太阳能热水器控制器研发设计
太阳能热水器的通用控制器研制
武汉工程大学刘增华李伟
1、系统功能与指标
1.1功能特点
具有目前产品的一般功能：
1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择0°C~80°C（我们选取60°C），自动加热。
3)水位指示：LED五段显示。
4)水温指示：LCD液晶数字显示。
5) 自动上水：为防止空晒，当水位低于10%时，系统强制上水；当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水，若使用，则报警提示先上水，再使用。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
6)辅助加热：当出现阴雨天气，水温达不到要求，启动辅助电加热，电加热温度上限设置为60°C。
同时还具有新加功能：
1)智能模式：检测淋浴水温，自动调节凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
1.2技术指标
1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择60°C，自动加热。
3)水位指示：分段显示（5段显示）。
4)水温指示：数字显示（精度为1度）。
5)自动上水：为防止空晒，当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水。若使用，则报警提示先上水，再使用。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
6)智能模式：检测淋浴水温，自动调节热水、凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
2、系统结构设计
2.1系统的工作原理
太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在太阳能热水器的储水箱内增加一个电加器，采用220V市电加热，由辅助控制系统的继电器控制通断电，用来在温度达不到要求的时候进行辅助加热来保证热水温度。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中，通过电缆线接入用户室内控制器。流量控制阀用通过步进电机来精确控制冷水即自来水的流量，来保证热水与冷水混合后的温度达到用户的要求。当水位不足报警时，通过电磁阀启动上水，上水的过程中，不允许淋浴，且放水电磁阀关闭。当需要淋浴时，放水电磁阀打开，通过自动控制冷水电磁阀的开度来保证冷水与热水混合后的温度与用户设定值基本一致（水温保持在设定温度的2°C范围内），淋浴过程中，系统禁止上水和辅助加热。当淋浴完后按下”淋浴完键”，系统停止放水并且电机要复位。系统的总体结构图如下。厦礴恳蹒骈時盡继
價骚。
自来水
淋浴器
图1 太阳能热水器辅助控制系统结构图
温度传感器
上水电磁阀
放水电磁阀
阀门
电动节流截至阀
热水器储水箱电加热器
温度传感器
液位传感器三通三通
三通
2.2 控制系统与电路结构组成
控制系统采用FPGA 内部构建Core8051单片机来控制水温水位等，其内部接线图如图2所示。整个系统采用Fusion StartKit 开发平台，嵌入8051内核为核心，对水温、水位等参数进行智能检测和显示，读取电磁阀的状态，经键盘操作和单片机内部运算比较，控制相应得执行机构进行通、断电及报警提示，其控制系统组成如图3。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
F P
G A Fusion StartKit
Core8051
CPU P0LCD1602模块
DB0-DB7
P2.0P2.1P2.2
RS RW
EP
LED 模块
LED1-LED5
P3.0-P3.4
P1.0P1.1D0
D1
D2P1.2
BUZZER
P1.3K2
K3K4
K5
P1.4P1.5P1.6P1.7P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7
D3
D4D5D6D7Mini ISA 接口
图2 FPGA 内部Core8051引脚分配图
P0口DB0-DB7
P2.0P2.1P2.2RS
RW
EP
1602液晶显示器
CP-U/D-FREE P2.3P2.4P2.5
步进电机
步进电机
驱动器
P2.6
P2.7
+5V
1820水箱温度检测
+5V
1820
喷头水温检测光耦放水电磁阀P1.0上水电磁阀P1.1光耦P1.2P1.3-P1.7
光耦
加热继电器按键
K1,K2,K3,K4,K5
P3.0-P3.4Core8051
K1:加温度键K2：减温度键K3：确认键
K4：淋浴完成键图3 太阳能热水器控制系统的组成
+5V
+5V
T0
555
液位检测装置
指示灯水位
显示LED1-5
K5：上水键复位键K6
P3.5K6:复位键
蜂鸣器P3.6
Core8051的P0口作液晶的数据口，P2.0-P2.2为液晶的使能控制口，P2.3-P2.5分别接步进电机驱动器CP-,u/d-，FREE-, CP 为脉冲信号输入端；U/D 为电机正、反转控制端；FREE 为电机脱机控制端，通过不断的对淋浴水温进行智能检测和显示，经单片机内部运算与设定温度进行比较，控制输入步进电机的脉冲信号及正反转状态，来调节流量控制阀的开度，从而来保证喷头水温与用户设定水温的相一致。P2.6接数字温度传感器ds1820，用来检测水箱温度并通过芯片及单片机内部处理后显示在液晶上，P2.7也接温度传感器用来检测淋浴喷头的水温。如果水箱温度不足时（达设置水温下限），则加热继电器动作，启动辅助加热装置，当水温达加热温度上限时加热继电器断开，辅助加热装置关闭。水位用5段led 灯显示，如果水位不足则报警蜂鸣器响，若没使用则上水继电器动作，电磁阀开通，自动上水至水位上限后关闭。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
3、单元电路设计
3.1水位检测
图4 由555定时器构成的液位测量电图
水位检测原理如下：由两块铝板组成电容构成介质变化型电容传感器，电容大小为：
l
S C ε
= 式中：ε为介质，S 为对应的面积，l 为长度。 假设电容器为两平极结构，作绝缘处理后的电容器两极间浸入不同的界质中，由于电容器中的介质相对介电系数不同，电容量是不同的，即检测电容传感器在水位变化导致电容器的电容C 变化情况。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
电容传感器处在大气中、浸入水中不同深度，其电容量的变化，可反映出水位的变化。在大气中相对介电常数为1，电容传感器的电容量为C1，在水中相对介电常数更大，达到80，电容传感器的电容量将随着浸入深度加大而变大。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
由于上下两部分的介质不同，则总电容有两个电容并联组成： 设铝板总高度为H ，液位高度为h ，则上下两部的介质分别为空气和水。
h H bh l S C -?==11ε
b h
bh l S C 80802=?==ε
式中：空气的介电常数为1，b 为铝板的宽度。
本传感器采用NE555制作为脉冲波发生器，输出的频率反映液位的变化，根据实际测试：
uF C 1.0min =、uF C 2.2max =
取中心工作频率为1KHz ，确定电阻值。 当水箱里无水时（水位最低），最小。将水位划分为五段：0.1-0.2m 、0.2-0.3m,、0.3-0.4m 、0.4-0.5m 、0.5-0.6m ，分别对应于显示灯LED1、LED2、LED3、LED4、LED5
。当水位发生
C1
C2
变化引起电容的变化，经多谐振荡器输出周期性方波的频率f也随之发生变化[f=1.43/(R1+2R2)C]，根据单片机的计数器T0扑捉到的时钟的个数，再经单片机内部比较处理来决定点亮的LED灯。譬如当水位处于h1位段时，输出的频率满足点亮LED1的条件，则LED1亮，指示水位位于0.1-0.2m处，由此来实现水位的显示。LED灯显示采用动态扫描方式，即在某一时刻，只有一个灯被点亮。当水位低于h2时，启动蜂鸣器报警，提示需加水，若无人使用则自动启动加水。实验表明，为能很好的满足电路的要求，R1用可调电阻，R2应选取阻值较大一点的电阻，这里我们选R2=8.1KΩ,R1阻值范围为0-30 KΩ。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
3.2 温度检测
