CN111550935A - 一种太阳能热水器进出水管防冻系统 - Google Patents

一种太阳能热水器进出水管防冻系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器进出水管防冻系统，涉及太阳能热水器领域，包括位于太阳能热水器的进出水管穿墙位置的数字温度计、数值比较模块以及安装在太阳能热水器内胆与进出水管的连接处的蠕动泵；数值比较模块为两片级联的四位数值比较器；数字温度计用于采集进出水管内部的水温并发送至数值比较模块；数值比较模块用于当水温低于设定温度值时输出蠕动泵工作指令以控制蠕动泵工作。本发明具有自动控制太阳能热水器进出水管内温度的功能，实现管内微型水循环，达到管内水温保持恒定温度的目的，解决了太阳能热水器进出水管冬季冻裂以及每次使用太阳能热水器不能直接流下热水的难题。

Description

一种太阳能热水器进出水管防冻系统
技术领域
本发明涉及太阳能热水器领域，特别是涉及一种太阳能热水器进出水管防冻系统。
背景技术
现有技术中，采取的是在太阳能热水器进出水管外壁上缠绕电伴热带，然后外裹保温材料并用铝箔胶带固定，且在冬季需要采用不断电加热方式，才能使太阳能热水器进出水管不至于冻裂。现在采用电伴热带加热方式，存在的缺点是一晚不断电，耗电量大，加热效率低，且存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能热水器进出水管防冻系统，具有自动控制太阳能热水器进出水管内温度的功能，实现管内微型水循环，达到管内水温保持恒定温度的目的，解决了太阳能热水器进出水管冬季冻裂以及每次使用太阳能热水器不能直接流下热水的难题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种太阳能热水器进出水管防冻系统，包括：数字温度计、数据通信模块、数值比较模块以及蠕动泵；其中，所述数字温度计位于太阳能热水器的进出水管穿墙位置，所述蠕动泵安装在太阳能热水器内胆与所述进出水管的连接处；所述数值比较模块为两片级联的四位数值比较器；
所述数字温度计用于采集所述进出水管内部的水温，并通过所述数据通信模块将所述水温发送至所述数值比较模块；
所述数值比较模块用于获取所述水温，并当所述水温低于设定温度值时输出蠕动泵工作指令，然后将所述蠕动泵工作指令发送至所述蠕动泵以控制所述蠕动泵工作。
可选的，所述数据通信模块包括依次连接的红外遥控发射芯片、HC-05主机蓝牙模块、HC-05从机蓝牙模块和红外遥控接收芯片；其中，所述数字温度计与所述红外遥控发射芯片连接，所述数值比较模块与所述红外遥控接收芯片连接，所述红外遥控发射芯片的型号为PT2262，所述红外遥控接收芯片的型号为PT2272。
可选的，所述数字温度计用于采集所述进出水管内部的水温数据，并所述水温数据进行处理得到七位二进制数据，然后将低六位二进制数据传输至所述红外遥控发射芯片。
可选的，所述数字温度计包括依次连接的温度传感器电路、信号放大电路和A/D转换器；其中，所述温度传感器电路采用单电源供电模式；所述A/D转换器与所述红外遥控发射芯片连接。
可选的，所述数值比较模块包括两个相同的四位数值比较器，分别为第一四位数值比较器和第二四位数值比较器；其中，所述红外遥控接收芯片的低四位数据端引脚与所述第一四位数值比较器相连，所述红外遥控接收芯片的高两位数据端引脚与所述第二四位数值比较器相连。
可选的，每个所述四位数值比较器均包括A类引脚、B类引脚、A>B输入引脚、A<B输入引脚、A＝B输入引脚、A>B输出引脚、A<B输出引脚和A＝B输出引脚；所述第一四位数值比较器的A>B输出引脚与所述第二四位数值比较器的A>B输入引脚相连，所述第一四位数值比较器的A<B输出引脚与所述第二四位数值比较器的A<B输入引脚相连，所述第一四位数值比较器的A＝B输出引脚与所述第二四位数值比较器的A＝B输入引脚相连；其中，所述A类引脚有4个，所述B类引脚有四个。
可选的，所述四位数值比较器的型号为N74LS85。
可选的，还包括运算放大器；所述第二四位数值比较器的A<B输出引脚与所述运算放大器的输入端相连，所述运算放大器的输出端与所述蠕动泵相连；其中，所述运算放大器的输出端与所述运算放大器的输入端的相位相同，所述运算放大器的型号为LM358。
可选的，所述运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路；其中，所述运算放大器的输入级为差分放大电路，所述运算放大器的中间级为共射极放大电路，所述运算放大器的输出级与所述蠕动泵相连。
