太陽能熱水器控制電路的改進設計

趙立輝（長江大學計算機科學學院，湖北 荊州434023）

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

1 設計分析

對太陽能熱水器控制電路進行改進的基本思路如下，即在太陽能熱水器的支架上增加一個步進電機和一個由其帶動且與集熱管平行運行的微型卷閘門。當集熱管中的水溫超過使用者設定的溫度時(根據(jù)經(jīng)驗，夏天可設定為45℃左右，冬天可設定為50℃左右），控制電路控制步進電機正向運動，帶動微型卷閘門覆蓋集熱管；當集熱管中的水溫低于使用者設定的溫度時，控制電路控制步進電機反向運動，帶動微型卷閘門打開集熱管。另外，還應設置手動方式控制步進電機正向運動或反向運動。如太陽能熱水器長期不用(離家外出）或遇到惡劣天氣(風、雨、雪、雷、電、冰雹等）時，可考慮用手動方式控制步進電機覆蓋集熱管，也可根據(jù)需要長期打開集熱管。

2 控制電路設計

對控制電路的設計主要包括如下幾方面：①增加一個步進電機和一個微型卷閘門。當步進電機帶動微型卷閘門運動時，有2種方法可以判斷微型卷閘門何時運動到位。第1種方法是在太陽能熱水器集熱管支架的2端各安裝一個按壓式微動開關(guān)，開關(guān)的狀態(tài)由控制電路不斷檢測，當微型卷閘門的尾端和開關(guān)接觸時停止運動。該設計增加了成本，也增加了電路的復雜性和發(fā)生故障的概率。第2種方法是測出微型卷閘門完整覆蓋或打開的時間，在程序中延遲該段時間即可[1]，該方法簡單易行，因而可以考慮采用第2種方法。②增加一個信號放大電路來放大單片機發(fā)出的開管或閉管信號，從而控制步進電機工作。③在太陽能熱水器的控制鍵盤上增加3個鍵，即溫控按鍵、閉管按鍵和開管按鍵。按下溫控按鍵可使太陽能熱水器進入溫度控制狀態(tài)。在該狀態(tài)下，單片機根據(jù)溫控電路得到當前水溫，再與使用者設定的溫度進行比較控制步進電機工作，從而帶動微型卷閘門覆蓋或打開集熱管。按下閉管按鍵可使太陽能熱水器脫離溫度控制狀態(tài)。進入手動狀態(tài)后可強制控制步進電機正向運動，帶動微型卷閘門覆蓋集熱管。按下開管按鍵可使太陽能熱水器脫離溫度控制狀態(tài)。進入手動狀態(tài)后可強制控制步進電機反向運動，帶動微型卷閘門打開集熱管。控制電路設計框圖如圖1所示。

在程序中設置1個變量來表示集熱管的狀態(tài)，若為1表示打開管狀態(tài)，若為0表示覆蓋管狀態(tài)。為了避免步進電機頻繁啟動，可以在程序中設置1個溫度范圍，如設定溫度在±5℃以內(nèi)步進電機不啟動?？刂齐娐吩O計流程圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

圖2 系統(tǒng)軟件設計流程圖

3 結(jié) 語

通過分析太陽能熱水器控制電路功能，對其現(xiàn)有控制電路進行了改進。實際運行表明，改進的太陽能熱水器更加智能化，其集熱管乃至太陽能熱水器的壽命都有所延長。

[1]趙建領(lǐng).51單片機開發(fā)與應用技術(shù)詳解 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.