专利名称：一种太阳能采暖控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及采暖控制技术领域，具体涉及ー种太阳能采暖控制系统及方法。
背景技术：
目前，电网在城市以及乡村覆盖广泛，但由于成本以及安全等原因，不可能在处处都实现电网覆盖。在电网不易到达的地区，比如高速公路检测点以及在偏僻地区的环境监测站等，一般上都是采用燃油发电机或是便携式电源来进行供暖。燃油发电机作为能源进行供暖，这种供暖方式即浪费资源又对环境有害；而便携式电源又不可能提供非常大的能量来进行供暖，而若采用清洁能源来供暖，既环保又安全。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种太阳能采暖控制系统及方法。本发明的技术方案是一种太阳能采暖控制系统，包括水暖管和保温水箱，还包括太阳能集热器、温度检测模块、DSP控制模块和供暖执行模块；所述太阳能集热器与保温水箱连接，保温水箱与水暖管连接；所述保温水箱设置有供暖送水ロ、供暖出水ロ、加温出水口和加温送水ロ ；太阳能集热器通过管路连接至保温水箱的加温出水ロ，水暖管通过管路连接至保温水箱的供暖送水ロ，水暖管通过管路连接至保温水箱的供暖出水ロ，保温水箱的加温送水口通过管路连接至太阳能集热器；所述保温水箱加温送水ロ与太阳能集热器之间的管路中设置第一水泵，保温水箱供暖出水ロ与水暖管之间的管路中设置第二水泵，保温水箱内设置加热器；所述温度检测模块用于检测水温并将水温转换成电压信号输出至DSP控制模块；所述DSP控制模块用于根据温度检测模块检测到的水温控制供暖执行机构模块；所述供暖执行模块用于接收DSP控制模块发出的控制供暖执行机构模块的信号并执行动作。所述温度采集模块包括温度变送器和输入保护电路，温度变送器的输出端连接输入保护电路的输入端，输入保护电路的输出端连接至DSP控制模块。所述温度采集模块有三个，分别是第一温度采集模块、第二温度采集模块和第三温度采集模块，太阳能集热器与保温水箱的加温出水ロ之间的管路中设置第一温度采集模块，水暖管与保温水箱供暖送水ロ之间的管路中设置第二温度采集模块，保温水箱供暖出水口与水暖管之间的管路中设置第三温度采集模块。所述第三温度采集模块是用于测量水暖管回水温度的装置。所述供暖执行模块包括光电耦合器、驱动电路和电磁继电器；光电耦合器的输入端连接至DSP控制模块，光电耦合器的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接电磁继电器。
所述供暖执行模块有三个，分别是第一供暖执行模块、第二供暖执行模块和第三供暖执行模块，第一供暖执行模块的输入端连接DSP控制模块，第一供暖执行模块的输出端连接第一水泵，第二供暖执行模块的输入端连接DSP控制模块，第二供暖执行模块的输出端连接加热器，第三供暖执行模块的输入端连接DSP控制模块，第三供暖执行模块的输出端连接第二水泵。采用所述的太阳能采暖控制系统进行太阳能采暖控制的方法，包括以下步骤步骤1:系统处于保温水箱加热水温工作状态，即太阳能集热器和保温水箱内的加热器共同加热；步骤2 :第一温度采集模块和第二温度采集模块实时检测水温，并将检测到的水温信号转换为电压信号传输至DSP控制模块；第一温度采集模块采集太阳能集热器与保温水箱的加温出水口之间的管路中的水温，第二温度采集模块采集水暖管与保温水箱供暖送水口之间的管路中的水温；步骤3 =DSP控制模块判断太阳能集热器与保温水箱的加温出水口之间的管路中的水温和水暖管与保温水箱供暖送水口之间的管路中的水温之差是否大于10°c，是则执行步骤4，否则执行步骤5;步骤4 :启动第一供暖执行模块，第一供暖执行模块驱动第一水泵工作，进行加热循环，即太阳能集热器中的已加热的水经加温出水口送至保温水箱，保温水箱的冷水经加温送水口送至太阳能集热器，并执行步骤6 ;步骤5 :判断保温水箱供暖送水口与水暖管之间的管路中的水温是否大于50°C，是则控制第二供暖执行模块关闭保温水箱内的加热器并执行步骤7 ;否则控制第二供暖执行模块开启保温水箱内的加热器继续加热，重新判断保温水箱供暖送水口与水暖管之间的管路中的水温是否大于50°C ；步骤6 :判断是否完成一次加热循环即到达一次加热循环设定时间，是则控制第一供暖执行模块关闭第一水泵，并执行步骤5 ;否则继续加热；步骤7 :关闭第一温度采集模块和第二温度采集模块，停止保温水箱水温加热工作；步骤8 :系统进入供暖循环工作状态，开启第三温度采集模块，实时检测保温水箱供暖出水口与水暖管之间的管路中的水温并将水温信号转换为电压信号传输至DSP控制模块；步骤9 =DSP控制模块控制第三供暖执行模块驱动第二水泵工作，进行供暖循环，即保温水箱中的已加热的水经供暖送水口送至水暖管，水暖管中的冷水经供暖出水口送至保温水箱，并执行步骤10;步骤10 :判断是否完成一次供暖循环，即到达一次供暖循环设定时间，是则控制第三供暖执行模块关闭第二水泵，并执行步骤11 ;否则继续供暖；步骤11 :判断保温水箱供暖出水口与水暖管之间的管路中的水温是否小于40°C，是则结束供暖循环工作，返回步骤I ;否则执行步骤8。有益效果本系统采用太阳能作为主要的供暖能源，在能源有限的情况下，能够保障室内温度并且能够大幅度节省能源。同时利用太阳能这种清洁无污染的可再生资源，能够保护环境，节约能源。将加热器作为辅助供暖能源，在无阳光的情况或是多云的情况，可以作为辅助加热设备，保障了供暖。本发明中有加热和供暖两个循环工作状态，两个工作状态独立并通过DSP控制系统进行交互，能够大幅度保障供暖与加热。
图1是本发明的具体实施方式
的太阳能采暖控制系统的结构框图；图2是本发明的具体实施方式
的温度采集模块电路原理图；图3是本发明的具体实施方式
的温度变送器的负载电压曲线图；图4是本发明的具体实施方式
的热电阻三线制温度变送器安装接线图；图5是本发明的具体实施方式
的温度采集模块采集的原始数据与实验数据曲线，(a)为原始数据曲线图，(b)为实验数据曲线图，(C)为原始数据与实验数据拟合曲线图；图6是本发明的具体实施方式
的TMS320F2812引脚图；图7是本发明的具体实施方式
的光电耦合器中光耦单元电路原理图；图8是本发明的具体实施方式
的驱动电路与电磁继电器的电路连接示意图；图9是本发明的具体实施方式
的TLP521-4型光电耦合器电路原理图；图10是本发明的具体实施方式
的ULN2003型达林顿陈列示意图；图11是本发明的具体实施方式
的HH52P-12V电磁继电器电路原理图；图12是本发明的具体实施方式
的TMS320F2812控制流程具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细说明。如图1所示，本实施方式的太阳能采暖控制系统，包括水暖管3和保温水箱2，还包括太阳能集热器1、温度检测模块、DSP控制模块4和供暖执行模块；保温水箱2设置有供暖送水口、供暖出水口、加温出水口和加温送水口 ；太阳能集热器I分别通过管路连接至保温水箱2的加温出水口和加温送水口，水暖管3分别通过管路连接至保温水箱2的供暖送水口和供暖出水口 ；保温水箱2的加温送水口与太阳能集热器I之间的管路中设置第一水泵8，保温水箱2的供暖出水口与水暖管3之间的管路中设置第二水泵9，保温水箱2内设置加热器13 ；温度检测模块用于检测水温并将水温转换成电压信号输出至DSP控制模块4 ；DSP控制模块4用于根据温度检测模块检测到的水温控制供暖执行机构模块；供暖执行模块用于接收DSP控制模块4发出的控制供暖执行机构模块的信号并执行动作。温度采集模块包括温度变送器和输入保护电路，温度变送器的输出端连接输入保护电路的输入端，输入保护电路的输出端连接至DSP控制模块。本实施方式中，温度变送器采用上海科迪公司生产的SBWZ-248 —体化温度变送器，测温范围为-100 200°C。SBWZ热电阻温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送单元，它采用二线传送方式(两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线)。将热电偶、热电阻信号变换成输入电信号或被测温度或成线性的4:20mA的输出信号，温度变送器可以安装于热电偶、热电阻的接线盒内与之形成一体化结构，作为新一代测温仪表可广泛应用于冶金、石油化工、电力、轻工、纺织、食品、国防以及科研等工业部门。