对水温信号的检测采用一线式数字温度传感器DS1820，它以9 位数字量的形式反映器件的温度值。通过使用连接到VDD 引脚的外部电源来向ds1820供电，如图5 所示，这种方法的优点是在I/O 线上不要求强的上拉，总线上主机不需向上连接便在温度变换期间使线保持高电平。这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
图5 温度传感器接线图
3.3步进电机控制电路的设计
为了能调控水温，需要节流阀控制冷水的流量，由于商品化的电动阀价格太高，本方案选用节流阀＋步进电机的组合控制。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
步进电机，选用的二相四拍步进，步距角为1.8°。同时，采用BY-2HB03M的驱动器来驱动，控制二相四拍步进电机的步进及正反转。通过单片机控制步进电机即可控制节流阀，达到控制淋浴水温的目的。步进电机控制电路连接图如图6所示。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
A A ￣
B B ￣
A A ￣
B B ￣
步进电机
CP-U/D-FREE-步进电机驱动器（BY-2HB03M)
P2.3
P2.4P2.5
VH
GND
电源24vdc
步进电机用于控制冷水控制阀的流量
图6 步进电机控制连线图
R1
120Ω1K Vcc 5V C9013
R2
Vcc 5V R2
R1
C9013
3.4 光电隔离与辅助加热电路设计
下图7为太阳能热水器辅助加热电路设计，当室外光照不足（阴天，雨天）时，对水箱的水提前加热是非常有必要的，而这一电路恰好能完成该功能。工作原理为:当Core8051的P1.2口输出高电平时，三极管T1导通，使得继电器线圈通电闭合，电阻丝R1’-R4’发热，从而完成加热任务。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
R2
GND
Vcc
图7 辅助加热电路图
加热电阻丝
继电器
T1
Vcc
GND
5V
5V
220VAC
R1120ΩR3
R4
光耦
P1.2
K1
4N29
3.5继电器驱动电路
电路如图8所示，三极管Q为NPN驱动三极管，工作在开关状态；二极管D为继电器线圈在由吸合变为断开时提供续流，以免产生高压，从而保护三极管Q。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
R1
120ΩC9013 VCC 5V
P1.0
继电器
电磁阀
+24v
-
图8 继电器驱动电路
因为硬件设计中要用到两个电磁阀，淋浴时的放水电磁阀和向水箱上水的电磁阀，故需要两个继电器来控制。
4、控制器的软件设计
控制器软件设计采用模块化结构，包括主程序，键盘扫描子程序，显示子程序，步进电机控制程序，液位比较子程序及温度计算子程序。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
系统主程序主要完成水箱及喷头温度和水位的检测，温度的设置，水位不足报警，自动上水及一些初始化功能。系统主程序流程图如图8所示。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
开始系统初始化显示液位和温度
液位是否最低
液位是否次低
是否有人用
液位是否最高
否
报警提示上水
是是
打开上水阀
否
关闭上水阀
是扫描按键
否
K2按下？
K1按下？
Set+1
Set-1
是是K3按下？
打开放水阀打开上水阀
是
液位是否最高
否
关闭上水阀
是否
温度是否合适
调节电机
是K4按下？
电机复位关闭放水
否
是
否
否
否
是否
显示温度水位
打开上水阀
关闭上水阀
K5按下？
液位是否最高
是是
否
图9 软件设计流程图
5、测试结果
该控制器的设计主要采用Actel公司Fusion系列60万门的AFS600芯片，通过嵌入8051内核来实现，充分利用该平台提供的资源，来完成本次设计任务。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
该控制器与市面上的太阳能控制器比较，主要解决了两大主要问题：
1.水温的控制调节问题。该控制器采用精确度很高且跟随性很好的步进电机在很短的时间内进行精确自动调节淋浴水温，保证设定水温与实际水温误差在2℃，并且水温从低向设定水温自动调节，杜绝因水温调节过高而发生烫伤事件。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
2. 自动上水问题。该控制器能实现完成自动上水过程，当检测水位低于水位下限时，先检测热水器是否处于使用状态，若使用中则报警并提示上水再使用，此过程中由于水位留有余量，用户仍然可以继续完成淋浴；若没使用，则启动自动上水至设定的水位上限。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
此外，由于增加了一个温度传感器用来检测淋浴水温，使得控制器更加智能化。
致谢
本次设计制作历时5个月，在本次设计的过程中，在对Fusion 开发平台熟悉的过程中得到广州周立功刘银华经理及武汉周立功陈光华工程师的细心帮助；在对硬件搭建及软件编程的过程中得到沈浩研究生的大力帮助；在整个设计过程中得到了熊俊俏老师的鼎力相助和悉心指导，在此一并表示深深地感谢!構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
//太阳能热水器智能控制系统程序：
//定义头文件和各个输入管脚以及变量声明
#include
#include
#include
#include
#define uint unsigned int//定义变量类型名
#define uchar unsigned char
/*定义8255a字符型字位口*/
#define DIGPORT XBYTE[0x1FFF]//PA口地址，位选码地址
#define WORDPORT XBYTE[0X3FFF]//PB口地址，断选码地址
#define CCOM XBYTE[0X7FFFF]//控制字寄存器地址
#define KPORT XBYTE[0X5FFF]//PC口，键盘扫描地址
//DS1302_RST=1//定义DS1302时钟芯片引脚操作
#define Set_DS1302_RST DS1302_RST=1
//DS1302_RST=0
#define Clr_DS1302_RST DS1302_RST=0
//DS1302_SDA=1
#define Set_DS1302_SDA DS1302_SDA=1
//DS1302_SDA=0
#define Clr_DS1302_SDA DS1302_SDA=0
//DS1302_SCLK=1
#define Set_DS1302_SCLK DS1302_SCLK=1
//DS1302_SCLK=0
#define Clr_DS1302_SCLK DS1302_SCLK=0
//定义读时间控制字
#define DS1302_SEC_Reg 0x80
#define DS1302_MIN_Reg 0x82
#define DS1302_HR_Reg 0x84
#define DS1302_DATE_Reg 0x86
#define DS1302_MONTH_Reg 0x88
#define DS1302_DAY_Reg 0x8a
#define DS1302_YEAR_Reg 0x8c
#define DS1302_CONTROL_Reg 0x8e
#define DS1302_CHARGER_Reg 0x90
#define DS1302_CLKBURST_Reg 0xbe
//全局变量
//为了方便，我把个位和十位分开了
uchar year1=0x88;
uchar year0=0x88;
uchar month=0x88;
uchar date=0x88;
uchar day=0x88;
uchar hour=0x88;
uchar minute=0x88;
uchar second=0x88;
/*定义P1口各管脚*/
sbit L0=P2^0;
sbit L1=P2^1;
sbit L2=P2^2;
sbit L3=P2^3;
sbit K0=P2^4;
sbit P1_0=P1^0;
sbit P1_1=P1^1;
sbit P1_2=P1^2;
sbit Hig=P1^4;
sbit DS1302_SDA=P1^5;//定义DS1302时钟引脚与单片机引脚的连接sbit DS1302_SCLK=P1^6;
sbit DS1302_RST=P1^7;
/*声明调用函数*/
void inital(void);
void timer1_svr(void);
void display(void);
void delay(uchar j);
void DS1302_Write(uchar reg,uchar dat);
