CN205641575U - 一种智能太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能热水器领域，尤其涉及一种智能太阳能热水器。该热水器由太阳能水箱、智能恒温出水水箱、储水水箱、输水管道、电磁阀、水泵等相连而成，并由单片机控制各模块有序工作。当用户停止使用水时，将水管排空解决冻结问题，同时将水管里的水储存起来下次利用，用户可以根据自己的情况设置自己想要的温度实现了恒温出水的功能，当太阳能水箱中的水位偏低时，报警器就会自动发出警报，所以智能太阳能热水器管道防冻与节水装置经济方便地解决了太阳能热水器在使用中遇到的问题，可以使用户方便放心地在任何时候使用太阳能热水器。

Description

一种智能太阳能热水器

技术领域

本实用新型涉及太阳能热水器领域，尤其涉及一种智能太阳能热水器。

背景技术

众所周知，太阳能是无污染、可再生的绿色新能源，太阳能热水器因其绿色环保、经济、安全、使用寿命长的优势，广受欢迎，成为热水器行业的一个新星，成为目前热水器行业的首选产品，走进千家万户。在城镇居民家庭中几近普及，在乡村家庭中也越来越多的获得使用。经过多方面调查研究可以发现：目前，太阳能热水器的使用量在中国是非常巨大的，中国已经成为全球太阳能热水器使用量最大的国度。因此，太阳能热水器输水管道防冻与节水智能装置的用户市场非常广阔巨大。

然而，中国的四季温度变化较大，所以太阳能热水器在实际的使用中出水水温很不稳定，尤其北方冬季严寒，管道容易冻结，轻者不能正常输水，重者管道破损，严重影响了人们在工作生活中的正常使用。很多用户采用慢速滴水的方法防冻，还有很多用户每天都会将太阳能热水器里的剩余水量放空，第二天再注入适当的水量，这样给使用者造成了很大麻烦和极大水资源浪费。随着社会的发展，水、电的价格日益上涨，使得太阳热水器的使用给人们带来了巨大的负担。在寒冷的冬天，由于没有办法解决冻结问题，所以很多家庭在冬季就放弃了实用太阳能热水器。我国是人口大国，但很多能源都是不可再生的，太阳能是无污染的可再生能新源，因此太阳能热水器有着广阔的市场前景，目前除了包防冻电热带以外还没有其他经济方便的方法，这样就对太阳能热水器的使用有了很大的制约性

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

一种智能太阳能热水器，其特征在于，包括：

管道，用以输送水；

太阳能水箱，用以储存水；

太阳能集热管，与所述太阳能水箱连接，用以采集太阳能加热所述太阳能水箱中储存的水；

储水水箱，通过所述管道与所述太阳能水箱连接；

恒温出水水箱，通过所述管道与所述太阳能水箱连接；

水泵，通过所述管道分别与所述储水水箱和所述恒温出水水箱连接；

若干电磁阀，设置在所述管道上；

单片机，与所述电磁阀连接，通过控制所述电磁阀的开关控制所述太阳能水箱出水状态；

其中，所述水泵通过所述管道与所述太阳能水箱连接，以向所述太阳能水箱供水。

上述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述智能太阳能热水器还包括：

变径三通管，设置在所述水泵与所述太阳能水箱连接的管道上，且所述储水水箱与所述变径三通管连接；

水龙头，通过所述管道分别与所述太阳能水箱、所述水泵和所述恒温出水水箱连接。

上述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述电磁阀为二位二通电磁阀和二位三通电磁阀。

上述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述二位二通电磁阀为4个，所述二位三通电磁阀为1个。

上述的智能太阳热水器，其特征在于，所述二位三通电磁阀设置在所述太阳能水箱出水端。

上述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述恒温出水水箱中还设置有超声波模块和温度传感器，且所述超声波模块和所述温度传感器均与所述单片机连接。

上述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述智能太阳能热水器还包括：

浴头，与所述恒温出水水箱连接；

加热装置，设置在所述恒温出水水箱中，并分别与所述温度传感器和所述单片机连接。

采用了上述技术方案的本实用新型的技术效果是：该热水器由太阳能水箱、智能恒温出水水箱、储水水箱、输水管道、电磁阀、水泵等相连而成，并由单片机控制各模块有序工作，使得目前问题得到智能化的解决，而且还实现了太阳能热水器恒温出水和节水的功能。

