空氣能和太陽能供熱的賓館中央熱水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

藍(lán)良生

摘 要：目前賓館中太陽能熱水器普遍存在著受季節(jié)和天氣等因素的影響、提供的熱量不夠、不能夠?qū)崿F(xiàn)全年正常使用以及利用電能輔助加熱存在的安全隱患。設(shè)計(jì)了一個(gè)可以對空氣能和太陽能實(shí)現(xiàn)智能互補(bǔ)的多功能中央熱水控制系統(tǒng)，在有太陽光時(shí)充分利用太陽能加熱，沒有太陽光時(shí)轉(zhuǎn)換為空氣能加熱，既環(huán)保又安全。

關(guān)鍵詞：AT89S51 單片機(jī) 溫度傳感器 熱水系統(tǒng) 水位

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

1制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本控制系統(tǒng)主要用到1個(gè)大水箱和1個(gè)小水箱，各種控制閥門用發(fā)光二極管代替，發(fā)光二極管亮表示打開控制閥門開關(guān)，發(fā)光二極管滅表示關(guān)閉控制閥門開關(guān)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1。

根據(jù)各功能的要求，本設(shè)計(jì)的總體思路為：選擇兩個(gè)保溫水箱，大水箱即為儲放高溫水的蓄水箱，小水箱為調(diào)溫水箱，存放直接供客戶使用的熱水。

實(shí)現(xiàn)的具體步驟為：（1）實(shí)時(shí)檢測太陽集熱管中水的溫度和大水箱中水的溫度，當(dāng)太陽管中水的溫度比大水箱中水的溫度高出5°C以上時(shí)，延時(shí)一些時(shí)間，打開循環(huán)泵，讓太陽管中的熱水流回大水箱，當(dāng)誤差降到1度時(shí)，關(guān)閉循環(huán)泵。如此不斷的循環(huán)檢測，即可充分的利用太陽能進(jìn)行加熱。（2）分為夏天和冬天兩種模式，每年的5—10月份為夏天模式，11—4月份為冬天模式。當(dāng)進(jìn)入夏天模式時(shí)，每天16：00開始可以讓熱泵工作，當(dāng)進(jìn)入冬天模式時(shí)，每天的12：00允許熱泵工作。具體轉(zhuǎn)換是：大水箱的溫度以55°C為基準(zhǔn)，當(dāng)大水箱的溫度低于55°時(shí)，啟動空氣能輔助加熱控制開關(guān)。當(dāng)大水箱的溫度低于55°時(shí)，則關(guān)閉空氣能加熱控制開關(guān)。（3）大水箱經(jīng)保溫管流向小水箱，不斷檢測小水箱的溫度，當(dāng)小水箱的溫度大于55C°時(shí)，啟動冷水開關(guān)進(jìn)行加水與攪拌，使小水箱的水保持在50-55°C之間。（4）為了能夠控制回流，要不斷的檢測回流管的溫度，當(dāng)回流管低端溫度低于45C°時(shí)，啟動回流控制閥，讓回流管的水流回大水箱，循環(huán)利用。（5）為了能夠全天提供熱水，大水箱的水量必須不得低于50%。具體措施為：每天早上9：00開始進(jìn)行自動加水，直到達(dá)到設(shè)定的最高水位為止。在9：00—16：30之間，不斷檢測大水箱的水位，使其不能低于80%的水位，也不能溢出。為了保證晚上能夠提供熱水，設(shè)定16：30后不能加水。（6）為了防止晚上偶爾出現(xiàn)供水不足的情況，傍晚5：00后可以進(jìn)行手動加水，按下手動加水鍵，啟動加水控制開關(guān)，直到達(dá)到設(shè)定檔位時(shí)，關(guān)閉加水控制開關(guān)。以上的步驟，要不斷靈活的進(jìn)行。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能要求， 本控制系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，外接的硬件接口電路包括：水箱溫度和水位檢測接口電路、控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路、設(shè)定鍵和液晶顯示接口電路、報(bào)警電路、復(fù)位接口電路等。系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-1。