uchar DS1302_Read(uchar reg);
void DS1302_Init(void);
void ReadTime(void);
void WtTmCr();
void LvRead();
void TmRead();
void key(void);
uchar kbscan(void);
void DS1302(void);
void int0_int(void);
void int1_int(void);
/*定义调用存储单元*/
/*显示缓冲区（依次为高位低位）*/
uchar BUFFER[3]={0,0,0};
uchar WTLV;//水位值
uchar TMP;//水温值
uchar WTLVSET;//水位设定值
uchar TMPSET;//水温设定值
uchar buf[4]={0,0,0,0};
/*数码管显示编码"0"-"9","A","-"*/
uchar code TABLE[]={0x7B,0x30,0xEA,0xF8,0xB1,0xD9,0xDB,0x70,0xFB,0xF9,0xF3,0x80}; 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
main()
{
inital();//初始化中断、定时器、I/O口
kbscan();//键盘扫描
key();//键盘处理
TmRead();//读取温度
LvRead();//读取水位
DS1302();//读取时间
display();//显示
}
void inital()
{
P1_0= P1_1= P1_2=K0=0;//初始化外部驱动口
DS1302_Init();
EA=1；//开外部中断
IT0=1;//外部中断下降沿触发
EX0=1;//允许外部中断0
Hig=1;P1.3输出高电平
TMOD=0x11;定时器工作于方式1
TH1=0X8A;//定时器1赋初值
TL1=0XD0;
ET1=1;定时器1开定时中断
TR1=1;//开启定时器1
CCOM=0X80;//初始化8255A,送控制字，工作方式0
}
uchar kbscan(void)
{
uchar recode;
if((KPORT&0X0F)!=0X0F) //若有键按下 {
delay(2); //延时抖动
if((KPORT&0X0F)!=0X0F)
{
recode=KPORT;
return(recode);
}
}
else
return(0);
}
void key(void)
{
uchar key;
key=kbscan();
delay(2);
if(key==0x01)
{
P1_1=1;//上水
}
if(key==0x02) //设置水位
{
if(WTLVSET==4)
WTLVSET=0;
else
WTLVSET+=WTLVSET;
BUFFER[0]=WTLVSET;//显示设置水位
display();
}
if(key==0x04)//电加热
{
P1_0=1;
}
if(key==0x08)//设置温度
{
if(TMPSET>=80)
TMPSET=30;
else
TMPSET=TMPSET+10;//增加十度 BUFFER[0]=TMPSET; 显示设置水温 display();
}
}
void timer1_svr() interrupt 1
{
TH1=0X8A;//重新给定时器1赋值
TL1=0XD0;
Hig=!Hig;//充放电变换
if(Hig)//充电开始时启动定时器0
{
TL0=TH0=0X00;//定时器0赋初值0
TR0=1;//启动定时器0
}
}
void int0_int(void) interrupt 0//外部中断0，测水位{
EX0=0;
EX1=1;
TR0=0;
buf[0]=TL0;
buf[1]=TH0;
}
void int1_int(void) interrupt 2//外部中断1，测水温{
EX1=0;
EX0=1;
TR0=0;
buf[2]=TL0;
buf[3]=TH0;
}
void TmRead()//水温值处理
{
uint val;
val=buf[3]*256+buf[2];
if(val<7549)
TMP=97-int(val*8/1000);
else
if(val<20000)
TMP=50-int(val/1000);
else
TMP=30-int(val*5/10000);
}
void LvRead()//水位值处理
{
if(buf[1]>60)
{
WTLV=1;//
L3=0;L2=1;L1=1;L0=1;
}
else if(buf[1]>45)
{
WTLV=2;
L3=1;L2=0;L1=1;L0=1;
}
else if(buf[1]>36)
{
WTLV=3;
L3=1;L2=1;L1=0;L0=1;
}
else
{
WTLV=4;
L3=1;L2=1;L1=1;L0=0;
}
}
void WtTmCr()//水位、水温控制
{
if(WTLV==4)
P1_1=0;
if(WTLV==1)
P1_1=1;
if(TMP>=TMPSET)
P1_0=0;
if(TMP P1_0=1; } void display(void) { uchar i; //显示缓冲区首址 uchar delay; //显示延时 uchar disp; //显示内容 uchar digit; //定义数码管显示位 digit=0x0200; for(i=2;i>=0;i--) { if(BUFFER[i]>100) disp=BUFFER[i]%10+10;//显示高位 else disp=BUFFER[i]%10; DIGPORT=digit; WORDPORT=TABLE[disp]; for(delay=0;delay=200;delay++); digit=digit>>1;//显示低位 disp=BUFFER[i]/10; DIGPORT=digit; WORDPORT=TABLE[disp]; for(delay=0;delay=200;delay++); digit=digit>>1; } } void delay(uchar j)//延时程序 { uchar a,b; for(a=0;a for(b=0;b<200;b++) ; } void DS1302()//时间程序 { ReadTime(); BUFFER[1]=second; BUFFER[2]=hour; } void DS1302_Write(uchar reg,uchar dat)//写入时间 { uchar i; Clr_DS1302_RST; _nop_(); _nop_(); Clr_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); Set_DS1302_RST; _nop_(); _nop_(); for(i=8;i>0;i--) { if(reg&0x01) Set_DS1302_SDA; else Clr_DS1302_SDA; _nop_(); _nop_(); Set_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); Clr_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); reg>>=1; } for(i=8;i>0;i--) { if(dat&0x01) Set_DS1302_SDA; else Clr_DS1302_SDA; _nop_(); _nop_(); Set_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); Clr_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); dat>>=1; } Clr_DS1302_RST; _nop_(); _nop_(); } uchar DS1302_Read(uchar reg)//读取时间 { uchar dat=0,i; Clr_DS1302_RST; _nop_(); _nop_(); Clr_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); Set_DS1302_RST; _nop_(); _nop_(); for(i=8;i>0;i--) { if(reg&0x01) Set_DS1302_SDA; else