农村太阳能热水器自动上水装置的设计

沈兆振

（江苏安全技术职业学院安全工程系，江苏徐州221011）

农村太阳能热水器自动上水装置的设计

沈兆振

（江苏安全技术职业学院安全工程系，江苏徐州221011）

分析农村太阳能热水器使用过程中存在的问题，针对农村用水特点，设计一种专门用于农村太阳能热水器的智能上水装置，该装置控制核心采用555时基电路芯片，结构简单，性能稳定，满足用户需求。

太阳能热水器；自动上水；555时基电路

随着经济的发展，太阳能热水器因其节能、高效、经济而备受广大农民朋友的认可。但目前受限于自来水管网的普及程度，在有些地区，还没有自来水，这种情况下农户在使用太阳能时，则通过安装副水箱，手动上水来达到使用太阳能热水器洗浴的目的。手动上水一般有两种方式：一是人工担水，注入到副水箱；另外一种是安装水泵，观测副水箱中水位，当观察到水位降低到一定位置，人工开启水泵，抽取地下水。第一种上水方式，浪费人力，第二种上水方式，受人为因素影响，容易造成副水箱溢水，浪费水资源和电力资源。繁琐的上水手动上水方式，影响农民的生活质量。有些农户为此而放弃了太阳能热水器。

针对农村无自来水地区太阳能热水器上水的情况，通过实验研究，设计了一种太阳能热水器自动上水装置。

1太阳能热水器自动上水的研制

1.1 系统结构设计

太阳能热水器自动上水系统主要由自动上水控制箱、单向阀、液位传感器、副水箱、管路等组成。

太阳能热水器自动上水控制装置接通电源，启动后，根据副水箱中液位传感器，检测到水箱内的液面位置。如果超过副水箱设定的水位上限，水泵断电，停止上水；低于副水箱设定的水位下限，水泵开始工作，抽取地下水，开始向副水箱注水。如图1所示。

图1 太阳能热水器自动上水系统结构示意图

1.2 电路设计说明

太阳能热水器自动上水装置的核心元器件是555时基集成电路芯片[1-2]。

555时基集成电路芯片（如图2所示），外部共有8个引脚，其内部包括两个电压比较器A1、A2，一个R-S触发器，一个放电晶体管VT和一个由3只全电阻组成的分压器。它提供两个基准电压

图2 555定时器功能框图

555时基集成电路共8个引脚，塑料双列直插式封装。其内部由模拟电路和数字电路组成。有2个输入端，一个是引脚6（阈值输入端TH）低电平有效，另一个是引脚2（触发输入端TR），低电平有效。引脚1为公共端，引脚4是总复位端MR，低电平有效。引脚5为控制端UC.引脚7为放电端DIS，引脚8为电源正极端UCC.

本装置控制部分主要采用555时基电路，以及一些必要的电气元件，构建双稳态触发器电路，从而完成太阳能热水器自动上水控制功能。

1.3 控制电路原理分析

太阳能热水器自动上水装置电路由主回路和控制回路构成。主回路主要用来控制水泵工作。其电路设计如图3所示。控制回路主要用来判断太阳能热水器副水箱中的水位，根据采集到水箱水位的信号，驱动水泵工作。

图3 太阳能热水器自动上水装置电气原理图

在副水箱中安装三个液位传感器，四个电极分放别置于水箱的不同位置。其制作方法为在杆上固定绝缘铜芯线，在线的底端连接一个耐腐蚀的镍锆合金电极。根据太阳能热水器主水箱补水的需要，设定副水箱允许最低水位L、最高水位M、基准水位M.

1.3.1 水泵向副水箱注水

当水池水位位于探头L以下时，555时基电路2、6引脚的两电位近似为零，555时基电路置位，3引脚输出高电平，中间继电器K吸合，其常开触点K-1闭合，主回路导通，交流继电器KM吸合，水泵电机启动，开始向副水箱注水，同时控制箱中LED灯点亮，表明水泵工作。当水位上升到探头L位置时，由于水中杂质存在，此时水电阻接入控制回路，电阻R3、R4与R2分压（电阻R3、R4、R2阻值大小不同），使时基电路2、6引脚的电平升至根据555时基电路的特性，引脚3状态不发生改变，水泵电机继续，向副水箱注水。

随着注水继续，当副水箱中的水位到达探头H时，由于水电阻的存在，电阻R4被短接，此时555时基电路的引脚2、引脚6的电平由电阻R2、R3分压决定，即高于电平位于555时基电路复位，引脚3由高电平翻转为低电平，中间继电器K断电，其常开触点K-1由闭合状态转变为常开状态，交流继电器KM断电，水泵电机停止运转，同时LED熄灭，K释放，注水停止。

1.3.2 副水箱向太阳能热水器主水箱补水

副水箱向太阳能主水箱补水时，副水箱水位逐渐下降，当探头M脱离水面时，R4串入分压电路，使分压点电平固定在，555时基电路的各引脚状态不会发生改变，水泵不工作。

当水位下降至探头L以下时，电阻R4悬空，555时基电路引脚2电平由高电平翻转为低电平，555时基电路置位，引脚3由跳转为高电平，中间继电器K吸合，其常开触点K-1闭合，水泵工作向水池注水。同时LED灯点亮。

控制回路中设置电容C3、C4和电阻R1，其主要作用在555时基电路在发生置位与复位跳转时，存在延时，消除因水位抖动对电路发生翻转的影响。按钮S主要用来控制系统工作时出现意外，强制停机。

2结束语

本文设计了一种太阳能热水器自动上水装置，经过现场试验，能够实现预设的控制功能。该装置工作电压采用安全电压，系统工作可靠，成本经济，且安装方便，解决了农村无自来水地区太阳能热水器自动上水的难题。

[1]陈永甫.新编555集成电路应用800例[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2]陈有卿.555时基电路原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

Design of the SolarWater Heater Automatic Water Device in the Countryside

SHEN Zhao-zhen
（Departmentof Safety Engineering Jiangsu Security Technocology Carrer Academy，Xuzhou Jiangshu 221011，China）

The paper analyzes problems existing application of a water heater using solar energy in rural area. According to the characteristics of the rural water，designed a dedicated to rural solar energy water heater intelligent water device，which is adopted in the core 555 time base circuit chip，Simple structure，and stable performance.The device can meet the demand of users.

the ruralwater；automatic water flooding；555 time-base circuit

TP2

A

1672-545X（2016）12-0151-02

2016-09-24

沈兆振（1975-），男，江苏沛县人，硕士研究生，讲师，从事机械电子工程方面的研究。