太陽(yáng)能及空氣源熱泵熱水器智能控制系統(tǒng)

1、太陽(yáng)能及空氣源熱泵熱水器智能控制系統(tǒng)技術(shù)說(shuō)明目錄第一章 系統(tǒng)介紹- 1 -1.1 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介- 1 -1.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景- 1 -1.1.2 控制系統(tǒng)工作形式- 1 -1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能- 2 -1.2.1 系統(tǒng)的基本功能- 2 -1.2.2 系統(tǒng)的增強(qiáng)功能- 3 -第二章 智能控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)- 3 -2.1技術(shù)領(lǐng)域- 3 -2.1.1 控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域- 3 -2.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域- 4 -2.2控制、監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)背景- 4 -2.2.1 控制系統(tǒng)技術(shù)背景- 4 -2.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)背景- 5 -2.3控制、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容- 6 -2.3.1 控制系統(tǒng)

2、的設(shè)計(jì)內(nèi)容- 6 -2.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容- 7 -2.4 控制、監(jiān)控系統(tǒng)具體實(shí)施的方式- 8 -2.4.1 控制系統(tǒng)具體實(shí)施的方式- 8 -2.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)具體實(shí)施的方式- 11 -附件 系統(tǒng)各界面圖片- 15 -附件A 下位機(jī)監(jiān)測(cè)界面圖- 15 -附件B 下位機(jī)控制及設(shè)置界面圖- 15 -附件C 下位機(jī)STM32控制器主板電路圖- 16 -附件D 下位機(jī)STM32控制器實(shí)物圖- 17 -第1章 系統(tǒng)介紹1.1 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，能源和環(huán)境是當(dāng)今世界突出的兩大社會(huì)問(wèn)題，這促使人們更多地意識(shí)到能源對(duì)人類的重要性，而愈來(lái)愈重視太陽(yáng)能利用

3、和節(jié)能熱泵技術(shù)。太陽(yáng)能工程熱利用是新興的產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代控制技術(shù)和最新太陽(yáng)能熱利用技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。與家用太陽(yáng)能熱水器相比，大型太陽(yáng)能熱水工程能夠在更大規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮綠色能源的突出特點(diǎn)?！盁岜谩笔且环N能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱能，經(jīng)過(guò)熱泵做功，輸出高位熱能的設(shè)備，是一種節(jié)能、環(huán)保、清潔的采暖制冷和熱水設(shè)備，是全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)。隨著人們對(duì)獲取生活用熱水的要求日趨提高，具有間斷性特點(diǎn)的太陽(yáng)能難以滿足全天候供熱。要解決這一問(wèn)題，熱泵技術(shù)與太陽(yáng)能利用相結(jié)合無(wú)疑是一種好的選擇方法。隨著熱水器系統(tǒng)的不斷發(fā)展，超大采光面積、大噸位儲(chǔ)水箱的大型太陽(yáng)能熱水工程有著越來(lái)越多的使用。目前市場(chǎng)

4、上大型太陽(yáng)能熱水工程的控制系統(tǒng)大部分只具有溫度和水位顯示功能，而且分段顯示，對(duì)溫度的控制即使具有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)大量的電能。1.1.2 控制系統(tǒng)工作形式此系統(tǒng)以太陽(yáng)能熱水器作為主要熱源，空氣源熱泵熱水器為輔助加熱設(shè)備，對(duì)它們進(jìn)行微電腦智能化聯(lián)動(dòng)控制，以達(dá)到太陽(yáng)能和空氣能互補(bǔ)的目的，并開發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，在監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)上能實(shí)時(shí)了解顯示熱水器的工作狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行控制。該系統(tǒng)能滿足陰雨天及冬季使用熱水的要求，確保365天全天候全自動(dòng)供應(yīng)足量熱水，控制系統(tǒng)以ST公司的STM32 ARM處理器為檢測(cè)控制核心，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，功能實(shí)用，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)