Clr_DS1302_SDA; _nop_(); _nop_(); Set_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); Clr_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); reg>>=1; } for(i=8;i>0;i--) { dat>>=1; if(DS1302_SDA) dat|=0x80; Set_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); Clr_DS1302_SCLK; _nop_(); _nop_(); } Clr_DS1302_RST; _nop_(); _nop_(); return(dat); } void DS1302_Init(void)//初始化DS1302 { DS1302_Write(DS1302_CONTROL_Reg,0x00);//关闭写保护 DS1302_Write(DS1302_SEC_Reg,0x80);//暂停 DS1302_Write(DS1302_CHARGER_Reg,0xa9);//涓流充电 DS1302_Write(DS1302_YEAR_Reg,0x04); //年 DS1302_Write(DS1302_MONTH_Reg,0x12); //月 DS1302_Write(DS1302_DATE_Reg,0x09); //日 DS1302_Write(DS1302_DAY_Reg,0x04); //周 DS1302_Write(DS1302_HR_Reg,0x10); //时 DS1302_Write(DS1302_MIN_Reg,0x25); //分 DS1302_Write(DS1302_SEC_Reg,0x00); //秒 DS1302_Write(DS1302_CONTROL_Reg,0x80);//打开写保护 } void ReadTime(void)//读取时间 { uchar dat; dat=DS1302_Read(DS1302_YEAR_Reg);//年 year0=dat&0x0f; year1=dat>>4; dat=DS1302_Read(DS1302_MONTH_Reg);//月 month=dat; dat=DS1302_Read(DS1302_DATE_Reg);//日 date=dat; dat=DS1302_Read(DS1302_DAY_Reg);//周 day=dat; dat=DS1302_Read(DS1302_HR_Reg);//时 hour=dat; dat=DS1302_Read(DS1302_MIN_Reg);//分 minute=dat; dat=DS1302_Read(DS1302_SEC_Reg);//秒 second=dat; } 太阳能电池充电控制器电路图(含原理说明) 采用专用蓄电池充电管理芯片UC3906设计太阳能充电控制器，经过实验室调试，其各项性能达到要求。控制器由切换电路、充电电路、放电电路三部分组成(见附图)。下面分别介绍其各个组成部分。 切换电路：太阳能电池接在常闭触点，继电器线圈受三极管Q2控制，当太阳能电池受光照时，Q1导通而02截止，使得继电器线圈绝大部分时间不耗电。在太阳能电池不受光照时，Q1截止而Q2导通，交流电经常开触点送出。 充电电路：由UC33906和一些附属元件共同组成了"双电平浮充充电器"。太阳电池的输入电压加入后．利用电阻R，检测出电流的大小，再利用R2、R3、R4、R5、R6检测蓄电池的工作参数，经过内部电路分忻．进而通过Q3对输出电压、电流进行控制。Rs取值为0.025Ω，充电电流最大为10A，根据蓄电池的容量大小．可改变R，以改变充电电流。 在恒流快速充电状态下，充电器输出恒定的充电电流Imax，同时充电器监视电池两端电压，当电池电压达到转换电压V12时，电池的电量已恢复到容量的70％～90％，，充电器转入过充电状态，在此状态下，充电器输出电压升高到V。。由于充电器输出电压恒定不变．所以充电电流连续下降．当充电电流下降到Io ct 时，电池容量已达到额定容量的100％，充电器输出电压下降到较低的浮充电压Vf蓄电池进入浮充状态。此时U C3906的⑩脚输出高电平，LM2903的①脚输出低电平，发光二极管发光，指示蓄电池已充足电。图中的电路还具有涓流充电的功能，涓流充电的电流值为It,R2为涓流充电的限流电阻。 放电电路：用LM2903接成双迟滞电压比较器，可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡。R10、R Pl、RP2、LJ2B、Q4、Q5和K2组成过放电压检测比较控制电路。电位器RPl、RP2起设定过放电压的作用。可调三端稳压器LM317给LM2903提供稳定的8V工作电压。 当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时，U2B的⑥脚电位高于⑤脚电位，⑦脚输出低电位使04截止，Q5导通，K2动作，其常开触点闭合，LED2发光指示负载工作正常；蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低，当端电压降低到小于预先设定的过放电址值时。U2B的⑥脚电位低于⑤脚电位，⑦脚输出高电位使Q 4导通，Q5截止，K2释放，LED2熄灭，指示过放电。该控制器能有效地防止蓄电池过充、过放、过流，可满足了太阳能充电控制器的需要。 太阳能热水器的通用控制器研制 武汉工程大学刘增华李伟 1、系统功能与指标 1.1功能特点 具有目前产品的一般功能： 1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择0°C~80°C（我们选取60°C），自动加热。 3)水位指示：LED五段显示。 4)水温指示：LCD液晶数字显示。 5) 自动上水：为防止空晒，当水位低于10%时，系统强制上水；当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水，若使用，则报警提示先上水，再使用。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 6)辅助加热：当出现阴雨天气，水温达不到要求，启动辅助电加热，电加热温度上限设置为60°C。 同时还具有新加功能： 1)智能模式：检测淋浴水温，自动调节凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 1.2技术指标 1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择60°C，自动加热。 3)水位指示：分段显示（5段显示）。 4)水温指示：数字显示（精度为1度）。 5)自动上水：为防止空晒，当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水。若使用，则报警提示先上水，再使用。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 6)智能模式：检测淋浴水温，自动调节热水、凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 2、系统结构设计 2.1系统的工作原理 太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在太阳能热水器的储水箱内增加一个电加器，采用220V市电加热，由辅助控制系统的继电器控制通断电，用来在温度达不到要求的时候进行辅助加热来保证热水温度。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中，通过电缆线接入用户室内控制器。流量控制阀用通过步进电机来精确控制冷水即自来水的流量，来保证热水与冷水混合后的温度达到用户的要求。当水位不足报警时，通过电磁阀启动上水，上水的过程中，不允许淋浴，且放水电磁阀关闭。当需要淋浴时，放水电磁阀打开，通过自动控制冷水电磁阀的开度来保证冷水与热水混合后的温度与用户设定值基本一致（水温保持在设定温度的2°C范围内），淋浴过程中，系统禁止上水和辅助加热。当淋浴完后按下”淋浴完键”，系统停止放水并且电机要复位。系统的总体结构图如下。厦礴恳蹒骈時盡继 太阳能热水系统设计 设计者：4141 学号：4141 班级：新能源1101 前言：太阳能热水器系统主要由太阳能集热系统和热水供应系统构成；包括太阳能集热器、贮水箱、循环管道、支架、控制系统、热交换器和水泵等设备和附件。本设计将为一个地理位置为福建福州的两层小型别墅设计一个合适的太阳能热水器系统。 一、用户基本情况调查 1、环境情况 22·a)为水平面年总辐照量，MJ/(m为水平面年平均日辐照量，HMJ/(m；·d); H注： htha2·d)；HMJ/(mH为当地纬度倾角平面年平均日照量，为当地纬度倾角平面年Lrt.a2·a)；TMJ/(m为年平均环境温度，℃；S为年平均每日的日照小时总辐照量， ya数，h; f为年太阳能保证率推荐范围；为回收年限允许值，年。 