基于单片机的太阳能热水智能控制系统的程序设计

摘 要:本文以单片机为核心,,采用定温上水与温差循环相结合的运行方式,设计了智能热水系统工作过程及程序设计,经实验检验,有一定的合理性及实用价值.

关 键 词:太阳能;程序设计;单片机

中图分类号:TP311.52

随着能源日趋紧张,新能源的开发利用越来越成为当务之急,而太阳能在各种新能源中日益突显.太阳能热水系统由于具有简单易行和效率高的优点,在我国取得了前所未有的发展.而如何设计智能高效的系统,更为人们所重视.基于此本文采用定温上水与温差循环相结合的运行方式,设计了智能热水系统工作过程及程序设计.

1热水系统工作过程程序设计

根据太阳能热水控制系统的要求,需要实现系统的定温上水、温差循环、水箱上水、辅助加热、防冻保护及报警的控制,所以本程序对以上各个过程作了一一对应的程序模块,现概述如下.

1.1定温上水程序模块设计.该模块的功能是实现太阳能热水系统定温上水的控制.当系统检测到集热器出口温度T1高于设定温度5℃时,并且系统不在防冻状态,水箱水位低于90%的情况下,进行定温上水,即通过电磁阀D1上水,同时使定温上水指示灯亮,直到集热器出口温度T1等于设定温度或水箱已满时停止上水,使定温上水指示灯灭.完成定温上水.[1]

1.2温差循环程序模块设计.该模块的功能是实现太阳能热水系统温差循环的控制.当系统检测到集热器出口温度T1高于水箱水温T28℃,并且系统不在防冻状态,也不在定温上水状态时,可以进行温差循环,即启动温差循环泵P1,同时使温差循环指示灯亮,直到集热器出口温度T1高于水箱水温T22℃时停止温差循环,使温差循环指示灯灭.[2]

1.3水箱上水程序模块设计.该模块的功能是实现水箱上水控制,分恒温上水和低温上水两部分,在用时段内时进行恒温上水,不在用水时段内时进行低温上水.在程序中首先调用时间比较程序,比较当前时间是否在设定的时段内,判断是进行恒温上水还是低温上水.在恒温上水时,根据是否在防冻状态,选择上水电磁阀D1或D4,在防冻状态选择D4,否则选择D1,同时点亮恒温上水指示灯,并判断当前温度是否低于设定温度,或水位是否已达到特定水位.如果是,则关闭电磁阀D1或D4,使恒温上水指示灯灭;在低温上水时,同样选择上水电磁阀D1或D4,点亮低温上水指示灯亮,并判断水位是否已达到特定水位.如果是,则关闭电磁阀D1或D4,使低温上水指示灯灭.


1.4时段温控辅助加热程序模块设计.该程序的功能是实现辅助加热的控制,程序的工作概述如下:首先,判断水箱水温是否低于设定温度2℃,并且判断水箱水位是否高于下限水位,若是,则调用时间比较函数,判断是否在用水时段内,若不是,则不启动锅炉,若是,则启动锅炉,并使辅助加热指示灯亮.其次,判断水箱水温是否高于设定温度8℃或者水箱水位低于下限水位,若是,则停止辅助加热,指示灯灭.

1.5防冻保护程序模块设计.该程序的功能是实现系统防冻控制,程序的工作概述如下:首先,判断防冻标志Pre_Fro_Flag是否有效,若无效,则进一步判断管路温度T3是否低于临界防冻温度(4℃),若是,则打开电磁阀D2与D5,进行回水,并延时10min.充分放水后再关闭电磁阀D2与D5.其次,判断管路温度T3是否高于10℃,若是则清除防冻标志.具体功能见防冻保护函数.

1.6报警程序模块设计.该程序的功能是实现各种报警的控制,本系统的报警包括集热器温度上限报警,水箱水位上限报警,水箱水位下限报警和防冻报警.程序介绍如下:(1)判断集热器温度T1是否大于其上限报警温度,如果是,则使集热器温度上限报警指示灯亮,并且响铃;如果不是,则使集热器温度上限报警指示灯灭,并且灭铃.(2)判断水箱水位是否达到上限报警水位,如果是,则使水箱水位上限报警灯亮,并且响铃;如果不是,则使水箱水位上限报警灯灭,并且灭铃.(3)判断水箱水位是否达到下限报警水位,如果是,则使下限报警水位指示灯亮,并且响铃;如果不是,则使下限报警水位指示灯灭,并且灭铃.(4)判断管路温度是否低于其报警温度,如果是,则使防冻指示灯亮,并且响铃;如果不是,则使防冻指示灯灭,并且灭铃.(5)最后输出报警状态.

2主程序工作过程

2.1系统初始化.系统初始化包括定时器T0初始化,外部中断Int0的初始化,DS12887的初始化,8255初始化.(1)键盘扫描及按键处理.判断是否有键按下,若有则进行按键处理.按键功能包括移位键,加1键,减1键,校时键,温度设置键,时间段设定键,取消报警键,确认键及消隐键(复合键).(2)系统启动.单片机读取开关状态,判断是否启动系统.(3)数据采集及处理.通过ADC0809采集集热器出口温度,水箱水温,管路温度,水箱水位四个模拟量.然后进行滤波,和数据处理.(4)自动与手动的选择.单片机读取开关状态,判断是自动还是手动.(5)手动操作.通过读取外部开关的状态,执行相应的操作,包括系统的启停,集热器上水,水箱上水,集热器排空,温差循环,辅助加热循环和锅炉启停.手动操作程序流程如图1所示.(6)系统报警.报警包括集热器温度上限报警,水箱水位上限报警,水箱水位下限报警,防冻报警.(7)定温上水.当集热器温度T1高于设定温度5℃,并且不在防冻状态,水箱水位低于90%时,进行定温上水.(8)水箱上水.分恒温上水和低温上水两部分,在用时段内时进行恒温上水,不在用水时段内时进行低温上水.(9)温差循环.当热器出口水温T1比储热水箱底部温度T2高8℃时,温差循环泵启动,系统开始循环,直至T1高于T22℃时,温差循环泵停止工作,系统完成温差循环集热.(10)辅助加热.当储热水箱水温T2低于设定值A2℃时,且处于用水时段内时,水箱水位高于下限水位时进行辅助加热.(11)防冻保护.当管路温度是否低于4℃时,进行排空防冻,并设置防冻标志.

3结束语

本文以单片机为核心,对智能太阳能热水系统的主程序和热水系统运行工况进行了详细设计,经实验检验,本系统可以做到高效地利用太阳能获得热水,具有很大的实用意义.

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