太阳能热水器微机监控与信息系统

近年来，太阳能被广泛应用于民用和商用热水器。目前可用的太阳能热水器工作效率一般，不容易达到较高的工作温度和节能率。本文介绍了一种新型的太阳能热水器结构，该结构由多个水箱组成，并集成了一个复杂的基于微机的监测和信息系统。微型计算机系统的使用可最大限度地节省传统能源，高水平的控制系统与加热器的相互作用，可获得较高的工作温度和减少加热器所需的安装过程。

1. 微机控制板的硬件

控制器的核心是I-Iitachi HD63701XO 8位CMOS单片机。除了CPU，它还包含4 kbyte EPROM, 192字节RAM，串行通信接口，2个定时器，3个外部和7个内部中断，53条并行I/O线路，其中16条线路可以驱动达林顿晶体管。由于HD63701XO处理器提供了非常先进的功能，微型计算机板非常简单。该处理器被配置为在模式3中作为一个单片机运行。除处理器芯片外，还需要一个1mhz系统时钟、一个用于选择温度信号的多路复用器、一个用于通信线路和电源的 RS232C电平转换器。图5给出了微机板的框图。温度信号一次读取一个。每个温度通道由端口7的P70、P71和P72位的值来选择。温度信号在处理器端口2的P20位上接收，通过监测定时器1的输入捕获寄存器来确定频率。8个输出开关信号来自端口6，端口6能够驱动达林顿晶体管。这些信号被直接用于驱动固态继电器和开关上的电气负载。在复位时清除所有程序寄存器，关闭所有浸入式加热器，关闭泵，关闭电磁阀，只有1号罐的阀门是打开的。

1. 软件

程序代码在包含在处理器芯片中的EPROM中触发。软件例程分为四大类。这些是通信处理例程和命令处理器、24小时软件时钟、系统自检例程和主操作例程。通信和命令处理程序是中断驱动的。当从终端接收字符时，它们被放入一个16字节长的滚转缓冲区。一旦缓冲区被更新，处理器将恢复主程序序列的执行，除非检测到CR。接收到CR后，程序对命令进行解码，如果命令有效，则忽略该命令。用户命令可以请求信息，也可以向微机监视器提供新的操作细节。

24小时时钟是中断驱动的，它对正常的程序执行是透明的。两个字节的RAM用作时钟寄存器。主程序序列重复执行，仅在中断请求时暂停。每次一个新的程序周期开始时，都会执行一个系统自检例程。该程序检查使用中的浸入式加热器的故障、泵的故障和温度测量装置的故障。浸入式加热器只有在使用时通过监测相应水箱的温度变化来检查其工作状态。通过监测吸收装置和水箱之间温差的变化来检查泵。通过比较温度传感器的频率输出和工作范围的限制来检查温度传感器。如果检测到故障，则设置相应的故障标志寄存器，并将报告故障的消息发送到终端。在自检程序完成后，程序读取吸收液的当前温度，每个水箱中的水的温度，并更新温度缓冲器。查找表用于将温度测量单元发送的频率转换回温度，范围为- 10°C到100°C，分度为0.5℃。查表考虑到温度传感器的非线性，为正确测量温度提供了标定数据。该程序记录了吸收器和水箱的温度上升速率。在更新了温度缓冲区之后，程序继续控制按以下顺序有条件地执行函数。当吸收体液体和被加热的水之间的温差为DT时开启泵，当温差为零时关闭泵。在原型中，温差DT由用户提供，但也可以包含一个程序，允许系统根据日照水平为自己设置一个值DT。如果要加热多个罐，并且它们最初的温度相同，则控制顺序与打开电磁阀后单个罐的情况相同。但是，如果水箱的温度不同，监控器会先将所有需要的水箱调到相同的温度，然后再打开电磁阀，将水箱的对流元件连接到吸收器电路。这个任务是通过将每个罐按顺序隔离，直到每个罐达到罐1的温度来完成的。罐1的温度总是比其他罐高，除非它与其他罐同时使用，在这种情况下，它们的温度都是相同的。

1. 应用程序

一种带有多个水箱的太阳能加热器，包括这里介绍的微型计算机监测和信息系统，可用于工业和商业应用。随着有关应用太阳光照能力的增加，这种系统的实施在经济上更具吸引力。典型的应用可以在露营地、旅馆和餐饮场所找到，这些地方安装了许多大容量的太阳能热水器，以适应每天以高度可预测的速度变化的热水需求。通常这种装置包括许多水箱，水箱连接到大量的吸收器。热水的需求随着每天客户数量的变化而变化。这样一个微型计算机监测系统将使现场管理人员能够根据预期的需要，确定每天需要加热的适当水量，从而最大限度地节省传统能源。在国内，许多情况下通常安装小容量太阳能热水器，由于要安装微型计算机系统，这需要增加资本投资，可能会引起关注。这种关切可能限制微型计算机监测系统可与家用太阳能加热器一起使用的范围。然而，在热水需求经常变化的应用场合，微型计算机显示器将具有很大的优势。此外，该系统提供的先进信息能力将使用户能够最大限度地利用其太阳能热水器。

翻译自YiorgosPalierakis：Microcomputer-based monitoring and information system for solar heaters.

资料编号：[90276]