温度变送器特点如下采用环氧树脂密封结构，因此抗震、耐温，适合在恶劣现场环境中安装使用；现场安装于热电阻、热电偶的接线盒内，直接输出4:20mA,这样既省去较贵的补偿导线费用，又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力；精度高、功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠；量程可调，并具有线性化较正功能，热电偶温度变送器具有冷端自动补偿功能；应用面广，既可与热电偶、热电阻形成一体化现场安装结构，也可作为功能模块安装入检测设备中。主要技术指标如下输入热电阻PtlOO;输出在量程范围内输出4:20mA直流信号可与热电阻温度计的输出电阻信号成线性，可与热电阻温度计的输入温度信号成线性；可与热电偶输入的毫伏信号成线性，也可与热电偶温度计的输入温度信号成线性；基本误差±0·5% ；传送方式二线制；温度变送器工作电源电压最低12V，最高35V，额定工作电压24V ；负载极限负二载电阻计算公式RL(max) = 50X (Vmm-12)，即24V时负载电阻可在O : 600Ω范围内选用，额定负载250Ω，温度变送器的负载电压曲线如图3所示；注量程可调式变送器，改变量程时零点与满度需反复调试；电偶型变送器在调试前须预热30分钟；环境温度影响彡O. 05/I0C ；正常工作环境，具体是环境温度-25°C 80 °C相对湿度5% 95%机械振动f ( 55Hz 振幅< O. 15mm ；热电阻三线制温度变送器安装接线如图4所示。如图2所示，输入保护电路中，3V稳压管DWl确保输入电压不会大于3V ;运算放大器Al采用UA741CN作电压跟随器，起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，对后端的电阻、电容起滤波作用。温度采集模块由温度变送器采集水温，24V电源对温度变送器供电，土 12V电源对输入保护电路中的UA741CN供电，对温度采集模块在实际测量中的应用的数据进行分析，采集到的数据如表I所示，表1实际测量中采集的数据
权利要求
1.一种太阳能采暖控制系统，包括水暖管和保温水箱，其特征在于还包括太阳能集热器、温度检测模块、DSP控制模块和供暖执行模块； 所述保温水箱设置有供暖送水ロ、供暖出水ロ、加温出水口和加温送水ロ ； 太阳能集热器分别通过管路连接至保温水箱的加温出水口和加温送水ロ，水暖管分别通过管路连接至保温水箱的供暖送水口和供暖出水ロ； 所述保温水箱加温送水ロ与太阳能集热器之间的管路中设置第一水泵，保温水箱供暖出水ロ与水暖管之间的管路中设置第二水泵，保温水箱内设置加热器； 所述温度采集模块有三个，分别是第一温度采集模块、第二温度采集模块和第三温度采集模块，太阳能集热器与保温水箱的加温出水ロ之间的管路中设置第一温度采集模块，水暖管与保温水箱供暖送水ロ之间的管路中设置第二温度采集模块，保温水箱供暖出水ロ与水暖管之间的管路中设置第三温度采集模块； 所述供暖执行模块有三个，分别是第一供暖执行模块、第二供暖执行模块和第三供暖执行模块，第一供暖执行模块的输入端连接DSP控制模块，第一供暖执行模块的输出端连接第一水泵，第二供暖执行模块的输入端连接DSP控制模块，第二供暖执行模块的输出端连接加热器，第三供暖执行模块的输入端连接DSP控制模块，第三供暖执行模块的输出端连接第二水泵。
2.根据权利要求1所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于所述温度检测模块用于检测水温并将水温转换成电压信号输出至DSP控制模块。
3.根据权利要求1所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于所述DSP控制模块用于根据温度检测模块检测到的水温控制供暖执行机构模块。
4.根据权利要求1所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于所述供暖执行模块用于接收DSP控制模块发出的控制供暖执行机构模块的信号并执行动作。
