空气源热泵热水器利用热泵吸收空气中的热源产生热水，其节能效率是空气能热泵的4倍。热水器。细介绍了以ATmega16单片机为主要和网络通讯功能的热泵热水机组控制器软件和硬件系统的设计。
绍了多通道温度采集模块，开关量采集模块，驱动控制模块，RS 485通讯模块和LCD显示屏的硬件电路和工作原理。口模块。控制器软件适用于双压缩机系统，可有效缩短加热时间；具有压缩机，传感器和其他设备或组件的故障保护；具有冬季防冻，除霜的功能，可以提高低温加热的效率；独特的网络通讯功能可以轻松实现远程控制和单位信息显示。气源热泵热水器使用清洁的电能和空气中的能量（太阳能）。传统热水器相比，它们具有节能，安全，环保三大特点。点是使用范围有限，设备成本较高，必须考虑备用。源问题。此，它主要用于商业领域，尤其是在诸如旅馆，医院，学校，娱乐场所等商业用途中。[1]。制系统是整个热泵热水系统的控制中心。有的热泵热水控制器加热时间长，故障保护不完全，低温条件下加热效率低，缺乏实现远程控制的网络通讯。更广泛的推广和使用中。文的研究工作以ATmega16微控制器为基础，以构建热泵单元控制器。
对双压缩机和双线圈的双重系统，它努力缩短加热时间，并设计了针对压缩机故障和传感器故障的保护功能。用防冻和除霜功能连接控制面板，以实现遥控器的网络通讯功能。了监视设备的运行，在每个钥匙链中都安装了传感器。一个是温度传感器，它检测10个模拟信号的收集，恒温阀芯包括水箱温度，出水温度，环境温度，电池温度和放电温度。缩机。虑到热水器的温度感应精度要求和产品成本，使用负温度系数（NTC）热敏电阻来感应热泵热水器的不同温度。一个是开关传感器，例如压缩机入口和出口压力保护开关，循环管流量开关，用于调节风扇速度的压力开关，用来测量水箱水位是否达到上下限，水箱水位已耗尽，共有11个开关量，例如三个液位开关。泵热水器的控制对象主要包括压缩机，电加热器，风扇，四通阀，供水电磁阀和水泵。些设备的控制全部是开关控制，因此它们都使用继电器进行控制[2]。控制器收集的温度信号和开关信号由控制器进行分析和处理，以响应并完成相应的控制。制器通过RS 485通讯总线联网，一个系统配置有一个主模块控制器，其他系统定义为从模块控制器，每个从模块控制器控制两个压缩机和一个水泵。环。测此模块的出水温度，室外盘管温度和每个压缩机的排气温度。模块控制器还检测总水箱温度，总出水温度和室外环境温度，并使用PC的RS 232接口监视整个系统的运行。统网络结构框图如图1所示。线控制面板也作为从模块连接到RS 485总线，以实现控制系统的人机界面。方便进行远程控制。了实现控制系统的功能，必须具有开/关，设置系统参数，设置时间等功能，并且能够查询温度和温度。元状态。制器在接口上显示错误代码，以解决传感器短路或开路问题，然后系统关闭。于严重的系统故障，例如压缩机运行时的高压或低压保护，系统将发出警报并关闭。过该图的设计，可以确定控制系统的硬件结构，即温度传感器的模拟输入通过温度采集模块发送到单片机。关值经过保护电路后，还发送给单片机。时时钟模块与计时系统的单片机保持通信。出控制部分需要外围驱动器电路来控制继电器。信部分通过RS 485接口模块连接到通信总线以执行联网功能，RS 485总线的拓扑结构可以在同一节点总线上最多连接128个。路控制面板还通过RS 485接口模块连接到RS 485总线，其中包含LCD显示模块和便捷的按键电路，为用户提供了灵活的操作并监视线路上的所有控制器。线。统的硬件结构框图如图2所示。ATmega16是基于增强型AVR RISC框架的低功耗8位CMOS微控制器。于其先进的指令集和单个时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据速率高达1 MIPS / MHz。