2、用水情况 2.1日均用热水量 日均用热水量计算公式： q=qm rrd式中： q——热水用水定额，L/（b·d），查《民用建筑太阳能热水系r统工程技术手册》表1-11，最高日用水定额为为80L/（b·d），日均用水量按最高日用水定额的50%考虑，取40L/（b·d）； m——用水计算单位数，定为4人。 计算可得日均用热水量q=40*4=160L/d rd 1 2.2日均耗热量 日均耗热量计算公式： Q=qcρ（t-t）m/86400 ldrr式中： Q——日耗热量，W；d q——热水用水定额，L/（b·d）；r c——水的比热容，c=4187J/（kg·℃）； ρ——热水密度，kg/L；60℃水密度为0.983kg/L； t——热水温度，t=60℃；rr t——冷水温度，查《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》l表1-16，定为20℃； m——用水计算单位数，定为4人。 计算可得日均耗热量Q=1219.50W d 2.3小时耗热量 ● ZigBee Module产品，已经通过各种EMC/EMI测试，可以直接嵌入现有产品中使用。产品特色: 2.4GHz IEEE802.15.4 compliant / 2.7 - 3.6V operation / Sleep current (with active sleep timer) < 14?A / 0dBm power with on board antenna / Receiver sensitivity -90dBm / TX current < 45mA / RX current < 50mA / Modul e size 18x30mm ● Jennic的JN5121芯片: 全集成单芯片ZigBee解决方案ZigBee是最新的基于I EEE802.15.4规范的超低功耗，低速率（250Kbps），短距离（<100米）无线网络通信技术。ZigBee技术最大优势就是超低功耗，3节AA电池可以连续工作2年！固有的数据安全特性以及非常灵活的组网能力。目前主要应用市场包括：工业无线传感器网络/ 智能无线家庭监控网络/ 个人健康监护产品/ 汽车电子安 全报警产品 ● Jennic的JN5121是目前市场上唯一一颗开始大量出货的全集成单芯片ZigBee 解决方案。单个芯片即可以构成标准的ZigBee终端产品，因此可以在很大程度上降低产品成本，并缩短新产品的上市时间。JN5121主要特性：全集成﹑单芯片/ 2.4GHz兼容IEEE802.15.4规范/ 内建128位AES安全协处理器/ 内建高效的电源管理器/ 内建32位RISC处理器/ 内建96K RAM静态存储器/ 内建64K ROM程序存储器/ 内建4路12bit ADC，2路11bit DAC，2个比较器，1个温度传感器/ 内建3个系统Timer和2个用户Timer / 内建2个UART端口/ 内建1个SPI接口，带有5个片选线/ 内建1个2线串行接口，兼容SM-B US和I2C规范/ 内建21个通用I/O口/ 8 X 8 mm 56PIN的QFN封装. ● 借助Jennic的JN5121-EK000评估板开发套件，协议栈以及完整的ZigBee SD K软件开发包，您可以在短时间内构建出符合IEEE802.15.4以及ZigBee规范的无 线产品。 LMP2231 是一枚专为电池供电应用而设计的单路微功率高精度放大器。器件的1.8V 至5.0V 保证电源电压范围和仅仅18μW的静态功耗能够为便摈电池工作系统延长电池的寿命。LMP2231 是LMP高精度放大器家族的其中一员。器件当中的高阻抗CMOS输入令到它成为精密仪器和其它传感器接口应用上的最理想 选择。 LMP2231 的最大失调电压为150 μV，而其最大的失调电压漂移和偏置电流分别只仅有0.4 μV/°C和±20 fA。这些精密的规格皆使到LMP2231 有利于维持系统的 准确度和长期稳定性。 LMP2231 拥有一个轨到轨输出，其从电源电压的摇摆幅度为15 mV，从而增加了系统的动态范围。这样，器件的共模输入电压范围便可进一步扩展到负电源以下的200mV，因而令到LMP2231 适合使用在设有接地传感的单路电源应用中。 太阳能热水器控制器的功能和安装介绍 太阳能热水器控制器是用数字的方式显示水温、水位，也称太阳能控制仪表，或者微电脑控制仪表和控制器等。今天小编为大家介绍太阳能热水器控制器的功能和安装须知。 太阳能热水器控制器的功能 当进行全自动水位控制时，水位低于规定值报警并自动上水，上水到规定水位时自动停止上水；水位界于高低水位之间时，可以通过触摸键手动上水、停水；当水压不足时，自动控制增压泵投入工作，避免因水压不足导致上水失败；全自动的温度控制，禁止高温空晒后进水，可以防止真空管因突然注入冷水而爆裂。 太阳能热水器控制器的安装施工 1、根据用户居室情况，确定主机的固定位置。主机应安装在距地面高度不小于1.4m且用户操作比较方便的墙上。 2、在墙上打膨胀螺栓或钢钉时，须避开墙体内埋设的电线。 3、配线敷设：应符合国标的要求。 4、护套线与电热器及主机的联结。 太阳能热水器控制器 5、传感器安装 （1）将传感器由溢流管插入，轻拉引线，使之贴紧进口处，再向内伸进1公分左右，然后将固定件套在溢流管上。 （2）将传感器专用线引入室内，并且固定，不等用力过猛，以免擦伤或拉断。 （3）安装过程中禁止插座淋湿。传感器不能与电加热管相碰或距离过近。 （4）若选配下置式传感器，从水箱底部向上安装，拧紧固定螺帽，检查有无渗水情况。 （5）若现配上置式传感器，从水箱顶部向下安装，并用扎带将导线固定。 6、电磁阀安装 （1）应在安装前将管道内的杂质冲洗清理干净，电磁阀应安装在冷热水管道相通的管道上。 （2）电磁阀进水端与出水端不得装错,有滤网的一端为进水端,底部箭头所示为水流方向。连接进水端的管子应采用软管或易拆卸的管子，以方便清除滤网上的阻塞物。定期清洗电磁阀滤网。 （3）两芯对接线与电磁阀相连，引线可加长，应选用线径较大的铜芯电缆线。 （4）有压电磁阀自身带有止回装置，可不安装机械式单向止回阀。无压电磁阀有的没有止回装置，需安装机械式单向止回阀。 （5）安装时应注意避免使用管钳、扳手等工具打击或直接作用于电磁阀线圈或塑料主阀体部位。为防止渗漏等意外事故发生，电磁阀应安装在不发生渗漏到室内或喷射至可能造成事故的地方。 以上就是小编为您带来的太阳能热水器控制器的相关知识，许多用户在选择太阳热水器时往往会忽略控制器，其实控制器也是非常重要的，包括它的功能、安装等等知识，只有了解这些才会在实际使用的时候更便捷、舒适。 万合华庭住宅小区安装太阳能工程 投 标 书 （正本） 目录 第一部分开标总报价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 第二部分投标标价明细表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第三部分太阳能技术方案及说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 第一章设计依据．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 第二章工程方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第三章斜屋面太阳能安装方案及基座预留尺寸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 第四章重要项校核计算及说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第五章产品优势简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第六章投资效益分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 第四部分保修期．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第五部分交货期限．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 第六部分售后服务响应．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 第七部分工程安装措施及方案说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 第八部分太阳能热水系统验收．