自動太陽能暖氣的製作方法

2023-10-30 11:40:32

專利名稱：自動太陽能暖氣的製作方法
技術領域：
自動太陽能暖氣技術領域[0001]本實用新型涉及一種農村及小城鎮家庭使用的自動太陽能暖氣。特別是一種基 於單片機、液位傳感器和溫度傳感器控制太陽能集熱器及電熱管來實現全天自動供暖的 太陽能暖氣。
背景技術：
[0002]目前，國內北方的農村及小城鎮等沒有實施集中供熱的家庭，多採用煤爐，壁 爐，火炕等家用取暖方式，缺點是直接燃燒法能量利用率不高，並且燃燒煤炭、木材及 農作物秸稈汙染大氣。長江流域的居民基本沒有供暖，冬季使用空調取暖，消耗大量電 能。現在市場上出現的獨立暖氣系統，電暖氣採用完全電加熱，高能耗，且有安全隱 患；有的採用太陽能熱水器加熱普通暖氣片，熱傳導效率低；有的無電輔助加熱，在陰 天及晚上沒有供暖效果；有的採用太陽能電池發電，存儲到蓄電池中，加熱暖氣片，熱 轉換效率低，成本高昂。發明內容[0003]本實用新型的目的在於解決農村及小城鎮等家庭冬季供暖問題，尋求用現代電 子技術控制太陽能暖氣，實現太陽能採暖系統的智能化，從而減少人的勞動強度。為實 現上述發明的目的，本實用新型主要由太陽能集熱器、儲水箱、冷水箱、超導暖氣片、 電加熱管及智能控制電路組成。[0004]本實用新型的主體部分是由太陽能集熱器與儲水箱直接連通，儲水箱中部的出 水管通過電磁閥、水管與熱水管進水端相接，超導暖氣片底部與熱水管的頂部緊密相接 觸，熱水管的排水端，通過管道接到冷水箱頂部，冷水箱底部通過微型水泵、上水管與 儲水箱底部相接，形成的水循環迴路。[0005]本實用新型的控制電路部分主要由兩個溫度傳感器、液位傳感器、時鐘晶片、 按鍵模塊、液晶模塊、單片機、通水電磁閥控制電路、電加熱管控制電路、微型水泵控 制電路等部分組成。控制電路部分通過繪製電路圖，印刷PCB板，從而實現電路集成， 減小系統體積。時鐘晶片和已編程的單片機通過晶片座，焊接到PCB板上，溫度傳感器 及液位傳感器的信號線，通過電氣延長線接到單片機的輸入端。電加熱管與市電支路的 兩端、微型水泵與電源支路的兩端、通水電磁閥與市電支路的兩端分別焊接到PCB板上 3個固態繼電器的輸出端。整個單片機控制器，加罩一個塑料外殼，避免因晶片管腳外漏 造成的短路和灰塵汙染。[0006]冬天有人在家時，合上電源開關並按下在家鍵，智能控制器通過時鐘晶片判斷 當前時間是白天還是黑夜，及溫度傳感器判斷熱水箱裡的水溫是否能為暖氣片提供熱循 環水。當白天且天晴時，控制電磁閥導通，使熱水利用高度差自動流入暖氣片的熱水 管，同時，熱水管裡的水受壓進入冷水箱，然後，單片機通過繼電器，控制微型水泵將 冷水箱裡的水抽到太陽能集熱器裡，繼續加熱。這樣就達到了水循環的目的。當黑夜或陰天，熱水箱裡的水溫不夠熱時(<70°C或某一特定的預設值)，控制器驅動電熱管起作 用，進行輔助加熱，達到全天候供暖的效果。[0007]本實用新型的有益效果是，利用太陽能進行取暖，安全經濟，無溫室氣體及有 毒氣體的排放；在暖氣片溫度達不到要求時，電加熱啟動，溫度升高到目標溫度時，電 加熱停止，實現節能；太陽能與電能互補供熱，達到全天候穩定供暖的目的。當無人在 家時，系統停止供熱，避免熱能和電能的無效損耗。在整個過程中，都由單片機自動控 制，實現了智能化。


[0008]圖1是本實用新型的整機結構原理示意圖[0009]圖2是圖1中按鍵模塊的放大圖[0010]圖3是本實用新型的工作流程示意圖[0011]圖4是本實用新型的電學原理示意圖具體實施方案[0012]
