光群，刘金华 .单片机课程设计指导书 M.北京：北京理工大学出版 2010年 . 9 江世明 ， 刘先任 .基于 DS18B20 的智能温度测量装置 .邵阳学院学报 J， 2004 年 ,第 3期 ,14 19. 10 鱼献荣 .实用水位控制电路 .电子制作 J， 2003 年 ， 第 9 期 ,13 14. 11 徐玮 .51 单片机综合学习系统 .数码管原理与应用篇 .电子制作 J， 2007 年 ,第 4期 ,164 168. 12 EPROM/ROM-based8 -bitC MOSm icorcontorlerse ries.M icrochipT echnologyIncJ.,2005,37(5).