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 第九部分企业售后服务承诺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 第十部分企业资格证明文件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33 第十一部分企业业绩简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34 第十二部分部分工程实例照片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 第一部分开标总报价 太阳能跟踪器的工作原理 一工作原理 “太阳光寻迹传感器”安装在太阳能装置上，根据太阳光的位置，驱动电机，带动机械转动机构，始终跟随太阳位置运动。当太阳偏转一定角度时（一般5--10分钟左右），控制器发出指令，转动机构旋转几秒钟，到达正对太阳位置时时停止，等待下一个太阳偏转角度，一直这样间歇性运动；当阴天或晚上没有太阳出现时停止动作；只要出现太阳它就自动寻找并跟踪到位，全自动运行，无需人工干预，东西向、南北向二维控制，也可单方向控制，使用电源直流12伏，技术指标 1. 跟踪起控角度:1°--10°（不同应用类型） 2. 水平（太阳方位角）运行角度：Ⅰ型0°--360°，Ⅱ型-20°-- +200° 3. 垂直（太阳高度角）调整角度：10°--120°（太阳光与地面夹角） 4. 传动方式：丝杠、涡轮蜗杆、齿轮 5. 承载重量:10Kg-- 500Kg 6. 系统重量：2 Kg--500Kg 7. 电机功率：0.4W--15W 8. 电源电压 DC6V--24V 9. 运行环境温度： -40--85℃ 10.运行时间≥10万小时 11.室外全天候条件运行现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输人端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比 摘要 太阳能光伏发电现已成为新能源和可再生能源的重要组成部分，也被认为是当前世界最有发展前景的新能源技术。目前太阳能光伏发电装置已广泛应用于通讯，交通，电力等各个方面，其核心部分就是充电控制器。 在总体方案的指导下，本设计使用低功耗、高性能，超强抗干扰的STC89C52单片机作为核心器件对整个电路进行控制。系统硬件电路由太阳能电池充放电电路，电压采集和显示电路，单片机控制电路和RS232串口通信电路组成，主要实现对蓄电池电压的采集和显示。软件部分依据PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制控制策略，编制程序使单片机输出PWM控制信号，通过控制光电耦合器通断进而控制MOSFET管开启和关闭，达到控制蓄电池充放电的目的，同时按照功能要求实现了对蓄电池过充、过放保护和短路保护。实验表明，该控制器性能优良，可靠性高，可以时刻监视太阳能电池板和蓄电池状态，实现控制蓄电池最优充放电，达到延长蓄电池的使用寿命。 关键词：充电控制器太阳能光伏发电PWM脉宽调制 Abstract Solar photovoltaic power generation has become an important part of new energy and renewable energy, it is considered the current world's most promising new energy technologies. At present solar photovoltaic device has been widely used in communications, transport, electricity and other aspects, the core part is the charge controller. Under the guidance of the overall program, the design uses low-power, high performance, super anti-jamming STC89C52 microcontroller as a core device to control the entire circuit. Hardware circuit consists of a solar battery charging and discharging circuit, voltage acquisition and display circuit, the MCU control circuit and RS232 serial communication circuit, the main achievement of the acquisition and display battery voltage. Software is based in part on PWM (Pulse Width Modulation) pulse width modulation control strategy, programming the microcontroller output PWM control signal, by controlling the photocoupler on-off the control MOSFET opening and closing, to control battery charging and discharging purposes, and in accordance with the functional requirements implemented the battery over charge, over discharge protection and short circuit protection. Experiments show that the controller performance, high reliability, can always monitor the state of solar panels and batteries to achieve optimal control of battery charge and discharge, to prolong battery life. Keywords:charge controller, solar photovoltaic, PWM pulse width modulation 太阳能热水器控制仪使用 说明书 The following text is amended on 12 November 2020. 太阳能热水器控制仪使用说明书 太阳能热水器使用说明，一般情况下也就是说的太阳能热水器控制仪的使用方法，在这里我们拿最常用的西子控制仪说明书，为大家讲解一下使用方法,希望对大家在使用过程中减少一些疑难问题，方便大家使用。 TMC至尊全天候测控仪使用说明书 【主要技术指标】 1.使用电源：220VAC 功耗：<5W 2.测温精度：±2℃ 3.测温范围：0-99℃ 4.控温精度：±2℃ 5.水位分档：五档环形显示 6.可控水泵或电热带功率：≤500W 7.可控电加热功率：≤1500W 可选：3000W 8.漏电动作电流：≤10mA/ 9.电磁阀参数：直流DC12V，可选用有压阀或无压阀 有压阀工作压力：～ 无压阀工作压力：，适用于水箱供水或低压供水 10.广域亮彩显示屏低功耗：< 【主要功能】 1.北京时间：实时显示北京时间 2.水位预置：可预置加水水位50、80、100% 3.水温预置：可预置加热温度范围：30℃-80℃，定时加热若不需要启动电加热，可预置为00℃ 4.水温指示：显示太阳能热水器内部实际水温 5.水位指示：显示太阳能热水器内部所存水量 6.缺水提示：当水位从高变低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，同时20%水位闪烁 7.缺水上水：当水位从高变低，出现缺水状态时，延时30分钟自动上水至预置水位 8.手动控制：可手动启动上水、加热，在操作时首先显示预置的水位或水温，用户可利用▲、▼键调整预置参数，确认后，启动上水、加热，也可手动关闭。启动加热时水位若低于50%，则先启动上水再加热。正在加热时水位低于50%自动关闭加热，保护电加热管。启动手动上水时，若实际水位大于等于预置水位时，测控仪自动上调预置水位，以保证用户上水需求，启动手动加热时，若实际水温大于等于预 摘要 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。太阳光线自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。 第一，机械部分设计： 机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。