摘要：为了进一步解决太阳能热水工程控制系统中存在的水位分阶段检测的问题，运用水位与水压的问题，利用压力传感器来检测储水箱的压力，达到间接测量水位的目的，不但能够实现水位的连续测量，而且可以提高测量的精准度，体现了关于太阳能热水工程的控制系统的设计对于太阳能的使用具有重要的作用。因此，本文主要从太阳能热水工程的工作原理、太阳能热水工程的系统总设计、系统的硬件设计以及系统的软件方面来讲述，以供相关人士交流学习。
关键词：太阳能；热水工程；控制系统设计
引言：
太阳能工程作为新兴的产业，结合了现代控制技术和最先进的太阳能利用技术。相较于家用的太阳能热水器，大型的太阳能热水工程以更大规模的形式出现，并且能够在应用方面体现绿色能源在生活中的突出贡献。在太阳能系统的不断发展背景下，许多具有超大采光面积和大吨位储水箱的逐渐投入使用。在如今的市场上面多数的太阳能热水工程的控制系统都是仅仅具备温度以及水位的显示功能在温度方面虽然能够拥有辅助加热的功能，但因为加热的时间无法得到合理的控制，在使用过程中易造成过烧的状况，也会浪费电力资源
1太阳能热水工程的工作原理
太阳能热水器主要是用于利用太阳能资源的一种较为常见的设备，能够将太阳的热能与集热器结合在一起，节约能源，造福人类，具有安全高效、节能环保的重要属性。在太阳能系统之中，通常包括太阳能集热器和储热器、分配器、辅助加热器以及控制器。为便于利用太阳能，这一项工程得先通过搜集热能并且贮藏起来，并且在恰当的时候将其释放出来，因此这一过程也需要通过一定的控制系统来完成。而且，当获取或者贮藏的太阳能源不足以满足使用者的需求时，系统还会触发辅助热源，通过电力来加热水温，及时补充缺失的部分。
早期规模较小的太阳热水工程大多是采用全玻璃真空管集热器，由于这种小型工程投资较低，在市场上也多是类似的太阳能热水设备。其工作的原理是：设备运行中，循环泵主要是由中心控制器操纵，当集热器的温度与水箱温度差值大于预设值时，循环泵就会运行；当其温度小于预设值时，循环泵才停止运行。恰逢太阳能无法完成加热水达到箱预设的温度时，系统将会启动辅助加热的功能，例如电加热或者是蒸汽来进行辅助，使水温能够到使用的要求。在实际的工作中，还要充分考虑太阳能集热系统的形式，有关热量的存储等方法的选用还有热水供应的形式等等这些因素的影响。
2系统的总体设计
系统以单片机为核心，加上水位水温采集控制系统以辅助，能够充分地利用太阳能进行水温的加热，与此同时，由于太阳能的间歇性自动没有进行能源的转换，便将启动一种辅助的能源来进行加热。这样的设计能够保证通过智能系统的控制使得热水的供应能够全天候不间断，达到有效利用太阳能的目的。关于控制系统的功能，主要是具有测量温度及显示、测量水位及显示、自动电辅加热、自动进水等作用[1]。上位机的作用则是对整个系统的运行进行及时的检测。通过键盘操作单片机系统，施以命令，接着单片机系统能够将对应的信号反应到显示器、辅助加热系统并且自动上水，完成操作的第一步，上位机则是通过接口来进行检测，这要是进行水温检测，水位监测，加上实时时钟的作用，达到精准的效果，使得监测的结果有理有据。对于系统的总体设计分工细致，各部分功能各司其职形成参考数据，使得太阳能热水工程能够更加便捷人类的生产运作以及生活需要。
3系统的硬件设计
（一）利用水位检测电路
关于水位的测量，其方法多种多样，主要有电容式、浮球式以及静电压式等等。目前应用较广的是浮球式液位检测，在分段显示水位时具有局限性。这种方法是根据水位与压力之间的关系，通过测量压力从而间接测量到水位的高低，在测量中还能够确保其连续性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统的选择DX100T系列传感器，是属于陶瓷芯体传感器，测量温度的范围在0到120℃，能够满足太阳能热水器对于测量水温方面的需求[2]。
