空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計(jì)doc

1、空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計(jì)空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計(jì)摘 要 本文介紹了一種基于單片機(jī)的空氣源熱泵熱水器控制器。該控制器以智能化簡(jiǎn)單操作來(lái)達(dá)到空氣源熱泵熱水器的精確控制。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(shì)。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)原理的基礎(chǔ)上，提出了控制器設(shè)計(jì)總體方案。在軟件設(shè)計(jì)方面，本文詳細(xì)介紹了空氣源熱泵熱水器控制器的設(shè)計(jì)。文章最后通過(guò)大量的流程圖來(lái)說(shuō)明控制器的具體結(jié)構(gòu)和可實(shí)現(xiàn)的操作。該空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計(jì)完善，實(shí)現(xiàn)方案簡(jiǎn)單易行。采用軟件設(shè)計(jì)來(lái)控制，可以實(shí)現(xiàn)智能化簡(jiǎn)單精確控制，并且提高了整機(jī)的可靠性及準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞 空氣源 熱泵 控制器 設(shè)

2、計(jì) 目 錄引 言1第一章 空氣源熱泵的概述31.1 熱泵31.2空氣源熱泵3第二章 空氣源熱泵的發(fā)展42.1空氣源熱泵的歷史42.2空氣源熱泵的優(yōu)勢(shì)4第三章 熱泵熱水器系統(tǒng)運(yùn)行原理53.1 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理53.2 空氣源熱泵熱水器工作原理63.2.1系統(tǒng)介紹6第四章 熱泵熱水器控制器設(shè)計(jì)74.1 相關(guān)控制點(diǎn)74.2 控制器設(shè)計(jì)總體方案8第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)105.1系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)105.2系統(tǒng)設(shè)定功能設(shè)計(jì)115.3系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定功能設(shè)計(jì)135.4運(yùn)轉(zhuǎn)狀況設(shè)定功能設(shè)計(jì)145.5工作總流程設(shè)計(jì)165.6數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)185.7液晶顯示模塊設(shè)計(jì)205.8 按鍵模塊設(shè)計(jì)215.9

3、時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)225.10 通訊模塊設(shè)計(jì)23結(jié) 論24致 謝25參考文獻(xiàn)26引 言從目前市場(chǎng)上來(lái)看，熱水器可分成三大類：燃?xì)鉄崴?，電熱水器，還有太陽(yáng)能熱水器。不久前，某專業(yè)機(jī)構(gòu)公布了一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示，電熱水器目前占熱水器市場(chǎng)的60%以上，占據(jù)著一半以上的市場(chǎng)份額。但隨著燃?xì)鉄崴鞯脑僖淮胃镄拢?yáng)能熱水器的加速發(fā)展，電熱水器的市場(chǎng)份額正遭受巨大挑戰(zhàn)。對(duì)于電熱水器來(lái)說(shuō)，盡管太陽(yáng)能熱水器行業(yè)宣稱潛力無(wú)限，但要真正發(fā)展成為成熟產(chǎn)業(yè)，還有一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程。在使用上，如果是晴天，太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)勢(shì)一覽無(wú)余，但是一旦下雨用起電來(lái)，太陽(yáng)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結(jié)構(gòu)，所以常常會(huì)出現(xiàn)

4、滲水現(xiàn)象。還有就是太陽(yáng)能市場(chǎng)沒(méi)用很明確的行業(yè)規(guī)范?？梢钥隙ㄈ?xì)夂碗姛崴魅匀皇俏磥?lái)三年內(nèi)熱水器市場(chǎng)的主角。熱泵熱水器具有高能效比，無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，是一款可替代鍋爐的供暖水設(shè)備，并在當(dāng)今社會(huì)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(guò)壓縮機(jī)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(guò)制冷劑的不斷循環(huán)，不斷吸收空氣中的熱量，并將該部分熱量轉(zhuǎn)移，來(lái)制取熱水，也就是說(shuō)熱泵熱水器是將電熱水器和太陽(yáng)能熱水器的各自優(yōu)點(diǎn)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(yáng)能型三種系列?？諝庠礋?/p>

