空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計

1、.PAGE 1空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計摘 要本文介紹了一種基于單片機的空氣源熱泵熱水器控制器。該控制器以智能化簡單操作來到達空氣源熱泵熱水器的準確控制。論文概述了熱泵技術(shù)、空氣源熱泵技術(shù)歷史和技術(shù)優(yōu)勢。并且在介紹空氣源熱泵熱水器工作原理以及蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理的根底上，提出了控制器設(shè)計總體方案。在軟件設(shè)計方面，本文詳細介紹了空氣源熱泵熱水器控制器的設(shè)計。文章最后通過大量的流程圖來說明控制器的具體構(gòu)造和可實現(xiàn)的操作。該空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計完善，實現(xiàn)方案簡單易行。采用軟件設(shè)計來控制，可以實現(xiàn)智能化簡單準確控制，并且提高了整機的可靠性及準確性。關(guān)鍵詞空氣源熱泵控制

2、器 設(shè)計.1目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293300818引 言 PAGEREF _Toc293300818 h 1HYPERLINK l _Toc293300819第一章 空氣源熱泵的概述 PAGEREF _Toc293300819 h 3HYPERLINK l _Toc2933008201.1 熱泵 PAGEREF _Toc293300820 h 3HYPERLINK l _Toc2933008211.2空氣源熱泵 PAGEREF _Toc293300821 h 3HYPERLINK l _Toc293300823第二章 空氣源熱泵的開展 PAGE

3、REF _Toc293300823 h 4HYPERLINK l _Toc2933008242.1空氣源熱泵的歷史 PAGEREF _Toc293300824 h 4HYPERLINK l _Toc2933008252.2空氣源熱泵的優(yōu)勢 PAGEREF _Toc293300825 h 4HYPERLINK l _Toc293300826第三章 熱泵熱水器系統(tǒng)運行原理 PAGEREF _Toc293300826 h 5HYPERLINK l _Toc2933008273.1 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理 PAGEREF _Toc293300827 h 5HYPERLINK l _Toc2933008

4、283.2 空氣源熱泵熱水器工作原理 PAGEREF _Toc293300828 h 6HYPERLINK l _Toc2933008293.2.1系統(tǒng)介紹 PAGEREF _Toc293300829 h 6HYPERLINK l _Toc293300830第四章 熱泵熱水器控制器設(shè)計 PAGEREF _Toc293300830 h 7HYPERLINK l _Toc2933008314.1 相關(guān)控制點 PAGEREF _Toc293300831 h 7HYPERLINK l _Toc2933008324.2 控制器設(shè)計總體方案 PAGEREF _Toc293300832 h 8HYPERLI

5、NK l _Toc293300833第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc293300833 h 10HYPERLINK l _Toc2933008345.1系統(tǒng)主要功能設(shè)計 PAGEREF _Toc293300834 h 10HYPERLINK l _Toc2933008355.2系統(tǒng)設(shè)定功能設(shè)計 PAGEREF _Toc293300835 h 11HYPERLINK l _Toc2933008365.3系統(tǒng)時間設(shè)定功能設(shè)計 PAGEREF _Toc293300836 h 13HYPERLINK l _Toc2933008375.4運轉(zhuǎn)狀況設(shè)定功能設(shè)計 PAGEREF _Toc293

6、300837 h 14HYPERLINK l _Toc2933008385.5工作總流程設(shè)計 PAGEREF _Toc293300838 h 16HYPERLINK l _Toc2933008395.6數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc293300839 h 18HYPERLINK l _Toc2933008405.7液晶顯示模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc293300840 h 20HYPERLINK l _Toc2933008415.8 按鍵模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc293300841 h 21HYPERLINK l _Toc2933008425.9 時鐘模塊設(shè)

7、計 PAGEREF _Toc293300842 h 22HYPERLINK l _Toc2933008435.10 通訊模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc293300843 h 23HYPERLINK l _Toc293300844結(jié) 論 PAGEREF _Toc293300844 h 24HYPERLINK l _Toc293300845致 PAGEREF _Toc293300845 h 25HYPERLINK l _Toc293300846參考文獻 PAGEREF _Toc293300846 h 26.1引言從目前市場上來看，熱水器可分成三大類：燃氣熱水器，電熱水器，還有太陽能熱水器。不久