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述[0013]在圖1中，太陽能集熱器1與儲水箱2直接連通，儲水箱2中部的出水管通過通 水電磁閥7、水管與超導暖氣片3底部的熱水管4的進水端相接，超導暖氣片3的底盤與 熱水管4的頂部用螺母擰緊，熱水管4的排水端通過管道接到冷水箱5的頂部，冷水箱5 的底部通過微型水泵6、上水管與儲水箱2的底部相接，冷水箱頂部留有注水口 8。[0014]如圖2所示，鍵盤模塊14的16個按鍵的作用，依次是數字1鍵16、數字2鍵 17、數字3鍵18、時間設置鍵19、數字4鍵20、數字5鍵21、數字6鍵22、夜間時段設 置鍵23、數字7鍵M、數字8鍵25、數字9鍵沈、確定鍵27、數字0鍵觀、在家鍵四 和兩個擴展鍵30、31。[0015]如圖4所示，本實用新型的核心是智能控制電路部分，置於儲水箱2底部的液 位傳感器9和溫度傳感器10，分別與單片機13的P3.1和P3.3管腳電氣連接。置於超導 暖氣片3底部的熱水管4中的溫度傳感器12直接接到單片機I3的P3.0管腳；電加熱管 控制電路，其連接是電加熱管11與市電串接接到固態繼電器UlO的兩個輸出端，固態 繼電器UlO的兩個輸入端分別接地和接三極體Q3的發射極，三極體Q3的集電極與電阻 RlO串接後接到5V電源VCC上，三極體Q3的基極通過電阻Rll連到單片機13的P3.6 管腳；通水電磁閥控制電路，其連接是通水電磁閥7與市電串接後接到固態繼電器U9 的兩個輸出端，固態繼電器U9的正負輸入端分別接三極體Q2的發射極和地，三極體Q2 的基極通過電阻R9串接到單片機13的P3.5管腳；微型水泵控制電路，其連接是微型 水泵6與直流電源VDD串接後，接到固態繼電器V3的兩個輸出端；固態繼電器V3的兩 個輸入端分別接三極體Ql的發射極和地，三極體Ql的基極通過電阻R7接到單片機13 的P3.4管腳，三極體Ql的集電極通過電阻R8串接到直流電源VCC ；時鐘晶片U3輸入 端SCL、SDA分別與單片機13的P2.1、P2.2連接，同時，SCL、SDA通過電阻R5、R6 與直流電源VCC相接，時鐘晶片U3的OSCI、OSCO接到晶振Y2的兩端，其中，OSCI 通過可變電容C3接地，U3採用VCC供電和備用電池BTl供電，直流電源VCC和備用電池BTl分別通過二極體Dl、D2接到U3的VDD端；鍵盤模塊14的四條列線分別接到 單片機13的P1.4、P1.5、P1.6和P1.7，鍵盤中的時間設置鍵19、夜間時段設置鍵23和 在家鍵27分別接到與門U5的三個輸入端，與門U5和第一列線分別接到或門U4的兩個 輸入端，或門U4的輸出接到單片機13的/INTO管腳；液晶模塊15的數據線DO、Dl、 D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8 依次接到單片機 13 的 P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、 P0.5、P0.6、P0.7。[0016]本實用新型的工作原理是單片機13上電後，進行系統初始化，單片機13通過 液位傳感器9檢測儲水箱2裡的水是否低於最低水位，低於該水位後，單片機13控制微 型水泵6將冷水箱5裡的水抽入儲水箱2中，儲水箱2裡的水通過對流進入集熱器1中， 進行太陽能加熱，單片機13通過溫度傳感器10實時測儲水箱2裡的水溫，熱水在儲水箱 2中存儲。單片機13檢測到在家鍵四按下一次時，控制系統進入供暖工作狀態；單片 機13檢測到時間設置鍵19按下一次時，控制系統進入時間設置狀態，接收數字按鍵0 9，設置時間，並在液晶模塊15中顯示。單片機13檢測到夜間時段設置23按下時，接 收數字按鍵，進行夜間時段的設置，如「晚7點到次日早7點」。[0017]在供暖工作狀態下，單片機13通過溫度傳感器12測超導暖氣片3底部的熱水管 4裡的水溫，當該水溫高於設定溫度(如50°C)，單片機13控制通水電磁閥7閉合，熱 水管裡的熱水通過超導暖氣片的散熱片3對室內環境散熱；當該水溫低於設定溫度(如 500C )且儲水箱2中的水高於設定溫度(如70V )時，單片機13通過控制通水電磁閥7 導通，將儲水箱2裡的熱水導入熱水管4，將熱水管4中已降溫的水壓入冷水箱5中；當 該水溫低於設定溫度且儲水箱2裡的水溫低於設定溫度(如70°C )時，單片機13控制電 加熱管11，對超導暖氣片的熱水管4裡的水進行加熱，當溫度傳感器12測得的水溫高於 設定溫度(如50°C)時，單片機13控制電加熱管11停止加熱。