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1、太阳能热水器辅助电加热控制器的研制南京师范大学物理系(南京210097)陈家胜朱小松单学明摘要文章介绍了以AT89C2051单片机和8位串行A/D转换器TLC549为核心构成太阳能热水器辅助电加热控制器的工作原理,给出了硬件电路和程序框图。该控制器结构简单、性能可靠,可以实现水温水位的预置、测量、显示和控制等多种功能,具有初步智能控制的特征,并以低成本的代价实现,有良好的应用和推广前景。关键词太阳能热水器单片机串行A/D转换温度控制系统太阳能热水器作为真正的绿色家电,越来越为广大城乡居民所接受,如何方便、舒适、安全地使用太阳能热水器为人们所关注,而高新技术的引入,必将对这一领域的技术创新增添新
2、的活力。基于现代电子技术的太阳能热水器辅助电加热方法,可以满足在无光照阴雨天或寒冷冬季条件下正常使用的要求。这种方法并不复杂:在真空管太阳能热水器的保温贮水箱内增加一电热元件并固定在绝缘底座上,其电源引线经温控开关接交流电流,并可调节水温。检索近年有关太阳能热水器辅助电加热控制器文献,它们或是由集成运放、555电路组成,结构复杂,功能简单;或是由内藏A/D转换器的PIC单片机组成,成本较高,操作复杂,没有注意应用MCU自身强大的功能。本文介绍的太阳能热水器辅助电加热控制器是以AT89C2051单片机和廉价8位串行A/D转换器TCL549为核心构成,具有水温水位的预置、测量、显示和控制等功能,并
3、且具有初步智能控制的特征,例如,可以根据预先设定的用水时键值,然后根据键值执行相应的功能子程序,完成各种调显和修参功能。3.4单片机串行中断服务子程序因本系统含多台下位机,故单片机只能用串行通信中的方式3,以实现多机通信功能。在此方式下,传输的数据为9位,其中低8位为数据位,最高位为地址/数据标志位。当上位机要发送一批数据给几个下位机之一时,首先发送一帧表明下位机地址的地址字节信息,该字节的第8位TB8=1为地址标志。下位机的SM2都设定为1,使所有下位机都能被中断而接收地址信息。当某一下位机的地址与所接收的地址一致时,该下位机将SM2清0并转入接收数据状态,直到接收完全部的数据字节为止;而地
4、址号不同的下位机的SM2仍为1。单片机的串口初始化程序如下:MOVPCON,#00HMOVTMOD,#21HMOVTL1,#0F3HMOVTH1,#0F3HMOVSCON,#0F0H;SMOD=0;T1工作于方式2;波特率2400图4主程序流程图当有键按下时CPU便转入执行此子程序。先判别;串行口工作于方式3《电子技术》年第期上海华为信息技术有限公司()计算机应用间、需要的水温以及当前的水温水位,经判决逻辑得到是否需要投入辅助电加热器以及投入辅助电加热器的最佳时间,并按照判决结果自动运行。而上述功能和特性都是以低成本(两器件仅人民币15元左右)的代价实现的,具有良好的应用和推广前景。本文介绍该
5、控制器的工作原理,讨论其控制策略,并给出实用的硬件电路与程序设计方法。出后,该控制器自动推算出能够满足以上要求的开始工作时间,并启动定时器,处于定时开启状态。1.3水位控制水位控制通过测量水位并与水位设定值比较后,控制电磁阀的开关实现,当水位测量值小于设定值时打开进水电磁阀,反之则关闭电磁阀。此外当水位测量值小于最低水位时,如处于加热状态则立即关闭电加热元件电源、打开进水电磁阀同时发出报警信号。1.4温度控制温度控制通过测量水温并与温度设定值比较后,控制电加热元件电源的开关实现,用一继电器完成,当测量温度值<设定温度值-2℃闭合继电器,接通电加热元件电源;当测量温度值>设定温度值+1℃断开继电
6、器,切断电加热元件电源。1.5自检按下“水位”键的同时开启控制器电源,进入自检模式,用于出厂前和修理时,检测和判断控制器的水位水温度的测量、显示和控制等各项功能。主要功能与参数控制器面板布置如图1所示,分别由水位显示、温度/时间显示、预置按键和操作按键四个功能区组成,并有进水、加热和用水相应工作状态指示。1图1太阳能热水器辅助电加热控制器面板布置图1.1水位、温度与时间显示控制器的水位显示由五只LED完成,它把太阳能热水器储水箱分成五等份,每一刻度是20升,由下至上水位升高。温度、时间显示由4位8段数码管组成,显示温度值时,左边两位显示温度值,最右边一位显示温度单位“℃”;显示时间值时,左边两
7、位显示时,右边两位显示分,中间两只LED以秒周期闪动。1.2参数预置通过水位预置按键配合LED水位显示,可以键入水位预置值,每按一次水位预置按键在当前水位值基础上加1,步长为20升并以0→1→2→3→4→5→0循环。水位预置的缺省初值为2,即40升水位,水位预置范围是20～100升。通过水温预置按键配合温度显示数码管,可以键入水温预置值,每按一次水温预置按键在当前水硬件电路设计22.1工作原理按照