可选的，所述进出水管内套硅胶管，所述硅胶管的一头在所述进出水管的室内端，所述硅胶管的另一头与所述蠕动泵的一端的连接，所述蠕动泵的另一端与所述太阳能热水器内胆连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种太阳能热水器进出水管防冻系统，通过将数字温度计设置太阳能热水器的进出水管穿墙位置，将蠕动泵安装在太阳能热水器内胆与进出水管的连接处，将数值比较模块采用两片级联的四位数值比较器，将数值比较模块通过数字温度计采集的水温控制蠕动泵工作，实现自动控制太阳能热水器进出水管内温度的功能，达到管内水温保持恒定温度的目的，解决了太阳能热水器进出水管冬季冻裂以及每次使用太阳能热水器不能直接流下热水的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种太阳能热水器进出水管防冻系统的结构框图；
图2为本发明一种太阳能热水器进出水管防冻系统的信号流向图；
图3为本发明一种太阳能热水器进出水管防冻系统的电路图；图3(a)为数字温度计、PT2262以及HC-05主机蓝牙模块相连的电路图；图3(b)为HC-05从机蓝牙模块、PT2272、四位数值比较器、运算放大器以及蠕动泵相连的电路图；
图4为本发明HC-05蓝牙模块电路图；
图5为本发明数字温度计电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种太阳能热水器进出水管防冻系统，具有自动控制太阳能热水器进出水管内温度的功能，实现管内微型水循环，达到管内水温保持恒定温度的目的，解决了太阳能热水器进出水管冬季冻裂以及每次使用太阳能热水器不能直接流下热水的难题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供了一种太阳能热水器进出水管防冻系统，包括数字温度计、数据通信模块、数值比较模块以及蠕动泵；其中，数字温度计位于太阳能热水器的进出水管穿墙位置，蠕动泵安装在太阳能热水器内胆与进出水管的连接处。
数字温度计用于采集进出水管内部的水温，并通过数据通信模块将水温发送至数值比较模块。
数值比较模块用于获取水温，并当水温低于设定温度值时输出蠕动泵工作指令，然后将蠕动泵工作指令发送至蠕动泵以控制蠕动泵工作。
下面分别介绍各个模块/器件，其信号流向图如图2所示，其电路连接关系图如图3所示。
数据通信模块
数据通信模块包括依次连接的红外遥控发射芯片、HC-05主机蓝牙模块、HC-05从机蓝牙模块和红外遥控接收芯片；其中，红外遥控发射芯片的型号为PT2262，红外遥控接收芯片的型号为PT2272。数字温度计与红外遥控发射芯片连接，数值比较模块与红外遥控接收芯片连接。
PT2262/PT2272是一对带地址编码、数据编码功能的红外遥控发射芯片/红外遥控接收芯片，是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路。PT2262的A0引脚-A7引脚均是地址引脚，用于地址编码。PT2262最多设有6位(D0-D5)数据端引脚，设定的地址码和数据码均从17引脚串行输出，连接到HC-05主机蓝牙模块的RXD(数据接收)引脚。PT2262发出的编码信号为由地址码、数据码、同步码组成的一个完整码字，HC-05从机蓝牙模块接收到HC-05主机蓝牙模块发送的数据后，将数据通过HC-05从机蓝牙模块的TXD引脚传送到PT2272，PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，PT2272的VT引脚才输出高电平，与此同时相应的PT2272的(D0-D5)数据端引脚也输出高电平；其中，PT2272的(D0-D5)数据端引脚接到数值比较模块上。
HC-05蓝牙模块的电路图如图4所示，本实施例提供的HC-05蓝牙模块不用AT模式，采用一般蓝牙通讯。将HC-05蓝牙模块上电同时(或者之前),将KEY接高电平，此时指示灯慢闪(1秒亮一次)，HC-05蓝牙模块进入AT状态，此时波特率固定38400。将HC-05蓝牙模块上电后，将KEY悬空或者接地，此时指示灯快闪(1秒2次)，表示HC-05蓝牙模块进入可配对状态。此时如果将KEY接高电平，HC-05蓝牙模块也会进入AT状态。但是指示灯依然是快闪(1秒2次)。HC-05蓝牙模块配对成功，此时STA双闪(一次闪2下，2秒闪一次)，PIO11引脚置高即可设置为主模块。
数字温度计
由于数字温度计需要读取太阳能热水器进出水管内部的水温数据，所以需要将数字温度计安置在将要到达室内但仍在室外，即进出水管穿透墙的位置，此处水温数据与环境温度几乎相同。然后数字温度计按二进制编码方式将水温数据传输到PT2262中，数字温度计传输出去的数据是七位二进制数据，而PT2262最多设有6位(D0-D5)数据端引脚，6位二进制编码表最多可以编码2^6＝64种状态，足以通过启动蠕动泵实现水循环的环境需求，所以将数字温度计的低六位二进制数据接到PT2262的6个数据端引脚上。
数字温度计的电路图如图5所示，该数字温度计包括依次连接的温度传感器电路、信号放大电路和A/D转换器。其中，A/D转换器与红外遥控发射芯片连接。
温度传感器(型号为LM35)电路：温度传感器电路的输出电压与摄氏温度的线形关系为Vout-LM35(t)＝10mv/℃×T℃。温度传感器电路的电源供应模式有单电源与正负双电源两种供电模式，正负双电源供电模式可提供负温度的测量，单电源供电模式在25℃下电流约为50mA，非常省电。所以，本实施例所述的温度传感器电路采用的是单电源供电模式。
