太阳能热水器控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及加热技术领域，特别涉及一种太阳能热水器控制系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]当今社会能源是一大问题，人们生活需求不断扩张，所以节能是最重要的行动。想到节能那首要想到的就是太阳能，太阳能是当今讨论研究的重要话题，生活中现在不断的出现用太阳能来代替传统的其他能源方式。目前在太阳能技术的应用最为贴近生活的当属太阳能热水器。
[0004]图1所示的是传统的太阳能热水器的原理图，1为储水箱，2为真空集热管。通过太阳辐射对真空集热管加热把太阳能转化为热能，集热管受太阳光照射的那一面温度高，集热管不受阳光照射面温度低，从而集热管内的水便产生温差反应，根据水的热水上浮冷水下沉的原理，可以使水产生微循环，从而实现对水箱中冷水进行加热的目的。
[0005]传统的太阳能热水器中，液位传感器包括静压液位计、液位变送器、液位传感器、水位传感器，它是一种测量液位的压力式传感器。投入式静压液位变送器(液位计)是根据所测液体静压和该液体的高度成一定的比例的原理，它采用国外先进的是隔离型扩散硅敏感元件或者是陶瓷电容压力敏感元件，将静压转换为电压或电流信号，然后再经过温度补偿和一定的线性修正，讲非标准的转化成标准的电信号(一般为4一20 mA / 1-5 V DC)。这种设计稳定性好并且具有反向保护和限流保护的电路，当安装时正负极被接反不会损坏变送器，但是其缺陷为价格太高，家用太阳能使用这样的设计并不经济。
[0006]同时，传统的热水器是用电磁阀来控制上水和水温的电路控制。让电磁阀通12 V的直流电源，电磁阀吸合上水电路导通则上水。当水位达到设定值时电磁阀断开停止上水。但是这种电磁阀的功耗比较大，上水和放水的时间加起来时间比较长。老式的NTC测温需要温度补偿电路，而且线性度较低，而且NTC热电阻阻值随温度变化不是严格的线性，增加了数据处理难度。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种太阳能热水器控制系统。本发明通过以下技术方案实现:
一种太阳能热水器控制系统，包括:
压力液位传感器，一端连接在一太阳能热水器的储水箱上，压力液位传感器包括密封气体以及设置在密封气体内的薄膜，薄膜上连接有一柔性电阻，储水箱内的水位变化使柔性电阻产生对应的形变而改变阻值；
一线式数字温度传感器，设置在储水箱内，用以检测水温；
单片机，连接压力液位传感器以及一线式数字温度传感器，获取柔性电阻的阻值以及检测到的水温；
水位控制电路，包括上水继电器以及电磁阀，上水继电器连接单片机，电磁阀连接上水继电器，在柔性电阻的阻值低于或高于一预定值，且在一预定上水时间内的情况下，单片机通过上水继电器的开合控制电磁阀，用以实现上水或停止上水；
温度控制电路，包括加热继电器，加热继电器连接单片机，在检测到的水温低于一预定值，且在一预定加热时间内的情况下，单片机通过加热继电器的开合控制加热或者停止加热。
[0009]较佳的，还包括晶振电路，连接单片机，用以提供时钟信号。
[0010]较佳的，压力液位传感器还包括信号放大电路以及模数转换电路，信号放大电路连接柔性电阻，模数转换电路连接信号放大电路。
[0011]较佳的，还包括液晶显示模块以及按键模块，连接单片机。
[0012]本发明和现在市场上的热水器的控制系统测量的精确度大大提高，使用的也比较方便，快捷，性能更加的稳定。水温，水位控制精确，上水速度快，节能。
[0013]
【附图说明】
[0014]图1所示的是太阳能热水器的原理图；
图2所示的是本发明的结构框图；
图3所示的是本发明压力液位传感器的原理图；
图4所示的是本发明信号放大电路的电路图；
图5所示的是本发明单片机控制水位继电器的原理图；
图6所示的是一线式数字温度传感器的连接示意图；
图7所示的是单片机的引脚示意图；
图8所示的是时钟集成芯片与单片机的连接示意图；
图9所示的是本发明的工作流程图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0017]为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
[0018]设计一个成本低、可靠性高、测量精度高、安装调试方便的水位、水温测量系统是本发明的关键，所以我们对液位测量的方案的设计很重要，在测量的方法上面需要考虑成本可靠性，测量精度都要有所改善。
