PDF《智能型太 阳能热水 器水位 水温 测控装 置的研制》

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RES EAR CH R EPO RT 智能型太阳能热水器水位水温测控装置的研制 李剑峰 ( 解放军第82医院淮安市223001 ) 摘要 一种基 于单片机的智能型 太阳能热水器水位 、 水温测控 装置 .

用干簧管 切换接点将 分级水 位信号转换成电压 , 实现水位信号的二线制传输,水温采用PN结 传感器,配以精 密V/F变 换器将温度变换成频率与温度成正比的电脉中信 号,而不采用价格高、电路 复杂的A/D变 换器.此装置也可广泛应用于各种 大型精密 医疗设 备的断水保护和水 冷保护 系统 中 .实践证 明,整个装置 抗干扰 能力强,可靠性高,成本低,有很高的推广应用价 值.关键词太阳能热 水器;

单片机 ;

水温水位;

V/F变 换中图分类号:TH8 l

1 ;

T H7

7 2 + .

2 文 献标 识码:A文章编号:1003―8868(2002)05一O028―03De ve l opm en t o f i n t e l l e c t u a1 w a t e r ― l e ve l ― and― t em per a t ur e t e s t c on t r oli n s t r um e nt f or s ol ar w a t er h e a t er L I J i a n - f e n g ( Th e

8 2 n d Ho s p i t a l o f P L A,H u a i a n

2 2

3 0

0 1 ) Abs t r a c t Thi s p a pe r i n t r o du c e s a ki nd o f i nt e l l e c t u a l wa t e r ― ― l e v e l ― ― a n d― ― t e mpe r a t ur e t e s t c o n t r o l i ns t r u me nt f or s o l a r wa t e r he a t e r b as e d o n SCM. The t wo -wi r e t r an s mi s s i o n o f wa t er l e v e l s i g n a l i s r e a l i z e d b y t he c o nv e r s i o n o f t he g r a de d wa t e r l e v e l s i g n al t o t h e v o l t a g e us i ng t h e r e e d pi p e c h a ng e o v e r c o n t a c t . I n s t e a d o f t r a di t i o na l A/D c on v e r t o r , t he PN s e ns o r , a c co mpa ni e d wi t h V/ F c o n v e r t o r , i s a pp l i e d t o t h e c o n v e r s i o n o f t he wat e r t e mp e r a t ur e t o t he e l e c t r o pu l s e s i g n a l wh o s e f r e q ue n c y i s pr o p o r t i o n a l t o t he t e mp e r a t ur e. Th e i n s t r u me nt c a n b e u s e d i n t h e wa t e r ―br e a k― a nd - c o o l pr o t e c t i o n s y s t e m o f a l l ki n ds o f l a r g e pr e ci s i o n me di c a l e q ui pme nt . W i t h t h e e x c e l l e nc e s o f s t r o ng i n t e r f e r e nc e i mmuni t y a n d r e l i a bi l i t y a n d l o w c o s t , i t i s wo r th o f s pr e a di n g a nd a p pl y i n g. K e ywor d s s o l ar wa t er h e a t e r ;

SCM;

wa t e r l e v e l a nd t e mp e r a t u r e ;

V/F c o nv e r s i o n

1 引言我院传染科病房均装备了太 阳能热水器供病人使用,极大地方便了病 人 自我 清洁卫生.但病人常反映在洗浴时无法预知断水和不知道实时水温的情况.为此,笔者开发出一 种基于单片机的智 能型太阳能热水器水位、水温测控装置,可广泛用于各种大型医疗设备中.经 实践证明,与 老产品比较 有如下优点:(1)老产品采 用直流电水 介质电解 点型水位传感器,因电解效应,电极极易腐蚀而导致接触不良,可靠性低,电极 寿命短.而 且水位传感导线数目随 着水位显示级数(即分辨率)增加而增加,这样就造成成本增加,分辨率不够.而 新装置采用干簧管代替水介质接点水位传感器,无腐蚀,高可靠性,而且实现了水位信号的二线制传输,成 本低且提高了分 辨率.(2)老产品温度测量和显示一般是PN结或热敏电阻配以三位半数字表头,因引线长(一般为20m) , 工频干扰严重,温度指示 不准确.新装置采用温度一频率变换的方法测量温度,辅以软件滤波有效滤除50Hz 工频的干扰,测量准确可靠.2测控装置组成原理智能型太 阳能 热水器水位、水 温测控装置由核 心部件AT89C

2051、水位变送器A、 温度变送器B, 信号调理电路C和 D、 V / F变换器V、显示器E、 控制电路F等 部分组成(图1).2002年第

5 期 医疗卫生装备 .