5.根据权利要求1所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于所述温度采集模块包括温度变送器和输入保护电路，温度变送器的输出端连接输入保护电路的输入端，输入保护电路的输出端连接至DSP控制模块。
6.根据权利要求1所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于所述供暖执行模块包括光电耦合器、驱动电路和电磁继电器； 光电稱合器的输入端连接至DSP控制模块,光电稱合器的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接电磁继电器。
7.根据权利要求1所述的太阳能采暖控制系统，其特征在于所述第三温度采集模块是用于测量水暖管回水温度的装置。
8.采用权利要求1所述的太阳能采暖控制系统进行太阳能采暖控制的方法，其特征在于包括以下步骤 步骤1:系统处于保温水箱加热水温工作状态，即太阳能集热器和保温水箱内的加热器共同加热； 步骤2 :第一温度采集模块和第二温度采集模块实时检测水温，并将检测到的水温信号转换为电压信号传输至DSP控制模块； 第一温度采集模块采集太阳能集热器与保温水箱的加温出水ロ之间的管路中的水温，第二温度采集模块采集水暖管与保温水箱供暖送水ロ之间的管路中的水温；步骤3 DSP控制模块判断太阳能集热器与保温水箱的加温出水ロ之间的管路中的水温和水暖管与保温水箱供暖送水ロ之间的管路中的水温之差是否大于10°C，是则执行步骤.4，否则执行步骤5; 步骤4:启动第一供暖执行模块，第一供暖执行模块驱动第一水泵工作，进行加热循环，即太阳能集热器中的已加热的水经加温出水ロ送至保温水箱，保温水箱的冷水经加温送水ロ送至太阳能集热器，并执行步骤6 ; 步骤5 :判断保温水箱供暖送水ロ与水暖管之间的管路中的水温是否大于50°C，是则控制第二供暖执行模块关闭保温水箱内的加热器并执行步骤7 ;否则控制第二供暖执行模块开启保温水箱内的加热器继续加热几分钟，重新判断保温水箱供暖送水ロ与水暖管之间的管路中的水温是否大于50°C ； 步骤6 :判断是否完成一次加热循环即到达一次加热循环设定时间，是则控制第一供暖执行模块关闭第一水泵，并执行步骤5 ;否则继续加热；步骤7 :关闭第一温度采集模块和第二温度采集模块，停止保温水箱水温加热工作；步骤8 :系统进入供暖循环工作状态，开启第三温度采集模块，实时检测保温水箱供暖出水ロ与水暖管之间的管路中的水温并将水温信号转换为电压信号传输至DSP控制模块；步骤9 :DSP控制模块控制第三供暖执行模块驱动第二水泵工作，进行供暖循环，即保温水箱中的已加热的水经供暖送水ロ送至水暖管，水暖管中的冷水经供暖出水ロ送至保温水箱，并执行步骤10; 步骤10 :判断是否完成一次供暖循环，即到达一次供暖循环设定时间，是则控制第三供暖执行模块关闭第二水泵，并执行步骤11 ;否则继续供暖； 步骤11 :判断保温水箱供暖出水ロ与水暖管之间的管路中的水温是否小于40°C，是则结束供暖循环工作，返回步骤1 ;否则执行步骤8。
全文摘要
一种太阳能采暖控制系统，包括水暖管、保温水箱、太阳能集热器、温度检测模块、DSP控制模块和供暖执行模块；太阳能集热器分别连接至保温水箱的加温出水口和加温送水口，水暖管分别连接至保温水箱的供暖送水口和供暖出水口；保温水箱加温送水口与太阳能集热器之间设置第一水泵，保温水箱供暖出水口与水暖管之间设置第二水泵，保温水箱内设置加热器；温度检测模块用于检测水温并将水温转换成电压信号输出至DSP控制模块。DSP控制模块用于根据温度检测模块检测到的水温控制供暖执行机构模块。供暖执行模块用于接收DSP控制模块发出的信号并执行动作。采用太阳能作为主要的供暖能源，能够保障室内温度并且能够大幅度节省能源。
文档编号F24D19/10GK103062832SQ20121059097
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者刘纪红, 刘祚 申请人:东北大学