本实用新型涉及太阳能热水器领域，尤其涉及一种太阳能中央热水系统监控装置。
背景技术：
随着人们节能减排意识的增强，太阳能热水系统得到广泛应用。但是太阳能热水系统每天能节能多少能源，常规能源替代量、太阳能集热系统得热量和太阳能保证率等综合经济评价指标等无法获知，这些系统的综合经济指标对于可再生能源规模化推广应用具有非常重要的意义。实用新型专利（授权公告号CN 202770563 U）提出一种太阳能热水系统热能计量与监测仪，能采集温度、液位、太阳能辐照量和耗电量等数据，能够对相应数据进行热能计算。实用新型专利（授权公告号CN 204923514 U）提出一种太阳能热水低碳远程控制器，通过热量检测单元读取热量表的数据，由显示单元来显示系统节能情况。分析以上研究可知现有太阳能热水系统监控装置存在：1、通过热量表来直接计算太阳能集热系统的产能和其他节能减排数据，不符合国家技术规范《可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统技术导则要求》。2、对太阳能热水系统只能进行热能计算，节能减排数据过于单一。
技术实现要素：
针对国家技术规范《可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统技术导则要求》和现有太阳能热水系统监控装置显示节能减排数据过于单一等问题，本实用新型提供一种太阳能中央热水系统监控装置，可以在满足国家技术规范《可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统技术导则要求》的前提下显示太阳能集热板产能、常规能源替代量、常规能源耗能量、太阳能保证率等综合经济评价指标。
本实用新型采用以下技术方案：
一种太阳能中央热水系统监控装置，其特征在于，包括：装置部分和监控部分；所述装置部分包括通过水管相连接的太阳能集热板和水箱、辅助加热装置、记录辅助加热装置耗电量的远传电表、设置在太阳能集热板出水口处的远传水表；所述监控部分包括：微处理器、传感器模块、存储模块、触摸屏显示装置和通信模块；所述传感器模块包括：温度采集模块、水位采集模块和光照度采集模块，分别设置在装置部分上，并分别与微处理器连接；所述传感器模块采集温度、水位、光照度信息并传送至微处理器；所述存储模块、触摸屏显示装置和通信模块与微处理器连接；所述微处理器通过通信模块获取远传电表和远传水表的数据。
优选地，所述温度采集模块包括热敏电阻温度传感器和PT1000铂电阻温度传感器；所述热敏电阻温度传感器设置在太阳能集热板入水口、水箱以及太阳能集热板和水箱之间的回水管上；所述PT1000铂电阻温度传感器设置在太阳能集热板出水口。
优选地，所述水位采集模块包括扩散硅压力传感器，所述扩散硅压力传感器设置在水箱中。
优选地，所述通信模块为RS485，所述RS485通过串口与微处理器连接。
进一步地，所述通信模块还包括网口通信模块，采用UDP通信方式通过互联网连接远程监控系统。
优选地，通过所述触摸屏显示装置可设置和显示装置部分的运行参数，可显示装置部分的太阳能集热板产能、常规能源替代量、常规能源耗能量、太阳能保证率。
优选地，所述存储模块中历史配置数据和历史运行数据分开存储。
本实用新型维护和管理难度小、工程成本低和可靠性高，可以直接显示丰富的太阳能热水系统节能减排数据，通过互联网实现远程监控。
本实用新型的特点在于：第一，采用PT1000铂电阻温度传感器采集集热板出水口温度，测温精度高、测温范围广和故障率低。第二，通过网口通信模块将控制器直接接入以太网来进行远程监控，维护和管理难度小。第三，触摸屏显示和设置太阳能热水系统运行参数和报警阈值，便于现场调试和维护。第四，可以直接显示集热板产能、常规能源替代量、常规能源耗能量、太阳能保证率等节能减排数据。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：
图1为本实用新型实施例中整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例中热敏电阻温度传感器调理电路图电路图；
图3为本实用新型实施例中PT1000铂电阻温度传感器恒流源驱动电路图；
图4为本实用新型实施例中PT1000铂电阻温度传感器信号调理电路图；
图5为本实用新型实施例中扩散硅压力传感器调理电路图；
图6为本实用新型实施例中网口通信模块电路图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文对本实用新型实施例作详细说明如下：
1.整体结构
