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太阳能热水器控制系统探讨和设计 　　摘 要:笔者从节能减排的角度深入分析,探讨了当前市场广泛流通太阳能热水器中存在的普遍设计弊端,并针对电磁阀结构的设计缺陷进行了系统改革,创新采用脉冲双线圈驱动电磁阀进行太阳能热水器供水自动控制装置的科学设计,对有效延长太阳能热水器控制系统的使用寿命,促进智能型、节能型太阳能热水器研发设计的全面创新有积极有效的推进作用。 　　关键词:太阳能热水器 控制系统 节能设计 　　中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)06(a)-0048-01 　　太阳能作为一种环保、绿色、低碳、无污染的广泛能源将其应用于热水器能源设计中具有重要的实践意义及应用价值,因此目前太阳能热水器已呈现出逐步取代电热水器、煤气热水器成为行业主流的趋势。虽然太阳能热水器的控制器设计工艺已趋于成熟,然而在现实应用中却存在一个普遍的缺点,即在为太阳能热水器水箱上水的过程中,其电磁阀一直保持通电的状态。这一现象造成了电能消耗的额外增加,同时也令电磁线圈在较长的通电时间下使用寿命受到威胁,服务效率逐步下降。基于这一现状,笔者展开了对太阳能热水器控制系统硬件及软件结构功能的创新设计。 　　 　　1 太阳能热水器控制系统硬件结构设计及功能原理 　　为了有效解决电磁阀在上水环节中长时间通电造成电能消耗增加、使用效率降低的现状,我们可通过脉冲控制及双线圈驱动思想实现电磁阀的上水及停水控制功能。首先上水及停水的状态维持主要来自于水压,而两类动作之间的转换则主要靠电磁阀左线圈或右线圈的通电来实现。当密封圈在密封状态情况下,如果需要实现热水器的上水功能,则只需对其左线圈进行瞬时通电,通过磁力的作用将衔铁吸附到右侧,从而实现阀门打开时依靠水压促使上水连续运行;而若想停止上水,则同理为右线圈进行瞬时通电,在磁力作用之下衔铁被吸引至左侧,从而在阀门闭合的状态下依据水压维持系统关闭的状态。该系统选用脉冲双线圈驱动电磁阀进行太阳能热水器供水自动控制装置的科学设计,具有充分的优势,首先体现在实时检测及显示水温的功能,可明确反映水箱内温度;同时,具有设定水温的控制功能;当电磁阀处于上水工作及停水工作的状态时,系统也能给出明确的指示,并具有最高水位的合理限制及控制功能,无论温度值在任何范围内,均不能进行打开电磁阀上水的操作。该系统的控制核心主要以八位微型控制器的单片机为主,具有低功耗、高能效的综合优势,同时内置具有可编程功能的Flash存储模块,并包含LED电路显示的四个七段控制数码管,用于显示系统当前的实际水温及设定水温数值。在水温的检测控制环节我们采用一种全新的可编程式温度传感器进行测温操作,该装置采用特色的单接口纵向控制方式,仅采用一个端口即可实现与系统单片机装置的双向通讯,切实提升了系统信息沟通的工作效率,使整个热水器的温度采集及复杂数据处理通过集成统一变得更简便、更高效。 　　 　　2 太阳能热水器控制系统软件结构设计及系统调试 　　创新的硬件功能结构设计离不开功能完备、科学合理的软件结构设计支持,因此为了实现整个系统程序的结构紧凑、少冗余、多集成、稳定高效服务,便于维修及调试,我们在软件系统的结构设计中采用模块化思想编制系统程序结构的方式,其中包括的程序主要有系统的主程序、中断显示服务程序、温度读取及终端控制服务程序等。 　　2.1 控制系统主程序设计 　　控制系统的主程序担负着实现系统控制初始化、创设显示缓冲区、实施太阳能热水器最高水位控制检测及合理设定温度、衡量实际温度与设定温度之间差异,并根据衡量结构进行续电器控制输出,完成系统智能上水及停水等环节动作的众多控制功能。首先系统完成终端初始化控制环节,并开辟显示缓冲区,同时进行系统设置按钮的检测,当设置按钮处于按下的状态,系统则进入温度设定环节,否则不进入。同时依据显示水位状态的读取判定其水位是否达到最高标准状态,如果未达到则能实施后续的设定工作,并进行实际水温与设定水温的比较,依据比较结果确定是否进水,如果已达到最高水位状态,则启动停水控制装置。 　　2.2 中断程序设计 　　中断程序段主要包含两个子部分,第一部分是中断服务的显示程序,主要用于显示中断服务的功能性控制,例如将缓冲区内的温度设定值与实际温度值通过译码转换的方式直接通过LED显示为字形码进而转换为输出数字。为了实现稳定的显示效果,我们将系统设定为每两毫秒刷新一次的控制频率。中断程序的第二部分则是温度的检测环节,首先向系统发出转换温度起始命令,而后进入等待状态并向中心发出准备就绪的信号,当系统核心收到准备完毕的指令信号后变立即开始后续的操作控制工作。同时该部分还承担着读取温度、测量高八位、低八位温度的数据控制功能,可将获得的数据保存在制定位置等待下一步的转换。 　　2.