以此達到取暖的目的。[0018]本實用新型實施例中的各電氣元件參數和型號為Kl為按鍵開關，K2為按鍵 開關，K3為按鍵開關，K4為按鍵開關，K5為按鍵開關，K6為按鍵開關，K7為按鍵開 關，K8為按鍵開關，K9為按鍵開關，KlO為按鍵開關，Kll為按鍵開關，K12為按鍵開 關，K13為按鍵開關，K14為按鍵開關，K15為按鍵開關，K16為按鍵開關，Ql為三極 管NPN 9013，Q2 為三極體NPN 9013，Q3 為三極體NPN 9013，Dl 為二極體 IN4008，D2 為二極體IN4008，Yl為晶振12MHz，Y2為晶振32.768kHz，Cl為電容22pF，C2為電 容 22pF，C3 為可變電容，C4 為電解電容 IOyF, Rl % 4kQ , R2 % 4kQ , R3 % 4kQ , R4 為 4k Ω，R5 為 4k Ω，R6 為 4k Ω，R7 為 200 Ω，R8 為 4k Ω，R9 為 200 Ω，RlO 為 4k Ω，Rll 為 200 Ω，R12 為 4kQ，Vl 為通水電磁閥 2W-15 Q20V 50Hz)，V2 為市電， V4為微型水泵ASP2015(DC12V3.5A)，V5為電加熱管，V6為市電Q20V 50Hz)，Ul 為單片機89C52，U2為液晶顯示模塊0CM128*64-1，U3為時鐘晶片PCF8563，U6為溫 度傳感器DS18B20，U7為溫度傳感器DS18B20，U8為液面傳感器LLE10200，U5為與 門741sl5，U4為或門741s32，U8為固態繼電器，U9為固態繼電器，UlO為固態繼電 器，VCC為5V直流電源，VDD為12V直流電源，電氣連接線均為漆包線。本實用新 型實施例中的主體部分型號是太陽能集熱器採用普通真空管式集熱器，儲水箱選用真 空管，利於保溫，按照實際房屋面積需求，選用合適的容量；冷水箱選用合適容量(如 50升)的塑料桶，其特點為質輕、成本低、耐用；超導暖氣片選用市售的靜音超導暖氣片，以完成熱的有效傳導；電加熱管採用串接有保險絲的電加熱管，保險絲接在熱水管 外部，方便檢修及保證安全。
權利要求1.一種自動太陽能暖氣，主體由太陽能集熱器與儲水箱、通水電磁閥、水管、超導 暖氣片、冷水箱、微型水泵和上水管形成水循環迴路，其特徵在於單片機通過繼電器 連接電磁閥，電磁閥兩端分別接儲水箱的出水管和熱水管的進水管，單片機通過電磁閥 與微型水泵連接，微型水泵的進水端和出水端分別通過水管接冷水箱和儲水箱，單片機 通過繼電器與電加熱管連接，電加熱管位於熱水管底部。
2.根據權利要求1所述的自動太陽能暖氣，其特徵是超導暖氣片底面與熱水管採 用緊密的面接觸，冷水箱頂部留有注水口。
3.根據權利要求1所述的自動太陽能暖氣，其特徵是智能控制電路主要由兩個溫 度傳感器、液位傳感器、時鐘晶片、按鍵模塊、液品模塊、單片機、通水電磁閥控制電 路、電加熱管控制電路和微型水泵控制電路組成。
專利摘要本實用新型涉及一種農村及小城鎮家庭使用的自動太陽能暖氣。其主體結構包括太陽能集熱器與儲水箱直接連通，儲水箱中部的出水管通過通水電磁閥、水管與超導暖氣片底部的熱水管進水端相接，超導暖氣片底部的熱水管排水端通過管道接到冷水箱頂部，冷水箱底部通過微型水泵、上水管與儲水箱的底部相接，形成的水循環迴路。本實用新型的控制電路部分由兩個溫度傳感器、液位傳感器、時鐘晶片、按鍵模塊、液晶模塊、單片機、通水電磁閥控制電路、電加熱管控制電路、微型水泵控制電路等部分組成。該系統使用方便，實現了暖氣的自動控制，為北方農村和小城鎮以及長江流域的居民更好地解決了冬季取暖問題。
文檔編號F24D19/10GK201811349SQ20102013129
公開日2011年4月27日 申請日期2010年3月16日 優先權日2010年3月16日
發明者何青, 姜偉龍, 孫雲, 蔡永安, 逄金波 申請人:南開大學