基于太阳能热水器温度采集和温差循环控制系统

点击次数:   更新时间:2020-12-20 04:36     来源:百老汇游戏

  介质和高温下的物理化学性能极其稳定,而且太阳能热水器置于室外,工作环境恶劣,所以本设计采用铂电阻作为太阳能热水器的温度传感器。

  由于太阳能热水器的工作环境限制,将下位机(PIC16F877)置于集热现场,主要实现温度采集功能,温差循环控制功能,即控制循环泵、上水阀、辅助电加热器、伴热带的启停,并与上位机(PIC16F877)进行485通信,将采集的温度水位信息送到上位机去显示。

  温度采集处理电路的主要功能是将铂电阻传感器采集的温度信号,经桥式信号检测电路转换为电压信号,再经弱信号仪表放大器MCP602进行两级放大,及非线性A/D转换,转换成能够识别的数字量,暂存在单片机存储器中。

  温度采集电路是将单片机的RA2、RA3、RA4连接多路选择芯片CD4051的地址位A、B、C端口,由单片机设定采集哪一路温度信息,将RA0设定为模拟通道。

  本设计放大电路选用MCP602作为放大器,由其构成的放大电路图如图2所示。其中:VREF=0 V,R1=300 kΩ,R2=10 kΩ,这是一个简单的2级放大电路,通过调节可变电阻RG可以改变其放大倍数,便于以后的调试。两级放大后的输出电压VOUT:

  通过电桥电路采集来的信号比较微弱,需要进行适当的放大,才能转换成单片机所能识别的0 V到5 V的信号。为此,要合理地设定可变电阻RG的值来选择合适的放大倍数。选择过程如下:

  当RG=10 kΩ,放大倍数为91倍。在温度T=99℃时,PT1000的阻值为R=1381.26Ω时:VOUT=4.186 V。此时,在0~99℃温度范围内电桥的输出是0~4.186 V,VOUT在0~5 V范围内,符合设计要求。因此设计中选择尺RG=10 kΩ,放大倍数为91倍。

  当用铂电阻传感器进行温度测量时,存在一定的误差。它的误差主要有4个来源:铂电阻自身的非线性;铂电阻电桥输出的非线性;铂电阻的引线电阻;测温电路本身带来的影响。

  此时,铂电阻阻值与温度是线.8Ω,相对误差为4.2%,回代到式(2)中,温度误差超过1.4℃。显然铂电阻的非线性给测量带来了误差。

  因为测温电路是不平衡电桥。铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻,其连接导线(从铂电阻到控制单元)也作为桥臂电阻的一部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。但由于铂电阻PT1000的阻值较大,所以这个因素可以忽略。

  式中,K为MCP602的放大倍数。本文选择91。UREF为单片机内部A/D转换的参考电压,等于5 V。

  将计算得到的A/D转换值是按照温度大小做成表格存放在单片机的存储器中。当测量温度时,先读取A/D转换值,然后采用对分查找的算法用单片机的A/D转换结果AD(t)与EEP

  中存放的表格值AD(i)作比较,每次取表格的中间值AD(m),如果AD(t)》AD(m),则下次比较时取表格的后半部的中间值做比较,如果AD(t)《AD(m),则下次比较时取表格的前半部的中间值做比较,直到AD(n)≤AD(t)≤AD(n+1)时停止,得到了温度的整数部分M(t)=n。接着采用线性插值法计算温度的小数部分,由AD(t)-N(t)除以AD(n+1)-AD(n)的值得到小数部分。由于本设计对温度要求不高,因此不用计算小数部分,可以将此方法用于其他应用领域中。

  递推法求解,先设m=1,将测量值带入矩阵公式中计算A。逐点计算误差△i=Ti-T(Vi),看是否超差,如果超差则升阶,令m=2,重新计算A,直到不超差为止,此时多项式模型即为传感器数学模型。

  此方法的优点是能够实现所建立的数学模型整体优化,适合非线性较大的传感器模型的建立。但应用于本文时需要拟合出高阶的数学模型,其运算量较大。另外,在以主频为4MHz的单片机上做运算,其速度较慢(多次加、乘运算),所以本文采用方案1。

  的配置、转换数据读出、查找得温度等部分。首先进行A/D初始化设置,将点电源电压VCC作为比较电压,同时设定RA0作为模拟输入通道,开启入水口温度采样通道之后,启动A/D转换。当A/D转换允许位GO/DONE=1时,将得到的采样值送入到折半查找程序中,得出其温度的整数部分M(t),从而求出温度t的数值。计算完毕后返回。

  4 实验结果与讨论使用标准电阻箱模拟铂电阻温度传感器,每一个电阻值对应着一个温度,构成测温电桥的桥臂,得到差动电压,通过

  测量。经过MCP602放大后,送入单片机进行A/D转换。由于单片机内部的A/D转换是十位的,因此分别存储在寄存器AD

  由表可知,在10~80℃温度范围内,温度测量的误差最大是±1℃。能够满足太阳能热水器的采暖和洗浴的要求。5 结论

  本设计采用铂电阻作为太阳能热水器的温度传感器。实际研究结果表明,该传感器和以往的类似传感器相比温度控制精度高、使用方便和性能稳定等优点,提高了我国太阳能应用领域控制水平。

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