信号放大电路：由于温度传感器电路的输出电压范围为0～0.99V，虽然该输出电压范围在A/D转换器的输入允许电压范围内，但该输出电压信号较弱，如果不进行信号放大处理，直接进行A/D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。本实施例选用通用型放大器(型号为μA741)对温度传感器电路的输出电压进行幅度放大，还可对其进行阻抗匹配、波形变换、噪声抑制等处理。本实施例所述的信号放大电路采取同相输入，输出电压的放大倍数为5倍。其中，图3中数字温度计的DB0-8引脚为图5中ADC0804的DB0-DB8引脚。
数值比较模块
数值比较模块为两片级联的四位数值比较器，包括型号均为N74LS85的第一四位数值比较器和第二四位数值比较器。其中，PT2272的低四位数据端引脚连接到第一四位数值比较器上，PT2272的高两位数据端引脚与第二四位数值比较器相连。
四位数值比较器有A类引脚和B类两类，每个四位数值比较器的A类引脚有4个，同样每个四位数值比较器的B类引脚也有四个，每个四位数值比较器还有A>B输入引脚、A<B输入引脚、A＝B输入引脚、A>B输出引脚、A<B输出引脚、A＝B输出引脚，符合哪个条件，哪个引脚输出高电平。
四位数值比较器中两个4位数的比较是从A类引脚的最高位A3引脚和B类引脚的最高位B3引脚进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。若最高位A3＝B3，则再比较次高位A2引脚和B2引脚，余类推。对于两个8位数，若高4位相同，它们的大小则由低4位的比较结果确定。所以，两片级联的四位数值比较器用作8位数值比较时，低4位的比较结果应作为高4位的条件，所以低4位四位数值比较器的输出端应分别与高4位四位数值比较器的A>B输出引脚、A<B输出引脚、A＝B输出引脚连接，即第一四位数值比较器的A>B输出引脚与第二四位数值比较器的A>B输入引脚相连，第一四位数值比较器的A<B输出引脚与第二四位数值比较器的A<B输入引脚相连，第一四位数值比较器的A＝B输出引脚与第二四位数值比较器的A＝B输入引脚相连。
当第二四位数值比较器的A<B输出引脚输出高电平时启动蠕动泵，即进出水管室内端的温度低于设定温度时启动蠕动泵，本实施例将启动蠕动泵的阀门温度设定在3℃(二进制00000011)，若将启动蠕动泵的阀门温度设置为42℃(二进制00101010)，便可以保证每次使用太阳能热水器直接获得热水。
蠕动泵
为了启动蠕动泵，不能直接将四位数值比较器(型号为N74LS85)的A<B输出引脚与蠕动泵直接相连，因为四位数值比较器的所有引脚输出的高电平在3V左右，一般房屋高3米，太阳能热水器内胆高度为四米，要想将水吸到四米的高度，3V的电压是不足的，所以将四位数值比较器的A<B输出引脚与运算放大器(型号为LM358)的输入端相连，运算放大器的输出端与蠕动泵相连，且输出端与输入端的相位相同。
本实施例提供的运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路，其中，输入级是差分放大电路，具有高输入电阻和抑制零点漂移能力；中间级一般由共射极放大电路构成，主要进行电压放大，具有高电压放大倍数、带载能力强、低输出电阻等优点；输出级与蠕动泵相连。
蠕动泵及HC-05从机蓝牙模块、PT2272、N74LS85、运算放大器部分安装在太阳能热水器内胆与进出水管连接处；其中，进出水管内套3.0*5.0mm硅胶管，硅胶管的一头在进出水管室内端，硅胶管的另一头与蠕动泵的一端的连接，蠕动泵的另一端与太阳能热水器内胆连接，进而将进出水管内的水与太阳能热水器水箱内的水进行循环，使之流动起来，保持进出水管内水温在恒定数值，达到防冻的目的。
本发明提出了一种具有自动控制太阳能热水器进出水管内温度实现管内微型水循环，达到管内水温保持恒定温度的防冻系统，通过设置数字温度计、PT2262、主从一体蓝牙发送接收器、PT2272、N74LS85四位数值比较器、运算放大器、蠕动泵，将进出水管内的水与太阳能热水器内胆的热水进行循环交换，保持进出水管内部水温恒定，达到冬季进出水管防冻的目的，克服了现有电伴加热方式存在的耗电量大、有安全隐患、需要每天晚上人为的接通断开电源、不能实现自动控制进出水管的温度、无法控制加热的温度、没有反馈功能、不能自动控制、浪费等缺陷。
本发明全部采用模拟与数字电路，电路更加简便化、微型化，不是庞大的电路设备，只是一小块集成电路，耗电小、体积小、经济；本发明均通过电子设备来实现，且电路稳定，抗干扰性强，可靠性高，从而提高了整机电路工作的可靠性，提高了电路的工作性能和一致性。本发明采用泵循环，不必担心设备的安全性。本发明采用蓝牙无线通讯，蓝牙频段不需要得到许可即可通讯，又减少了布线，更加整洁。
