專利名稱：一種太陽能采暖控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采暖控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種太陽能采暖控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，電網(wǎng)在城市以及鄉(xiāng)村覆蓋廣泛，但由于成本以及安全等原因，不可能在處處都實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)覆蓋。在電網(wǎng)不易到達(dá)的地區(qū)，比如高速公路檢測點(diǎn)以及在偏僻地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測站等，一般上都是采用燃油發(fā)電機(jī)或是便攜式電源來進(jìn)行供暖。燃油發(fā)電機(jī)作為能源進(jìn)行供暖，這種供暖方式即浪費(fèi)資源又對環(huán)境有害；而便攜式電源又不可能提供非常大的能量來進(jìn)行供暖，而若采用清潔能源來供暖，既環(huán)保又安全。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種太陽能采暖控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種太陽能采暖控制系統(tǒng)，包括水暖管和保溫水箱，還包括太陽能集熱器、溫度檢測模塊、DSP控制模塊和供暖執(zhí)行模塊；所述太陽能集熱器與保溫水箱連接，保溫水箱與水暖管連接；所述保溫水箱設(shè)置有供暖送水ロ、供暖出水ロ、加溫出水口和加溫送水ロ ；太陽能集熱器通過管路連接至保溫水箱的加溫出水ロ，水暖管通過管路連接至保溫水箱的供暖送水ロ，水暖管通過管路連接至保溫水箱的供暖出水ロ，保溫水箱的加溫送水口通過管路連接至太陽能集熱器；所述保溫水箱加溫送水ロ與太陽能集熱器之間的管路中設(shè)置第一水泵，保溫水箱供暖出水ロ與水暖管之間的管路中設(shè)置第二水泵，保溫水箱內(nèi)設(shè)置加熱器；所述溫度檢測模塊用于檢測水溫并將水溫轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出至DSP控制模塊；所述DSP控制模塊用于根據(jù)溫度檢測模塊檢測到的水溫控制供暖執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊；所述供暖執(zhí)行模塊用于接收DSP控制模塊發(fā)出的控制供暖執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊的信號并執(zhí)行動(dòng)作。所述溫度采集模塊包括溫度變送器和輸入保護(hù)電路，溫度變送器的輸出端連接輸入保護(hù)電路的輸入端，輸入保護(hù)電路的輸出端連接至DSP控制模塊。所述溫度采集模塊有三個(gè)，分別是第一溫度采集模塊、第二溫度采集模塊和第三溫度采集模塊，太陽能集熱器與保溫水箱的加溫出水ロ之間的管路中設(shè)置第一溫度采集模塊，水暖管與保溫水箱供暖送水ロ之間的管路中設(shè)置第二溫度采集模塊，保溫水箱供暖出水口與水暖管之間的管路中設(shè)置第三溫度采集模塊。所述第三溫度采集模塊是用于測量水暖管回水溫度的裝置。所述供暖執(zhí)行模塊包括光電耦合器、驅(qū)動(dòng)電路和電磁繼電器；光電耦合器的輸入端連接至DSP控制模塊，光電耦合器的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接電磁繼電器。
所述供暖執(zhí)行模塊有三個(gè)，分別是第一供暖執(zhí)行模塊、第二供暖執(zhí)行模塊和第三供暖執(zhí)行模塊，第一供暖執(zhí)行模塊的輸入端連接DSP控制模塊，第一供暖執(zhí)行模塊的輸出端連接第一水泵，第二供暖執(zhí)行模塊的輸入端連接DSP控制模塊，第二供暖執(zhí)行模塊的輸出端連接加熱器，第三供暖執(zhí)行模塊的輸入端連接DSP控制模塊，第三供暖執(zhí)行模塊的輸出端連接第二水泵。