太阳能热水器控制器

太阳能热水器控制器

太阳能是目前最为“干净”的能源之一。随着消费者环保和绿色意识的提高，太阳能热水器已经开始走进千家万户。这里介绍一种低成本、高性能、全自动的太阳能热水器控制器。它用数字方式显示水温、水位；全自动水位控制，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（水位的上限可由用户自行设定。设定参数具有断电保护，重新上电不需要用户再设定）；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。

控制器的电路图如附图所示。上述控制功能使用ＭＣＵ实现，我们根据前面规定的任务要求，选用了ＳＯＮＩＸ公司的ＳＮ８Ｐ１７０６。ＳＮ８Ｐ１７０６片内资源包括：８路１２位ＡＤＣ；１路７位ＤＡＣ；３０位数字Ｉ／Ｏ（ＳＮ８Ｐ１７０８有３３位Ｉ／Ｏ）；３个定时计数器；２个８位ＰＷＭ信号输出；７个中断源；１个串行口；１个监视定时器，８层堆栈；４Ｋ×１６ｂｉｔ ＯＴＰ ＲＯＭ作程序存储器；２５６×８ｂｉｔＲＡＭ数据存储器；其Ｉ／Ｏ口的最大驱动电流１５ｍＡ，可直接驱动ＬＥＤ。使用ＳＮ８Ｐ１７００系列ＭＣＵ，仅仅配以少量的外围电路即可实现大部分民用产品的智能化。太阳能热水器控制器选用ＳＮ８Ｐ１７０６，不失为一个低成本、高性能的解决方案。

系统输入信号有：６个液位信号、１个温度信号、４个触摸键；输出信号有：４位ＬＥＤ数码管分时显示当前温度和液位，３个位输出控制继电器分别控制上水电磁阀、加热泵、增压泵，１个位输出控制蜂鸣器作为低水位报警信号和其他异常情况报警，２个位输出指示上水、加热状态。用户设定项目有水位上限、热水温度、上水定时、加热定时。设定参数用ＥＥＰＲＯＭ保存，停电后参数无需重新设定。系统具有故障自检功能，电磁阀、加压泵在停水时会自动切断，水位传感器有故障时禁止上水，以免上水时溢出。

液位传感器采用ＡＴＳ１７３型霍尔元件，若干霍尔元件固定在一个垂直导槽上，浮子带动磁钢沿导槽移动，霍尔元件的输出经过一个电阻网络转换成不同的电压，经ＡＤＣ通道送入ＭＣＵ。这样，仅用一个ＡＤＣ通道可以实现多路数字信号的输入。温度传感器采用负温度（ＮＴＣ）型通用热敏电阻，信号经另一路ＡＤＣ输入ＭＣＵ。保存设定参数的ＥＥＰＲＯＭ采用ＨＴ９３ＬＣ４６，采用串行方式与ＭＣＵ接口，整个控制器的硬件及对ＭＣＵ的资源要求降到最低。ＭＣＵ根据检测到的水位信号、水箱温度信号，以及用户的设定或操作，通过软件进行数值计算和逻辑运算，以确定当前应该进行的操作，并通过输出口控制进水阀、加压泵、加热泵的状态，以实现要求的控制功能。由于ＳＮ８Ｐ１７０６的Ｉ／Ｏ口驱动能力可高达１５ｍＡ，采用高亮度的ＬＥＤ显示无须再使用驱动器件，可以由ＳＮ８Ｐ１７０６的Ｉ／Ｏ口直接驱动。

本机采用专用单片机ＳＮ８Ｐ１７０６实现。由于ＳＮ８Ｐ１７０６的优良性能，除了ＭＣＵ之外仅仅使用少量必需的外围器件。与通用单片机相比，无须扩展ＡＤＣ、显示驱动电路，不但节约了硬件成本，也简化了电路，提高了系统的稳定性和抗干扰能力，软件任务也得到了一定的减少。从成本、性能等方面全方位地体贴用户，这里介绍的低成本、高性能的太阳能热水器控制器为目前性能价格比最高的方案之一。它不但可以被热水器生产厂家直接采用，也可以供电子设计爱好者设计制作参考。

控制器的操作使用方式自然合理。Ｓ１用来切换操作状态。控制器有“直接控制”和“参数修改”两种工作状态。按Ｓ１键显示“００”，控制器进入“直接控制”状态，显示“０１”、“０２”、“０３”、“０４”分别表示“设定水位上限”、“设定定时上水时间”、“设定定时加热时间”、“设定加热温度”。

进入“参数修改”状态后，Ｓ２、Ｓ３用来修改规定的参数，Ｓ１接受本次修改，并切换到下一个参数，Ｓ４取消本次修改。进入“直接控制”后，Ｓ２用来手动上水，Ｓ３用来手动加热，Ｓ４用来停止加热或上水；若水位已经超过设定水位上限，或水温已经超过设定温度，“直接控制”将不起作用。

设定水位上限：控制器可以监测６个水位，上限水位可以由用户设置，水位上限设置范围为位置３、４、５、６。

设定定时上水时间：每天在规定时间检查水位，并上满。若设定时间为００或大于等于２４，则取消自动定时上水。

设定定时加热时间：每天在规定时间检查水温，若水温低于设定温度，则接通电加热器，将水温加热到设定温度。若设定时间为００或大于等于２４，则取消自动定时加热。

设定加热温度：定时加热温度也可以由用户设定，可设定范围为２０℃～６０℃。