2.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理圖

本設(shè)計(jì)中，檢測溫度使用DS18B20溫度傳感器，水位檢測利用水的導(dǎo)電性進(jìn)行設(shè)計(jì)，時(shí)間顯示和控制采用DS1302時(shí)鐘芯片，各種控制閥門用發(fā)光二極管指示。

3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須明確熱水器對控制器所提出的控制要求。當(dāng)陽光充足時(shí)，熱水器會利用太陽能將蓄水箱內(nèi)的水加熱到一定的溫度（可能會高于設(shè)定溫度） ，控制器將不啟動輔助加熱裝置；當(dāng)陽光不足（陰雨天）時(shí)，為了使用戶同樣能夠使用到熱水，控制器能夠自動啟動輔助加熱器，將水箱內(nèi)的水加熱到設(shè)定溫度。這樣，熱水器不論在什么樣的天氣里，都能夠向用戶提供設(shè)定溫度的熱水，從而給用戶帶來便利。根據(jù)上面的要求，控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、鍵盤中斷子程序、顯示子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度、水位檢測及進(jìn)行當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值的比較和一些初始化功能。控制系統(tǒng)主程序如圖3-1所示：

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)完成了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證、軟件編寫、硬件實(shí)現(xiàn)及整機(jī)調(diào)試，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 李廣第，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2] 李鳳霞.C語言程序設(shè)計(jì)教程[M].2版.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

[3] 張景文，王震宏，高為浪，李桂花.基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)[J].蘭州：西華大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（5）：25-27..

[4] 李華.MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993.

摘 要：目前賓館中太陽能熱水器普遍存在著受季節(jié)和天氣等因素的影響、提供的熱量不夠、不能夠?qū)崿F(xiàn)全年正常使用以及利用電能輔助加熱存在的安全隱患。設(shè)計(jì)了一個(gè)可以對空氣能和太陽能實(shí)現(xiàn)智能互補(bǔ)的多功能中央熱水控制系統(tǒng)，在有太陽光時(shí)充分利用太陽能加熱，沒有太陽光時(shí)轉(zhuǎn)換為空氣能加熱，既環(huán)保又安全。

關(guān)鍵詞：AT89S51 單片機(jī) 溫度傳感器 熱水系統(tǒng) 水位

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

1制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本控制系統(tǒng)主要用到1個(gè)大水箱和1個(gè)小水箱，各種控制閥門用發(fā)光二極管代替，發(fā)光二極管亮表示打開控制閥門開關(guān)，發(fā)光二極管滅表示關(guān)閉控制閥門開關(guān)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1。

根據(jù)各功能的要求，本設(shè)計(jì)的總體思路為：選擇兩個(gè)保溫水箱，大水箱即為儲放高溫水的蓄水箱，小水箱為調(diào)溫水箱，存放直接供客戶使用的熱水。

實(shí)現(xiàn)的具體步驟為：（1）實(shí)時(shí)檢測太陽集熱管中水的溫度和大水箱中水的溫度，當(dāng)太陽管中水的溫度比大水箱中水的溫度高出5°C以上時(shí)，延時(shí)一些時(shí)間，打開循環(huán)泵，讓太陽管中的熱水流回大水箱，當(dāng)誤差降到1度時(shí)，關(guān)閉循環(huán)泵。如此不斷的循環(huán)檢測，即可充分的利用太陽能進(jìn)行加熱。（2）分為夏天和冬天兩種模式，每年的5—10月份為夏天模式，11—4月份為冬天模式。當(dāng)進(jìn)入夏天模式時(shí)，每天16：00開始可以讓熱泵工作，當(dāng)進(jìn)入冬天模式時(shí)，每天的12：00允許熱泵工作。具體轉(zhuǎn)換是：大水箱的溫度以55°C為基準(zhǔn)，當(dāng)大水箱的溫度低于55°時(shí)，啟動空氣能輔助加熱控制開關(guān)。當(dāng)大水箱的溫度低于55°時(shí)，則關(guān)閉空氣能加熱控制開關(guān)。（3）大水箱經(jīng)保溫管流向小水箱，不斷檢測小水箱的溫度，當(dāng)小水箱的溫度大于55C°時(shí)，啟動冷水開關(guān)進(jìn)行加水與攪拌，使小水箱的水保持在50-55°C之間。（4）為了能夠控制回流，要不斷的檢測回流管的溫度，當(dāng)回流管低端溫度低于45C°時(shí)，啟動回流控制閥，讓回流管的水流回大水箱，循環(huán)利用。（5）為了能夠全天提供熱水，大水箱的水量必須不得低于50%。具體措施為：每天早上9：00開始進(jìn)行自動加水，直到達(dá)到設(shè)定的最高水位為止。在9：00—16：30之間，不斷檢測大水箱的水位，使其不能低于80%的水位，也不能溢出。為了保證晚上能夠提供熱水，設(shè)定16：30后不能加水。（6）為了防止晚上偶爾出現(xiàn)供水不足的情況，傍晚5：00后可以進(jìn)行手動加水，按下手動加水鍵，啟動加水控制開關(guān)，直到達(dá)到設(shè)定檔位時(shí)，關(guān)閉加水控制開關(guān)。以上的步驟，要不斷靈活的進(jìn)行。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能要求， 本控制系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，外接的硬件接口電路包括：水箱溫度和水位檢測接口電路、控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路、設(shè)定鍵和液晶顯示接口電路、報(bào)警電路、復(fù)位接口電路等。系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-1。