当太阳光线发生偏离时，控制部分发出控制信号驱动步进电机1带动小齿轮1转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向跟踪；同时控制信号驱动步进电机2带动小齿轮2，小齿轮2带动齿圈和太阳能板实现垂直方向转动，通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。 第二，控制部分设计： 主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。当两个光敏电阻接收到的光强度不相同时，通过运放比较电路将信号送给单片机，驱动步进电机正反转，实现电池板对太阳的跟踪。 关键词太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机 Abstract Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on.These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. First,the mechanical part is designed. Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rayshas a deviation, small gear arerotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together. Second, control system part is designed. Control system mainly includesthe sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection systemisused to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances receiveddifferent light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors. Keywords Solar energyTrackingPhotosensitive resistance SCMSteppingmotor NCP1294太阳能充电控制器及其设计要点 NCP1294太阳能充电控制器及其设计要点 中心议题：增强型电压模式PWM控制器NCP1294 动态MPPT工作原理前馈电压模式控制NCP1294太阳能充电控制器应用设计流程 众所周知，太阳能电池板有一个IV曲线，它表示该太阳能电池板的输出性能，分别代表着电流电压数值。两条线的交叉点表示的电压电流就是这块太阳能电池板的功率。不利的是，IV曲线会随辐照度、温度和使用年限而变化。辐照度是给定表面辐射事件的密度，一般以每平方厘米或每平方米的瓦特数表示。如果太阳能电池板没有机械式阳光追踪能力，一年中辐照度会随着太阳的移动变化约±23度。此外，每天从地平线到地平线太阳移动的辐照度变化，可导致输出功率在一整天的变化。为此，安森美半导体开发了一款太阳能电池控制器NCP1294，用来实现太阳能电池板的最大峰值功率点跟踪（MPPT），以最高能效为蓄电池充电。本文将介绍该器件的一些主要功能和应用时需要注意的问题。增强型电压模式PWM控制器NCP1294是一款固定频率电压模式PWM 前馈控制器，包含电压模式运作所需的所有基本功能。作为支持降压、升压、降压-升压及反激等不同拓扑结构的充电控制器，NCP1294针对高频初级端控制操作进行了优化，具有 逐脉冲限流及双向同步功能，支持功率最高达140 W的太阳能板。这款器件提供的MPPT功能能够定位最大功率点，并实时根据环境条件来调节，使控制器保持接近最大功率点，从而从太阳能板析取最大的电量，提供最佳的能效。此外，NCP1294还具有软启动、精确控制占空比限制、低于50 μA的启动电流、过压和欠压保护等功能。在太阳能应用中，NCP1294可以作为一种灵活的解决方案，用在模块级电源管理（MLPM）解决方案。基于NCP1294的参考设计最大功率点追踪误差小于5%，可以为串联或并联的四个电池充电。图1是NCP1294 120 W太阳能控制器框图。 图1：安森美半导体的NCP1294 120 W太阳能控制器框图 如图1所示，该系统的核心是功率段，它必须承受12 V至60 V的输入电压，并产生12 V至36 V的输出。由于输入电压范围覆盖了所需的输出电压，必须有一个降压-升压拓扑结构来支持应用。设计人员可以选择多种拓扑结构：SEPIC、非反相降压-升压。反激式、单开关正激、双开关正激、半桥、全桥或其他拓扑结构。设计工作包括根据功率需求的增加隔离拓扑结构。电池充电状态的管理是由适当的充电算法完成的。太阳能电池板安装技师可以选择输出电压和电池充电速率。由于控制器要连接到太阳能电池板，它必须具有最大功率点跟踪，为最终客户提供高价值。控制器有两个正使能(Enable)电路，一个电路检测黑夜时间，另一个检测电池的充 毕业设计论文 基于51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计 目录 摘要……………………………………………………………………..I Abstract…………………………………………………………………..II 第一章：绪论 1.1 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析 1.2 太阳能热水器的应用及意义 第二章：太阳能热水器的组成及工作原理 2.1 系统总体结构设计 2.2 太阳能热水器组成及原理 2.3 主要芯片的结构与特点 2.3.1 DS12887实时时钟芯片简介 2.3.2 80C51单片机结构特点 2.3.3 数字温度传感器DS18B20主要特性及测温原理 第三章：太阳能热水器硬件设计 3.1 太阳能控制器硬件结构 3.2 控制器实时时钟接口电路设计 3.3 水位检测和温度检测接口电路设计 3.4 看门狗和复位接口电路设计 3.5 键盘和显示接口电路设计 3.5.1 键盘电路 3.5.2 显示接口电路 3.6 光电隔离与辅助加热电路设计 第四章：控制器的软件设计 结束语 参考文献 致谢 附录 太阳能热水器智能控制器的设计 摘要 太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。本文结合实际太阳能热水器的具体应用，在介绍太阳能、传感器、单片机的特点基础上，详细描述了太阳能热水器的工作原理和设计方案。这里根据太阳能热水器对控制器的要求与特点，提出了一种基于DS12887的太阳能热水器智能控制器的设计方法，给出了系统硬件设计及软件实现方法。 全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太阳能的利用和前景发展状况。第二部分包括第二章，描述太阳能系统组成及工作原理。第三部分包括第三、四章硬件设计及电路原理和软件设计，分别介绍了传感器的特点及应用、一般的太阳能热水器及循环系统、单片机发展和原理，这也是此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。 关键词：太阳能热水器;传感器; 模糊控制; 实时时钟;单片机 Design of intelligent controller for Solar Water Heater Abstract Solar Water Heater is popular with its pretty benefits, Based on author’s real experience on Solar Water Heater design, this article describes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar、sensor、Single Chip 吉林铁道职业技术学院 电子制作职业技能大赛（论文） 题目太阳能自动跟踪装置设计 参赛人姓名王志会张卫国朱峰所在系电气工程系 指导教师陈冬鹤 完成时间2013年5月26日 吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告 题目：太阳能自动跟踪装置设计 主要内容、基本要求等： ◆主要内容：加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。 ◆基本要求：1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变 化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。 