基于AFS600的太陽能熱水器通用控制器設(shè)計(jì)

8051內(nèi)核的P0口為液晶的數(shù)據(jù)口，P2．O～P2．2為液晶的使能控制端，P2．3～P2．5分別為3個(gè)電磁閥的控制端。對(duì)淋浴水溫進(jìn)行智能檢測和顯示，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，通過控制節(jié)流閥的角度來調(diào)節(jié)水流量，從而來保證淋浴水溫與用戶設(shè)定水溫相一致。 P1．O為數(shù)字溫度傳感器DSl8820的專用端，用于檢測水箱溫度并顯示在液晶上；P1．1也是溫度傳感器專用端，用于檢測淋浴水溫。如果水箱溫度不足(達(dá)到設(shè)置水溫下限)，則控制繼電器啟動(dòng)輔助加熱裝置；當(dāng)水溫達(dá)到加熱溫度上限時(shí)，則關(guān)閉輔助加熱裝置。水位用5段LED燈顯示。若水位不足，則報(bào)警蜂鳴器響；若沒使用，則上水繼電器動(dòng)作，電磁閥開通，自動(dòng)上水至水位上限后關(guān)閉。
1．3 液位傳感器的設(shè)計(jì)
由于目前常用的垂子式液位傳感器易受水垢的影響，本文利用浸入水中的兩個(gè)極板組成電容，電容值大小反映了水位的高低。其結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示。

圖3(a)中，H為鋁板總高度，h為液位高度。設(shè)板間距為l，鋁板的寬度為b。上下兩部分的介質(zhì)分別為空氣和水，等效電容為C1和C2分別為：

式中：空氣的介電常數(shù)ε空氣為l，水的介電常數(shù)ε水為80。總電容C總為：

顯然，電容的大小與水位的高度成正比。實(shí)際制作的電容傳感器，測試電容值C為0．1～2．2μF。
本傳感器采用定時(shí)器NE555設(shè)計(jì)了一款方波發(fā)生器，用于實(shí)現(xiàn)水位-電容值-頻率的轉(zhuǎn)換，輸出的頻率可反映水位的變化，取中心工作頻率為1 kHz。具體電路如圖3(b)所示。輸出頻率f為：

這里，R1、R2均取為1．43 kΩ。
當(dāng)水位發(fā)生變化引起電容的變化，經(jīng)多諧振蕩器輸出的方波頻率f也隨之發(fā)生變化，根據(jù)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器T0捕捉到的時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理判斷水位。
1．4 節(jié)流閥的控制
為了控制淋浴水溫、調(diào)節(jié)流量，需要控制節(jié)流閥。本文采用節(jié)流閥和步進(jìn)電機(jī)組成流量控制方案，通過控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來控制節(jié)流閥的開啟角，從而控制流量。選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器BY一2HB03M，控制二相四拍步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)及正反轉(zhuǎn)。其驅(qū)動(dòng)器接線如圖4所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)要求，除了需要實(shí)時(shí)檢測和顯示水箱溫度和水位外，還需要控制淋浴溫度、上水閥、節(jié)流閥、輔助加熱控制裝置等，所有這些功能由AFS600內(nèi)部嵌入8051內(nèi)核完成。控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，除主程序外，還包括鍵盤與顯示子程序、溫度與液位采集子程序、以及淋浴水溫控制子程序和上水控制子程序等。系統(tǒng)的主程序接收控制指令，調(diào)用子程序完成溫度、水位檢測等。下面重點(diǎn)介紹淋浴溫度控制和上水控制子程序流程。
2．1 上水控制
熱水器控制器具有智能化上水控制功能，可以起到保護(hù)熱水器的作用。例如，水位較低時(shí)，淋浴時(shí)或高溫日照下禁止自動(dòng)上水；居家長時(shí)間無人時(shí)，需要考慮自動(dòng)上水問題；水位傳感器失靈時(shí)，防止上水溢出等。對(duì)此，系統(tǒng)預(yù)置最低水位和最高水位，并根據(jù)時(shí)間系統(tǒng)預(yù)置自動(dòng)上水時(shí)段。程序中設(shè)有計(jì)時(shí)器，檢測上水時(shí)的水位變化與上水時(shí)間關(guān)系，以此檢測水位傳感器失效問題，并可防止上水溢出問題。具體流程如圖5所示。