2.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理圖

本設(shè)計(jì)中，檢測溫度使用DS18B20溫度傳感器，水位檢測利用水的導(dǎo)電性進(jìn)行設(shè)計(jì)，時(shí)間顯示和控制采用DS1302時(shí)鐘芯片，各種控制閥門用發(fā)光二極管指示。

3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須明確熱水器對控制器所提出的控制要求。當(dāng)陽光充足時(shí)，熱水器會利用太陽能將蓄水箱內(nèi)的水加熱到一定的溫度（可能會高于設(shè)定溫度） ，控制器將不啟動輔助加熱裝置；當(dāng)陽光不足（陰雨天）時(shí)，為了使用戶同樣能夠使用到熱水，控制器能夠自動啟動輔助加熱器，將水箱內(nèi)的水加熱到設(shè)定溫度。這樣，熱水器不論在什么樣的天氣里，都能夠向用戶提供設(shè)定溫度的熱水，從而給用戶帶來便利。根據(jù)上面的要求，控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、鍵盤中斷子程序、顯示子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度、水位檢測及進(jìn)行當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值的比較和一些初始化功能?？刂葡到y(tǒng)主程序如圖3-1所示：

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)完成了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證、軟件編寫、硬件實(shí)現(xiàn)及整機(jī)調(diào)試，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 李廣第，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2] 李鳳霞.C語言程序設(shè)計(jì)教程[M].2版.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

[3] 張景文，王震宏，高為浪，李桂花.基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)[J].蘭州：西華大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（5）：25-27..

[4] 李華.MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993.

摘 要：目前賓館中太陽能熱水器普遍存在著受季節(jié)和天氣等因素的影響、提供的熱量不夠、不能夠?qū)崿F(xiàn)全年正常使用以及利用電能輔助加熱存在的安全隱患。設(shè)計(jì)了一個(gè)可以對空氣能和太陽能實(shí)現(xiàn)智能互補(bǔ)的多功能中央熱水控制系統(tǒng)，在有太陽光時(shí)充分利用太陽能加熱，沒有太陽光時(shí)轉(zhuǎn)換為空氣能加熱，既環(huán)保又安全。

關(guān)鍵詞：AT89S51 單片機(jī) 溫度傳感器 熱水系統(tǒng) 水位

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

1制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本控制系統(tǒng)主要用到1個(gè)大水箱和1個(gè)小水箱，各種控制閥門用發(fā)光二極管代替，發(fā)光二極管亮表示打開控制閥門開關(guān)，發(fā)光二極管滅表示關(guān)閉控制閥門開關(guān)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1。

根據(jù)各功能的要求，本設(shè)計(jì)的總體思路為：選擇兩個(gè)保溫水箱，大水箱即為儲放高溫水的蓄水箱，小水箱為調(diào)溫水箱，存放直接供客戶使用的熱水。

