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热泵供热机组控制器的设计

时间:01-04 来源:互联网 点击:

1 引 言

热泵供热机组作为一种新型热水和供暖产品,不但能从空气、水和土壤中吸取能量,而且具有供热效率高、安全和环保等特点,比普通电加热热水器节能在70%以上,被业界公认为是传统锅炉、电热水器及燃油(气)热水机组的更新换代环保型产品[1]。

现有热泵供热机组的控制器多采用PLC,操作界面为触摸屏。但随着应用领域、区域分布的扩大,一些诸如融霜、低温启动与运行、智能故障诊断和节能高效运行等问题亟待解决。本文研究工作旨在研发基于ADμC812单片机为核心的热泵供热机组控制器,该控制器实现了由PLC与触摸屏组成控制器的全部功能,可灵活有效地控制热泵供热机组的运行,具有极高的性价比。

2控制器结构及功能介绍

热泵供热机组控制器硬件包含以下模块:开关量隔离输入模块;开关量隔离输出模块;多路温度数据采集模块;多路压力数据采集模块;键盘输入模块;液晶显示模块以及电源模块。

其中,多路温度采集模块外接PT100温度传感器,用来定时采集热泵供热机组各测量点的温度值;多路压力采集模块外接由压力变送器给出的4~20 mA或0~5 V标准信号,用来定时采集热水机组压缩机的高压压力值和低压压力值;开关量隔离输入模块外接热水器的开关量信号,用来实时采集反映热水机组各关键部件运行状态的开关量信号;开关量隔离输出模块通过继电器来控制热水器的压缩机、电磁阀、风机等电气部件;键盘输入模块与液晶显示模块作为控制器的人机界面;电源模块将220 V的交流电经过滤波后,通过变压器降压以及整流、滤波和稳压处理后,为控制器其他模块供电。

已开发成功的热泵供热机组控制器就是以ADμC812单片机为核心,利用芯片集成的24位A/D转换器,可实时采集O~5 V或4~20 mA的标准温度和压力信号。控制器的人机界面系统由按键阵列和TG2401286V2型液晶显示屏组成。利用74LS573芯片有效扩展了系统端口数量,以满足12路开关量输出、10路开关量输入及8键键盘输入的需要。

3控制器的硬件系统

3.1 ADμC812单片机简介

ADμC812是美国ADI公司一款十分优秀的数据采集芯片[1,2],他将12位A/D转换器和8051单片机内核集成在一起,另外配有UART串行I/O,I2C兼容和SPI串行l/O,看门狗定时器和电源监视器,构成一个完整的数据采集系统。他的高性能和高集成度,使数据采集系统实现高性能、微型化,具有体积小、功耗低等特点,十分富有竞争力,非常适合用于各类智能仪表、智能传感器、变送器和便携式仪器和控制器等领域。

其具体特点如下所述:

(1)ADμC812单片机的片内FLASH/EE程序存储器可用两种模式进行编程:在线串行下载和并行编程。另外,ADμC812单片机还可通过标准的UART串行端口下载源代码。若管脚PSEN通过一个下拉电阻,使得该管脚处于低电平状态,ADμC812单片机则自动进入串行下载模式。当设备连接正确时,源代码将自动载人到片内FLASH程序存储器。

(2)62 kB非易失性电可擦除程序存储器,4 kB的非易失性电可擦除数据存储器和2 304 B的片上数据RAM。并且程序存储器可以被配置成用于数据记录的,能达到60 kB的数据存储器。

(3)ADpC812单片机集成了2个有2个独立的A/D转换通道(分辨率分别为24位与16位);内含可编程增益放大器;在20 Hz/20 mV范围内有13位有效分辨率;在20 Hz/2.56 V范围内有18位有效分辨率。此外ADC还具有数字滤波、町编程的数据转换速率等功能,以满足宽动态变化测量的需要。

3.2模拟量输入电路

在热泵供热机组控制器中,温度测量采用三线制PTl00传感器。温度值A/D转换利用ADμC812单片机的主A/D转换通道。测量温度时,将PTl00传感器两端的电压差作为A/D转换器的差分输入。整个电路模块包含8组由LM324组成的电压跟随器、一片多路模拟开关CD4051BC以及几组:RC滤波电路组成。该模块电路利用多路开关,轮流切换被测回路与A/D转换电路间的通路,以达到分时采样的目的。温度A/D转换电路如图l所示。

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