5、水溫、水溫的連續(xù)測(cè)量與顯示，上水與電輔熱的自動(dòng)控制。根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘分時(shí)段上水與電輔熱，大大提高了太陽(yáng)能的利用率，節(jié)約了電能。STM32處理器通過(guò)以太網(wǎng)通信模塊和網(wǎng)線與監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)通信上。監(jiān)控計(jì)算機(jī)可對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的水位、水溫、冷、熱水流量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)顯示，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電加熱、電磁閥和水泵等進(jìn)行自動(dòng)控制；還可對(duì)以上各種參數(shù)和控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)故障診斷；廣泛應(yīng)用于企事業(yè)單位、工農(nóng)業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、酒店、房地產(chǎn)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館等集體供熱水系統(tǒng)。隨著國(guó)家節(jié)能減排措施力度不斷加大，該系統(tǒng)在太陽(yáng)能熱水的開發(fā)利用在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有越來(lái)越廣闊的前景。 1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能1.2.1 系統(tǒng)的基本功能（

6、1）、觸摸屏顯示水溫?cái)?shù)字、9級(jí)水位顯示、時(shí)間顯示及各種工作狀態(tài)。 （2）、五種上水方式：定時(shí)上水；低水位自動(dòng)上水；手動(dòng)隨時(shí)上水；定溫上水；恒溫逐級(jí)上水。 （3）、三種加熱方式：太陽(yáng)能定溫直熱；空氣能定溫直熱；電加熱定溫直熱。 （4）、系統(tǒng)溫差循環(huán)加溫，達(dá)到設(shè)定溫度可自動(dòng)啟動(dòng)與停止。 （5）、高溫保護(hù)：水箱溫度可以控制在國(guó)家熱水標(biāo)準(zhǔn)范圍。 （6）、低溫保護(hù)：防凍自動(dòng)系統(tǒng)循環(huán)保護(hù)及管路電伴熱帶保護(hù)。 （7）、熱水循環(huán)：具有全自動(dòng)溫控洗浴熱水循環(huán)控制功能。 1.2.2 系統(tǒng)的增強(qiáng)功能（1）、故障報(bào)警：液晶圖形顯示與聲音報(bào)警。遠(yuǎn)程報(bào)警功能。 （2）、輔助能源設(shè)備：定時(shí)啟動(dòng)輔助能源設(shè)備。恒溫控制輔助能源

7、設(shè)備。 （3）、智能控制，不用人工操作：控制器全自動(dòng)運(yùn)行，可斷電記憶來(lái)電恢復(fù)、無(wú)人值守。（4）、遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦采用圖形化方式顯示需要監(jiān)測(cè)的各種參數(shù)及機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，并顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的歷史曲線圖，并生成報(bào)表。第2章 智能控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2.1技術(shù)領(lǐng)域 2.1.1 控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域?qū)δ壳吧钕丛崴枨笊蠞q以及制熱效率低的情況，設(shè)計(jì)空氣源熱泵、太陽(yáng)能熱水器聯(lián)動(dòng)控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫及水位, 可實(shí)現(xiàn)溫度、水位檢測(cè)管理, 故障及相關(guān)報(bào)警提示等功能, 利用STM32中的flash存儲(chǔ)器 對(duì)設(shè)置的參數(shù)保存, 具有斷電記憶功能, 斷電后, 參數(shù)無(wú)須重新設(shè)置。該款全自動(dòng)太陽(yáng)能熱水器控制器具有使用方便、穩(wěn)定性高、節(jié)能等特點(diǎn)

8、，實(shí)用性高，可廣泛應(yīng)用于熱水工程空氣能熱泵熱水器和太陽(yáng)能熱水器的聯(lián)動(dòng)自動(dòng)控制中。2.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域 針對(duì)熱水工程中控制器通常安裝在屋頂、要了解熱水器的運(yùn)行狀況及對(duì)熱水器進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，必須到現(xiàn)場(chǎng)，操作較為煩瑣，設(shè)計(jì)出一種基于以太網(wǎng)的熱水工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和快速集中，獲得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，技術(shù)人員無(wú)須親臨現(xiàn)場(chǎng)或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各種參數(shù)，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象進(jìn)行高級(jí)過(guò)程控制，以維護(hù)太陽(yáng)能和空氣源熱泵熱水設(shè)備的正常運(yùn)營(yíng)。太陽(yáng)能熱水器的網(wǎng)絡(luò)化，有利于提高熱水器

