空气能热水机组控制器的设计阐述
热泵热水器利用的是清洁的电能和空(能(太阳能)，与传统热水器相比，具有节能、安全、环保三大特点:缺点是使用范围有限，设备造价相对高一些， 而且还要考虑备用热源的问题。因此主要应用于商业领域，尤其是在酒店宾馆、医院、学校、休闲场所等商用公用事业方面应用广泛。 控制系统是整个热泵热水系统的指挥中心，现有的热泵热水控 创器加热时间长， 故障保护不完善，低温条件制热效率低，不能进行联网通信实现远程控制等方面的不足影响了热泵热水器在重大范围的推广使用。下面介绍以ATmegal6单片机为核心设计的热泵机组控制器，针对双压机双盘管的双系统，力求缩短加热时间， 并设计出针对压缩机故障、传感器故障的保护功能，针对低温温环境的冬季防冻和化霜功能，用于挂接线控面板实现远程控制的联网通信功能。
为了监测机组的运行，在各个关键环节上安置了传感器。一是温度传感器， 分别检测水箱温度、出水温度、环境温度、盘管温度和压缩机排(温度等共10个模拟信号。考虑到热水器对温度检测精度的要求和产品的成本，采用负温度系数(NTC)热敏电阳来检测热泵热水器的各种温度。二是开关量传感器，如压缩机的进、排气压力保护开关，循环管路的流量开关，用于调节风机转速的压力开关，用于测量水箱液位是否达到高低限和水箱缺水保护的三个液位开关等共11个开关量。!
热泵热水器的控制对象主要有压缩机、电加热、风机、四通阀、补水电磁阀、水泵等。这些设备的控制量都是开关量，故都采用继电器来控制。控制器采集到的温度信号和开关量信号经过控制器分析处理做出响应，完成相应的控制。
控制器之间通过RS- -485通信总线实现联网，一一个系统配置有惟一的主模块控制器，其余的都被设置成从模块控制器，每个从模块控制器控制两个压缩机和- -一个循环水泵，检测本模块的出水温度和室外的盘管温度及每台压缩机的排气温度。主模块控制器还检测总的水箱温度、总的出水温度和室外环境温度，并且通过RS 232接口用于PC监控整个系统的运行。控制器系统网络结构框控制器系统网络结构框
为从模块挂接在RS -485总线上，用王线控操作面板同样作为实现控制系统的人机界面，方便远程控制。为了实现控制系统功能，要求有开关机、系统参数设定、时间设定等功能，并能够进行温度和机组状态的查询。控制器针对传感器的短路或断路问题，在界面上显示故障代码，系统关机。针对系统严重故障，如压缩机运行中出现的高压或低压保护，系统报警关机。
4.2.1控制器硬件 系统
通过方案设计，可以确定控制系统的硬件结构，即温度传感器输入的模拟量经过温度采集模块送入单片机;开关量经过保护电路后也送入单片机;实时时钟模块保持与单片机的通信，用于系统计时;输出控制部分，需要外围驱动电路来控制继电器;通信部分，通过RS- -485接口模块挂接到通信总线上实现联网功能，RS-485的总线式拓扑结构允许在同一总线上最多可以挂接128个节点。线控操作面板，同样通过RS -485接口模块挂接到RS-485总线上，它包含LCD显示模块和便捷的按键电路，提供给用户灵活的操作，监控总线上的所有控制器。系统硬件结构框
主控芯片ATmega16
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。 由于其先进的指令集及单时钟周期指令执行时间， ATmega16的数据吞吐率高达IMIPSMHz。通过将8位RISCCPU与系统内可编程的FLASH集成在个芯片内， ATmegal6成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
ATmegal6具有如下特点: 16KB 的系统内可编程FLASH (具有同时读写的力)，512B E' PROM, 1KB SRAM; 32个通用I/0口线，确保足够的I/O0口线可以用于开关量采集和开关量控制:用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程: 3个具有比较模式的灵活定时器计数器(T/C),其中之一具有独立振荡器，可以用于实现实时时钟(RTC),从而简化外围电路设计，节省了空间，也提高了效率; 3个片外中断源，可以灵活使用: 1个可编程串行USART,用于RS-485通信: 8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC,用于温度模拟量的采集: 6个可以通过软件进行选择的省电模式，面向低功耗应用:另外，还有两线串行接口(Two-Wire Serial Ierface TWD, 1个串行外设接口(Serial Pripheral lerftecete SP),便于系统的更新升级。
