太阳能热水器智能仪

　

摘要：当前能源紧缺，用电紧张，太阳能是绿色能源，得到广大用户的喜爱。使用太阳能热水器时存在的问题：不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，须用电等等。采用太阳能热水器智能仪（仪称太阳能热水器水温水位测控仪），能解决上述问题。使用户省心，使用方便，智能运行，用户不必作任何操作。

关键词：太阳能热水器 工作原理 技术性能
引言
　　当前能源紧缺，用电紧张，太阳能是绿色能源，得到广大用户的喜爱。使用太阳能热水器时存在的问题：不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，须用电等等。采用太阳能热水器智能仪（仪称太阳能热水器水温水位测控仪），能解决上述问题。使用户省心，使用方便，智能运行，用户不必作任何操作。
　　太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。在太阳能热利用中，为了得到中高温热能，必须使集热器从日出到日落跟踪太阳，而在太阳能光电中，相同条件下，自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，成本下降25%。因此在太阳能利用中，进行跟踪装置的控制方式进行研究是一项很有意义的工作。
　　1. 本课题技术性能要求：
　　(1) 使用电源220V AC，功耗<5W。
　　(2) 水温数码显示，测温范围0~99 0C；精度±20C。
　　(3) 水位分五档显示（缺水、20、50、80、100%）。
　　(4) 具有缺水上水、温控上水、手动上水和低水压上水等功能。
　　(5) 水位设置。可设置加水水位20、50、80、100%（本仪预置水位50%）。
　　(6) 缺水报警。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯闪亮。
　　2. 工作原理：
　　2.1 原理：
　　利用热敏电阻和液位传感器检测水温和水位，并加以显示。根据水温水位情况进行控制。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮，延时15分钟，若温度不超过990C，（以免空晒后上水造成炸管），自动上水至预置水位；若温度高于1000C，不上水。太阳晒后，水温上升，当温度超过600C且水未满时，打开电池阀上水至500C；防止出现低水量、高水温的不合理现象。晚上，若热水已用完，延时15分，进行缺水上水；若热水未用完，不上水，以保证热水充分利用；第二天太阳出来后，利用温控上水。在上水的过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压上水模式，低水压声光报警，间隔30分钟启动上水，若30分钟内不能使水位上升一挡，则停止30分钟，然后再启动，反复循环。以免电池阀长时间通电而烧毁。
　　2.2实现方案：（附录1：系统示意图）

　　通过“水位设置”键可进行水位设置，可设置加水水位20、50、80、100%（本仪预置水位50%）。通过“上水”键，可实现手动上水。通过“上水”键，若水位低于预置水位，可上水至预置水位；若水位已达到预置水位，则在原水位基础上再加一档；若水位已加满，则停止手动加水。在上水过程中，按“上水”键，可停止上水。


3. 硬件设计：
　　3.1 直流电源的设计：
　　3.1.1 直流电源的图解：
　　本课题可采用集成三端稳压器，只要加上一些外围元件即可实现。其框图和电路分别如下图：


　　3.1.2 方案论证：
　　通过框图分析，该电路由四个部分组成，它们的功能分述如下：
　　（1） 电源变压器
　　它的任务是把电源电压
变压到合适的大小。如果u2的值太大，会造成集成三端稳压器7805的功耗太大，温度升高，且浪费电能。反之，如果u2的值小到一定的程度，三端稳压器不能正常工作，失去稳压作用 。因此u2的值应大小合适，这个值应该使三端稳压器在交流电网电压最低和输出电流最大时能正常工作。而且在正常稳压的前提下，它的压降尽可能小，以减少功耗。
　　（2） 整流电路
　　它的任务是将正弦波变换成直流电压。这里一般采用桥式整流电路来实现，即可用四个二极管来组成，也可用整流桥堆来完成，只是参数一定要选择合理。
　　（3） 滤波电路
　　它的任务是将全滤波形通过 RC 滤波网络以后变成更平坦的直流电压，减小脉动，提高整流的效果。这时整流管中通过的电流的瞬时值要比平均值大得多，特别在接通电源瞬间有相当大的冲击电流（即充电电流）通过整流管，这一点要引起注意。
　　（4） 稳压电路
　　要求输出恒定的直流电压，且要达到提出的要求，
　　3.1.3 方案实现 ：
　　（1）计算u2和C1
　　查阅集成三端稳压器的知了可知，对输出电压在5v~12v之间的稳压器，其输入端的电压一般要比输出端电压高5v。而输出电压在15v~24v的稳压器，其两端电压差达到7v~9v左右。在此，如果1，2两端的电压为12V，那么可以求得u2为10v。从电容滤波出发，C1的容量应足够大，但C1的容量也不能太大，否则整流元件的瞬时电流太大，而且容量越大，电容器的体积越大，价格越贵，根据经验综合各方面情况，取C1=3300uF.
　　(2) 整流元件的参数
　　1）反向耐压 根据桥式整流电路的性能可知，每个整流二级管在交流电网最高时承受的最大反向峰植电压为：
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