基于A(yíng)FS600的太陽(yáng)能熱水器通用控制器設計

摘要：采用數?；旌峡删幊绦酒?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/AFS600">AFS600，通過(guò)配置其嵌入的8051軟核和內置資源構造了最小控制系統；完成了太陽(yáng)能熱水器的控制系統設計，實(shí)現了溫度、水位等參數的采集、處理和控制等功能；采用增量式PID控制算法實(shí)現了淋浴水溫的自動(dòng)控制，使水溫保持在設定溫度的上下2℃范圍內。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器；FPGA；Core8051；PID控制

引言
AFS600是Actel公司推出的混合信號FPGA芯片，它將模擬ADC、DAC、RC振蕩器等嵌入到數字FPGA中。AFS600是片上系統(SoC)設計的首選，其內部可嵌入8051單片機內核，大大擴展了其應用范圍。本文以AFS600為核心，實(shí)現了太陽(yáng)能熱水器的控制器系統。與目前采用微處理器、PLC或FPGA芯片設計的系統相比，該系統具有結構簡(jiǎn)單、外圍元件少、穩定性高等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統結構
太陽(yáng)能熱水器的控制結構是根據熱水器的上水通道與熱水通道設計的，包括閥門(mén)控制、傳感器的配置等。
1．1 系統控制結構
太陽(yáng)能熱水器的控制系統分為主控制器和水箱控制兩部分。主控制器完成水溫水位的顯示、控制操作，以及熱／冷水的溫度、壓力參數的采集、處理與控制；水箱控制部分完成水箱水位、水溫的檢測，以及電加熱控制器的控制。水箱控制部分通過(guò)數據線(xiàn)與主控制器的串口連接，實(shí)現主控制器對相關(guān)功能的控制與管理。完整的水循環(huán)結構及其閥門(mén)、傳感器的配置如圖1所示。

通常，系統中的3個(gè)電磁閥為關(guān)閉狀態(tài)；當接受上水指令后，上水電磁閥打開(kāi)，自來(lái)水經(jīng)過(guò)三通由上水電磁閥流向水箱，此時(shí)電動(dòng)節流閥和熱水電磁閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)；當接受淋浴指令后，熱水電磁閥打開(kāi)，熱水流出，電動(dòng)節流閥根據設定的淋浴溫度自動(dòng)開(kāi)啟合適的角度。
太陽(yáng)能熱水器一般來(lái)說(shuō)配有輔助控制裝置，例如水箱內增加一個(gè)電加熱器來(lái)輔助加熱，水位、水溫探測器安裝在水箱中以檢測水箱中的水位高度和水溫，并通過(guò)纜線(xiàn)接人控制器顯示。水流量的大小控制是通過(guò)步進(jìn)電機精確控制節流閥實(shí)現的，同時(shí)保證用戶(hù)設定的淋浴溫度要求。當水位過(guò)低時(shí)，一方面報警，另一方面可根據實(shí)際需要自啟動(dòng)上水操作。
1．2 控制器的配置
整個(gè)控制系統采用Fusion StartKit開(kāi)發(fā)平臺，嵌入的8051內核為核心控制單元。由于8051內核以網(wǎng)表的形式提供，而且只有其控制部分(CPU)及簡(jiǎn)單的外設(定時(shí)器、UART等)，所以只需將8051內核移植到FPGA內部就能搭建一個(gè)完整的8051單片機。內核包括8051內核網(wǎng)表、內部RAM、單片機ROM和PLL四個(gè)子模塊。