太陽能熱水器的市場現狀與發展前景

太陽能熱泵自動檢測系統不足與燃煤發電和加熱爐相比，能源清潔、無污染、節約能源和經濟等優點。這是一個真正的綠色產品，現在越來越受消費者的喜愛。我國太陽能熱水器的品牌很多如皇明、輝煌、光揚、地球等,但眾多品牌的太陽能熱水器在自動檢測與控制方面存在不少問題,如不帶自動檢測系統;帶有自動檢測器,但檢測精度很低;不帶自動上水功能,即使帶此功能液位控制用的是浮球實現的,極易出現故障;不帶智能控制等,以上缺點給用戶帶來褚多不便,用戶無法了解熱水器的水溫高低、水量的多少,不能根據水位、水溫、天氣自動控制上水,使太陽能熱水器的使用受到了限制。本設計解決了上述市場上太陽能熱水器檢測器存在的問題,提出了可行性設計方案。1控制組成太陽能熱水器自動檢測與控制電路系統設計見圖1所示,主要由測溫電路、測液位電路、報警電路、電磁閥液位控制、單片機P87LPC764、EEPROM、液晶顯示控制面板等組成。2主要規劃和電路設計和原理2.1溫度測量設計2.1.1熱敏電阻的計算太陽能熱水器的測溫部分采用負溫度系數的熱敏電阻作為溫度傳感器,把熱敏電阻的阻值變化轉換成相應的電壓變化值,通過P87LPC764內部的比較器,結合∑—△算法實現A/D轉換,用查表計算的方法得出對應的溫度值。熱敏電阻與溫度的準確關系為:RT=R0exp[β(1T?1T0)]RΤ=R0exp[β(1Τ-1Τ0)]式中:R0為溫度為T0時的電阻值,T0為基準溫度(298.15K,即25℃),β為材料系數。準確公式可以進一步簡化為:RT=R0exp[β(1T?1T0)]=Kexp(βT)RΤ=R0exp[β(1Τ-1Τ0)]=Κexp(βΤ)式中:K=R0exp(?βT0)Κ=R0exp(-βΤ0)作為熱水器,最大使用概率溫度為45℃(318.15K),取一個電阻R1=R(45℃),將熱敏電阻RT與固定電阻R1串聯,工作電壓為VCC,若R1上的電壓為VIN,則RT上的電壓為VCC-VIN由公式可得:RTR1=VCC?VINVIN=Kexp(βT)Kexp(β318.15)RΤR1=VCC-VΙΝVΙΝ=Κexp(βΤ)Κexp(β318.15)從上式可解出:T=318.151+318.15βln(VCC?VINVIN)Τ=318.151+318.15βln(VCC-VΙΝVΙΝ)現把電壓的測經度固定在10位,設VIN的A/D轉換結果為N,則VCC的A/D轉換結果為1024,上式變為:T=318.151+318.15βln(1024?NN)Τ=318.151+318.15βln(1024-ΝΝ)用攝氏溫度表示為:T=318.151+318.15βln(1024?NN)?273.15Τ=318.151+318.15βln(1024-ΝΝ)-273.15同時也得到:N=10241+exp(βT+273.15?β318.15)Ν=10241+exp(βΤ+273.15-β318.15)現以R(25℃)=50KΩ,β=3950型的熱敏電阻作為溫度傳感器件。如表1所示,由上式可計算出線性區間劃分中所示的結果,可以看出,在溫度-20℃—110℃范圍內,相鄰溫度對應的A/D轉換值最少相差3,最多相差10,且在一定范圍內是線性變化,因此,把-20℃—110℃分成幾個線性區域,得出的折線圖如圖2所示,圖中所標數值為相鄰線性區域的轉折點,在軟件實現時可利用這一特性查表計算。2.1.2用in方法求解溫度測量的硬件連接如圖3所示。