太陽(yáng)能熱水器控制電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)

趙立輝（長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

現(xiàn)在，太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)在城鄉(xiāng)普遍使用。相對(duì)于電熱水器、天然氣熱水器和液化氣熱水器，由于太陽(yáng)能熱水器節(jié)約能源、綠色環(huán)保而日益受到人們的青睞。太陽(yáng)能熱水器是通過(guò)集熱管采集太陽(yáng)能來(lái)加熱集熱管中的冷水。因此，集熱管是太陽(yáng)能熱水器的關(guān)鍵部件，其壽命長(zhǎng)短是至關(guān)重要的。在天氣晴好的時(shí)候，太陽(yáng)能熱水器顯示的溫度甚至可以達(dá)到99℃，這對(duì)集熱管和下水管道是非常不利的。太陽(yáng)能熱水器控制電路的溫度控制部分可以顯示當(dāng)前水溫，使用者可設(shè)定溫度自動(dòng)或手動(dòng)控制加熱。為了延長(zhǎng)集熱管乃至太陽(yáng)能熱水器的壽命，筆者對(duì)太陽(yáng)能熱水器控制電路及相關(guān)軟件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)分析

對(duì)太陽(yáng)能熱水器控制電路進(jìn)行改進(jìn)的基本思路如下，即在太陽(yáng)能熱水器的支架上增加一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和一個(gè)由其帶動(dòng)且與集熱管平行運(yùn)行的微型卷閘門。當(dāng)集熱管中的水溫超過(guò)使用者設(shè)定的溫度時(shí)(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，夏天可設(shè)定為45℃左右，冬天可設(shè)定為50℃左右），控制電路控制步進(jìn)電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)微型卷閘門覆蓋集熱管；當(dāng)集熱管中的水溫低于使用者設(shè)定的溫度時(shí)，控制電路控制步進(jìn)電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)微型卷閘門打開(kāi)集熱管。另外，還應(yīng)設(shè)置手動(dòng)方式控制步進(jìn)電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)或反向運(yùn)動(dòng)。如太陽(yáng)能熱水器長(zhǎng)期不用(離家外出）或遇到惡劣天氣(風(fēng)、雨、雪、雷、電、冰雹等）時(shí)，可考慮用手動(dòng)方式控制步進(jìn)電機(jī)覆蓋集熱管，也可根據(jù)需要長(zhǎng)期打開(kāi)集熱管。

2 控制電路設(shè)計(jì)

對(duì)控制電路的設(shè)計(jì)主要包括如下幾方面：①增加一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和一個(gè)微型卷閘門。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)微型卷閘門運(yùn)動(dòng)時(shí)，有2種方法可以判斷微型卷閘門何時(shí)運(yùn)動(dòng)到位。第1種方法是在太陽(yáng)能熱水器集熱管支架的2端各安裝一個(gè)按壓式微動(dòng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的狀態(tài)由控制電路不斷檢測(cè)，當(dāng)微型卷閘門的尾端和開(kāi)關(guān)接觸時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。該設(shè)計(jì)增加了成本，也增加了電路的復(fù)雜性和發(fā)生故障的概率。第2種方法是測(cè)出微型卷閘門完整覆蓋或打開(kāi)的時(shí)間，在程序中延遲該段時(shí)間即可[1]，該方法簡(jiǎn)單易行，因而可以考慮采用第2種方法。②增加一個(gè)信號(hào)放大電路來(lái)放大單片機(jī)發(fā)出的開(kāi)管或閉管信號(hào)，從而控制步進(jìn)電機(jī)工作。③在太陽(yáng)能熱水器的控制鍵盤上增加3個(gè)鍵，即溫控按鍵、閉管按鍵和開(kāi)管按鍵。按下溫控按鍵可使太陽(yáng)能熱水器進(jìn)入溫度控制狀態(tài)。在該狀態(tài)下，單片機(jī)根據(jù)溫控電路得到當(dāng)前水溫，再與使用者設(shè)定的溫度進(jìn)行比較控制步進(jìn)電機(jī)工作，從而帶動(dòng)微型卷閘門覆蓋或打開(kāi)集熱管。按下閉管按鍵可使太陽(yáng)能熱水器脫離溫度控制狀態(tài)。進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)后可強(qiáng)制控制步進(jìn)電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)微型卷閘門覆蓋集熱管。按下開(kāi)管按鍵可使太陽(yáng)能熱水器脫離溫度控制狀態(tài)。進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)后可強(qiáng)制控制步進(jìn)電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)微型卷閘門打開(kāi)集熱管。控制電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

在程序中設(shè)置1個(gè)變量來(lái)表示集熱管的狀態(tài)，若為1表示打開(kāi)管狀態(tài)，若為0表示覆蓋管狀態(tài)。為了避免步進(jìn)電機(jī)頻繁啟動(dòng)，可以在程序中設(shè)置1個(gè)溫度范圍，如設(shè)定溫度在±5℃以內(nèi)步進(jìn)電機(jī)不啟動(dòng)。控制電路設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析太陽(yáng)能熱水器控制電路功能，對(duì)其現(xiàn)有控制電路進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)際運(yùn)行表明，改進(jìn)的太陽(yáng)能熱水器更加智能化，其集熱管乃至太陽(yáng)能熱水器的壽命都有所延長(zhǎng)。

[1]趙建領(lǐng).51單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.