采用所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)進(jìn)行太陽能采暖控制的方法，包括以下步驟步驟1:系統(tǒng)處于保溫水箱加熱水溫工作狀態(tài)，即太陽能集熱器和保溫水箱內(nèi)的加熱器共同加熱；步驟2 :第一溫度采集模塊和第二溫度采集模塊實(shí)時(shí)檢測水溫，并將檢測到的水溫信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳輸至DSP控制模塊；第一溫度采集模塊采集太陽能集熱器與保溫水箱的加溫出水口之間的管路中的水溫，第二溫度采集模塊采集水暖管與保溫水箱供暖送水口之間的管路中的水溫；步驟3 =DSP控制模塊判斷太陽能集熱器與保溫水箱的加溫出水口之間的管路中的水溫和水暖管與保溫水箱供暖送水口之間的管路中的水溫之差是否大于10°c，是則執(zhí)行步驟4，否則執(zhí)行步驟5;步驟4 :啟動(dòng)第一供暖執(zhí)行模塊，第一供暖執(zhí)行模塊驅(qū)動(dòng)第一水泵工作，進(jìn)行加熱循環(huán)，即太陽能集熱器中的已加熱的水經(jīng)加溫出水口送至保溫水箱，保溫水箱的冷水經(jīng)加溫送水口送至太陽能集熱器，并執(zhí)行步驟6 ;步驟5 :判斷保溫水箱供暖送水口與水暖管之間的管路中的水溫是否大于50°C，是則控制第二供暖執(zhí)行模塊關(guān)閉保溫水箱內(nèi)的加熱器并執(zhí)行步驟7 ;否則控制第二供暖執(zhí)行模塊開啟保溫水箱內(nèi)的加熱器繼續(xù)加熱，重新判斷保溫水箱供暖送水口與水暖管之間的管路中的水溫是否大于50°C ；步驟6 :判斷是否完成一次加熱循環(huán)即到達(dá)一次加熱循環(huán)設(shè)定時(shí)間，是則控制第一供暖執(zhí)行模塊關(guān)閉第一水泵，并執(zhí)行步驟5 ;否則繼續(xù)加熱；步驟7 :關(guān)閉第一溫度采集模塊和第二溫度采集模塊，停止保溫水箱水溫加熱工作；步驟8 :系統(tǒng)進(jìn)入供暖循環(huán)工作狀態(tài)，開啟第三溫度采集模塊，實(shí)時(shí)檢測保溫水箱供暖出水口與水暖管之間的管路中的水溫并將水溫信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳輸至DSP控制模塊；步驟9 =DSP控制模塊控制第三供暖執(zhí)行模塊驅(qū)動(dòng)第二水泵工作，進(jìn)行供暖循環(huán)，即保溫水箱中的已加熱的水經(jīng)供暖送水口送至水暖管，水暖管中的冷水經(jīng)供暖出水口送至保溫水箱，并執(zhí)行步驟10;步驟10 :判斷是否完成一次供暖循環(huán)，即到達(dá)一次供暖循環(huán)設(shè)定時(shí)間，是則控制第三供暖執(zhí)行模塊關(guān)閉第二水泵，并執(zhí)行步驟11 ;否則繼續(xù)供暖；步驟11 :判斷保溫水箱供暖出水口與水暖管之間的管路中的水溫是否小于40°C，是則結(jié)束供暖循環(huán)工作，返回步驟I ;否則執(zhí)行步驟8。有益效果本系統(tǒng)采用太陽能作為主要的供暖能源，在能源有限的情況下，能夠保障室內(nèi)溫度并且能夠大幅度節(jié)省能源。同時(shí)利用太陽能這種清潔無污染的可再生資源，能夠保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源。將加熱器作為輔助供暖能源，在無陽光的情況或是多云的情況，可以作為輔助加熱設(shè)備，保障了供暖。本發(fā)明中有加熱和供暖兩個(gè)循環(huán)工作狀態(tài)，兩個(gè)工作狀態(tài)獨(dú)立并通過DSP控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，能夠大幅度保障供暖與加熱。


圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的太陽能采暖控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的溫度采集模塊電路原理圖；圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的溫度變送器的負(fù)載電壓曲線圖；圖4是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的熱電阻三線制溫度變送器安裝接線圖；圖5是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的溫度采集模塊采集的原始數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，(a)為原始數(shù)據(jù)曲線圖，(b)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，(C)為原始數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合曲線圖；圖6是