5、泵是當(dāng)今世界上最先進(jìn)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（或陽(yáng)光）中的能量，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮制熱后，通過(guò)換熱裝置將熱量傳遞給水，來(lái)制取熱水，熱水通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)送入用戶散熱器進(jìn)行采暖或直接用于熱水供應(yīng)。這一產(chǎn)品特點(diǎn)有： 1、高效節(jié)能：使用費(fèi)用比傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器（帶輔助電加熱器）更省，是電熱水器的四分之一，燃?xì)鉄崴鞯娜种唬纳倭侩娏?，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(qiáng)：任意位置安裝，解決了太陽(yáng)能只能裝在頂層的不足，而且建筑的朝向也沒(méi)有影響； 4、壽命長(zhǎng)：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(wèn)題

6、，系統(tǒng)壽命一般可達(dá)15-20年； 5、安全可靠：無(wú)需大電流的電氣連接，運(yùn)行安全可靠，噪音?。话踩h(huán)保，熱能來(lái)源于空氣，水箱內(nèi)無(wú)電熱管，水電完全分離，絕對(duì)安全； 6、方便舒適：承壓出水，自來(lái)水壓沐浴，全自動(dòng)運(yùn)行，快速加熱，超大容量。 一個(gè)空氣源熱水器，如何用簡(jiǎn)單的操作來(lái)控制其正常的工作是一個(gè)值得深入研究解決的問(wèn)題。在目前的產(chǎn)品當(dāng)中，控制器的設(shè)計(jì)仍然比較簡(jiǎn)單，無(wú)法在工作中采集到系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)，也就很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)熱水器的控制。換句話說(shuō)，現(xiàn)在的產(chǎn)品還不夠智能化，不能滿足消費(fèi)者簡(jiǎn)單操作從而達(dá)到的精準(zhǔn)控制，所以我這次設(shè)計(jì)的題目就是空氣源熱泵熱水器控制器設(shè)計(jì)。研制一套基于單片機(jī)的空氣源熱泵熱水器的控制器。研

7、制的控制器包括硬件裝置和控制軟件兩部分。其中硬件裝置由單片機(jī)、控制電路、傳感器、LCD等組成。我主要完成軟件設(shè)計(jì)，并參與硬件設(shè)計(jì)和制作。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1、熱泵熱水器熱容量：50KW。2、熱泵熱水器冷容量:40KW。3、制冷壓縮機(jī)規(guī)格：17KW，380V/50Hz，R134a制冷劑。4、蒸發(fā)溫度：7.5。5、進(jìn)風(fēng)溫度：25。 控制器必須實(shí)現(xiàn)如下功能： 1、能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行工況的設(shè)定。 2、自動(dòng)完成機(jī)組系統(tǒng)正常啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)程序。 3、壓縮機(jī)的高低壓保護(hù)。 4、主要運(yùn)行參數(shù)的指示。5、故障的報(bào)警、保護(hù)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(jiàn)的

8、“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(guò)機(jī)械壓縮，從而釋放高熱能來(lái)提供人們?nèi)粘Ｉ钏脽崮艿难b置。作為自然界的現(xiàn)象，正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(jī)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(guò)輸入小部分電力，啟動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行，從而整個(gè)熱泵系統(tǒng)開(kāi)始工作，通過(guò)蒸發(fā)器不斷從低溫環(huán)境中吸收熱量，再通過(guò)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(shí)，其本身需要消耗一部分能量，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小

9、部分，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(lái)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(guò)大自然含有的低溫?zé)嵩矗?jīng)過(guò)熱泵的高效處理成為高溫?zé)嵩?，從而用?lái)取暖、供暖或供應(yīng)熱水，所以整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)熱量相當(dāng)高空氣源熱泵的原理實(shí)際和空調(diào)差不多，是一種新型的熱水器，主要由幾大部分組成：蒸發(fā)器，壓縮機(jī)，冷凝器，儲(chǔ)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(shí)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(jìn)入壓縮機(jī)，再由壓縮機(jī)把這種冷媒經(jīng)行壓縮成為高溫高壓的蒸汽，然后進(jìn)入冷凝器