9、產(chǎn)品形象，增強(qiáng)公司的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)公司的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。本實(shí)用新型專利適用熱水工程系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。2.2控制、監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)背景 2.2.1 控制系統(tǒng)技術(shù)背景隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，能源和環(huán)境是當(dāng)今世界突出的兩大社會(huì)問(wèn)題，這促使人們更多地意識(shí)到能源對(duì)人類的重要性，而愈來(lái)愈重視太陽(yáng)能利用和節(jié)能熱泵技術(shù)。目前我國(guó)太陽(yáng)能的熱利用主要集中在被動(dòng)式太陽(yáng)房采暖和熱水器提供家用熱水上，而主動(dòng)式太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的開發(fā)的利用相對(duì)落后。采用節(jié)能裝置熱泵與太陽(yáng)能集熱設(shè)備、蓄熱機(jī)構(gòu)相聯(lián)接的系統(tǒng)方式，不僅能夠有效地克服太陽(yáng)能本身所具有的稀薄性和間歇性，而且可以達(dá)到節(jié)約高位能和減少環(huán)境污染的目的，具有很大的開發(fā)、應(yīng)用潛

10、力。熱泵技術(shù)是一種很好的節(jié)能型空調(diào)制冷供熱技術(shù)，是利用少量高品位的電能作為驅(qū)動(dòng)能源，從低溫?zé)嵩锤咝〉推肺粺崮?，并將其傳輸給高溫?zé)嵩矗赃_(dá)到泵熱的目的，從而轉(zhuǎn)能質(zhì)系數(shù)低的能源為能質(zhì)系數(shù)高的能源（節(jié)約高品位能源），即提高能量品位的技術(shù)。隨著人們對(duì)獲取生活用熱水的要求日趨提高，具有間斷性特點(diǎn)的太陽(yáng)能難以滿足全天候供熱。要解決這一問(wèn)題，熱泵技術(shù)與太陽(yáng)能利用相結(jié)合無(wú)疑是一種好的選擇方法。2.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)背景 目前，能源短缺已經(jīng)成為一個(gè)全球性問(wèn)題，尋找和開發(fā)新型能源已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。在國(guó)家大力倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的今天，熱水工程中采用太陽(yáng)能熱水器，結(jié)合空氣源熱泵輔助能源，采用集中采熱，分散供水的

11、方式可以全天候的提供溫度恒定的熱水。但通?？刂破靼惭b在屋頂，要對(duì)熱水器進(jìn)行檢查和維護(hù)都要到現(xiàn)場(chǎng)，操作較為麻煩。隨著太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽(yáng)能熱水工程的規(guī)模也越來(lái)越大，人們對(duì)太陽(yáng)熱水器智能化控制的要求越來(lái)越高，在以信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的新經(jīng)濟(jì)條件下，太陽(yáng)熱水器的網(wǎng)絡(luò)化終將成為一個(gè)科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。遠(yuǎn)程控制技術(shù)進(jìn)入太陽(yáng)能行業(yè)以計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和NTERNET 等技術(shù)為前提，這些技術(shù)的綜合運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物理量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和訪問(wèn)及對(duì)各種參數(shù)和受控設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)熱水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的、系統(tǒng)性的控制、保護(hù)及管理。2.3控制、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容2.3.1 控制系統(tǒng)的

12、設(shè)計(jì)內(nèi)容太陽(yáng)能熱水（系統(tǒng)），是一種利用太陽(yáng)輻射能加熱系統(tǒng)中循環(huán)的水，提供熱量的裝置組合，它由集熱器、連接管路、儲(chǔ)熱水箱、水泵和其他配件以及控制部分組成。由于它依靠太陽(yáng)幅射產(chǎn)生熱量，只有控制系統(tǒng)需要消耗極少量電能，因此具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)天氣的依賴較高，在陰雨天不能提供足夠的熱水?！盁岜谩笔且环N能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱能，經(jīng)過(guò)熱泵做功，輸出高位熱能的設(shè)備，是一種節(jié)能、環(huán)保、清潔的采暖制冷和熱水設(shè)備，是全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)?？諝庠礋岜脽崴O(shè)備具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，其節(jié)能效果是電熱水設(shè)備的4倍，是燃?xì)鉄崴O(shè)備的3倍?？諝庠礋岜脽崴魅秉c(diǎn)熱泵熱水器幾乎不受天氣影響，以全天候產(chǎn)熱水

