了解直膨式太阳能热泵热水器试验装置

    太阳能集热/蒸发器与电子膨胀阀构成蒸发器的过热度控制系统，通过检测蒸发器进出口的制冷剂温度（过热度）来调整电子膨胀阀的开度，进而调节制冷剂的供液量，以稳定系统的运行，并提高蒸发器的有效传热面积。

    过热度控制系统的功能分析

    太阳能集热板的集热量QA可由下式计算[6]：QA=mCPΔT（1）式中：m为制冷剂流量；CP为制冷剂的定压比热；ΔT为集热板进出口温差。

    太阳辐射等环境条件的变化，会导致热泵的负荷QA变化，进而使得过热度变化。ΔT与过热度的变化趋势是一致的。电子膨胀阀调节是通过控制制冷剂流量来抑制过热度的变化，使过热度尽快达到目标过热度，在保证系统安全运行的前提下，尽可能提高集热板的利用率。同时，根据环境温度，对压缩机转速进行实时管理。

    控制系统工作流程如图2所示。在运行过程中，通过传感器检测蒸发器进出口温度、太阳辐射强度和水温；经过信号处理以后，一方面，在处理器中计算当前过热度e（浮点数运算），将该数值与目标过热度进行比较得到过热度偏差，同时结合太阳辐射强度变化量（当前太阳辐射强度与前次测量的差值）进行分析，通过PI运算得到电子膨胀阀合适的输出脉冲数△u，从而控制流经电子膨胀阀的制冷剂流量，实现系统制冷剂节流（循环流量）控制，使系统工作在**佳状态；另一方面，根据系统环境温度，以485总线方式与变频器通讯，改变其运行频率以改变变频器的输出电压，达到系统压缩机调速的目的，从而实现系统压缩机容量控制，使系统得到合理匹配以及稳定运行。

    系统硬件设计

    单片机控制电路硬件模块设计图。根据本系统的需求，硬件部分传感器检测模块、键盘扫描模块、看门狗模块、EEV驱动模块以及变频器通讯模块等5部分组成。整个控制系统设计在一个双面布线的电路板上，背部以敷铜接地处理，结合试验环境，给集成电路设置了相关的旁路电容，以降低电源的高频阻抗，能有效地克服芯片的内部噪声和电源噪声[3]，[4]。

    主控制器       CPU采用renesas公司的M37544微芯片，该芯片是renesas 8位单片机740族的系列产品之一，包括了一个16位定时器、两个8位定时器、六路8位A/D转换器，内置监视定时器和异步/同步串行接口等功能，是一种低功耗、高性能的OTP（One Time PROM）微控制器。它内置QzROM（Quick & Easy ROM），与传统的MCS- 51相比，具有更强的抗干扰能力。

    信号采集

    根据本系统的测量与控制精度要求，选择了热电阻式传感器DTN- C502F6X- CUN131B作为测温元件。测温范围为- 30～105℃，精度为±0.5℃，能够满足系统测量与控制要求。为保证温度测量精度以及采集信号的可靠性，在硬件设计上采用了保护电阻、平滑电容以及耦合电容等，配合CPU对外界数据的采集。传感器经引线与CPU内嵌的ADC端口相连，通过分压原理，由ADC端口检测热敏电阻传感器两端的电压，通过内部的A/D转换变成数字信号，然后在软件程序里通过一定的处理，进而实现CPU对外围参数的检测。