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的TMS320F2812引腳圖；圖7是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的光電耦合器中光耦單元電路原理圖；圖8是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的驅(qū)動(dòng)電路與電磁繼電器的電路連接示意圖；圖9是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的TLP521-4型光電耦合器電路原理圖；圖10是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的ULN2003型達(dá)林頓陳列示意圖；圖11是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的HH52P-12V電磁繼電器電路原理圖；圖12是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的TMS320F2812控制流程具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)施方式的太陽能采暖控制系統(tǒng)，包括水暖管3和保溫水箱2，還包括太陽能集熱器1、溫度檢測模塊、DSP控制模塊4和供暖執(zhí)行模塊；保溫水箱2設(shè)置有供暖送水口、供暖出水口、加溫出水口和加溫送水口 ；太陽能集熱器I分別通過管路連接至保溫水箱2的加溫出水口和加溫送水口，水暖管3分別通過管路連接至保溫水箱2的供暖送水口和供暖出水口 ；保溫水箱2的加溫送水口與太陽能集熱器I之間的管路中設(shè)置第一水泵8，保溫水箱2的供暖出水口與水暖管3之間的管路中設(shè)置第二水泵9，保溫水箱2內(nèi)設(shè)置加熱器13 ；溫度檢測模塊用于檢測水溫并將水溫轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出至DSP控制模塊4 ；DSP控制模塊4用于根據(jù)溫度檢測模塊檢測到的水溫控制供暖執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊；供暖執(zhí)行模塊用于接收DSP控制模塊4發(fā)出的控制供暖執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊的信號并執(zhí)行動(dòng)作。溫度采集模塊包括溫度變送器和輸入保護(hù)電路，溫度變送器的輸出端連接輸入保護(hù)電路的輸入端，輸入保護(hù)電路的輸出端連接至DSP控制模塊。本實(shí)施方式中，溫度變送器采用上?？频瞎旧a(chǎn)的SBWZ-248 —體化溫度變送器，測溫范圍為-100 200°C。SBWZ熱電阻溫度變送器是DDZ-S系列儀表中的現(xiàn)場安裝式溫度變送單元，它采用二線傳送方式(兩根導(dǎo)線作為電源輸入，信號輸出的公用傳輸線)。將熱電偶、熱電阻信號變換成輸入電信號或被測溫度或成線性的4:20mA的輸出信號，溫度變送器可以安裝于熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)，作為新一代測溫儀表可廣泛應(yīng)用于冶金、石油化工、電力、輕工、紡織、食品、國防以及科研等工業(yè)部門。溫度變送器特點(diǎn)如下采用環(huán)氧樹脂密封結(jié)構(gòu)，因此抗震、耐溫，適合在惡劣現(xiàn)場環(huán)境中安裝使用；現(xiàn)場安裝于熱電阻、熱電偶的接線盒內(nèi)，直接輸出4:20mA,這樣既省去較貴的補(bǔ)償導(dǎo)線費(fèi)用，又提高了信號長距離傳送過程中的抗干擾能力；精度高、功耗低、使用環(huán)境溫度范圍寬、工作穩(wěn)定可靠；量程可調(diào)，并具有線性化較正功能，熱電偶溫度變送器具有冷端自動(dòng)補(bǔ)償功能；應(yīng)用面廣，既可與熱電偶、熱電阻形成一體化現(xiàn)場安裝結(jié)構(gòu)，也可作為功能模塊安裝入檢測設(shè)備中。主要技術(shù)指標(biāo)如下輸入熱電阻PtlOO;輸出在量程范圍內(nèi)輸出4:20mA直流信號可與熱電阻溫度計(jì)的輸出電阻信號成線性，可與熱電阻溫度計(jì)的輸入溫度信號成線性；可與熱電偶輸入的毫伏信號成線性，也可與熱電偶溫度計(jì)的輸入溫度信號成線性；基本誤差±0·5% ；傳送方式二線制；溫度變送器工作電源電壓最低12V，最高35V，額定工作電壓24V ；負(fù)載極限負(fù)二載電阻計(jì)算公式RL(max) = 50X (Vmm-12)，即24V時(shí)負(fù)載電阻可在O : 600Ω范圍內(nèi)選用，額定負(fù)載250Ω，溫度變送器的負(fù)載電壓曲線如圖3所示；注量程可調(diào)式變送器，改變量程時(shí)零點(diǎn)與滿度需反復(fù)調(diào)試；電偶型變送器在調(diào)試前須預(yù)熱30分鐘；環(huán)境溫度影響彡O. 