基于ＰＩＣ１６Ｃ７２Ａ的太陽能熱水工程控制器的設計

摘 要：介紹了一個基于PIC16C72A單片機的太陽能熱水工程自動控制器。給出了控制器的完整電路圖，并對水位、水溫測量電路的工作原理、器件參數選擇作了詳細的分析。該設計方案省去了信號調理電路、專用A/D轉換和輸出譯碼驅動芯片，不僅硬件系統組成簡單、而且系統的可靠性好。

關鍵詞：PIC16C72A；太陽能熱水工程；水溫；水位；控制器

Design of Controller for Solar Energy Hot Water Project Based on PIC16C72A

WANG Gongtang

(College of Physics and Electronics，Shandong Normal University，Ji′nan，250014，China)

Abstract：A controller based on PIC16C72A for solar energy hot water project is introduced.The circuit diagram of controller is given.The work principle，component parameters and accuracy of measuring temperatures and water level are dissertated in detail.It only utilizes single microchip directly to realize the function of measuring and control.The circuit is very simple in structure and it can satisfy the accuracy of measuring temperature，so it can not only decrease the cost of the entire system，but also increase the reliability of the system.

Keywords：PIC16C72A;solar hot water project;water temperature;water level;controller

1 引 言

近年來隨著石油、煤炭等能源緊缺和環保的要求，越來越多的賓館、游泳池、公共浴池等場所開始采用太陽能集熱熱水工程作為集中供熱水的來源。太陽能熱水工程由真空管集熱器、儲水箱、支架、溫差循環管路、上水控制、供水管路、管道防凍、輔助電加熱控制等部分組成，系統組成較復雜，對需要配套的自動控制裝置的功能和質量要求較高。至今為止，國內外尚無質量過關的太陽能熱水工程自動控制器?，F有的控制器的缺點主要表現在：測溫元件用鉑電阻作元件，成本高或電路參數不合理，測溫傳感器工作壽命短；各控制部分電路及功能獨立，相關性差，控制系統的自動化集成度低；水位測量傳感器壽命短，維修成本高。為降低成本和提高可靠性，使控制器的功能更全面實用，操作更簡便、直觀，結合PIC單片機和NTC熱敏傳感器技術，特設計開發了此太陽能熱水工程控制器。

2 系統結構和工作原理

該控制器主要用于測量、顯示太陽能熱水工程的儲水箱水位、水溫、集熱器溫度、室外溫差循環管道溫度、供水溫度，并控制上水、溫差循環、輔助電加熱、恒溫供水循環、伴熱防凍和參數設置等。主要由控制主機、溫度傳感器、水位傳感器、測量電路、顯示和輸出控制等部分組成，其總體系統結構框圖如圖1所示。

圖1 控制器結構框圖

單片機PIC16C72A作為控制器的核心，通過執行程序實現對系統的各部分的控制，協調各個部分的工作。溫度測量模塊分別實現集熱器、水箱、供水管道、溫差循環管路的溫度測量，水位測量模塊實現水箱水位的測量。六路輸出通過繼電器分別控制上水電磁閥、溫差循環泵、電加熱器，恒溫供水循環泵，定溫放水閥門和防凍電伴熱帶工作。LED顯示部分顯示太陽能熱水系統的水箱水溫、水位、集熱器溫度、工作狀態及相關參數顯示，鍵盤部分用于手動控制上水、手動電加熱，工作方式選擇及相關參數設置。

3 系統硬件設計

設計的控制器以PIC16C72A為核心，電路原理圖如圖2所示。該單片機有兩個計數器，內置五通道8位A/D轉換模塊，帶有2 kB的OTP程序存儲器。水位的測量方法是用非對稱式多諧振蕩器電路把水位的高低轉換為頻率的大小，再由單片機內置的計數器對頻率計數測量水位。儲水箱水溫、集熱器溫度、供水管道溫度、室外循環管道溫度的測量方法均是利用熱敏電阻與固定電阻串聯分壓，把溫度的變化轉換為電壓的變化，直接利用單片機內的多通道A/D轉換模塊對這4路溫度信號電壓進行A/D轉換后由程序讀取和處理。用程序控制PORTB口分時作鍵盤輸入口或顯示輸出口。