太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展前景

太陽(yáng)能熱泵自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)不足與燃煤發(fā)電和加熱爐相比，能源清潔、無(wú)污染、節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。這是一個(gè)真正的綠色產(chǎn)品，現(xiàn)在越來(lái)越受消費(fèi)者的喜愛(ài)。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的品牌很多如皇明、輝煌、光揚(yáng)、地球等,但眾多品牌的太陽(yáng)能熱水器在自動(dòng)檢測(cè)與控制方面存在不少問(wèn)題,如不帶自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng);帶有自動(dòng)檢測(cè)器,但檢測(cè)精度很低;不帶自動(dòng)上水功能,即使帶此功能液位控制用的是浮球?qū)崿F(xiàn)的,極易出現(xiàn)故障;不帶智能控制等,以上缺點(diǎn)給用戶帶來(lái)褚多不便,用戶無(wú)法了解熱水器的水溫高低、水量的多少,不能根據(jù)水位、水溫、天氣自動(dòng)控制上水,使太陽(yáng)能熱水器的使用受到了限制。本設(shè)計(jì)解決了上述市場(chǎng)上太陽(yáng)能熱水器檢測(cè)器存在的問(wèn)題,提出了可行性設(shè)計(jì)方案。1控制組成太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)檢測(cè)與控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1所示,主要由測(cè)溫電路、測(cè)液位電路、報(bào)警電路、電磁閥液位控制、單片機(jī)P87LPC764、EEPROM、液晶顯示控制面板等組成。2主要規(guī)劃和電路設(shè)計(jì)和原理2.1溫度測(cè)量設(shè)計(jì)2.1.1熱敏電阻的計(jì)算太陽(yáng)能熱水器的測(cè)溫部分采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作為溫度傳感器,把熱敏電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓變化值,通過(guò)P87LPC764內(nèi)部的比較器,結(jié)合∑—△算法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換,用查表計(jì)算的方法得出對(duì)應(yīng)的溫度值。熱敏電阻與溫度的準(zhǔn)確關(guān)系為:RT=R0exp[β(1T?1T0)]RΤ=R0exp[β(1Τ-1Τ0)]式中:R0為溫度為T(mén)0時(shí)的電阻值,T0為基準(zhǔn)溫度(298.15K,即25℃),β為材料系數(shù)。準(zhǔn)確公式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)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(gè)電阻R1=R(45℃),將熱敏電阻RT與固定電阻R1串聯(lián),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(xiàn)把電壓的測(cè)經(jīng)度固定在10位,設(shè)VIN的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為N,則VCC的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為1024,上式變?yōu)?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(shí)也得到:N=10241+exp(βT+273.15?β318.15)Ν=10241+exp(βΤ+273.15-β318.15)現(xiàn)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(jì)算出線性區(qū)間劃分中所示的結(jié)果,可以看出,在溫度-20℃—110℃范圍內(nèi),相鄰溫度對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值最少相差3,最多相差10,且在一定范圍內(nèi)是線性變化,因此,把-20℃—110℃分成幾個(gè)線性區(qū)域,得出的折線圖如圖2所示,圖中所標(biāo)數(shù)值為相鄰線性區(qū)域的轉(zhuǎn)折點(diǎn),在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)可利用這一特性查表計(jì)算。2.1.2用in方法求解溫度測(cè)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(lián)分壓得到,Vin送端口CIN1A,通過(guò)比較器的兩個(gè)端口CMPREF,CIN1A和一個(gè)I/O口(被置成上拉模式)完成∑—△算法的A/D轉(zhuǎn)換。Vin的變化反映了熱敏電阻Rt的變化,進(jìn)而反映出溫度的變化。2.1.3利用相鄰線性區(qū)的原理計(jì)算溫度如原理部分所述,A/D轉(zhuǎn)化值在一定的范圍內(nèi)是線性變化,若查表的插值計(jì)算落在各個(gè)線性區(qū)域內(nèi),則由計(jì)算帶來(lái)的誤差就會(huì)減少,因此取相鄰線性區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)組成一個(gè)表格即兩個(gè)數(shù)據(jù)之間就為一個(gè)線性區(qū)間,根據(jù)計(jì)算結(jié)果可得:溫度由低到高各個(gè)線性區(qū)的斜率依次是3,4,5,6,7,8,9,10,9,8,7,6,5,4,3。根據(jù)這一關(guān)系,在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí),由表格的相對(duì)位置指針,計(jì)算得到各個(gè)區(qū)間的斜率,進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)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(zhuǎn)換對(duì)測(cè)量精度的影響在不考慮電源電壓和電阻的影響時(shí),A/D轉(zhuǎn)換值有可能圍繞正確值上下波動(dòng)1,所以只有相鄰溫度對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值之差大于等于3,才能把相鄰溫度區(qū)分出來(lái),在要求測(cè)溫范圍在-20℃—110℃時(shí),則A/D轉(zhuǎn)換精度最低為10位,才能把高端,低端的相鄰溫度區(qū)分開(kāi)來(lái)。(2)電壓對(duì)測(cè)量精度的影響在其它條件不變時(shí),設(shè)電源電壓的最大變化范圍為ΔV,各個(gè)線性區(qū)域內(nèi)相鄰溫度對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值之差為ΔN,只要電壓變化引起的A/D轉(zhuǎn)換值的變化不大于ΔN,就不會(huì)對(duì)測(cè)量精度帶來(lái)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(jìn)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(guān)系,測(cè)量范圍(高端)縮小時(shí),對(duì)電源電壓的要求會(huì)降低。在測(cè)量范圍為-20℃—110℃時(shí),考慮在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)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(duì)測(cè)量精度響普通電阻的精度為R±10%,為了降低普通電阻對(duì)采樣電壓影響,在選好固定電阻R1=R(45℃)后,再串聯(lián)上一個(gè)可調(diào)電阻Rw(電阻值為R的1/4左右)標(biāo)定時(shí),讓水溫穩(wěn)定在設(shè)備典型溫度上(例如45℃),通過(guò)調(diào)Rw使顯示的溫度正好為實(shí)際溫度,如圖5所示。2.2水位檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路液位測(cè)量采用壓力傳感器,根據(jù)壓力的大小來(lái)反映水位的高低,方法是利用74LPC64內(nèi)部另一路A/D轉(zhuǎn)換,測(cè)量轉(zhuǎn)換原理與檢測(cè)溫度相似,通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。2.3繼電器控制器a/d轉(zhuǎn)換當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到液位低于設(shè)定值時(shí),通過(guò)P87LPC764內(nèi)部的比較器,結(jié)合∑—△算法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換,單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)繼電器線圈得電,繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,即電磁閥同時(shí)得電,閥門(mén)打開(kāi),儲(chǔ)水箱開(kāi)始進(jìn)水。當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到液位與設(shè)定液位一致時(shí),單片機(jī)關(guān)閉控制信號(hào),繼電器失電,電磁閥同時(shí)復(fù)位,關(guān)閉了進(jìn)水閥,從而實(shí)現(xiàn)了液位的自動(dòng)控制功能。液位控制電路見(jiàn)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(yù)值+/-鍵,可根據(jù)天氣情況設(shè)定上水水位,操作簡(jiǎn)單,穩(wěn)定可靠,天氣晴朗可設(shè)定高水位,天氣不好,設(shè)定較低的水位,這樣都能有熱水可用。3水位自動(dòng)檢測(cè)(1)對(duì)太陽(yáng)能熱水器水溫進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。(2)對(duì)太陽(yáng)能熱水器水位進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),水位上限控制。在不增加成本的情況下提高