8、前，*專業(yè)機構(gòu)公布了一項調(diào)查結(jié)果顯示，電熱水器目前占熱水器市場的60%以上，占據(jù)著一半以上的市場份額。但隨著燃氣熱水器的再一次革新，太陽能熱水器的加速開展，電熱水器的市場份額正遭受巨大挑戰(zhàn)。對于電熱水器來說，盡管太陽能熱水器行業(yè)宣稱潛力無限，但要真正開展成為成熟產(chǎn)業(yè)，還有一個很長的過程。在使用上，如果是晴天，太陽能熱水器的優(yōu)勢一覽無余，但是一旦下雨用起電來，太陽能熱水器比電熱水器損耗也就要大很多。又由于其是非承壓式構(gòu)造，所以常常會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。還有就是太陽能市場沒用很明確的行業(yè)規(guī)。可以肯定燃氣和電熱水器仍然是未來三年熱水器市場的主角。熱泵熱水器具有高能效比，無污染的優(yōu)點，是一款可替代鍋爐的供暖

9、水設(shè)備，并在當今社會受到熱捧。熱泵熱水器是以制冷劑作為媒介，冷媒吸收了環(huán)境空氣中的熱量后汽化，通過壓縮機壓縮制熱，變成高溫高壓氣體，再經(jīng)熱交換器與水交換熱量后，經(jīng)膨脹閥釋放壓力，回到低溫低壓的液化狀態(tài)，通過制冷劑的不斷循環(huán)，不斷吸收空氣中的熱量，并將該局部熱量轉(zhuǎn)移，來制取熱水，也就是說熱泵熱水器是將電熱水器和太陽能熱水器的各自優(yōu)點完美的結(jié)合于一體的新型熱水器。目前，熱泵熱水器有空氣源熱泵熱水器、水源熱泵和太陽能型三種系列?？諝庠礋岜檬钱斀袷澜缟献钕冗M的產(chǎn)品之一，該產(chǎn)品以制冷劑為媒介，制冷劑吸收空氣中或中的能量，再經(jīng)壓縮機壓縮制熱后，通過換熱裝置將熱量傳遞給水，來制取熱水，熱水通過水循環(huán)系統(tǒng)送入

10、用戶散熱器進展采暖或直接用于熱水供應(yīng)。這一產(chǎn)品特點有： 1、高效節(jié)能：使用費用比傳統(tǒng)的太陽能熱水器帶輔助電加熱器更省，是電熱水器的四分之一，燃氣熱水器的三分之一，消耗少量電力，獲得四倍熱量； 2、全天候：不受天氣變化影響，晴天，陰雨天，夜間都能源源不斷的高效制取熱水； 3、適用性強：任意位置安裝，解決了太陽能只能裝在頂層的缺乏，而且建筑的朝向也沒有影響； 4、壽命長：制冷劑作為工作介質(zhì)，不存在夜間凍管或者管路腐蝕等問題，系統(tǒng)壽命一般可達15-20年； 5、平安可靠：無需大電流的電氣連接，運行平安可靠，噪音小；平安環(huán)保，熱能來源于空氣，水箱無電熱管，水電完全別離，絕對平安； 6、方便舒適：承壓出

11、水，自來水壓沐浴，全自動運行，快速加熱，超大容量。 一個空氣源熱水器，如何用簡單的操作來控制其正常的工作是一個值得深入研究解決的問題。在目前的產(chǎn)品當中，控制器的設(shè)計仍然比擬簡單，無法在工作中采集到系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)，也就很難實現(xiàn)實時對熱水器的控制。換句話說，現(xiàn)在的產(chǎn)品還不夠智能化，不能滿足消費者簡單操作從而到達的精準控制，所以我這次設(shè)計的題目就是空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計。研制一套基于單片機的空氣源熱泵熱水器的控制器。研制的控制器包括硬件裝置和控制軟件兩局部。其中硬件裝置由單片機、控制電路、傳感器、LCD等組成。我主要完成軟件設(shè)計，并參與硬件設(shè)計和制作。主要技術(shù)指標如下：1、熱泵熱水器熱容量：50