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置通过单片机控制电磁阀的开关，当用户停止使用水时，将水管排空解决冻结问题，同时将水管里的水储存起来下次利用，用户可以根据自己的情况设置自己想要的温度实现了恒温出水的功能，当太阳能水箱中的水位偏低时，报警器就会自动发出警报，所以智能太阳能热水器管道防冻与节水装置经济方便地解决了太阳能热水器在使用中遇到的问题，可以使用户方便放心地在任何时候受用太阳能热水器。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型水位检测电路示意图。

图中零部件标号如下：

1、太阳能水箱；2、二位三通电磁阀；3、二位二通电磁阀；4、恒温出水水箱；5、超声波模块；6、浴头；7、温度传感器；8、二位二通电磁阀；9、水龙头；10、二位二通电磁阀；11、变径三通管；12、水泵；13、单向阀；14、储水水箱；15、二位二通电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的说明，但是不作为本实用新型的限定。

本申请设计了智能太阳能热水器管道防冻与节水装置，此装置对解决太阳能热水器在使用过程中出现的问题有重要意义，本装置由太阳能水箱1、恒温出水水箱4、储水水箱14、输水管道、电磁阀、水泵12等相连而成，并由单片机控制各模块有序工作，使得上述问题得到智能化的解决，而且还实现了太阳能热水器恒温出水和节水的功能。

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置通过单片机控制电磁阀的开关，当用户停止使用水时，将水管排空解决冻结问题，同时将水管里的水储存起来下次利用，用户可以根据自己的情况设置自己想要的温度实现了恒温出水的功能，当太阳能水箱中的水位偏低时，报警器就会自动发出警报，所以智能太阳能热 水器管道防冻与节水装置经济方便地解决了太阳能热水器在使用中遇到的问题，可以使用户方便放心地在任何时候受用太阳能热水器。

如图1、图2所示，具体的，太阳能水箱1下面的二位三通电磁阀2是双线圈控制的，通电后一个阀门会打开，另一个阀门则会关闭，并且通电后电源会立刻关闭，这样会使阀门长时间处于一个状态。

当水量达到设定水位下限时，报警器示警，示警三十秒后，单片机会控制二位二通电磁阀10、二位三通电磁阀2和水泵12工作，阀门打开，由于水压的存在，自来水会沿着管道流入太阳能水箱。

当达到水位上限时，水位监测装置会给单片机一个信号，单片机会自动发出关闭二位二通电磁阀10、二位三通电磁阀2和水泵12的指令，同时会打开储水水箱14进水端的二位二通电磁阀15，这样由于水的自身重力作用，管道里的水会自动流入储水水箱14里储存起来，当生活用水或者是在向太阳能中加水时使用，由于储水水箱14下方用的是变径三通管11，由伯努利原理我们可以知道：流体速度较大的地方其压强相对就小，所以储水水箱14内储存的水会通过单向阀13再次利用。

在恒温出水水箱4中安装DS18B20温度传感器7，温度传感器7会不断采集温度，并在显示屏中显示，根据设定的温度，单片机会控制二位二通电磁阀3和二位二通电磁阀8来自动混水，从而实现恒温的出水功能。在恒温出水水箱4中安装超声波模块HC-SR04来感知水箱内水位变化，并在单片机控制下，来达到自动混水和停止混水的目的。

在太阳能热水器的实际使用中，由于自来水的使用水压比较高，所以给太阳能热水器注水时无需使用水泵12加压，只需单片机控制电磁阀打开阀门水就 可以直接将输送到太阳能热水器的水箱中。而在本申请中，部分高层的用户水压可能不够，只能用水泵加压使水克服重力将水输送到水箱里。在上水的过程中，单片机控制水泵进行工作，然后再控制相应电磁阀工作，电磁阀由关闭状态变为导通状态，这样自来水就可以在水压的作用下流入上面的太阳能水箱中，实现自动蓄水。