05/I0C ；正常工作環(huán)境，具體是環(huán)境溫度-25°C 80 °C相對濕度5% 95%機(jī)械振動(dòng)f ( 55Hz 振幅< O. 15mm ；熱電阻三線制溫度變送器安裝接線如圖4所示。如圖2所示，輸入保護(hù)電路中，3V穩(wěn)壓管DWl確保輸入電壓不會(huì)大于3V ;運(yùn)算放大器Al采用UA741CN作電壓跟隨器，起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，對后端的電阻、電容起濾波作用。溫度采集模塊由溫度變送器采集水溫，24V電源對溫度變送器供電，土 12V電源對輸入保護(hù)電路中的UA741CN供電，對溫度采集模塊在實(shí)際測量中的應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采集到的數(shù)據(jù)如表I所示，表1實(shí)際測量中采集的數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種太陽能采暖控制系統(tǒng)，包括水暖管和保溫水箱，其特征在于還包括太陽能集熱器、溫度檢測模塊、DSP控制模塊和供暖執(zhí)行模塊； 所述保溫水箱設(shè)置有供暖送水ロ、供暖出水ロ、加溫出水口和加溫送水ロ ； 太陽能集熱器分別通過管路連接至保溫水箱的加溫出水口和加溫送水ロ，水暖管分別通過管路連接至保溫水箱的供暖送水口和供暖出水ロ； 所述保溫水箱加溫送水ロ與太陽能集熱器之間的管路中設(shè)置第一水泵，保溫水箱供暖出水ロ與水暖管之間的管路中設(shè)置第二水泵，保溫水箱內(nèi)設(shè)置加熱器； 所述溫度采集模塊有三個(gè)，分別是第一溫度采集模塊、第二溫度采集模塊和第三溫度采集模塊，太陽能集熱器與保溫水箱的加溫出水ロ之間的管路中設(shè)置第一溫度采集模塊，水暖管與保溫水箱供暖送水ロ之間的管路中設(shè)置第二溫度采集模塊，保溫水箱供暖出水ロ與水暖管之間的管路中設(shè)置第三溫度采集模塊； 所述供暖執(zhí)行模塊有三個(gè)，分別是第一供暖執(zhí)行模塊、第二供暖執(zhí)行模塊和第三供暖執(zhí)行模塊，第一供暖執(zhí)行模塊的輸入端連接DSP控制模塊，第一供暖執(zhí)行模塊的輸出端連接第一水泵，第二供暖執(zhí)行模塊的輸入端連接DSP控制模塊，第二供暖執(zhí)行模塊的輸出端連接加熱器，第三供暖執(zhí)行模塊的輸入端連接DSP控制模塊，第三供暖執(zhí)行模塊的輸出端連接第二水泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)，其特征在于所述溫度檢測模塊用于檢測水溫并將水溫轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出至DSP控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)，其特征在于所述DSP控制模塊用于根據(jù)溫度檢測模塊檢測到的水溫控制供暖執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)，其特征在于所述供暖執(zhí)行模塊用于接收DSP控制模塊發(fā)出的控制供暖執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊的信號并執(zhí)行動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)，其特征在于所述溫度采集模塊包括溫度變送器和輸入保護(hù)電路，溫度變送器的輸出端連接輸入保護(hù)電路的輸入端，輸入保護(hù)電路的輸出端連接至DSP控制模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)，其特征在于所述供暖執(zhí)行模塊包括光電耦合器、驅(qū)動(dòng)電路和電磁繼電器； 光電稱合器的輸入端連接至DSP控制模塊,光電稱合器的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接電磁繼電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)，其特征在于所述第三溫度采集模塊是用于測量水暖管回水溫度的裝置。