12、KW。2、熱泵熱水器冷容量:40KW。3、制冷壓縮機規(guī)格：17KW，380V/50Hz，R134a制冷劑。4、蒸發(fā)溫度：7.5。5、進風溫度：25。 控制器必須實現(xiàn)如下功能： 1、能夠?qū)崿F(xiàn)運行工況的設(shè)定。 2、自動完成機組系統(tǒng)正常啟動、運行和關(guān)機程序。 3、壓縮機的上下壓保護。 4、主要運行參數(shù)的指示。5、故障的報警、保護和指示。第一章 空氣源熱泵的概述1.1 熱泵熱泵技術(shù)在最近些年中引起了全球廣泛關(guān)注。人們最常見的“泵有水泵，但是水泵的功能是將水從低洼處抽到高處。而“熱泵的功能確是從空氣、水或土壤中獲取熱熱能，經(jīng)過機械壓縮，從而釋放高熱能來提供人們?nèi)粘Ｉ钏脽崮艿难b置。作為自然界的現(xiàn)象，正

13、如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫區(qū)流向低溫區(qū)。但人們可以創(chuàng)造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。因此熱泵熱水器的工作原理是通過輸入小局部電力，啟動壓縮機運行，從而整個熱泵系統(tǒng)開場工作，通過蒸發(fā)器不斷從低溫環(huán)境中吸收熱量，再通過冷凝器將系統(tǒng)吸收的熱量和消耗的電能傳遞到高溫環(huán)境中。熱泵在工作時，其本身需要消耗一局部能量，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小局部，因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量高品位能源。 1.2空氣源熱泵空氣源熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理建立起來的一種節(jié)能、環(huán)保的制熱技術(shù)?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)通過大自然含有的低溫熱源，經(jīng)過熱泵的

14、高效處理成為高溫熱源，從而用來取暖、供暖或供應(yīng)熱水，所以整個系統(tǒng)的產(chǎn)熱量相當高空氣源熱泵的原理實際和空調(diào)差不多，是一種新型的熱水器，主要由幾大局部組成：蒸發(fā)器，壓縮機，冷凝器，儲液罐，膨脹閥等，整套設(shè)備中最主要的一種物質(zhì)，冷媒，也就是現(xiàn)實中叫的氟利昂，工作原理就是冷媒在蒸發(fā)器中與空氣接觸，吸收空氣的熱量，在蒸發(fā)器中吸熱以后由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，進入壓縮機，再由壓縮機把這種冷媒經(jīng)行壓縮成為高溫高壓的蒸汽，然后進入冷凝器，在冷凝器中，冷媒溫度逐漸下降，又由高溫高壓的氣態(tài)變成液態(tài)，釋放大量的熱量，而水就可以吸收這種熱量提升熱量，冷媒就又回到儲液罐中，等待下一次的循環(huán)，正是因為冷媒的這種周而復(fù)始的循環(huán)，把大

15、量的熱能源源不斷的從空氣中帶到水中，所以把這種裝置叫做空氣源熱泵熱水器。第二章 空氣源熱泵的開展2.1空氣源熱泵的歷史1824年法國科學家卡諾(Sadi karnot)發(fā)表卡諾循環(huán)理論,成為熱泵技術(shù)的起源 1850年 英國科學家開爾文L.Kelvin)提出將逆卡諾循環(huán)用于加熱的熱泵設(shè)想 熱泵的理論起源于十九世紀早期法國科學家薩迪.卡諾(Sadi karnot)，卡諾在 1824年首次以論文提出“卡諾循環(huán)理論，30年后，英國科學家開爾文L.Kelvin)于1850年初提出:冷凍裝置可以用于加熱，之后許多科學家和工程師對熱泵進展了大量研究，研究持續(xù)80年之久。 1912年瑞士的黎世成功安裝一套以河