过将8位RISC处理器与可编程FLASH集成在一起在单片机系统中，ATmega16成为功能强大的单片机，为许多车载控制应用提供了灵活而经济的解决方案[3]。ATmega16具有以下特征[4]：集成到系统中的16 KB可编程FLASH（具有同时读取和写入的能力），512 B E2PROM，1 KB SRAM，32条I / O线确保足够的I / O线的通用目的可用于获取开关值和控制开关值； JTAG接口用于边界扫描，支持调试和片上编程；三个具有比较模式的灵活定时器/计数器（T / C），其中一个具有独立的振荡器，可用于实现实时时钟（RTC），从而简化了外围电路的设计，节省了功耗空间和提高效率；可以灵活使用三个片外中断源；用于RS 485通讯的可编程串行USART；具有可编程可选差分输入级增益的8通道10位ADC用于采集模拟温度值；六种软件可选的省电模式适用于低功耗应用。有一个两线串行接口（TWI）和一个SPI串行端口，可轻松进行系统升级。自系统温度传感器的输入信号使用相同的调节电路，并使用模拟开关设备依次选择每个通道，以达到分时采样的目的[5]。不仅简化了外围电路，而且节省了有限的ADC通道。用的温度传感器类型为负温度系数热敏电阻（NTC），型号为MF51C 3470-502和MF51C 3470-103，电阻精度为±1％。一种用于环境温度，温度范围较小的线圈。度感测，后者用于检测水温和排气温度。水器的最高运行概率温度约为45℃（318.15 K）。一个电阻R，其电阻值为45℃时的热敏电阻值，并串联连接热敏电阻Rt和R [6]。温度变化时，热敏电阻的电阻也会变化，两端的电压也会相应变化。45℃时的相应电压恰好是参考电压的一半，因此可以在参考电压范围内更好地测量温度。换后的电压信号由模拟开关触发，并进入由放大器形成的一阶低通滤波器电路，以消除噪声干扰并改善阻抗特性。后，输入ATmega16的ADC引脚并将其转换为数字信号，以供控制器进行进一步处理。热泵热水机组控制器控制的压缩机，风扇，循环水泵等设备的工作电压为220V，50Hz，根据实际需要JQX-36F型继电器（线圈电压12V，接触负载220V AC 10A）来控制强电。于大量的输出控制信号，ULN2003集成的多通道控制芯片用于形成控制电路来控制线圈电源或断电，从而简化了电路。片的内部电路如图3所示。片引脚1〜7是信号输入端子（I1〜I7），10〜16是输出信号（O1〜O7），8如果接地，则9连接到电源，继电器线圈连接到电源，并且输出之间（9和O1〜O7之间）。据ULN2003 [7]的输入和输出规范，当2003输入端子为高电平时，相应的输出端口产生低电平，继电线圈通电，继电器触点闭合。2003输入端子为低电平时，继电器线圈断电时，继电器触点断开。2003年，集成了具有反向续流功能的二极管，用于瞬时抑制继电器线圈的感应电路。有的线路控制器和控制面板都通过RS 485总线进行网络通信，控制信号和设备状态等数据通过RS 485总线进行传输。好的抗噪声干扰，长传输距离和多站功能，使其成为首选的串行接口。于由RS 485接口组成的半双工网络通常只需要两条线，因此RS 485接口采用屏蔽双绞线传输。计中选择了MAXIM公司的MAX485芯片来实现RS 485接口电路，其性能特点[8]是：总线上最多可以连接32个发射机，数据速率为2.5 Mb / s，它具有发送和接收使能控制引脚。4所示为DE芯片为MAX485先导控制端子，DE = 1时，先导工作（发送）的示意图； DE = 0和RE = 0，接收器正在工作（接收）。DI是驱动器的输入，RO是接收器的输出，分别类似于微控制器UART模块的TxD和RxD。MAX485的差分信号A和B直接连接到RS 485总线，图4为单片机与MAX485之间的连接示意图。LCD显示模块是有线控制面板的主要组件，它负责显示设备状态信息并与用户进行交互。