当太阳能水箱中的水位达到预设的高度时，超声波模块HC-SR04会给单片机一个信号，单片机控制相应电磁阀的阀门关闭，然后控制水泵12停止工作，同时控制相应电磁阀导通，此时管道中的水在重力的作用下会自动流入储水水箱14，达到管道排空的目的。

在储水水箱14的下水管道处安装一个单向阀13，这样管道里流出的水只能进入下面的储水水箱14，当打开单向阀13时水会沿着管道向下流。储水水箱14下面的管道很细，由伯努利原理可知：在水流或气流中，如果速度小，压力就大，如果速度大，压力就小。由此可知，当我们打开水龙头9的时候，水会沿着管道流出，流出的水可以当生活用水使用，使储存起来的水资源能够再次使用，这种设计既能防冻又能节约水资源。

当洗浴的时候，与恒温出水水箱4连接的浴头6放水，管道中的水被排空了，且二位三通电磁阀2接管道的阀门是关闭的，所以单片机会控制二位三通电磁阀2联通，同时会控制二位二通电磁阀3和二位二通电磁阀8的阀门打开，这样冷水和热水会根据设定的温度混水，所以打开淋浴开关的时候流出来的水即是可以直接淋浴的温水。当洗刷完毕后，通过按键控制二位二通电磁阀3和二位二通电磁阀8的阀门关闭，同时二位三通电磁阀2会关闭，二位二通电磁阀15也会打开，这样管道中的水由于重力作用会流入储水水箱。这种设计不仅 能够防冻，还可以节约大量的水资源。

在洗浴的过程中，恒温出水水箱中的水会不断变化，当水位高于水箱中设定的某个值时，超声波模块HC-SR04会检测出来并给单片机一个信号，单片机会立刻控制二位二通电磁阀3和二位二通电磁阀8的水阀关闭，停止混水，相反，当低于某个水位时会继续混水，这样使水箱总是有恒温不变的温水来使用。

恒温出水部分的设计原理的主控核心是低功耗的STC89C52RC单片机，用其主控恒温装置中恒温出水的温度和流量，并且采用太阳能发电技术，使太阳能所用的全部电力都来自于太阳能发电，这样可以使得系统节约一部分电能资源。

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置使用DS18B20作为温度传感器7，DS18B20是我们常用的数字化温度传感器，它具有体积小精度高的特点，在接线方面很是方便，温度传感器的传感器件和信号转化电路被很好的封装起来，形成了一个像三极管的集成电路因此适用于多种环境下。所以我们选用DS18B20温度传感器进行温度的采集，再将收集的温度信号进行数字化转换并在LCD12864液晶显示屏上显示。

实现温度采集和显示的电路，需要数字化温度传感器DS18B20采集温度信息，使用单片机进行信号转换在显示电路上显示测到的温度。参考相关文献可以看出DS18B20的使用很方便，可以适应众多环境，而且数字化温度传感器DS18B20的测量误差很小且具有单线接口的独特方式，这样可以实现一线口双通讯节约了单片机的接口。

本设计方案系统可由主控制器(STC89C52RC)、显示电路、测温器件(DS18B20)、抽水电动机、二位三通电磁阀、二位二通电磁阀、调节球阀、声 光报警、按键、水位显示组成

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置的温度传感器DS18B20采用单点测温电路。设计电路时I/O接口线不需要强加上拉电压，由于DS18B20传感器是单线接口方式传送数据，所以设计电路时可以组成多点的测温电路系统。但需要注意的是：在外部提供电压的方式下温度传感器DS18B20的GND接口必须接地设计，否则测得的温度相当不准确。

温度传感器DS18B20是数字化传感器，能够非常智能的采集温度数据，并根据温度传感器DS18B20自己的内部协议进行数据的相应处理，处理后的信息以单线接口的形式将转换的温度以串口发送给单片机，在单片机的内部进行相应的数据处理，将处理后的温度数据用LCD12864液晶显示屏显示。当温度超过用户自己设置某个值时相应的电磁阀开始工作保证恒温水箱内的水处于某个恒定的温度范围。