10、，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(chǔ)液罐中，等待下一次的循環(huán)，正是因?yàn)槔涿降倪@種周而復(fù)始的循環(huán)，把大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 空氣源熱泵的發(fā)展2.1空氣源熱泵的歷史1824年法國(guó)科學(xué)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(guó)科學(xué)家開(kāi)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(jì)早期法國(guó)科學(xué)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

11、，30年后，英國(guó)科學(xué)家開(kāi)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(xué)家和工程師對(duì)熱泵進(jìn)行了大量研究，研究持續(xù)80年之久。 1912年瑞士的蘇黎世成功安裝一套以河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(jì)40年代到50年代早期得到迅速發(fā)展，家用熱泵和工業(yè)建筑用的熱泵開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，熱泵進(jìn)入了早期發(fā)展階段。 21 世紀(jì)，隨著“ 能源危機(jī) ”出現(xiàn)，燃油價(jià)格忽升，經(jīng)過(guò)改進(jìn)發(fā)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(diǎn)，重新登上歷史舞臺(tái)，成為當(dāng)前最有價(jià)值的新能源科技。 2.2空氣源熱泵的優(yōu)勢(shì)空氣源熱泵以水

12、源熱泵類似方法從空氣獲得熱量來(lái)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髦械睦涿剑≧22、R417A等）把空氣中的熱能吸收進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮?，之后與水接觸，加熱水溫。這種熱水器具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，其節(jié)能效果是電熱水器的4倍，是燃?xì)鉄崴鞯?倍，是太陽(yáng)能熱水器的約2倍?？諝饽苁且环N在大自然中廣泛存在，易得易取的能源，利用熱泵來(lái)壓縮提高能量，因而這是一項(xiàng)極具開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的新技術(shù)?？諝庠礋岜脽崴骶哂懈咝Аh(huán)保、安全、全自動(dòng)化處理、環(huán)境因素限制小等特點(diǎn)。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(yùn)行原理3.1 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理 熱

13、泵熱水機(jī)組遵循能量守恒定律和熱力學(xué)第2定律，運(yùn)用熱泵的原理，只需要消耗一小部分的機(jī)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，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(tái)水泵，消耗一部分電力，才能將水送到高處的水箱中。同樣，根據(jù)熱力學(xué)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(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，必須要有一臺(tái)機(jī)器，消耗一部分機(jī)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(jī)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

14、成的熱能，一起送到高溫環(huán)境中去應(yīng)用。單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如下圖所示。它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過(guò)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(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，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(shí)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(duì)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(guò)膨脹閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。 當(dāng)制冷劑通過(guò)膨脹閥時(shí)，壓力從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，部分液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開(kāi)膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混

15、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(jī)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3.2.1系統(tǒng)介紹空氣源熱泵熱水器機(jī)組一般由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、過(guò)濾器、儲(chǔ)液罐、單向閥、電磁閥、冷凝壓力調(diào)節(jié)水閥、儲(chǔ)水箱等幾部分組成(見(jiàn)圖3-2)。圖3-2 空氣源熱泵熱水器機(jī)組系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥和儲(chǔ)液罐等部件組成（見(jiàn)圖3-3）?？諝庠礋岜脽崴鬟\(yùn)用逆卡諾循環(huán)原理，通過(guò)壓縮機(jī)做功，使氣態(tài)工質(zhì)溫度及壓力

16、升高，氣態(tài)工質(zhì)與冷水在熱交換器中進(jìn)行熱量交換。在這一過(guò)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(guò)程中工質(zhì)吸熱發(fā)生由液態(tài)到氣態(tài)的相變。這一往復(fù)循環(huán)相變過(guò)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(guò)熱交換器使冷水逐步升溫，制取的熱水通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)送至用戶。圖3-3空氣源熱泵熱水機(jī)組系統(tǒng)圖第四章 熱泵熱水器控制器設(shè)計(jì)4.1 相關(guān)控制點(diǎn)經(jīng)過(guò)之前的了解，我們知道，熱泵熱水器的主要控制點(diǎn)有：水泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、除霜電磁閥、液管電磁閥等。這些控制點(diǎn)在熱泵熱水器系統(tǒng)中的大致位置（見(jiàn)圖4-1）。這些

