DOC《太阳能热水器的通用控制器研制》

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: 式中: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. 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. 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. 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: 、 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LED

1、LED

2、LED

3、LED

4、LED5.当水位发生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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.