如图1所示，本实施例公开的太阳能中央热水系统监控装置，包括：装置部分和监控部分；装置部分包括通过水管相连接的太阳能集热板和水箱、辅助加热装置、记录辅助加热装置耗电量的远传电表、设置在太阳能集热板出水口处的远传水表；监控部分包括：微处理器（MCU）、传感器模块、存储模块、触摸屏显示装置和通信模块；传感器模块包括：温度采集模块、水位采集模块和光照度采集模块，分别设置在装置部分上，并分别与微处理器连接；传感器模块采集温度、水位、光照度信息并传送至微处理器；存储模块、触摸屏显示装置和通信模块与微处理器连接；微处理器通过通信模块获取远传电表和远传水表的数据。
温度采集模块包括热敏电阻温度传感器和PT1000铂电阻温度传感器；热敏电阻温度传感器设置在太阳能集热板入水口、水箱以及太阳能集热板和水箱之间的回水管上；PT1000铂电阻温度传感器设置在太阳能集热板出水口。
水位采集模块包括扩散硅压力传感器，设置扩散硅压力传感器在水箱中。
在本实施例中，选用7路热敏电阻温度传感器、3路PT1000铂电阻温度传感器和2路扩散硅压力传感器。
光照度采集模块选用太阳能总辐照度传感器。
通信模块为RS485，RS485通过串口与微处理器连接。
通信模块还包括网口通信模块，采用UDP通信方式通过互联网连接远程监控系统。
通过触摸屏显示装置可设置和显示装置部分的运行参数，可显示装置部分的太阳能集热板产能、常规能源替代量、常规能源耗能量、太阳能保证率。
存储模块中历史配置数据和历史运行数据分开存储。
在本实施例中远传水表安装在太阳能集热板出水口的水管管道上，当天第一条流量数据Collector_Out_flow1，当天最后一条流量数据记为Collector_Out_flow2。PT1000铂电阻温度传感器安装在太阳能集热板出水口的水管管道上，太阳能集热板出水口当天8:00-18:00的时间段内平均水温记为Temp_Aver_Out，热敏电阻温度传感器安装在太阳能集热板入水口的水管管道上，太阳能集热板入水口当天8:00-18:00的时间段内平均水温记为Temp_Aver_In。远传电表记录辅助加热装置如空气源热泵、电锅炉等耗电量，远传电表当天第一条数据记为AirHeat_Elec1，当天最后一条数据记为AirHeat_Elec2。温度、电表、水表的历史数据全部保存在存储单元中，由这些原始数据计算出太阳能集热板产能、常规能源替代量、常规能源耗能量、太阳能保证率。
其中，集热板产能= 4.28×（Collector_Out_flow2－CollectorX_Out_flow1）×（Temp_Aver_Out－Temp_Aver_In）；
常规能源替代量=集热板产能/(29.309000×0.65)；
常规能源耗能量=AirHeat_Elec2－AirHeat_Elec1；
太阳能保证率=集热板产能×100%/(集热板产能+常规能源耗能量×3.6)。
2.热敏电阻温度传感器调理电路
如图2所示，热敏电阻温度传感器调理电路包括：8选1模拟选择器U401、运放U402A、接插件J401、排阻RP401、电阻R401、电容C401、C402、C403、二极管D400，7路热敏电阻温度传感器接入接插件J401，再分别经排阻RP401接入8选1模拟选择器U401管脚上，电容C401跨接在8选1模拟选择器U401的7脚和16脚之间，8选1模拟选择器U401的16脚接5V电源，8选1模拟选择器U401的6脚、7脚和8脚接地，8选1模拟选择器U401的9脚、10脚和11脚接MCU的管脚上，8选1模拟选择器U401的3脚接运放U402A的同相输入端，运放U402A的反向输入端接其输出端，运放U402A的输出端经电阻R401、电容C403接地，经电阻R401、二极管D400接3.3V电源，运放U402A的输出端经电阻R401接微处理器的管脚上。
3.PT1000铂电阻温度传感器恒流源驱动电路
如图3所示，PT1000铂电阻温度传感器恒流源驱动电路包括：ADR421基准电压源U22，OP07运放U10、U11，电阻R200、R201、R202、R203、R204、R205，可调电阻RP1、RP2和电容C200、C201、C202；电容C202接基准电压输出，基准电压源U22输出经电阻R201接OPA277运放U11同向输入端，电阻R201与R200串联接OPA277运放U10的输出端和反向输入端；OPA277运放U11的反向输入端经电阻R202接地，经电阻R203接OPA277运放U11的输出端；运放U3的同向输入端经电位器调节电阻构成的参考电阻接OPA277运放U11的输出端。
4.PT1000铂电阻温度传感器信号调理电路