所采用的芯片是P87LPC762,采樣電壓Vin是由固定電阻與熱敏電阻串聯分壓得到,Vin送端口CIN1A,通過比較器的兩個端口CMPREF,CIN1A和一個I/O口(被置成上拉模式)完成∑—△算法的A/D轉換。Vin的變化反映了熱敏電阻Rt的變化,進而反映出溫度的變化。2.1.3利用相鄰線性區的原理計算溫度如原理部分所述,A/D轉化值在一定的范圍內是線性變化,若查表的插值計算落在各個線性區域內,則由計算帶來的誤差就會減少,因此取相鄰線性區的轉折點組成一個表格即兩個數據之間就為一個線性區間,根據計算結果可得:溫度由低到高各個線性區的斜率依次是3,4,5,6,7,8,9,10,9,8,7,6,5,4,3。根據這一關系,在軟件實現時,由表格的相對位置指針,計算得到各個區間的斜率,進而計算出相應的溫度值。軟件流程圖如圖4所示。2.1.4電源電壓變變量的確定(1)A/D轉換對測量精度的影響在不考慮電源電壓和電阻的影響時,A/D轉換值有可能圍繞正確值上下波動1,所以只有相鄰溫度對應的A/D轉換值之差大于等于3,才能把相鄰溫度區分出來,在要求測溫范圍在-20℃—110℃時,則A/D轉換精度最低為10位,才能把高端,低端的相鄰溫度區分開來。(2)電壓對測量精度的影響在其它條件不變時,設電源電壓的最大變化范圍為ΔV,各個線性區域內相鄰溫度對應的A/D轉換值之差為ΔN,只要電壓變化引起的A/D轉換值的變化不大于ΔN,就不會對測量精度帶來大于1℃的影響,因此可得下式:R1VCCR1+RT?VCCΔN1023=R1(VCC?ΔV)R1+RTR1VCCR1+RΤ-VCCΔΝ1023=R1(VCC-ΔV)R1+RΤ進而解出:ΔV=(1+RTR1)ΔNVCC1023ΔV=(1+RΤR1)ΔΝVCC1023可以看出,ΔV與ΔN和RT都是成正比關系,測量范圍(高端)縮小時,對電源電壓的要求會降低。在測量范圍為-20℃—110℃時,考慮在整個測量范圍內的測量精度,取RT=2.252KΩ,ΔN=3求得ΔVNIN=0.0164V,即為要求電源電壓的最大變換范圍為0.0164V,才能滿足要求。(3)電阻影對測量精度響普通電阻的精度為R±10%,為了降低普通電阻對采樣電壓影響,在選好固定電阻R1=R(45℃)后,再串聯上一個可調電阻Rw(電阻值為R的1/4左右)標定時,讓水溫穩定在設備典型溫度上(例如45℃),通過調Rw使顯示的溫度正好為實際溫度,如圖5所示。2.2水位檢測轉換電路液位測量采用壓力傳感器,根據壓力的大小來反映水位的高低,方法是利用74LPC64內部另一路A/D轉換,測量轉換原理與檢測溫度相似,通過軟件實現。2.3繼電器控制器a/d轉換當壓力傳感器檢測到液位低于設定值時,通過P87LPC764內部的比較器,結合∑—△算法實現A/D轉換,單片機發出控制信號,驅動繼電器線圈得電,繼電器的常開觸點閉合,即電磁閥同時得電,閥門打開,儲水箱開始進水。當壓力傳感器檢測到液位與設定液位一致時,單片機關閉控制信號,繼電器失電,電磁閥同時復位,關閉了進水閥,從而實現了液位的自動控制功能。液位控制電路見圖6。2.4水溫、水位顯示控制面板如圖7所示,采用液晶顯示可以顯示熱水器水溫、水位,按SET、預值+/-鍵,可根據天氣情況設定上水水位,操作簡單,穩定可靠,天氣晴朗可設定高水位,天氣不好,設定較低的水位,這樣都能有熱水可用。3水位自動檢測(1)對太陽能熱水器水溫進行自動檢測。(2)對太陽能熱水器水位進行自動檢測,水位上限控制。在不增加成本的情況下提高