17、控制點(diǎn)都是由單片機(jī)發(fā)出指令來(lái)控制。雖然這些控制點(diǎn)都是開(kāi)關(guān)量，單片機(jī)只要發(fā)出開(kāi)或關(guān)的信號(hào)來(lái)控制它們，但采集量卻是不同的?？刂扑谩L(fēng)機(jī)、除霜電磁閥的采集模擬量是溫度值。壓縮機(jī)，對(duì)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，由單片機(jī)直接開(kāi)或關(guān)。 圖4-1 熱泵熱水器主要控制點(diǎn)示意圖4.2控制器設(shè)計(jì)總體方案在對(duì)熱泵熱水器控制系統(tǒng)的控制點(diǎn)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(diǎn)控制點(diǎn)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(jìn)水溫度出水溫度溫度傳感器（0-5V）壓縮機(jī)溫度和壓力3壓縮機(jī)高溫溫度壓縮機(jī)高壓壓力壓縮機(jī)低壓壓力溫度傳感器

18、壓力傳感器（均為0-5V）風(fēng)機(jī)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(shí)際情況，系統(tǒng)中采用了雙單片機(jī)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(jī)界面接口的實(shí)現(xiàn)，即按鍵和LCD的顯示。雙CPU系統(tǒng)的關(guān)鍵是主、從CPU之間的協(xié)調(diào)與通信實(shí)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(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、壓縮機(jī)等控制模塊、單片機(jī)通信模塊和看門(mén)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(pán)控制模塊、液晶顯示模塊等模塊組成。在軟件設(shè)計(jì)方面，分成兩大部分的設(shè)計(jì)。首先是為了完善控制系統(tǒng)，先要對(duì)整個(gè)

19、系統(tǒng)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。完成功能設(shè)計(jì)之后，要進(jìn)行的是各個(gè)模塊具體的程序流程設(shè)計(jì)。通過(guò)這些模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。最后，還要針對(duì)LCD的局限性設(shè)計(jì)出比較合理的顯示界面。在軟件設(shè)計(jì)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(gè)使用方便，功能完善的多級(jí)界面，使得人機(jī)交互功能能夠充分體現(xiàn)出來(lái)。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì) 在基于單片機(jī)的熱泵熱水器控制系統(tǒng)中，控制主要是通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)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(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)的。各個(gè)顯示界面可以將系統(tǒng)的所有功能分成若干個(gè)工作模塊。 當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)啟的時(shí)候，首先出現(xiàn)主界面供選擇各項(xiàng)功能。各項(xiàng)功能大致分為參數(shù)設(shè)定（如

20、系統(tǒng)設(shè)定、系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定、密碼設(shè)定等）和參數(shù)查詢（如運(yùn)轉(zhuǎn)狀況）兩個(gè)大類。每個(gè)大類里面又有相應(yīng)的更為細(xì)致的功能設(shè)置或參數(shù)設(shè)置。 在主界面上進(jìn)入每個(gè)一級(jí)選項(xiàng)都要輸入密碼，只有密碼正確了才可以進(jìn)入下一級(jí)菜單進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)在主界面上還有一個(gè)單獨(dú)的密碼設(shè)定選項(xiàng)，用來(lái)設(shè)定密碼或者更改密碼。進(jìn)入主界面后，通過(guò)上下鍵來(lái)選擇各個(gè)選項(xiàng)，確定后就可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定或者查看系統(tǒng)工作時(shí)的各個(gè)部分的參數(shù)。 圖5-1給出了系統(tǒng)整體的功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，基本上涵蓋了我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的所有功能。由于密碼設(shè)定可以看作是一個(gè)附屬功能，這里并沒(méi)有把它列到系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖上。圖5-1 主要功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖5.2系統(tǒng)設(shè)定功能設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)定是控制界面