13、，不論刮風(fēng)下雨白天黑夜，一天24小時(shí)生產(chǎn)供應(yīng)熱水。本系統(tǒng)提出一種智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器和空氣源熱泵熱水器的微電腦智能化聯(lián)動(dòng)控制，太陽(yáng)能和空氣能互補(bǔ)，能滿足陰雨天及冬季使用熱水的要求，確保365天全天候全自動(dòng)供應(yīng)足量熱水，廣泛應(yīng)用于一般家庭、小單位到大企業(yè)、大集團(tuán)；幾十人、幾百人甚至上千人的洗浴。本控制器是以ST公司的STM32 ARM處理器為檢測(cè)控制核心,以太陽(yáng)能熱水器作為主要加熱設(shè)備以空氣能熱泵作為輔助加熱設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)了溫度、水位兩種參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示功能, 而且具有溫度設(shè)定與控制功能。控制器可以根據(jù)天氣情況設(shè)定每天某個(gè)時(shí)間水箱應(yīng)達(dá)到的預(yù)定水位。在白天，太陽(yáng)能熱水器處在工作狀態(tài)中，當(dāng)集

14、熱裝置的水溫達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)向水箱注水。當(dāng)陽(yáng)光不夠充足，在預(yù)定時(shí)間未達(dá)到預(yù)定水位，則啟動(dòng)在輔助加熱裝置，即空氣能熱泵，使蓄水箱內(nèi)的水溫達(dá)到預(yù)先設(shè)定的水位后停止工作。在晚上,太陽(yáng)能熱水器工作停止，由于人們用水，使得水位下降，當(dāng)?shù)陀谧畹退粫r(shí)啟動(dòng)空氣能熱泵，達(dá)到設(shè)定水位后停機(jī)，從而達(dá)到24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明, 該控制器具有性價(jià)比高、溫度控制與顯示精度高、使用方便和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),提高了我國(guó)新能源應(yīng)用領(lǐng)域控制水平, 具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容太陽(yáng)能熱水器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是用現(xiàn)代化的通訊技術(shù)、電子技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)各遠(yuǎn)端太陽(yáng)能熱水器的水位和溫度等參

15、數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)管理的自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化。 該設(shè)計(jì)由熱水器控制器、以太網(wǎng)模塊、和監(jiān)控計(jì)算組成?？刂破饔芍醒肟刂茊卧碨TM32處理器、水位檢測(cè)電路、水溫檢測(cè)電路、觸摸屏、驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了溫度、水位兩種參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示功能, 而且具有溫度設(shè)定與控制功能。STM32處理器通過(guò)以太網(wǎng)通信模塊和網(wǎng)線與監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)通信上。監(jiān)控計(jì)算機(jī)可對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的水位、水溫、冷、熱水流量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)顯示，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電加熱、電磁閥和水泵等進(jìn)行自動(dòng)控制；還可對(duì)以上各種參數(shù)和控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)故障診斷；提供用戶密碼管理，具有系統(tǒng)日志功能，可對(duì)有關(guān)使用該系統(tǒng)的用戶情況進(jìn)行記錄，具有

16、電子簽名功能，自動(dòng)記錄系統(tǒng)運(yùn)行情況及系統(tǒng)操作者的任何操作，以便查閱，并自動(dòng)生成系統(tǒng)運(yùn)行記錄表及日曲線。具有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)可脫離上位機(jī)單獨(dú)運(yùn)行：監(jiān)控計(jì)算機(jī)不需24小時(shí)開機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)控制器在不與電腦連接時(shí)也可按照預(yù)定的程序運(yùn)行，當(dāng)需要了解現(xiàn)場(chǎng)的工作情況時(shí)，打開監(jiān)控軟件即可讀取時(shí)時(shí)信息和存儲(chǔ)的歷史信息。功能擴(kuò)展靈活、方便：該控制系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況的需要進(jìn)行編程，可以滿足太陽(yáng)能熱水工程中需要的任何功能。圖形化的人機(jī)界面，直觀明了。實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示形象、逼真，操作簡(jiǎn)單、方便。遠(yuǎn)程查詢、修改系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及診斷系統(tǒng)故障。2.4 控制、監(jiān)控系統(tǒng)具體實(shí)施的方式2.4.1 控制系統(tǒng)具體實(shí)施的方式 太陽(yáng)能熱水器整體結(jié)構(gòu)分為