（二）运用水温检测电路
水温传感器是选择一种美国半导体公司的一种改进型温度传感器，相较于传统的热敏电阻等测量温度的原件来说，能够直接解读出所测得温度，并且可以根据实际情况实际要求运用9到12位数字值来读数。这种传感器能够直接输出所测得的数值，还可以直接与单片机的接口相连[3]。
（三）采用自动上水来控制电路
该系统采用交流电磁阀控制上水。在传感器检测到水位低于设定的数值之后，单片机则会发出控制的信号，继电器得以驱动并且获得电，电磁阀打开，水箱便可以开始进水；在压力传感器刚好达到设定的数值时，单片机则会关闭控制的信号，继电器因此失去通电的机会，电磁阀紧闭，水箱便不再进水。单片机主要通过光控晶闸管进行隔离，在一级双向晶闸管和双向晶闸管的同时控制下，利用控制双向晶闸管的连通来达到控制上水的目的。
（四）利用辅助加热来控制电路
当遇到天气不好或者是热水用量过大的情况时，便可以启用辅助加热来控制电路，以保证热水的正常供应。在太阳能热水工程中，继电器是实现对储水箱辅助加热功能中至关重要的元件。因此，保证继电器控制的安全与维护，能够加强对蓄水箱辅助加热的运行效率。
（五）关于时钟和显示的控制
为了能够保证清晨上水和热水器的24小时供应，在控制系统内需要有一个实时时钟来为系统进行准确的计时，确保工作的智能化，减少时间上与用户使用的误差。在软件设计时要能够显示出当前的时间，与设定好的时间相比较，这样才能使设备在相应的时间中运行，提高使用者满意度[4]。
4系统的软件设计
系统控制的软件设计是采用C高级语言编写的，运用了模块化的结构，关于整体设计方面，主要是分为五个部分，分别是：主程序、数据采集A/D转换程序、子控制程序、键盘判断子程序以及显示子程序。主程序的流程主要是通过开始对数据进行初始化，接着进行数据采集A/D，数据的计算，通过控制子程序，运用键盘判断程序，利用显示器及显示子程序将数值显示出来，再回到初始化之后的步骤，重复这个程序。
结束语
以单片机为核心的太阳能热水工程控制系统在结构层面较为简单，而且制作的成本相对较低，其功能实用高效，在日常中能够最大限度利用太阳能来加热水温，加以辅助的加热，能够保证全天候的热水供应，满足使用者的需求，在实用方面较为便利。其次，该系统还能够对水温以及水温的连续测量和显示，通过自动控制系统能够保证上水和继电器的辅助加热。利用时钟来控制上水和电辅加热，能够提高太阳能的利用效率，还可以节约电能。在国家大力发展清洁能源的背景下，太阳能热水工程在未来的发展前景广阔。
参考文献：
[1]沈凯. 基于单片机的太阳能热水器控制系统设计[J]. 山东工业技术，2017（9）：59-60.
[2]禹国刚. 基于单片机的太阳能热水器控制系统设计[J]. 设备管理与维修，2017（4）：29-31.
[3]刘玮，尹立增，郭卫星. 集中集热分户储热太阳能热水系统现场总线控制应用分析[J]. 工程建设与设计，2018.
[4]许云龙，翟永全，胡立华，et al. 基于PLC和HMI的高校宿舍太阳能热水工程控制系统设计[J]. 电气自动化，2017（2）.
论文作者:汤毅军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
标签：太阳能论文; 热水论文; 水位论文; 系统论文; 控制系统论文; 工程论文; 水温论文; 《基层建设》2019年第14期论文;