基于AFS600的太陽能熱水器通用控制器設計

8051內核的P0口為液晶的數據口，P2．O～P2．2為液晶的使能控制端，P2．3～P2．5分別為3個電磁閥的控制端。對淋浴水溫進行智能檢測和顯示，經單片機內部運算與設定溫度進行比較，通過控制節流閥的角度來調節水流量，從而來保證淋浴水溫與用戶設定水溫相一致。 P1．O為數字溫度傳感器DSl8820的專用端，用于檢測水箱溫度并顯示在液晶上；P1．1也是溫度傳感器專用端，用于檢測淋浴水溫。如果水箱溫度不足(達到設置水溫下限)，則控制繼電器啟動輔助加熱裝置；當水溫達到加熱溫度上限時，則關閉輔助加熱裝置。水位用5段LED燈顯示。若水位不足，則報警蜂鳴器響；若沒使用，則上水繼電器動作，電磁閥開通，自動上水至水位上限后關閉。
1．3 液位傳感器的設計
由于目前常用的垂子式液位傳感器易受水垢的影響，本文利用浸入水中的兩個極板組成電容，電容值大小反映了水位的高低。其結構如圖3(a)所示。

圖3(a)中，H為鋁板總高度，h為液位高度。設板間距為l，鋁板的寬度為b。上下兩部分的介質分別為空氣和水，等效電容為C1和C2分別為：

式中：空氣的介電常數ε空氣為l，水的介電常數ε水為80。總電容C總為：

顯然，電容的大小與水位的高度成正比。實際制作的電容傳感器，測試電容值C為0．1～2．2μF。
本傳感器采用定時器NE555設計了一款方波發生器，用于實現水位-電容值-頻率的轉換，輸出的頻率可反映水位的變化，取中心工作頻率為1 kHz。具體電路如圖3(b)所示。輸出頻率f為：

這里，R1、R2均取為1．43 kΩ。
當水位發生變化引起電容的變化，經多諧振蕩器輸出的方波頻率f也隨之發生變化，根據單片機的計數器T0捕捉到的時鐘的個數，再經數據處理判斷水位。
1．4 節流閥的控制
為了控制淋浴水溫、調節流量，需要控制節流閥。本文采用節流閥和步進電機組成流量控制方案，通過控制步進電機的旋轉來控制節流閥的開啟角，從而控制流量。選用步進電機驅動器BY一2HB03M，控制二相四拍步進電機的步進及正反轉。其驅動器接線如圖4所示。

2 系統軟件設計
根據系統要求，除了需要實時檢測和顯示水箱溫度和水位外，還需要控制淋浴溫度、上水閥、節流閥、輔助加熱控制裝置等，所有這些功能由AFS600內部嵌入8051內核完成。控制器軟件設計采用模塊化結構，除主程序外，還包括鍵盤與顯示子程序、溫度與液位采集子程序、以及淋浴水溫控制子程序和上水控制子程序等。系統的主程序接收控制指令，調用子程序完成溫度、水位檢測等。下面重點介紹淋浴溫度控制和上水控制子程序流程。
2．1 上水控制
熱水器控制器具有智能化上水控制功能，可以起到保護熱水器的作用。例如，水位較低時，淋浴時或高溫日照下禁止自動上水；居家長時間無人時，需要考慮自動上水問題；水位傳感器失靈時，防止上水溢出等。對此，系統預置最低水位和最高水位，并根據時間系統預置自動上水時段。程序中設有計時器，檢測上水時的水位變化與上水時間關系，以此檢測水位傳感器失效問題，并可防止上水溢出問題。具體流程如圖5所示。