太阳能热水器的组成及工作原理.doc
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太阳能热水器的组成及工作原理2.1 系统总体结构设计 排气管 不锈钢保温水箱图2-1系统结构图图2-1为系统设计的结构图，该图的系统控制原理图如下图2-2： T3 T2 F 3 热 集 水 热 太阳光 F1 箱 器 T1 D 自来水 F2图2-2 系统控制原理图注释：T1：热水箱的温度传感器T2：循环水管中的温度传感器T3：集热器中的温度传感器F1：循环水阀门F2：冷水阀门F3：热水阀门此款热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：晨水加热控制、温水循环控制、冷水集热控制、水箱加热控制。
1. 早晨水温控制由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用为了提供温度不低于30摄氏度的水，热水器在清晨4-7点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下：首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，电热器D接通进行加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集当温度加热到大于30摄氏度时电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定2. 循环水集热过程早晨水温控制之后（7～9点），设定当日的水箱温度N（由两位BCD次齿轮开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达到理想温度N具体控制过程如下：打开循环阀门F1，关闭冷水进水阀门F2，热水阀门F3处于空控状态然后开始比较温度，若（T3-T1>5摄氏度，T2>T1）为止如若T1=N，那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程3. 冷水集热控制此时热水箱温度已达到了N，冷水要进入太阳能集热器，这时温度为T3，和当日的设定温度值相比较，若T3>N则将已加热的水送入热水箱，每天的控制时段大概为9点～20点具体控制过程如下：关闭循环水阀门F2，打开冷水阀门F2，热水阀门F3处于可控状态。
若T3>N，打开热水阀门F3并将保持一段时间，若T3 由此可见，即使没有日照我们照样可以洗上热水澡了综上所述，太阳能供热控制系统不仅节约而且高度只能化，方便省事，不论日常家居，还是对宾馆、学校等都是最佳选择2.2太阳能热水器组成及原理 6 5 4 7 2 1 3 2-3 热水器装置简图1-集热器 2-下降水管 3-循环水管4-补给水箱 5-上升水管 6-自来水管 7-热水出水管热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。 图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上集管相接补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水 当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种3.1.太阳能控制器硬件结构根据控制要求，采用80C51单片机的智能控制器结构框图如图1所示由于本系统运算量不是很大， 没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不再外扩数据存储器仅使用80C51 内部RAM已完全能够满足要求。 系统的硬件接口电路包括：控制器实时时钟接口电路，蓄水箱温度和水位检测接口电路、设定键和串行显示接口电路、看门狗和复位接口电路以及继电器输出接口电路等 图3-1 太阳能控制器硬件结构图3.2. 控制器实时时钟接口电路为实现热水器24小时供应热水的目的，控制器必须有一个实时时钟来为系统提供准确的基准时间；在软件设计上则要实时地读出当前时间，同设定时间比较，以决定系统工作状态本系统采用美国DALLA S半导体公司最新推出的时钟芯片DS12887，该芯片采用CMOS 技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，并与MC146818管脚完全兼容DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高，工作稳定可靠等优点它与80C51单片机的接口电路见下图3-2 8 +5V 5.1K +5V 1K C 图3-2 DS12887与单片机接口电路模式选择脚MOT接地， 选择IN TEL时序。 DS12887 的高位地址用80C51 的P2.4 选择，则时钟芯片的高8位地址为EFH，而其低8 位地址则由芯片内部各单元的地址来决定(00H～80H)，DS12887 的中断输出端IRQ 接上拉电阻，同80C51中断线IN TO相连，为单片机提供中断信号SQW端口编程为2Hz方波输出，经二分频后，驱动两个LED发光二极管作为时钟的秒闪烁显示3.3.水位检测和温度检测接口电路蓄水箱水位和温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节，只有准确地检测出水位和温度，才能通过软件计算提前开始辅助加热的预加热时间要实现辅助加热提前时间的精确计算，最好是采用连续液位传感器，但考虑系统成本，本设计仍采用分段式液位传感器(通过软件来提高精度)，在水位显示上也仍采用分段显示水位检测部分的硬件连接如图3所示图3-3 水位监测及显示接口电路检测原理如下：当水箱中无水时，8个非门均由1M欧姆电阻上拉成高电平， 所以图中各“非”门(CD4069) 输出均为低电平，LED1～ LED8 均不亮当水位高于“非”门1 的输入探针时，由于水的导电作用，使“非”门1 的输入变为低电平，所以其输出变为高电平，LED点亮，依此类推。 随着水位的上升，各“非”门输出相继为高电平，LED依次点亮这里要注意的是上拉电阻不能选择太小，因为水的电阻在100k8 左右，所以上拉电阻选择太小的话，将在水位升高时，无法把“非”门输入端拉成低电平实验表明， 上拉电阻选择在500k～1M欧姆左右能很好地满足电路的工作要求为了使80C51 随时能够读出当前的水位情况，这里选用74L S244 作为状态输入缓冲器蓄水箱温度检测电路采用DS18B20芯片使其换成脉冲信号，送到80C51的I/O 口(编程为计数器工作模式)，通过测量输出脉冲频率的大小来换算成水温高低信号。