[0019]如图2所示，本发明提供的一种太阳能热水器控制系统，主要包括:压力液位传感器，一线式数字温度传感器、单片机以及控制电路。
[0020]压力液位传感器主要用到的元件是一种对气体压强敏感的薄膜，薄膜连接了一个柔性的电阻器。当水位升高时压力传感器发生形变使电阻值发生变化，当电阻器的电阻值发生变化时，经过A/D转换把分压元件0-5 V的电压信号传送给单片机，数据会被单片机分析出结果然后处理执行。如图3所示，通过以上分析自制的压力液位传感器来测量水位，将管道密封与气体压力传感器22相连，管道另一端连接到水箱的底部，水和传感器之间通过密封的空气21，当水位升高时，密封的气体压力增大，最后装置在顶部将压力信号转换成电信号，让后续电路处理，通过系统软件计算水位与气体压力之间的关系，测得水位的事实高度。
[0021]压力液位传感器的最大耐压是150 KPa，150kp相当于5米高的水柱完全可以承受热水器的容量。由于传感器输出信号为60mV~~100mV的模拟信号，所以要对输出信号进行放大，电压放大选用0P07双电源放大器组成放大电路。具有低输入偏置电流(0P07A输入偏置电流为±2nA)和高开环增益(0P07A开环增益为300V/mV)，由于0P07它同时还具有非常低的输入失调电压(0P07A最大的输入失调电压为25 μ V)等特点，所以0Ρ07在很多的应用场合就不需要额外的调零措施。0Ρ07具有低失调、高开环增益的特性特别适合用于需要高增益的测量设备、和进行微弱信号放大。经过放大后的信号，再送到A/D转换电路，将模拟信号转换成电信号便于单片机的处理，如图4所示。
[0022]由于现有的电磁阀的功耗比较大，上水和放水的时间加起来时间比较长，因此这种方法不合理，根据暖气供应中热力表的设计原理，可以采用自保持的电磁阀，自保持电磁阀在不通电的情况下开度是不变的，当需要控制其开度时才需要通电，所以需要通电的时间是比较短的，这样就有效地节省了电能。但是自保持电磁阀需要24V供电，且通过电流较大，所以该系统采用继电器驱动方式，控制电磁阀。继电器选择对系统功能影响较大，例如继电器的额定功率选择不适当，过小会导致继电器烧毁，过大造成不必要的浪费。继电器的灵敏度选择要恰当，一味的追求高灵敏度，会增加系统的成本，太低会增加系统误差，导致系统误动作。
[0023]在电能消耗严加控制的场合下，经常采用磁保持继电器当输入频率达10 Hz以上，继电器需要快速运转，应选用极化继电器或固态继电器。舌簧继电器动作频率可达50次/秒，价格低廉，但触点负载能力低，一般只能达50 mA、28V DC ;太阳能热水器上水加热频率不是很高，而且要求的功率也不是很大。所以选择普通松乐牌的直流12 V继电器，具体参数为交流250 V下可以承受10 A的电流，直流30 V下可以承受10 A的电流。
[0024]单片机收集数据之后则会判断是否上水，如果需要继续上水就驱动12V继电器，继电器控制电磁阀，实现上水动作。单片机控制水位继电器的原理如图5所示，图5中R16限流电阻，降低单片机的整体功耗，R13作为发光二极管D8的限流电阻，当上水时继电器吸合，电路形成回路，二极管导通发光，从而指示系统处于上水状态。
[0025]继电器驱动电路的工作原理是，当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的电磁力，吸动衔铁带动簧片，使触点1、2断开，1、3接通。当线圈断电后，弹簧使簧片复位，使触点1、2接通，1、3断开。1、2间接控制电路端口(1、2称为常闭触点)或触点1、3间(称为常开触点)，继电器就可以达到控制电路的目的。三个引脚的中间引脚是公共引脚，另外两个引脚是线圈，即接驱动端。另外2个脚那边分别是常开和常闭触点。当继电器吸合LED指示灯形成回路，从而发光指示用户正在上水。继电器启动吸合动作需要较大的电流，而保持吸合动作只需要较小的电流即可，所以采用一个47 uf的C23电容储能来提供继电器吸合的能量。继电器保持吸合时采用一个47欧姆的R4电阻进行限流，从而降低整体的功耗。因为继电器吸合和断开时会产生较大的浪涌电流，会对系统的其他电路产生不利影响，所以采用D10作为为保护电路，用来吸收由于继电器开闭产生的浪涌电流。当单片机的控制引脚输出高电平给SW就可以使NPN的三极管导通，使继电器吸合。完成上水过程。
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