16、水作為低位熱源的熱泵設(shè)備用于供暖，這是早期的水源熱泵系統(tǒng)，也是世界上第一套熱泵系統(tǒng)。熱泵工業(yè)在20世紀40年代到50年代早期得到迅速開展，家用熱泵和工業(yè)建筑用的熱泵開場進入市場，熱泵進入了早期開展階段。 21 世紀，隨著“ 能源危機 出現(xiàn)，燃油價格忽升，經(jīng)過改進開展成熟的熱泵以其高效回收低溫環(huán)境熱能，節(jié)能環(huán)保的特點，重新登上歷史舞臺，成為當前最有價值的新能源科技。 2.2空氣源熱泵的優(yōu)勢空氣源熱泵以水源熱泵類似方法從空氣獲得熱量來加熱水。三種熱泵中，空氣源熱泵受到的條件限制最小?？諝庠礋岜脽崴髦械睦涿絉22、R417A等把空氣中的熱能吸收進來，經(jīng)過壓縮機壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫熱能，之后與水接觸，加

17、熱水溫。這種熱水器具有高效節(jié)能的特點，其節(jié)能效果是電熱水器的4倍，是燃氣熱水器的3倍，是太陽能熱水器的約2倍。空氣能是一種在大自然中廣泛存在，易得易取的能源，利用熱泵來壓縮提高能量，因而這是一項極具開發(fā)和應(yīng)用潛力的新技術(shù)?？諝庠礋岜脽崴骶哂懈咝?、環(huán)保、平安、全自動化處理、環(huán)境因素限制小等特點。并且空氣源熱泵熱水器也得到了官方的應(yīng)用。第三章 熱泵熱水器系統(tǒng)運行原理3.1 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理 熱泵熱水機組遵循能量守恒定律和熱力學第2定律，運用熱泵的原理，只需要消耗一小局部的機械功電能，將處于低溫環(huán)境大氣或地下水等下的熱量轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境下的熱水器中，去加熱制取高溫的熱水。熱泵可以與水泵相比擬，

18、水是不能自發(fā)地從低處流向高處，要將低處的水輸送到高處，必須用一臺水泵，消耗一局部電力，才能將水送到高處的水箱中。同樣，根據(jù)熱力學第二定律，熱量也是不能自發(fā)地從低溫環(huán)境向高溫環(huán)境中轉(zhuǎn)移傳送，而要實現(xiàn)這個目的，必須要有一臺機器，消耗一局部機械功例如電能，才能將低溫環(huán)境中的熱量傳送到高溫環(huán)境中去。這樣的機器就稱之為“熱泵。熱泵的作用是將空氣中或低溫水中的熱量取出，連同本身所用的電能轉(zhuǎn)變成的熱能，一起送到高溫環(huán)境中去應(yīng)用。單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如以下圖所示。它由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過程如下：制冷劑在蒸發(fā)壓力下沸騰， 蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生

19、的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力， 然后送往冷凝器，在冷凝壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)通常是水或空氣 與冷凝壓力相對應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過膨脹閥或其它節(jié)流元件進入蒸發(fā)器。 當制冷劑通過膨脹閥時，壓力從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，局部液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物。 混合物中的液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，從被冷卻物體中吸取它所需要的氣化潛熱?；旌衔镏械恼魵馔ǔ７Q為閃發(fā)蒸氣，在它被壓縮機重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用。圖3-1 蒸汽壓縮制冷理論循環(huán)3.2 空氣源熱泵熱水器工作原理系統(tǒng)介