17、五大部分：中央控制單元、水位檢測(cè)電路、水溫檢測(cè)電路、觸摸屏、驅(qū)動(dòng)電路，如圖2.4-1所示。圖2.4-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)組成熱水工程系統(tǒng)執(zhí)行部分由太陽(yáng)能集熱器、增壓泵、保溫水箱、溫度傳感器、水位傳感器、循環(huán)泵、空氣能熱泵、管路配件等有機(jī)組合而成。中央控制單元，采用STM32處理器作為控制核心。STM32系列32位閃存微控制器基于突破性的ARM Cortex-M3 內(nèi)核,這是一款專為嵌入式應(yīng)用而開發(fā)的內(nèi)核。STM32系列產(chǎn)品得益于Cortex-M3在架構(gòu)上進(jìn)行的多項(xiàng)改進(jìn),包括提升性能的同時(shí)又提高了代碼密度的Thumb-2指令集,大幅度提高的中斷響應(yīng),而且所有新功能都同時(shí)具有業(yè)界最優(yōu)的功耗水平。STM

18、32系列產(chǎn)品的目的是為MCU用戶提供新的自由度。它提供了一個(gè)完整的32位產(chǎn)品系列,在結(jié)合了高性能、低功耗和低電壓特性:的同時(shí)保持了高度的集成性能和簡(jiǎn)易的開發(fā)特性。STM32內(nèi)部集成程序存儲(chǔ)器、內(nèi)存、AD采樣和多個(gè)定時(shí)器，能使得系統(tǒng)的外圍部件最少，電路簡(jiǎn)單，提高工作可靠性。水位測(cè)量電路用于采集水位水溫信號(hào)給單片機(jī)，是熱水器控制器最關(guān)鍵的部位。本設(shè)計(jì)采用一種類似鍵盤電路的分檔水位傳感器，其原理圖如圖2.4-2所示。圖2.4-2 水位測(cè)試電路示意圖用9根不銹鋼針?lè)謩e置于水箱內(nèi)的9種不同高度的位置，當(dāng)某個(gè)鋼針不接觸水面時(shí)，其輸出為高電平；當(dāng)其與水面接觸時(shí)則輸出低電平。它們的輸出接至電子開關(guān)CD4069

19、，經(jīng)過(guò)CD4069反向并經(jīng)74LS244驅(qū)動(dòng)后分別接入STM32的輸入引腳。CPU對(duì)這些引腳進(jìn)行判斷后，送去顯示相應(yīng)的水位值。顯示共分9檔，每檔為滿水位的1/9 。這種方法簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)的 AD轉(zhuǎn)換器，成本低，雖然不精確但可以滿足使用要求。水溫測(cè)量電路，用于采集水溫信號(hào)給單片機(jī)。溫度傳感器都選用NTC負(fù)溫度系數(shù)熱電阻，如圖2.4-3所示。A/D轉(zhuǎn)換式水溫傳感器的原理是，利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，將隨溫度變化的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化為變化的電壓信號(hào)，然后將這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大處理成03.3V的電壓信號(hào)。因?yàn)镾TM32處理器自帶AD轉(zhuǎn)換口，可將電壓信號(hào)直接接入處理器的AD輸入口，轉(zhuǎn)換變

20、成數(shù)字信號(hào)，這種電路測(cè)量比較精確。圖2.4-3 熱電阻A/D轉(zhuǎn)換電路原理觸摸屏，用于系統(tǒng)和人的信息交互，用于時(shí)間、水位、溫度顯示和對(duì)熱水工程的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。本設(shè)計(jì)選用的是四線制電阻式觸摸屏，是在強(qiáng)化玻璃表面分別涂上兩層透明氧化金屬導(dǎo)電層，利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化。在X 和Y 兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后傳送到觸摸屏控制器RA8806?？刂破鱾蓽y(cè)到這一接觸并計(jì)算出（X，Y）的位置，再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)電路：包括上水電磁閥、循環(huán)泵、報(bào)警電路，是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部分。驅(qū)動(dòng)電路采用光藕進(jìn)行隔離，如圖2.4-4所示。圖2.4-4 光藕

21、隔離電路圖中L41，L52，L63，L74和STM32的輸出端口相連。當(dāng)STM32的輸出端口為高電平時(shí)，使光藕的輸入端通過(guò)電流，發(fā)光二極體發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，使得輸出端導(dǎo)通。光藕的輸出端D4、D5、D6、D7接繼電器，從而控制上水電磁閥、循環(huán)泵、增壓泵和空氣能熱泵的啟動(dòng)和停止。光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷?/p>