21、里面最為重要的一個(gè)部分?？刂葡到y(tǒng)的參數(shù)設(shè)定基本上都是在這一級(jí)的項(xiàng)目里面進(jìn)行設(shè)置的。 在系統(tǒng)設(shè)定中，包含了跳脫延遲設(shè)定、啟動(dòng)延遲設(shè)定、溫度參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)定、強(qiáng)制開(kāi)關(guān)設(shè)定等。 這些設(shè)定功能主要是設(shè)定出來(lái)以下幾個(gè)量： 1、開(kāi)關(guān)跳脫的延遲時(shí)間以及各個(gè)部分設(shè)備的啟動(dòng)延遲時(shí)間，用來(lái)保護(hù)機(jī)器。 2、參考溫度值或壓力值。也就是設(shè)定好一個(gè)安全值，采集來(lái)的數(shù)據(jù)與這個(gè)值比較，看是否到達(dá)這個(gè)數(shù)值，進(jìn)而判斷工作還是停止。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(cuò)誤時(shí)，是絕對(duì)不允許進(jìn)行參數(shù)設(shè)定的。當(dāng)密碼正確的時(shí)候順次檢查是哪個(gè)功能選項(xiàng)被選中。確定后即進(jìn)入這個(gè)選項(xiàng)的設(shè)定界面當(dāng)中

22、。然后再通過(guò)按鍵來(lái)選中二級(jí)菜單中的功能選項(xiàng)之后，又可進(jìn)入下一級(jí)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(shí)間設(shè)定功能設(shè)計(jì) 系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的另外一大部分。主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉系統(tǒng)，以求達(dá)到節(jié)約能源目的。 這里設(shè)定的是每天開(kāi)啟和關(guān)閉熱泵系統(tǒng)的時(shí)間，其控制順序如流程圖（圖5-3）所示。對(duì)于這一設(shè)計(jì)需要考慮以下幾點(diǎn)： 1、并不需要每時(shí)每刻都要對(duì)水箱內(nèi)的熱水加熱，同時(shí)有要保證需要用水時(shí)總能夠及時(shí)使用到熱水。因而時(shí)間要設(shè)定的合適。2、對(duì)于不同地區(qū)不同季節(jié)需要設(shè)定不同的加熱時(shí)間。 3、對(duì)于一些特定情況，如在杭州每天不同時(shí)段的電費(fèi)不同，考慮到節(jié)約開(kāi)支也可以作為設(shè)定時(shí)間的一個(gè)考慮

23、因素。圖5-3 時(shí)間設(shè)定流程圖5.4運(yùn)轉(zhuǎn)狀況設(shè)定功能設(shè)計(jì)在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,有很多數(shù)據(jù)都是要記錄下來(lái)的。 除了要記錄熱泵系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)水溫度、出水溫度、壓縮機(jī)高壓壓力、壓縮機(jī)低壓壓力、壓縮機(jī)高壓溫度、風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度等運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)并作為歷史數(shù)據(jù)保存起來(lái)。還要記錄下來(lái)每次熱泵系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的相應(yīng)的報(bào)警記錄。這些數(shù)據(jù)都是由相對(duì)應(yīng)的壓力傳感器或溫度傳感器采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)起來(lái)。查詢時(shí)，通過(guò)按鍵選擇所要選擇的數(shù)據(jù)選項(xiàng)，將會(huì)在液晶屏上顯示出所需要的數(shù)據(jù)資料。流程見(jiàn)圖5-4。圖5-4 運(yùn)轉(zhuǎn)狀況流程圖5. 5 工作總流程設(shè)計(jì) 通過(guò)上一章的介紹，可以知道基本的控制點(diǎn)以及需要檢測(cè)的溫度和壓力值。根據(jù)這些控制點(diǎn)和檢測(cè)量，提出如