如图2所示，智能太阳能热水器管道防冻与节水装置的水位检测应用超声波模块HC-SR04，它工作时的性能非常好，测量的误差非常小很适合水位的测量。超声波模块HC-SR04接口TRIG是信号输入端接单片机I/O接口的P17，接口ECHO是信号输出端接单片机I/O接口的P33。它的工作原理也很简单：给模块的TRIG端口一个高电平信号，此模块就会自动发送8个40khz的方波，一旦模块检测到有信号返回模块的ECHO端口就会输出一个高电平，高电平持续的时间就是信号从发射到返回所使用的时间，测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置采用独立式按键设计，而且每个独立按键要占用单片机的一个I/O接口，大多采用查询式结构。

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置采用LCD12864液晶显示屏：之所 以采用液晶显示屏(LCD)，是因为它的优点很多，防震的特性很好，并且功耗比较低，画面显示效果非常好，其分辨率比较高，抗干扰能力相对较强等特点，调用方便简单。综上所述：由于显示的信息量大，所以采用LCD12864液晶显示屏作为显示模块。

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置采用蜂鸣器报警设计，利用蜂鸣器做报警器简单、方便又能节约成本，是最佳的设计方案。

其中，在本申请中，恒温出水水箱中还设置有加热装置，当洗浴的时候，恒温出水水箱中残留水较多的时候，下次再洗浴的时候会冷掉，所以需要一加热装置对其进行恒温加热，该加热装置与单片机和温度传感器连接，通过互相电连接工作。

鉴于太阳能热水器在使用中出现的问题，本申请设计的智能太阳能热水器，此智能太阳能热水器由家用太阳能热水器改装而来，由太阳能水箱、储水水箱，输水管道、若干电磁阀，水泵等相连而成，使用单片机作为控制系统，达到了预期的使用效果。

同时，由于太阳能热水器的出水水温稳定性较差，因此水温调试的过程中造成了大量的水资源浪费，所以此装置加入了恒温出水水箱，实现了恒温出水的功能，并且出水水温度可调，这样可以很大程度的节约水资源。

太阳能是未来一个应用前景非常广阔、市场潜力巨大的新能源，因此智能太阳能热水器管道防冻与节水装置不仅有利于推动中国新清洁能源行业的发展，而且也迎合了当今社会发展的新理念——低碳生活。

智能太阳能热水器管道防冻与节水装置通过单片机控制电磁阀等器件，不仅将水管排空解决冻结问题，而且也可将水管里的水储存起来下次利用，节约 水资源。其还具有恒温出水功能，自动报警功能。本作品经济方便地解决了防冻节水问题。应用技术水平高，具有极大的推广价值与开发前景。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种智能太阳能热水器，其特征在于，包括：

管道，用以输送水；

太阳能水箱，用以储存水；

太阳能集热管，与所述太阳能水箱连接，用以采集太阳能加热所述太阳能水箱中储存的水；

储水水箱，通过所述管道与所述太阳能水箱连接；

恒温出水水箱，通过所述管道与所述太阳能水箱连接；

水泵，通过所述管道分别与所述储水水箱和所述恒温出水水箱连接；

若干电磁阀，设置在所述管道上；

单片机，与所述电磁阀连接，通过控制所述电磁阀的开关控制所述太阳能水箱出水状态；

其中，所述水泵通过所述管道与所述太阳能水箱连接。

2.根据权利要求1所述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述智能太阳能热水器还包括：

变径三通管，设置在所述水泵与所述太阳能水箱连接的管道上，且所述储水水箱与所述变径三通管连接；

水龙头，通过所述管道分别与所述太阳能水箱、所述水泵和所述恒温出水水箱连接。

3.根据权利要求1所述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述电磁阀为二位二通电磁阀和二位三通电磁阀。

4.根据权利要求3所述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述二位二通电磁阀为4个，所述二位三通电磁阀为1个。

5.根据权利要求4所述的智能太阳热水器，其特征在于，所述二位三通电磁阀设置在所述太阳能水箱出水端。

6.根据权利要求1所述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述恒温出水水箱中还设置有超声波模块和温度传感器，且所述超声波模块和所述温度传感器均与所述单片机连接。

7.根据权利要求6所述的智能太阳能热水器，其特征在于，所述智能太阳能热水器还包括：

浴头，与所述恒温出水水箱连接；

加热装置，设置在所述恒温出水水箱中，并分别与所述温度传感器和所述单片机连接。