如图4所示，PT1000铂电阻温度传感器信号调理电路包括：OPA277运放U12、U13，铂电阻PT1000，电阻R207、R208、R209、R210，可调电阻RP3、RP4；参考电流输入铂电阻PT1000经可调电阻构成的零度电阻接地，U12反向输入端接输出端，同向输入端接铂电阻PT1000电流输入端，OPA277运放U13同向输入端接铂电阻PT1000电流输出端，反向输入端经R209接地，经R210接输出端，OPA277运放U12、U13输出电压分别接高精度AD转换器TM7705的7脚和8脚。
5.扩散硅压力传感器调理电路
如图5所示，扩散硅压力传感器调理电路包括：电阻R415、R433，电容C409，二极管D425，接插件J406，一路扩散硅压力传感器接在接插件J406的1脚和2脚上，接插件J406的2脚经R415和C409接地、经R433接地，R415的另一端经D425接3.3V电源，R415的另一端接微处理器管脚上。
VCC为压力传感器提供工作电源，压力传感器将测量到的水位转化为电流信号输入Water_Inx端，在R433上产生电压，通过微处理器的内部AD就可以测量该电阻上的电压，然后根据对应的公式就可以换算出水位。
6.网口通信模块电路图
如图6所示，所述的网口通信模块电路包括：ENC28J60网络芯片U401，J001121B网口插座U402，25M晶振Y401，电感L401、L402，电阻R401、R402、R403、R404、R405、R406、R407、R408、R409，电容C401、C402、C403、C404、C405、C406，ENC28J60网络芯片U401的8脚、10脚分别经R402、R401接入3.3V电源，ENC28J60网络芯片U401的6-10脚分别接入微处理器，ENC28J60网络芯片U401的25、20、19、15、28脚串接在一起再经电感L402接入3.3V电源同时经电容C403接入地，ENC28J60网络芯片U401的14脚经电阻R409接地，ENC28J60网络芯片U401的1脚经电容C404接地，ENC28J60网络芯片U401的23脚和24脚串接在晶振Y401两端再分别经电容C405、C406接地，ENC28J60网络芯片U401的12脚经电阻R406、电容C402接地，ENC28J60网络芯片U401的13脚经电阻R405、电容C402接地，ENC28J60网络芯片U401的16脚、17脚分别经R404、R403接入J001121B网口插座U402的4脚，ENC28J60网络芯片U401的26脚、27脚分别经电阻R408接入J001121B网口插座U402的12脚、经电阻R407接入J001121B网口插座U402的9脚，J001121B网口插座U402的8、13、14、10、11脚串接在一起再接地，J001121B网口插座U402的1、2、3、5脚分别与ENC28J60网络芯片U401的17、16、13、12脚相连接，J001121B网口插座U402的6脚经电容C402接地，J001121B网口插座U402的4脚经电容C401接地、经电感L401接入电源3.3V。
7.控制器工作流程
本实施例中控制器的工作流程如下：
步骤801：启动装置，初始化微处理器、通信模块等外设资源，判断网络总线是否收到数据，如有则执行步骤803根据网络数据包的类型进行相对应的处理，否则执行步骤804。
步骤804：判断串口通讯网络是否出错，若是则执行步骤805初始化串口相关参数，重置串口缓冲区，否则执行步骤806。
步骤803：判断串口接收缓冲区是否已满，若是则执行步骤807进行串口数据接收处理，读取串口数据，否则执行步骤808。
步骤808：采集温度、水位、辐照度数据任务时间是否已到，若是则执行步骤809进行数据采集任务处理，否则执行步骤810。
步骤805：判断网络心跳包任务时间是否已到，若是则执行步骤811进行心跳包任务处理，按照自定义的心跳包格式组数据包调UDP发送，否则执行步骤812。
步骤812：采集远传水表、远传电表数据时间是否已到，若是则执行步骤813采集远传水表、远传电表数据并通过网络转发，否则执行步骤814。
步骤814：通过DHCP获取IP地址时间是否已到，若是则执行步骤815进行DHCP处理获取IP地址，否则执行步骤816。
步骤816：控制任务时间是否已到，若是则执行步骤817根据控制逻辑去控制执行机构的运行，否则执行步骤818。
步骤818：串口服务是否超时，若是则执行步骤819重置串口缓冲区，否则执行步骤820。
步骤820：网口服务是否超时，若是则执行步骤821重置定时器且重置网口缓冲区，否则执行步骤822。
步骤822：结束。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的太阳能中央热水系统监控装置，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。