20、紹空氣源熱泵熱水器機組一般由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、過濾器、儲液罐、單向閥、電磁閥、冷凝壓力調(diào)節(jié)水閥、儲水箱等幾局部組成(見圖3-2)。圖3-2 空氣源熱泵熱水器機組系統(tǒng)簡圖空氣源熱泵熱水器是熱泵技術(shù)的一種應(yīng)用形式，主要由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥和儲液罐等部件組成見圖3-3。空氣源熱泵熱水器運用逆卡諾循環(huán)原理，通過壓縮機做功，使氣態(tài)工質(zhì)溫度及壓力升高，氣態(tài)工質(zhì)與冷水在熱交換器中進展熱量交換。在這一過程中，工質(zhì)放熱發(fā)生由氣態(tài)到液態(tài)的相變，冷水洗手工質(zhì)的熱量逐步升溫變成熱水；液態(tài)工質(zhì)經(jīng)膨脹閥節(jié)流后吸收空氣或水的熱量，空氣或水因放熱溫度降低，在這一過程中工質(zhì)吸熱發(fā)生由液態(tài)到氣態(tài)的相變

21、。這一往復(fù)循環(huán)相變過程不斷吸熱放熱，由吸熱裝置吸取空氣或水中的熱量，經(jīng)過熱交換器使冷水逐步升溫，制取的熱水通過水循環(huán)系統(tǒng)送至用戶。圖3-3空氣源熱泵熱水機組系統(tǒng)圖第四章 熱泵熱水器控制器設(shè)計4.1 相關(guān)控制點經(jīng)過之前的了解，我們知道，熱泵熱水器的主要控制點有：水泵、壓縮機、風機、除霜電磁閥、液管電磁閥等。這些控制點在熱泵熱水器系統(tǒng)中的大致位置見圖4-1。這些控制點都是由單片機發(fā)出指令來控制。雖然這些控制點都是開關(guān)量，單片機只要發(fā)出開或關(guān)的信號來控制它們，但采集量卻是不同的?？刂扑?、風機、除霜電磁閥的采集模擬量是溫度值。壓縮機，對應(yīng)采集的模擬量是溫度值和壓力值。而液管電磁閥，則不需要任何模擬量

22、，由單片機直接開或關(guān)。圖4-1 熱泵熱水器主要控制點示意圖4.2控制器設(shè)計總體方案在對熱泵熱水器控制系統(tǒng)的控制點分析之后，可以做出如下歸納，如表4-2所示。表4-2 熱泵熱水器主要控制點控制點名稱采集量種類采集量數(shù)目采集量名稱使用的傳感器水泵溫度2進水溫度出水溫度溫度傳感器0-5V壓縮機溫度和壓力3壓縮機高溫溫度壓縮機高壓壓力壓縮機低壓壓力溫度傳感器壓力傳感器均為0-5V風機除霜電磁閥溫度1除霜溫度溫度傳感器0-5V液管電磁閥根據(jù)所需控制的實際情況，系統(tǒng)中采用了雙單片機系統(tǒng)，一片主系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)的采集和熱泵熱水器的控制，另一片從系統(tǒng)用于人機界面接口的實現(xiàn)，即按鍵和LCD的顯示。雙CPU系統(tǒng)的關(guān)鍵

23、是主、從CPU之間的協(xié)調(diào)與通信實現(xiàn)。系統(tǒng)硬件框圖如圖4-3所示。圖4-3 系統(tǒng)總體硬件框圖 主系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、時鐘模塊、壓縮機等控制模塊、單片機通信模塊和看門狗復(fù)位及電源監(jiān)視模塊等模塊組成。從系統(tǒng)主要由鍵盤控制模塊、液晶顯示模塊等模塊組成。在軟件設(shè)計方面，分成兩大局部的設(shè)計。首先是為了完善控制系統(tǒng)，先要對整個系統(tǒng)的功能進展設(shè)計。完成功能設(shè)計之后，要進展的是各個模塊具體的程序流程設(shè)計。通過這些模塊來實現(xiàn)各項功能。最后，還要針對LCD的局限性設(shè)計出比擬合理的顯示界面。在軟件設(shè)計方面的重心放在液晶顯示上，不僅僅要正常顯示界面，而且要擁有一個使用方便，功能完善的多級界面，使得人機

