太陽(yáng)能熱水器溫度采集系統與實(shí)驗研究

摘要：介紹了太陽(yáng)能熱水器溫度采集系統的硬件、軟件設計和實(shí)驗研究。鉑電阻的阻值隨溫度的變化轉換成電壓的變化，調理電路對電壓信號進(jìn)行放大、變換，輸出0～5 V的標準信號，送下位機后進(jìn)行A／D轉換，再通過(guò)串行通信上傳給上位機進(jìn)行存儲、顯示。系統采用對分查找的算法，得到不同溫度區間上的標度變換算法。鉑電阻溫度的對比實(shí)驗結果表明該系統的測量精度優(yōu)于±1℃，系統工作穩定、可靠。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器；PT1000；溫度采集；最小二乘法

太陽(yáng)能熱水器以其安全、經(jīng)濟、適用、無(wú)污染等特點(diǎn)逐漸被城鄉居民所接受，而其溫度采集系統又是設計的關(guān)鍵。常用的溫度傳感器包括：熱電偶、熱敏電阻、集成式溫度傳感器，熱電阻等。由于鉑電阻在氧化介質(zhì)和高溫下的物理化學(xué)性能極其穩定，而且太陽(yáng)能熱水器置于室外，工作環(huán)境惡劣，所以本設計采用鉑電阻作為太陽(yáng)能熱水器的溫度傳感器。

1 系統工作原理
由于太陽(yáng)能熱水器的工作環(huán)境限制，將下位機(PIC16F877)置于集熱現場(chǎng)，主要實(shí)現溫度采集功能，溫差循環(huán)控制功能，即控制循環(huán)泵、上水閥、輔助電加熱器、伴熱帶的啟停，并與上位機(PIC16F877)進(jìn)行485通信，將采集的溫度水位信息送到上位機去顯示。
系統的整體框圖如圖1所示。

2 硬件電路設計
溫度采集處理電路的主要功能是將鉑電阻傳感器采集的溫度信號，經(jīng)橋式信號檢測電路轉換為電壓信號，再經(jīng)弱信號儀表放大器MCP602進(jìn)行兩級放大，及非線(xiàn)性A／D轉換，轉換成能夠識別的數字量，暫存在單片機的存儲器中。
2．1 溫度采集電路設計
溫度采集電路是將單片機的RA2、RA3、RA4連接多路選擇芯片CD4051的地址位A、B、C端口，由單片機設定采集哪一路溫度信息，將RA0設定為模擬通道。
2．2 放大倍數的計算
本設計放大電路選用MCP602作為放大器，由其構成的放大電路圖如圖2所示。其中：VREF=0 V，R1=300 kΩ，R2=10 kΩ，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的2級放大電路，通過(guò)調節可變電阻RG可以改變其放大倍數，便于以后的調試。兩級放大后的輸出電壓VOUT：

通過(guò)電橋電路采集來(lái)的信號比較微弱，需要進(jìn)行適當的放大，才能轉換成單片機所能識別的0 V到5 V的信號。為此，要合理地設定可變電阻RG的值來(lái)選擇合適的放大倍數。選擇過(guò)程如下：
當RG=20 kΩ，放大倍數約為61倍。在溫度T=99℃時(shí)，PT1000的阻值為R=1381．26Ω，則得到VOUT=2．806 V。盡管VOUT在界限0～5 V之內，但靈敏度較小，故將RG調整到10 kΩ。