8.采用權(quán)利要求1所述的太陽能采暖控制系統(tǒng)進(jìn)行太陽能采暖控制的方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1:系統(tǒng)處于保溫水箱加熱水溫工作狀態(tài)，即太陽能集熱器和保溫水箱內(nèi)的加熱器共同加熱； 步驟2 :第一溫度采集模塊和第二溫度采集模塊實(shí)時(shí)檢測水溫，并將檢測到的水溫信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳輸至DSP控制模塊； 第一溫度采集模塊采集太陽能集熱器與保溫水箱的加溫出水ロ之間的管路中的水溫，第二溫度采集模塊采集水暖管與保溫水箱供暖送水ロ之間的管路中的水溫；步驟3 DSP控制模塊判斷太陽能集熱器與保溫水箱的加溫出水ロ之間的管路中的水溫和水暖管與保溫水箱供暖送水ロ之間的管路中的水溫之差是否大于10°C，是則執(zhí)行步驟.4，否則執(zhí)行步驟5; 步驟4:啟動(dòng)第一供暖執(zhí)行模塊，第一供暖執(zhí)行模塊驅(qū)動(dòng)第一水泵工作，進(jìn)行加熱循環(huán)，即太陽能集熱器中的已加熱的水經(jīng)加溫出水ロ送至保溫水箱，保溫水箱的冷水經(jīng)加溫送水ロ送至太陽能集熱器，并執(zhí)行步驟6 ; 步驟5 :判斷保溫水箱供暖送水ロ與水暖管之間的管路中的水溫是否大于50°C，是則控制第二供暖執(zhí)行模塊關(guān)閉保溫水箱內(nèi)的加熱器并執(zhí)行步驟7 ;否則控制第二供暖執(zhí)行模塊開啟保溫水箱內(nèi)的加熱器繼續(xù)加熱幾分鐘，重新判斷保溫水箱供暖送水ロ與水暖管之間的管路中的水溫是否大于50°C ； 步驟6 :判斷是否完成一次加熱循環(huán)即到達(dá)一次加熱循環(huán)設(shè)定時(shí)間，是則控制第一供暖執(zhí)行模塊關(guān)閉第一水泵，并執(zhí)行步驟5 ;否則繼續(xù)加熱；步驟7 :關(guān)閉第一溫度采集模塊和第二溫度采集模塊，停止保溫水箱水溫加熱工作；步驟8 :系統(tǒng)進(jìn)入供暖循環(huán)工作狀態(tài)，開啟第三溫度采集模塊，實(shí)時(shí)檢測保溫水箱供暖出水ロ與水暖管之間的管路中的水溫并將水溫信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳輸至DSP控制模塊；步驟9 :DSP控制模塊控制第三供暖執(zhí)行模塊驅(qū)動(dòng)第二水泵工作，進(jìn)行供暖循環(huán)，即保溫水箱中的已加熱的水經(jīng)供暖送水ロ送至水暖管，水暖管中的冷水經(jīng)供暖出水ロ送至保溫水箱，并執(zhí)行步驟10; 步驟10 :判斷是否完成一次供暖循環(huán)，即到達(dá)一次供暖循環(huán)設(shè)定時(shí)間，是則控制第三供暖執(zhí)行模塊關(guān)閉第二水泵，并執(zhí)行步驟11 ;否則繼續(xù)供暖； 步驟11 :判斷保溫水箱供暖出水ロ與水暖管之間的管路中的水溫是否小于40°C，是則結(jié)束供暖循環(huán)工作，返回步驟1 ;否則執(zhí)行步驟8。
全文摘要
一種太陽能采暖控制系統(tǒng)，包括水暖管、保溫水箱、太陽能集熱器、溫度檢測模塊、DSP控制模塊和供暖執(zhí)行模塊；太陽能集熱器分別連接至保溫水箱的加溫出水口和加溫送水口，水暖管分別連接至保溫水箱的供暖送水口和供暖出水口；保溫水箱加溫送水口與太陽能集熱器之間設(shè)置第一水泵，保溫水箱供暖出水口與水暖管之間設(shè)置第二水泵，保溫水箱內(nèi)設(shè)置加熱器；溫度檢測模塊用于檢測水溫并將水溫轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出至DSP控制模塊。DSP控制模塊用于根據(jù)溫度檢測模塊檢測到的水溫控制供暖執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊。供暖執(zhí)行模塊用于接收DSP控制模塊發(fā)出的信號并執(zhí)行動(dòng)作。采用太陽能作為主要的供暖能源，能夠保障室內(nèi)溫度并且能夠大幅度節(jié)省能源。
文檔編號F24D19/10GK103062832SQ20121059097
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者劉紀(jì)紅, 劉祚 申請人:東北大學(xué)