本发明所要解决的技术问题的是。本发明耗电量小，使用直流供电，除运算放大器的供电电压超过10V外，其余电子元件供电电压仅为5V。本身靠电伴加热的加热方式就耗电量大，做不到节能，本发明不用加热保证温度的方法，而采用蠕动泵循环的方法，且被测水温低于3℃才启动蠕动泵，高于3℃即停止工作，而不是整晚不间断工作。
以典型内径12毫米外径16毫米的四分水管计算，一米长水管储水为π·r2·d＝3.14×(6×10-3)2*1＝0.000011304m2＝0.11304L，一般平方太阳能热水器进出水管为5米，管内水量为0.5652L，蠕动泵功率为1.3L/min，30秒即可将进出水管内水替换为太阳能热水器内胆中的热水，即完成一次循环。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，包括：数字温度计、数据通信模块、数值比较模块以及蠕动泵；其中，所述数字温度计位于太阳能热水器的进出水管穿墙位置，所述蠕动泵安装在太阳能热水器内胆与所述进出水管的连接处；所述数值比较模块为两片级联的四位数值比较器；
所述数字温度计用于采集所述进出水管内部的水温，并通过所述数据通信模块将所述水温发送至所述数值比较模块；
所述数值比较模块用于获取所述水温，并当所述水温低于设定温度值时输出蠕动泵工作指令，然后将所述蠕动泵工作指令发送至所述蠕动泵以控制所述蠕动泵工作。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，所述数据通信模块包括依次连接的红外遥控发射芯片、HC-05主机蓝牙模块、HC-05从机蓝牙模块和红外遥控接收芯片；其中，所述数字温度计与所述红外遥控发射芯片连接，所述数值比较模块与所述红外遥控接收芯片连接，所述红外遥控发射芯片的型号为PT2262，所述红外遥控接收芯片的型号为PT2272。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，所述数字温度计用于采集所述进出水管内部的水温数据，并所述水温数据进行处理得到七位二进制数据，然后将低六位二进制数据传输至所述红外遥控发射芯片。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，所述数字温度计包括依次连接的温度传感器电路、信号放大电路和A/D转换器；其中，所述温度传感器电路采用单电源供电模式；所述A/D转换器与所述红外遥控发射芯片连接。
5.根据权利要求2所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，所述数值比较模块包括两个相同的四位数值比较器，分别为第一四位数值比较器和第二四位数值比较器；其中，所述红外遥控接收芯片的低四位数据端引脚与所述第一四位数值比较器相连，所述红外遥控接收芯片的高两位数据端引脚与所述第二四位数值比较器相连。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，每个所述四位数值比较器均包括A类引脚、B类引脚、A>B输入引脚、A<B输入引脚、A＝B输入引脚、A>B输出引脚、A<B输出引脚和A＝B输出引脚；所述第一四位数值比较器的A>B输出引脚与所述第二四位数值比较器的A>B输入引脚相连，所述第一四位数值比较器的A<B输出引脚与所述第二四位数值比较器的A<B输入引脚相连，所述第一四位数值比较器的A＝B输出引脚与所述第二四位数值比较器的A＝B输入引脚相连；其中，所述A类引脚有4个，所述B类引脚有四个。
7.根据权利要求5所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，所述四位数值比较器的型号为N74LS85。
8.根据权利要求6所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，还包括运算放大器；所述第二四位数值比较器的A<B输出引脚与所述运算放大器的输入端相连，所述运算放大器的输出端与所述蠕动泵相连；其中，所述运算放大器的输出端与所述运算放大器的输入端的相位相同，所述运算放大器的型号为LM358。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，所述运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路；其中，所述运算放大器的输入级为差分放大电路，所述运算放大器的中间级为共射极放大电路，所述运算放大器的输出级与所述蠕动泵相连。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器进出水管防冻系统，其特征在于，所述进出水管内套硅胶管，所述硅胶管的一头在所述进出水管的室内端，所述硅胶管的另一头与所述蠕动泵的一端的连接，所述蠕动泵的另一端与所述太阳能热水器内胆连接。
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