24、圖5-5工作流程圖。在開(kāi)機(jī)之后，順次打開(kāi)水泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)，使得各個(gè)部分工作起來(lái)。開(kāi)機(jī)之后通過(guò)溫度傳感器或者壓力傳感器順次檢測(cè)進(jìn)水溫度、除霜溫度值、壓縮機(jī)低溫值（或低壓值）、壓縮機(jī)高溫值、壓縮機(jī)高壓值、出水溫度值，把這些數(shù)值送入單片機(jī)。把檢測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)比較結(jié)果控制相應(yīng)的部分的工作狀況或者采取相應(yīng)的處理。具體比較和處理內(nèi)容如下：1、設(shè)定進(jìn)水溫度值后設(shè)定一個(gè)波動(dòng)范圍，當(dāng)進(jìn)水溫度若低于設(shè)定溫度，并且超出波動(dòng)范圍時(shí)，停止工作；高于設(shè)定溫度，并且高出設(shè)定范圍值時(shí)，則正常工作。2、除霜溫度是否到達(dá)，到達(dá)則開(kāi)始除霜；否則不除霜。3、壓縮機(jī)低溫值（或低壓值）、高壓值、高溫值若與設(shè)定值相比較

25、若出現(xiàn)異常，則停止壓縮機(jī)工作（同時(shí)也停止風(fēng)機(jī)工作）；若沒(méi)有出現(xiàn)異常值，則繼續(xù)正常工作。4、同進(jìn)水溫度控制相同，設(shè)定出水溫度參考值后，設(shè)定出波動(dòng)范圍。出水溫度若達(dá)到設(shè)定溫度，并高于波動(dòng)范圍時(shí)，則停止壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的工作，即停止加熱；若沒(méi)有達(dá)到設(shè)定溫度，低于設(shè)定的波動(dòng)范圍下限，則繼續(xù)加熱工作。 圖5-5 工作總流程圖5.6數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 在所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是控制中非常重要的一個(gè)部分。這套系統(tǒng)中，所要采集的數(shù)據(jù)有：進(jìn)水溫度、出水溫度、壓縮機(jī)高壓溫度、壓縮機(jī)高壓壓力、壓縮機(jī)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(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成0V5V的電壓或者0mA2

26、0mA的電流。對(duì)于諸多的采集量，可以通過(guò)CD4051模擬8路開(kāi)關(guān)切換，每一路采集回來(lái)的電壓或電流分別進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC1549進(jìn)行模數(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5-6 A/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(jì)此次設(shè)計(jì)所選用的液晶顯示屏是清達(dá)光電的GTG-2401286V2。點(diǎn)陣為240x128，點(diǎn)尺寸為0.40x0.40mm。內(nèi)置控制器為T(mén)6930C控制器。 GTG-2401286V2液晶顯示屏為240×128點(diǎn)陣的，滿屏顯示漢字時(shí)可以顯示15×8個(gè)漢字。因而，在設(shè)計(jì)顯示界

27、面時(shí)，需要考慮在不影響用戶使用的前提下，每行顯示不超過(guò)15個(gè)漢字，同時(shí)每屏不能多于8行漢字。（數(shù)字處理為8×16點(diǎn)陣顯示，也就是說(shuō)，顯示一個(gè)漢字的位置可以顯示兩個(gè)數(shù)字）。我對(duì)液晶顯示屏的顯示界面做如下的設(shè)計(jì)，如圖5-8所示圖5-8 液晶顯示界面1、主界面：即開(kāi)機(jī)后顯示的第一界面，作為功能選擇的第一級(jí)菜單。在這個(gè)界面中所要顯示的內(nèi)容有：日期和時(shí)間、系統(tǒng)設(shè)定、系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、密碼設(shè)置。2、二級(jí)界面：即由主界面上選擇功能后進(jìn)入的下一級(jí)的界面。每一個(gè)功能選項(xiàng)下面又有很多具體的功能選項(xiàng)。因?yàn)檫@些功能選項(xiàng)中的參數(shù)設(shè)定關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的工作狀況，不能隨便改動(dòng)，所以在進(jìn)入二級(jí)界面的之前都會(huì)有一