實(shí)現(xiàn)的具體步驟為：（1）實(shí)時(shí)檢測太陽集熱管中水的溫度和大水箱中水的溫度，當(dāng)太陽管中水的溫度比大水箱中水的溫度高出5°C以上時(shí)，延時(shí)一些時(shí)間，打開循環(huán)泵，讓太陽管中的熱水流回大水箱，當(dāng)誤差降到1度時(shí)，關(guān)閉循環(huán)泵。如此不斷的循環(huán)檢測，即可充分的利用太陽能進(jìn)行加熱。（2）分為夏天和冬天兩種模式，每年的5—10月份為夏天模式，11—4月份為冬天模式。當(dāng)進(jìn)入夏天模式時(shí)，每天16：00開始可以讓熱泵工作，當(dāng)進(jìn)入冬天模式時(shí)，每天的12：00允許熱泵工作。具體轉(zhuǎn)換是：大水箱的溫度以55°C為基準(zhǔn)，當(dāng)大水箱的溫度低于55°時(shí)，啟動空氣能輔助加熱控制開關(guān)。當(dāng)大水箱的溫度低于55°時(shí)，則關(guān)閉空氣能加熱控制開關(guān)。（3）大水箱經(jīng)保溫管流向小水箱，不斷檢測小水箱的溫度，當(dāng)小水箱的溫度大于55C°時(shí)，啟動冷水開關(guān)進(jìn)行加水與攪拌，使小水箱的水保持在50-55°C之間。（4）為了能夠控制回流，要不斷的檢測回流管的溫度，當(dāng)回流管低端溫度低于45C°時(shí)，啟動回流控制閥，讓回流管的水流回大水箱，循環(huán)利用。（5）為了能夠全天提供熱水，大水箱的水量必須不得低于50%。具體措施為：每天早上9：00開始進(jìn)行自動加水，直到達(dá)到設(shè)定的最高水位為止。在9：00—16：30之間，不斷檢測大水箱的水位，使其不能低于80%的水位，也不能溢出。為了保證晚上能夠提供熱水，設(shè)定16：30后不能加水。（6）為了防止晚上偶爾出現(xiàn)供水不足的情況，傍晚5：00后可以進(jìn)行手動加水，按下手動加水鍵，啟動加水控制開關(guān)，直到達(dá)到設(shè)定檔位時(shí)，關(guān)閉加水控制開關(guān)。以上的步驟，要不斷靈活的進(jìn)行。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能要求， 本控制系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，外接的硬件接口電路包括：水箱溫度和水位檢測接口電路、控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路、設(shè)定鍵和液晶顯示接口電路、報(bào)警電路、復(fù)位接口電路等。系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-1。

2.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理圖

本設(shè)計(jì)中，檢測溫度使用DS18B20溫度傳感器，水位檢測利用水的導(dǎo)電性進(jìn)行設(shè)計(jì)，時(shí)間顯示和控制采用DS1302時(shí)鐘芯片，各種控制閥門用發(fā)光二極管指示。

3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須明確熱水器對控制器所提出的控制要求。當(dāng)陽光充足時(shí)，熱水器會利用太陽能將蓄水箱內(nèi)的水加熱到一定的溫度（可能會高于設(shè)定溫度） ，控制器將不啟動輔助加熱裝置；當(dāng)陽光不足（陰雨天）時(shí)，為了使用戶同樣能夠使用到熱水，控制器能夠自動啟動輔助加熱器，將水箱內(nèi)的水加熱到設(shè)定溫度。這樣，熱水器不論在什么樣的天氣里，都能夠向用戶提供設(shè)定溫度的熱水，從而給用戶帶來便利。根據(jù)上面的要求，控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、鍵盤中斷子程序、顯示子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度、水位檢測及進(jìn)行當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值的比較和一些初始化功能?？刂葡到y(tǒng)主程序如圖3-1所示：

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)完成了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證、軟件編寫、硬件實(shí)現(xiàn)及整機(jī)調(diào)試，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 李廣第，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2] 李鳳霞.C語言程序設(shè)計(jì)教程[M].2版.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

[3] 張景文，王震宏，高為浪，李桂花.基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能控制系統(tǒng)[J].蘭州：西華大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（5）：25-27..

[4] 李華.MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993.