24、交互功能能夠充分表達出來。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1系統(tǒng)主要功能設(shè)計 在基于單片機的熱泵熱水器控制系統(tǒng)中，控制主要是通過按鍵來實現(xiàn)的。其各種功能選擇和確定，以及工作狀況數(shù)據(jù)都是通過液晶顯示屏顯示出來的。各個顯示界面可以將系統(tǒng)的所有功能分成假設(shè)干個工作模塊。 當系統(tǒng)開啟的時候，首先出現(xiàn)主界面供選擇各項功能。各項功能大致分為參數(shù)設(shè)定如系統(tǒng)設(shè)定、系統(tǒng)時間設(shè)定、密碼設(shè)定等和參數(shù)查詢?nèi)邕\轉(zhuǎn)狀況兩個大類。每個大類里面又有相應(yīng)的更為細致的功能設(shè)置或參數(shù)設(shè)置。 在主界面上進入每個一級選項都要輸入密碼，只有密碼正確了才可以進入下一級菜單進展設(shè)置。同時在主界面上還有一個單獨的密碼設(shè)定選項，用來設(shè)定密碼或者更改密碼

25、。進入主界面后，通過上下鍵來選擇各個選項，確定后就可以進展參數(shù)設(shè)定或者查看系統(tǒng)工作時的各個局部的參數(shù)。 圖5-1給出了系統(tǒng)整體的功能設(shè)計構(gòu)造，根本上涵蓋了我所設(shè)計的系統(tǒng)的所有功能。由于密碼設(shè)定可以看作是一個附屬功能，這里并沒有把它列到系統(tǒng)功能設(shè)計構(gòu)造圖上。圖5-1 主要功能設(shè)計構(gòu)造圖5.2系統(tǒng)設(shè)定功能設(shè)計系統(tǒng)設(shè)定是控制界面里面最為重要的一個局部。控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定根本上都是在這一級的工程里面進展設(shè)置的。 在系統(tǒng)設(shè)定中，包含了跳脫延遲設(shè)定、啟動延遲設(shè)定、溫度參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)保護開關(guān)設(shè)定、強制開關(guān)設(shè)定等。 這些設(shè)定功能主要是設(shè)定出來以下幾個量： 1、開關(guān)跳脫的延遲時間以及各個局部設(shè)備的啟動延遲時間，

26、用來保護機器。 2、參考溫度值或壓力值。也就是設(shè)定好一個平安值，采集來的數(shù)據(jù)與這個值比擬，看是否到達這個數(shù)值，進而判斷工作還是停頓。其控制順序如流程圖圖5-2所示。首先輸入密碼，檢查密碼是否正確。密碼出現(xiàn)錯誤時，是絕對不允許進展參數(shù)設(shè)定的。當密碼正確的時候順次檢查是哪個功能選項被選中。確定后即進入這個選項的設(shè)定界面當中。然后再通過按鍵來選中二級菜單中的功能選項之后，又可進入下一級的具體設(shè)備參數(shù)的設(shè)置。圖5-2 系統(tǒng)設(shè)定流程圖5.3系統(tǒng)時間設(shè)定功能設(shè)計 系統(tǒng)時間設(shè)定是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的另外一大局部。主要用來實現(xiàn)定時開啟或關(guān)閉系統(tǒng)，以求到達節(jié)約能源目的。 這里設(shè)定的是每天開啟和關(guān)閉熱泵系統(tǒng)的時間，其控

27、制順序如流程圖圖5-3所示。對于這一設(shè)計需要考慮以下幾點： 1、并不需要每時每刻都要對水箱的熱水加熱，同時有要保證需要用水時總能夠及時使用到熱水。因而時間要設(shè)定的適宜。2、對于不同地區(qū)不同季節(jié)需要設(shè)定不同的加熱時間。 3、對于一些特定情況，如在每天不同時段的電費不同，考慮到節(jié)約開支也可以作為設(shè)定時間的一個考慮因素。圖5-3 時間設(shè)定流程圖5.4運轉(zhuǎn)狀況設(shè)定功能設(shè)計在系統(tǒng)運行的過程中,有很多數(shù)據(jù)都是要記錄下來的。除了要記錄熱泵系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時的進水溫度、出水溫度、壓縮機高壓壓力、壓縮機低壓壓力、壓縮機高壓溫度、風機出風溫度等運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)并作為歷史數(shù)據(jù)保存起來。還要記錄下來每次熱泵系統(tǒng)出現(xiàn)問題的相應(yīng)的報警記