28、個(gè)輸入密碼驗(yàn)證的過(guò)程，只有密碼正確了，才可以進(jìn)入這一級(jí)的界面，進(jìn)行下一級(jí)的功能選擇和參數(shù)設(shè)定。3、三級(jí)界面：這一級(jí)的界面就涉及到了具體的參數(shù)設(shè)定。每個(gè)二級(jí)界面中的功能選項(xiàng)都對(duì)應(yīng)著有一個(gè)三級(jí)界面，通過(guò)數(shù)字按鍵設(shè)定各個(gè)功能選項(xiàng)的參數(shù)。由于界面較多，這里不再列出。通過(guò)這樣的三個(gè)層次的界面設(shè)計(jì)，基本上將控制系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能做了一個(gè)較為合理的分類。這樣的三個(gè)級(jí)別的界面，涵蓋了控制器的全部測(cè)試和控制功能，同時(shí)既便于查看運(yùn)行中的系統(tǒng)各個(gè)部分的參數(shù)又利于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。5.8按鍵模塊設(shè)計(jì)按鍵主要分為如下幾個(gè)功能區(qū)，鍵盤(pán)示意圖和設(shè)計(jì)流程圖如圖5-9和5-10所示。1、開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)按鍵2、輸入確定按鍵3、上下行移

29、動(dòng)按鍵4、數(shù)字按鍵區(qū)（含有數(shù)字刪除按鍵）。 圖5-9 鍵盤(pán)示意圖 圖5-10 鍵盤(pán)流程設(shè)計(jì)圖5.9 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)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)基本上為各個(gè)時(shí)刻整個(gè)熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，都與時(shí)間有關(guān)，因而記錄數(shù)據(jù)時(shí)，也要同時(shí)記錄下來(lái)時(shí)間。因此需要加上一個(gè)時(shí)鐘芯片，這里選用的時(shí)DS1302，為串行時(shí)鐘芯片。在軟件實(shí)現(xiàn)當(dāng)中，也就增加了一個(gè)時(shí)鐘程序模塊。時(shí)鐘芯片的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖5-11所示。 圖5-11 時(shí)鐘模塊程序流程圖5.10 通訊模塊設(shè)計(jì)由于硬件選擇上使用的是雙單片機(jī)，因而，需要通過(guò)兩個(gè)單片機(jī)的通訊來(lái)實(shí)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

30、接口標(biāo)準(zhǔn)以差分平衡方式傳輸信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中的一般都采用該總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在這部分設(shè)計(jì)當(dāng)中，主單片機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集處理和開(kāi)關(guān)控制量的發(fā)送，從單片機(jī)系統(tǒng)則處理按鍵功能以及液晶顯示功能。通過(guò)從單片機(jī)系統(tǒng)上的按鍵發(fā)送出不同的數(shù)據(jù)到主單片機(jī)系統(tǒng)，再通過(guò)繼電器發(fā)送出控制熱泵熱水器系統(tǒng)的控制信號(hào)。下面給出了通訊模塊程序設(shè)計(jì)流程圖，包括發(fā)送和接收兩個(gè)部分，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(guò)近半年的努力，我完成了自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。 首先，針對(duì)熱泵熱水器

31、控制器這個(gè)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，我基本完成了設(shè)計(jì)基于單片機(jī)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(pán)控制模塊、液晶顯示模塊、RS-485通訊模塊的軟件流程設(shè)計(jì)，并且基本完成了各個(gè)模塊的調(diào)試工作。完成了串行時(shí)鐘芯片DS1302的軟件流程設(shè)計(jì)。 近半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)，給我留下了深刻的記憶。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我真正的懂得了使得自己掌握學(xué)習(xí)方法是非常重要的技能，以及主動(dòng)去學(xué)習(xí)新的知識(shí)對(duì)今后發(fā)展的重要性。這次設(shè)計(jì)的課題是生活中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我把自己三年來(lái)的專業(yè)知識(shí)全部應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，并將這些知識(shí)融合在一起運(yùn)用出來(lái)。正是這樣的實(shí)踐經(jīng)歷使我感受到了知識(shí)的魅力和生活的多姿色彩。 本次設(shè)計(jì)中，我在學(xué)會(huì)怎樣來(lái)統(tǒng)籌安排一個(gè)工程