太阳能热水器水温水位控制设计

太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。在太阳能的利用中，有效控制水温和水位是需要解决的关键技术。

一、智能仪工作原理

1.基本工作原理

利用热敏电阻和液位传感器检测水温和水位，并加以显示。根据水温水位情况进行控制。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮，延时15分钟，以免空晒后上水造成炸管，若温度不超过990℃，自动上水至预置水位；若温度高于1000℃，不上水。太阳晒后，水温上升，当温度超过600℃且水未满时，打开电池阀上水至500℃，防止出现低水量、高水温的不合理现象。晚上，若热水已用完，延时15分，进行缺水上水；若热水未用完，不上水，以保证热水充分利用；第二天太阳出来后，利用温控上水。在上水的过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压上水模式，低水压声光报警，间隔30分钟启动上水；若30分钟内不能使水位上升一挡，则停止30分钟，然后再启动，反复循环，以免电池阀长时间通电而烧毁。

2.原理实现方案

通过“水位设置”键可进行水位设置，可设置加水水位20%、50%、80%、100%（本仪预置水位50%）。通过“上水”键，可实现手动上水。若水位低于预置水位，可上水至预置水位；若水位已达到预置水位，则在原水位基础上再加一挡；若水位已加满，则停止手动加水。在上水过程中，按“上水”键，可停止上水（见图1）。

二、仪器中的硬件配置

1.仪器直流电源

可采用集成三端稳压器，只要加上一些外围元件即可实现，如图2所示。

2.输入接口电路的连接

接口电路是一组电路，是中央处理器与存储器、输入/输出设备等外设之间协调动作的控制电路。接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给微处理器，微处理器对数据进行适当加工，再通过接口电路传回外部设备。所以，接口电路的基本功能就是对数据传送实现控制，具体包括5种功能：地址译码、数据缓冲、信息转换、提供命令译码和状态信息、定时和控制。

（1）水位传感器的结构如图3所示。

结构图中的电阻外表面均不与水直接接触，但分别与a、b、c、d保持良好接触，a、b、c、d用于感知水位。

图中硬件是一个六反向器，它在本设计中用于接成环形振荡器。选择合适电容、电阻值时，环形振荡器就能根据每次传感器的阻值R′产生相应特定周期的方波。

（2）水温传感器。本设计可选用具有负温度数的热敏电阻来测水温。热敏电阻与普通电阻不同，它具有负的温度特性，当温度升高时，电阻值减小，用于感知温度。

3.显示接口的连接

（1）水位显示。本系统需显示水位，水位有5挡：缺水、20%、50%、80%、100%，均用发光二极管来指示。

（2）水温显示。本系统需显示水温，测量范围为0～99 ℃，用2个8位LED数码管显示。动态扫描显示控制方式就是逐个地循环点亮各位显示器，即在某一瞬间，只让某一位的位选线处于选通状态（共阳极的为高电平，共阴极的为低电平），其他各位的位选线处于断开状态，同时选通状态的位选线上输出相应位要显示字符的字段码。这样在每一个瞬间，8位LED中只有选通的那一位LED显示出字符，而其他7位则是熄灭的。

4.主机的选择

主机的选择是关键，选得好，可节省许多外围电路。本设计采用的是由Philips公司生产的P87LPC764BN芯片，是20脚封装的单片机，适合于要求高集成度、低成本的场合。

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源应用提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。太阳能与常规能源有很大的区别，是无污染的新能源，本设计从节能环保的角度出发，能充分利用自然能源。

（作者单位：江苏省扬州技师学院）