2 8. 维普资讯 http://www.cqvip.com TH ESI S &

RESEA RC H REPo RT 图1测控装置组成原理水位变送 器A将水箱水位300mm分成8级 , 每变动一级水位,产生1V电压 变量经信号调制电路 产生1,2,…7 ,

8 V分级电压输出,当开关S处 在位置a时 , C输出的电压经V/F变 换成l00Hz 、

2 0

0 Hz … ,

8 0

0 Hz脉 冲信 号送至单片机接口,此时,单片机按频率计数方式工作,经 程序处理后,送 出水位显示信号,水位用LED数码管显示,直观醒目.秋冬季或光照不足时,可启动电热装置.水位和适宜洗浴的水温,使用者可通过面板 上 的键 盘设置.水位低至最低水位,或不足预置水位时,装置自动开启水阀进 水.如果使用者没有预置水位,当水 箱水满时,单片机控制自动 关I划水 阀,并给出声 音报警信号,提示使用者,水箱的水已满 . 水温用两位LED数码管显示,分辨率为±

1 ℃ , 完 全满 足洗 浴需要.2.1两线制水位变送器工作原理图2两线制水位变送器原理图如图2所示,I为 恒流源,该电流流过检测电阻,产生的压降为IR, KI , K2 , K3 , … K 8均不『才J合.U=8XI R, 取IR= I V,则U^=8V 水位上升至K处,浮 子推动磁体M移动至干簧管K处,K接通.U =

7 1 V, 经OP缓 冲输 出至调理电路C, C输出电压U=1 V. 干簧管封装在有惰性气体的玻 壳内,与 空气不接触,触点不存在腐蚀与氧化.干簧 管与检测电阻 、 线路一起封装在一根塑胶管内,与水隔离.这种传感器动作灵敏,可靠,成本低.2-2温度变送器29・

2 0

0 2 年第

5 期 医疗卫生装备 水温变送器如图3所 示 ,二 极管D用作温敏元件,当流过二极管的电流不变时,二极管的导通压降Uo与温度的关 系是一2mV / ~ C. 水温0-100%. 经OP

2、OP3两级放大后变换为O-IOV电压输出,总增 益为10000mV /

2 mV =

5 0

0 0倍.图3温变送器电原理图为提 高抗干扰能力:(1)二极管端电压用双绞线引出.(2)OP . 采用高阻抗的同相跟 随器,配用大时间常数的滤波器RC,滤 除50Hz工频、雷 达等干扰.(3)在OP上设置了比例积分电路Cz、R,进一步滤除干扰.W 调节零点,W调满度.2.3V/F变 换器V/F变换部分采用专用精密V/ F 变换IC, L M3

3 1 , 电路如图4..R1 . Vc

2 .

4 软件设计L'

I}l该系统软件包括 .一 主程序,T.中断 服务程序,INTo、INT.中断服L..一l.'

务程序 以及其他子 程牛.序53主程序图4V/F转换 电路 主程序流程图如图5所 示,主要完成系统的初 始化,启 动定时器T.,延时100ms , 同时计数器T.开始计数,由此 计算 出频 率,再通过数学运算,计 算 出此 时刻的液 位 、温 度值.3.1INT 0中断 服务程序 本系统采用中断式键盘电路 , 当有 键按下时,响应中断 , 取得键值并转到相应的服 务程序.3.2INT中断服务程序图5主程序流程当电磁阀电机堵转时,通过信号转换向CPU申维普资讯 http://www.cqvip.com T HESI S &

RESEA RC1

4 REPo RT 请 中断 , C P U 响应中断 , 关闭电磁 阀.3.3T.中断服务程序图6To 中断服务程序定时器rr0定 时在lOOms , C P U 响应,........