2，实现一定的姿态控制精度。 3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。 ◆主要参考资料：电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。 完成日期：2013年5月26日 指导教师：陈冬鹤 实验组组长：王志会 2013年 6 月 5 日 太阳能自动跟踪装置 研制目的 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。 一自动跟踪系统整体设计 1.1 系统总体结构 本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后，首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位，然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较，电平有高电平和低电平两种，若两电平相等则电池板停止转动，若不等单片机将对两电平进行比较判定，驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动，实现电池板对太阳的跟踪。图1-1所示： 1.2 光电转换器 太阳能光伏照明控制系统的硬件电路项 目设计方案 1.1概述 传统的化石能源资源日益枯竭，严重的环境污染制约了世界经济的可持续发展。能 源的需求有增无减，能源资源已成为重要的战略物资，化石能源储量的有限性是发展可 再生能源的主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的化石能 源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可采年限仅有 41年，其年占世界能源总消 耗量的40.5%,国内剩余可开采年限为15年；天然气剩余可采年限61.9年，其年占世 界能源总消耗量的24.1%，国内剩余可开采年限30年；煤炭剩余可采年限230年，其 年占世界能源总消耗量的25.2%，国内剩余可开采年限81年；铀剩余可采年限71年, 其年占世界能源总消耗量的 7.6%，国内剩余可开采年限为50年。 太阳能利用和光伏发电是最有发展前景的可再生能源，因此，世界各国都把太阳能 光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向，制定了相应的导向政策。在光伏发 电的历史上，最早规模化推广的是日本，而后是德国，再发展到现在大力推广的包括美 国、西班牙、意大利、挪威、澳大利亚、韩国、印度等超过 40个国家与地区，如日本 “新阳光计划”、欧盟“可再生能源白皮书”，以及美国国家光伏发展计划、百万太阳能 屋顶计划、光伏先锋计划等的相继推出，成为近年来推动太阳能光伏发电产业的主要动 力。根据欧盟的预测：到2030年太阳能发电将占总能耗10%以上，到2050年太阳能发 电将占总能耗20% 1.2光伏照明系统的结构 光伏照明系统主要由五大部分组成，即太阳能电池、蓄电池、控制器、照明电路、 负载，如下图1-1所示。 在系统中，控制器是整个系统的核心。它控制蓄电池的充电及蓄电池对负载的供电, 对蓄电池性能、使用寿命有非常大的影响。目前，光伏系统主要由于控制器控制蓄电池 充电方式不合理，降低了蓄电池寿命而导致整个系统可靠性不高，因此，在控制器的设 计中采用什么样的充电 图1- 1光伏系统组成框图 太阳能热水器控制器原理图 家用太阳能热水器方便、节能、无污染，应用广泛。本文介绍的太阳能热水器辅助控制系统以单片机为核心，对储水箱水位、水温等进行检测和显示；水位过低时进行自动上水、水满自停，防止溢水；在无光照阴雨天或寒冷季节进行辅助电加热，且温度可由用户预置；在寒冷的冬季能对上水管道的水进行排空，防止管道冻裂；具有防漏电、防干烧等多种安全保护和声光报警功能。 一、系统结构 太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在真空管太阳能热水器的保温储水箱内增加一个与电热水器类似的电热元件并固定在绝缘底座上，引出交流电源线入户，由辅助控制系统的继电器控制通断电。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中，通过电缆线接入用户室内控制器。进行管道排空时，由控制系统关闭排空控制阀，打开热水开关和淋浴开关，将管道中的水放掉；用水时则打开排空控制阀。系统自动上水时，通过单项电磁阀上水。水流电开关用于检测淋浴开关是否打开、是否有水的流动，当淋浴开关打开用水时，系统自动停止上水、切断辅助电加热器的电源。 二控制系统组成 太阳能热水器控制系统的组成如图2所示。整个系统以AT89C51单片机为核心，对水温、水位等参数进行智能检测和显示，读取水流开关、排空阀门的状态，经键盘操作和单片机内部运算比较，控制相应得执行机构进行通、断电；进行防漏电、防干烧等保护，并进行相应得声光报警。 对水箱水温信号的检测采用DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，它具有3引脚TO-92小体积封装形式，CPU只需一根端口线就能与DS18B20通信控制读取温度值。水流开关信号的检测采用开关式传感器，其内部是一个霍尔开关，排空阀是一个带行程开关的球型阀，由 5W交流伺服电机带动，每旋转90度输出一个开关信号，排空阀的开闭状态对应于该开关信号。上水电磁阀采用12V直流单项电磁阀；辅助电加热体的通断电采用继电器控制；排空阀由36V（5W）交流伺服电机带动，由排空阀的开闭状态信号确定并通过继电器控制交流伺服电机电源通断电。 三、控制软件设计主程序流程图如图3所示。子程序流程图如图4所示。主程序首先完成串行口、定时器、中断源的初始化，设置初始运行参数、开中断，然后循环读取键盘状态、检测系统是否漏电。一旦检测到系统漏电，进行声音和显示报警，将所有执行机构断电；若系统不漏电则根据存储的键盘状态和检测的水温、水位等状态信号进行相应得处理并等待中断服务程序的执行。系统正常控制时，首先显示水温和水位，若检测到水流开关打开用水时，自动断开上水阀和电加热体电源，即实现水电联动，用水停电。当检测到水位过低时打开电磁阀上水；到达最高水位后，自动关闭电磁阀。在水位超过第二档时，将检测的实际水温与设置水温进行比较，若实际水温低于设置水温，则加热体通电进行辅助电加热；若实际水温高于设置水温时，切断加热体电源；若检测到水位低于第二档，不管设置温度高低，总是停止加热，以防止加热体干烧。 太阳能热水器集中供热系统设计实例 作者：陈伟日期：2002-4-18 0 前言目前我国大力提倡环境保护和能源节约,使得太阳能技术得到长足的发展。家用太阳能热水器走进了千家万户。据资料显示:太阳能热水器具有节约常规能源、不会造成环境污染、使用方便、经济效益明显等优点。浙江省年平均日照量在2000h以上,太阳能的利用具有很大的潜力。但是太阳能热水系统尚未纳入建筑给排水设计,造成住户在购买商品房后各自安装太阳能热水器,因没有统一的规划,使得布置上零零落落;且现在新建住宅取消屋顶生活水箱,采用变频泵供水,住户只好用塑料管沿外墙把冷水接至太阳能热水器,再沿外墙把热水引下,在外墙凿洞进入室内。由于所采用的塑料管颜色不一、管径各异,未采取可靠的固定措施,一遇大风随风摆动,极易造成事故;且水管如蜘蛛网般布在外墙面,墙面上千疮百孔,遇漏水,墙上水渍斑斑,严重影响市容市貌。针对上述情况,笔者考虑在住宅给排水设计时应把太阳能热水系统作为设计内容之一,以避免上述情况的出现。本文是太阳能热水器集中供热系统在住宅小区的设计应用情况,不足处敬请同行指正。 1 工程概况该住宅小区位于浙江省衡州市城东,分四期开发。前三期未考虑太阳能热水系统,住房出售后住户反映强烈,因安装热水器而引起的邻里纠纷不断。四期建筑面积4.2万m2,都为6层带跃层住宅一梯两户,为坡屋顶。供水方式为小区消防生活水池-变频泵-用户,取消屋顶生活水箱。水池集中设置在小区绿化带内。结合前三期的经验,改变以往先建设后配套造成的重复施工、重复破坏,并相互抢占屋面、安装混乱的不合理做法。决定四期工程太阳能热水系统与主体同步设计、施工,并同步交付使用。设计中优化太阳能屋面热水器设置及循环水系统,有效利用屋面空间、科学选择热水器朝向、合理配管、充分发挥设备功效。 2 太阳能热水器的选型浙江省市场上太阳能热水器品牌繁多,所以选型是整个设计的关键。设计人员协同开发商本着如下原则选型:①生产厂家应具有多年的生产经验、技术力量雄厚,有完善的售后服务体制。②太阳能热水器贮水箱耐腐蚀、无毒、保温性能好、外形美观。③要求产品热效高、强度大、质地轻、设备运行可靠、故障少。④价格合理,以减少太阳能电池充电控制器电路图
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