22、輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。系統(tǒng)還擁有密碼驗(yàn)證功能，能夠防止任意串改設(shè)置，密碼設(shè)置界面如圖2.4-5所示。圖2.4-5 密碼驗(yàn)證界面2.4.2 監(jiān)控系統(tǒng)具體實(shí)施的方式監(jiān)控系統(tǒng)采用STM32處理器單片機(jī)與以太網(wǎng)控制器芯片ENC28J60實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口電路的設(shè)計(jì)與編程方法。以太網(wǎng)控制芯片ENC28J60則符合IEEE 802.3協(xié)議,可通過(guò)SPI接口與主控制器通訊, 因而可大大簡(jiǎn)化相關(guān)設(shè)計(jì), 減小占板空間, 從而可為嵌入式應(yīng)用提供低引腳數(shù)、低成本且高效易用的遠(yuǎn)程通訊解決方案。ENC28J60 是Microchip Technology公司推出的10Mbps以太網(wǎng)控制芯片, 它的主要

23、特點(diǎn)如下:符合IEEE 802.3協(xié)議, 內(nèi)置10 Mbps以太網(wǎng)物理層器件(PHY) 及媒介接入控制器(MAC),可按業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議收發(fā)信息包數(shù)據(jù)。具有可編程過(guò)濾功能, 內(nèi)含特殊的過(guò)濾器, 包括Microchip的可編程模式匹配過(guò)濾器, 可自動(dòng)評(píng)價(jià)、接收或拒收Magic Packet、單播(Unicast)、多播(Multicast) 或廣播(Broadcast) 信息包, 以減輕主控單片機(jī)的處理負(fù)荷。10 Mbps SPI接口為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊端口, 它可使低引腳數(shù)的8位單片機(jī)具有網(wǎng)絡(luò)連接功能;內(nèi)含可編程8 KB雙端口SRAM緩沖器, 可以以高效方式進(jìn)行信息包的存儲(chǔ)、檢索和修改,以減

24、輕主控單片機(jī)的內(nèi)存負(fù)荷, 同時(shí)可提供靈活可靠的數(shù)據(jù)管理機(jī)制ENC28J60以太網(wǎng)控制器的SPI接口可充當(dāng)主控制器和芯片之間的通信通道, 以便通過(guò)總線接口對(duì)SPI接收的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行解析?？刂萍拇嫫饔糜诳刂坪捅O(jiān)視ENC28J60, 8 KByte 雙端口RAM緩沖器則用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包, 判優(yōu)器可在DMA、發(fā)送和接收模塊發(fā)出請(qǐng)求時(shí)對(duì)RAM緩沖器的訪問(wèn)進(jìn)行控制。MAC (Medium Access Control) 模塊可實(shí)現(xiàn)符合IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的MAC邏輯。PHY (物理層) 模塊可對(duì)雙絞線上的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和譯碼。此外, 該芯片還包括振蕩器、片內(nèi)穩(wěn)壓器、電平變換器(提供可以接受5

25、 V電壓的I/O引腳) 和系統(tǒng)控制邏輯等,以太網(wǎng)接口則主要由ENC28J60、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口構(gòu)成,其接口硬件連接電路見圖2.4-6所示。圖2.4-6 ENC28J60等網(wǎng)絡(luò)接口ENC28J60內(nèi)置的10Mbps以太網(wǎng)物理層器件(PHY) 只要外接網(wǎng)絡(luò)變壓器即可, 本設(shè)計(jì)選用集成有以太網(wǎng)隔離變壓器和RJ45 插座的HR901170A。ENC28J60內(nèi)部的模擬電路需要在RBIAS引腳和地之間跨接一個(gè)2 k精度為1%的偏置電阻。部分?jǐn)?shù)字電路可工作在2.5 V以降低功耗; 器件內(nèi)部集成的2.5 V調(diào)節(jié)器可產(chǎn)生所需的電壓, 但需在VCAP引腳和地之間接10F的電容以保證供電的穩(wěn)定性(該2.5 V調(diào)節(jié)器不是為外部負(fù)載設(shè)計(jì)的)。ENC28J60 所有的供電引腳(VDD、VDDOSC、VDDPLL、VDDRX、VDDTX) 應(yīng)接在外部的同一個(gè)3.3 V電源上; 同理, 所有的地(VSS、VSSOSC、VSSPLL、VSSTX) 也應(yīng)接在同一個(gè)外部地上。每個(gè)供電引腳和地之間均應(yīng)接一個(gè)0.1F的陶瓷電容, 電容盡可能接近供電引腳。由于驅(qū)動(dòng)雙絞線接口需要較大的電流, 所以電源線應(yīng)盡可能寬些, 且與引腳的連接盡可能短,