了使界面更加直观和用户友好，设计中选择了型号为CMS-PG1777DBSW-W的真正图形点矩阵LCD模块。属于STN型LCD显示器，点阵数320×240，占空比1/240，内置32KB SRAM显示器，内置偏置电路，使用透射型LED背光产生LCD驱动电压，对比度可调，工作温度范围-20〜 70℃，集成LCD显示控制器RA8835P3N [9]。过8位数据总线，与微控制器的接口非常方便。CMS-PG1777DBSW-W LCD模块和ATmega16微控制器之间的接口电路如图5所示。线控制面板可通过用一个调节两个电位器来改变LCD背光的亮度和对比度。阻值从0到10kΩ。晶模块和ATmega16微控制器之间连接的信号有8条数据线，读写信号RD和WD，芯片选择信号CSE和A0以及复位信号RST。中，数据线连接到单片机的PC端口，读写控制信号和其他信号连接到PA端口。统软件包括控制板软件和有线控制面板软件，两者之间的数据传输通过RS 485总线完成，控制器主板软件主要负责采集。度信号和开关，设备控制，故障检测和保护。了提高软件的可读性和可维护性，采用模块化设计的思想将程序分为以下几部分：主程序，中断程序，控制策略子程序，控制策略子程序信号采集，时钟子程序，RS 485通信子程序等其中，控制策略子程序是系统软件设计的主要部分，包括水箱电加热器，风扇，压缩机，注水电磁阀和控制阀。’其他设备或执行规则的执行组件。缩机是控制热泵加热周期的关键设备，因此被压缩。后将描述用于控制机器的策略。般而言，控制决策取决于设备的当前运行状况（包括温度和相关设备的状况）以及所设置的运行模式。缺陷保护方面。出所有可能的故障并对其进行编码，以使所有故障与其代码之间一一对应，这便于程序处理并提高了效率。
线控制面板软件主要负责界面显示（温度显示，设备状态指示和故障指示），故障警报和参数设置主卡的在打开主模块控制器的电源后，首先执行RAM的初始化和集成设备的初始化。后监视RS 485总线命令，在接收到启动命令后，依次打开水泵，风扇，压缩机并启动热泵热水器。启动的情况下，如果有调整命令，请更改系统参数。后调用显示更新子程序，并通过RS总线发送当前操作模式，时间，供水模式，水箱温度和其他信息。485。后处理收集的模拟信号并将其转换为温度值。后，进入主程序，控制策略子程序。度和开关值获取子例程采用中断模式，并使用计时器生成100 ms的周期性中断。时时钟也在中断例程中实现。作流程如图6所示。制策略例程首先检测温度传感器和压力传感器是否存在短路或开路故障（如果有）。障代码，系统停止。后就位，以防止严重的系统故障（压缩机压力过高或过低，水流量计保护等）。据电加热器，注液阀，注水电磁阀等设备的运行规则，电池除霜和冬季防冻液的特殊功能最终得以实现。实施。
过程如图7所示。中，压缩机的控制策略是关键。于这是主要的供暖设备，因此应注意必须考虑两个压缩机的平衡运行，即自动判断压缩机的启动和停止顺序取决于累积操作时间的持续时间。理是在较短的累积运行时间后跟随压缩机。先以长的累积运行时间启动和停止压缩机。样，压缩机的磨损时间趋于平衡，并且系统的故障率降低。个压缩机的平衡操作子程序的流程图如图8所示。中的Tacc1和Tacc2表示压缩机的累计运行时间。间条件意味着压缩机必须停机3分钟以上才能重新启动，并且压缩机启动后的运行时间必须超过90 s才能关闭。缩机状态指示器指示打开或关闭状态，并且在压缩机关闭时会记录累计运行时间。热泵热水机组控制器的特点是基于以ATmega16为核心的RS 485总线通讯机制的主从模块结构。以从远处灵活操作线路控制面板，接口内容丰富，例如时钟，温度，单元设备状态信息等。便用户输入热泵机组的实时工况。时，它还具有完善的故障保护，除霜和防冻功能，使热泵加热过程更安全，更高效。
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