28、錄。這些數(shù)據(jù)都是由相對應(yīng)的壓力傳感器或溫度傳感器采集數(shù)據(jù)并存儲起來。查詢時，通過按鍵選擇所要選擇的數(shù)據(jù)選項，將會在液晶屏上顯示出所需要的數(shù)據(jù)資料。流程見圖5-4。圖5-4 運轉(zhuǎn)狀況流程圖5. 5 工作總流程設(shè)計通過上一章的介紹，可以知道根本的控制點以及需要檢測的溫度和壓力值。根據(jù)這些控制點和檢測量，提出如圖5-5工作流程圖。在開機之后，順次翻開水泵、壓縮機、風機的開關(guān)，使得各個局部工作起來。開機之后通過溫度傳感器或者壓力傳感器順次檢測進水溫度、除霜溫度值、壓縮機低溫值或低壓值、壓縮機高溫值、壓縮機高壓值、出水溫度值，把這些數(shù)值送入單片機。把檢測值與設(shè)定值進展比擬，通過比擬結(jié)果控制相應(yīng)的局部的工

29、作狀況或者采取相應(yīng)的處理。具體比擬和處理容如下：1、設(shè)定進水溫度值后設(shè)定一個波動圍，當進水溫度假設(shè)低于設(shè)定溫度，并且超出波動圍時，停頓工作；高于設(shè)定溫度，并且高出設(shè)定圍值時，則正常工作。2、除霜溫度是否到達，到達則開場除霜；否則不除霜。3、壓縮機低溫值或低壓值、高壓值、高溫值假設(shè)與設(shè)定值相比擬假設(shè)出現(xiàn)異常，則停頓壓縮機工作同時也停頓風機工作；假設(shè)沒有出現(xiàn)異常值，則繼續(xù)正常工作。4、同進水溫度控制一樣，設(shè)定出水溫度參考值后，設(shè)定出波動圍。出水溫度假設(shè)到達設(shè)定溫度，并高于波動圍時，則停頓壓縮機和風機的工作，即停頓加熱；假設(shè)沒有到達設(shè)定溫度，低于設(shè)定的波動圍下限，則繼續(xù)加熱工作。圖5-5 工作總流程

30、圖5.6數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 在所設(shè)計的控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是控制中非常重要的一個局部。這套系統(tǒng)中，所要采集的數(shù)據(jù)有：進水溫度、出水溫度、壓縮機高壓溫度、壓縮機高壓壓力、壓縮機低壓壓力、除霜溫度。所要采集的數(shù)據(jù)都是溫度或壓力，采集的溫度和壓力經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換成0V5V的電壓或者0mA20mA的電流。對于諸多的采集量，可以通過CD4051模擬8路開關(guān)切換，每一路采集回來的電壓或電流分別進入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC1549進展模數(shù)轉(zhuǎn)換。將每一路的電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。AD轉(zhuǎn)換模塊的程序流程圖如5-6、5-7所示。圖5-6A/D轉(zhuǎn)換主程序流程圖圖5-7 讀數(shù)據(jù)子程序流程圖5.7液晶顯示模塊設(shè)計此次設(shè)

31、計所選用的液晶顯示屏是清達光電的GTG-2401286V2。點陣為240*128，點尺寸為0.40*0.40mm。置控制器為T6930C控制器。GTG-2401286V2液晶顯示屏為240128點陣的，滿屏顯示漢字時可以顯示158個漢字。因而，在設(shè)計顯示界面時，需要考慮在不影響用戶使用的前提下，每行顯示不超過15個漢字，同時每屏不能多于8行漢字。數(shù)字處理為816點陣顯示，也就是說，顯示一個漢字的位置可以顯示兩個數(shù)字。我對液晶顯示屏的顯示界面做如下的設(shè)計，如圖5-8所示圖5-8液晶顯示界面1、主界面：即開機后顯示的第一界面，作為功能選擇的第一級菜單。在這個界面中所要顯示的容有：日期和時間、系統(tǒng)設(shè)