2.温度采集模块
系统的温度传感器输入信号使用同样的调理电路，用模拟开 关器件轮流选择每一通道， 以达到分时采样的目的。这样既简化了外围电路，也节省了有限的ADC通道。使用的温度传感器类利为负温度系数(NTC)热敏电阻，型号为MF51C3470-502 和MF51C3470-103,阻值精度为土1%。前者用于对温度变化范围较小的环境温度和盘管温度的检测，后者用于对水温和排气温度的检测。
热水器的最大使用概率温度约为45"C(318.15K),取一个电阻R.其阻值为45"C时的热敏电阻值,将热敏电阻R，与R串联。随着沮度的改变，热敏电阻的阻值变化，两端电压也随之变化，45°C时对应的电压正好为参考电压的1/2,从而在参考电压范围内更好地测量温度。转换成的电压信号经由模拟开关选通，进入放大器构成的阶低通滤波电路，用于消除噪声干扰和提高阻抗特性。最后，信号输入到ATmegal6的ADC引脚，转换为数字信号供控制器做后续处理。
3.驱动控制模块
热泵热水机组控制器所控制的压缩机、风机、循环水泵等设备的工作电压均为AC220V 50Hz,根据实际要求选用型号为JQX-36F 的继电器(线圈电压为12V，触点负载为AC220V-10A)来控制强电。由于输出控制信号较多，采用集成多路驱动芯片ULN2003构成驱动电路来控制线圈得电或断电，从而简化电路。芯片内部电路，芯片1~7引脚是信号输入端(11~17), 10~16引脚是信号输出端(01~07)，8引脚接地，9引脚接电源，继电器线圈接在电源端与输出端之间(9引脚和01 ~07引脚之间)。
根据ULN203的输入、输出特性，当UN203输入端为高电平时，对应的输出端输出低电平，继电器线圈通电， 继电器触点吸合:当ULN2003 输入端为低电平时，继电器线圈断电， 继电器触点断开:在ULN2003内部已集成起反向续流作用的二极管，用于继电器线圈电感性电路的瞬态反向过电压抑制。
4. RS-485通信模块
所有控制器与线控面板通过RS- 485总线实现联网通信，控制信号和机组状态等数据通过RS-485总线进行传送。RS-485 接口具有良好的抗噪声干扰性能，传输距离长和具备多站能力等优点使其成为首选的串行接口。因为RS-485 接口组成的半双工网络，一般只需两根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。
设计中选用美国MAXIM公司的MAX485芯片来实现RS- 485接口电路。其性能特点是总线上最多可挂接32个发送器，数据传输速率为2.5Mbi/s,具备发送和接收使能控制引脚。DE是MAX485的驱动器控制端，DE=1,驱动器工作(发送); DE-0, 且RE=0, 接收器工作(接收)。DI为驱动器输入，RO为接收器输出，分别作为单片机UART模块的TxD和RxD. MAX485的差分信号A和B端则直接连接到RS 485总线。单片机与MAX485的连接 5. LCD显示模块
LCD显示模块是线控面板的主要组成部分，负责显示机组状态信息以便与用户的交互。为了使界面更加直观友好，设计中选用信利公司的图形点阵式液晶模块，型号为CMS-PG177DBSW-W。它属于STN类型LCD,点阵数为320x240,古空出为1/240， 集成32KB显示SRAM,内置生成LCD驱动电压的偏置电路，采用透射式LED背光照明，对比度可调，工作温度范围20~ 70C,集成液晶显示控制器为RA8835P3N,可以非常方便地通过8位数据总线与单片机接口。液晶模出CM-C1777DBSW.W与单片机ATmega16的接口电路 线控面板通过调节2个阻值为0~10kS2的电位器来改本源
屏的背光亮度和对比度。液晶模块与ATmegal6单片机相连接晶液晶8条数据线，以及读写信号RD和WD、片选信号 CSE和HAO、复位信号RST.其中，数据线与单片机的PC端口相连接.