32、定、系統(tǒng)時間設(shè)定、運轉(zhuǎn)狀況、密碼設(shè)置。2、二級界面：即由主界面上選擇功能后進入的下一級的界面。每一個功能選項下面又有很多具體的功能選項。因為這些功能選項中的參數(shù)設(shè)定關(guān)系到整個系統(tǒng)的工作狀況，不能隨便改動，所以在進入二級界面的之前都會有一個輸入密碼驗證的過程，只有密碼正確了，才可以進入這一級的界面，進展下一級的功能選擇和參數(shù)設(shè)定。3、三級界面：這一級的界面就涉及到了具體的參數(shù)設(shè)定。每個二級界面中的功能選項都對應(yīng)著有一個三級界面，通過數(shù)字按鍵設(shè)定各個功能選項的參數(shù)。由于界面較多，這里不再列出。通過這樣的三個層次的界面設(shè)計，根本上將控制系統(tǒng)的各項控制功能做了一個較為合理的分類。這樣的三個級別的界面，

33、涵蓋了控制器的全部測試和控制功能，同時既便于查看運行中的系統(tǒng)各個局部的參數(shù)又利于對整個系統(tǒng)的控制。5.8按鍵模塊設(shè)計按鍵主要分為如下幾個功能區(qū)，鍵盤示意圖和設(shè)計流程圖如圖5-9和5-10所示。1、開機關(guān)機按鍵2、輸入確定按鍵3、上下行移動按鍵4、數(shù)字按鍵區(qū)含有數(shù)字刪除按鍵。圖5-9鍵盤示意圖 圖5-10 鍵盤流程設(shè)計圖5.9 時鐘模塊設(shè)計由于在控制系統(tǒng)中，需要記錄大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)根本上為各個時刻整個熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，都與時間有關(guān)，因而記錄數(shù)據(jù)時，也要同時記錄下來時間。因此需要加上一個時鐘芯片，這里選用的時DS1302，為串行時鐘芯片。在軟件實現(xiàn)當中，也就增加了一個時鐘程序模塊。時鐘芯

34、片的程序設(shè)計流程圖如圖5-11所示。圖5-11 時鐘模塊程序流程圖5.10 通訊模塊設(shè)計由于硬件選擇上使用的是雙單片機，因而，需要通過兩個單片機的通訊來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能。這里我們選擇的是RS-485通訊。RS-485串行總線接口標準以差分平衡方式傳輸信號，具有很強的抗共模干擾能力，允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備。工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中的一般都采用該總線標準進展數(shù)據(jù)傳輸。在這局部設(shè)計當中，主單片機系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)采集處理和開關(guān)控制量的發(fā)送，從單片機系統(tǒng)則處理按鍵功能以及液晶顯示功能。通過從單片機系統(tǒng)上的按鍵發(fā)送出不同的數(shù)據(jù)到主單片機系統(tǒng)，再通過繼電器發(fā)送出控制熱泵熱水器系統(tǒng)的控制信號。下面給出了通訊模塊程序設(shè)計流程圖，包括發(fā)送和接收兩個局部，如圖5-12和5-13所示。圖5-12 通訊模塊發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖圖5-13 通訊模塊接收數(shù)據(jù)流程圖結(jié)論 通過近半年的努力，我完成了自己的設(shè)計任務(wù)。首先，針對熱泵熱水器控制器這個很新的課題，我收集了大量關(guān)于熱泵熱水器相關(guān)設(shè)備的資料以及相關(guān)的系統(tǒng)工程的資料，并且作出了整理。在基于以上的資料收集和調(diào)查整理的情況下，我根本完成了設(shè)計基于單片機的熱泵熱水器控制系統(tǒng)工作流程的工作。然后又完成了數(shù)據(jù)采集AD轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示模塊、RS-485通訊模塊的軟件流程設(shè)計，并且根本完成了各個模塊的調(diào)試工作。完