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基于DSP的空气源冷热水一体机的设计

冷斌  
【摘要】:空气源热泵式热水器系统目前被视为是世界上开发运用新型可再生能源最好的一种设备,它是自从锅炉、燃气热水器、电热水器和太阳能热水器开拓利用之后出现的新一代热水制取设备和装置。在全世界能源的供应越来越紧张的大背景下,空气源热泵式热水器凭借它环保、节能、高效、安全、舒适等诸多优点,在市场上很快得到了消费者们的认同,而且由此发展形成了一个节约能源、环境保护的新兴产业。本课题设计了一套基于DSP控制的空气源冷热水一体机,该冷热水一体机包括三种工作模式,分别是热水模式、冷冻水模式、冷热水一体模式。热水模式是通过高效压缩机做功,把从蒸发器吸收到的空气中的热量通过冷媒传递到热交换器中,再由盘管以热交换的方式将热量传递给待加热的水,从而实现热水的目的;冷冻水模式是通过毛细管将室外冷凝后的过冷液态冷媒转化成低温低压的液汽混合冷媒,再将该液汽混合冷媒输入到冷凝器中,同样以盘管热交换的方式将进水泵输入的常温的水进行冷冻,从而实现制冷的目的;冷热水一体模式是通过控制四通阀的工作状态来改变冷媒中能量的传输路径,最终实现冷冻水模式和热水模式的自动切换。本课题冷热水一体机的主控制器采用的是TI公司32位浮点型控制器—TMS320F28335,并通过温度传感器、水位传感器、相序检测传感器等将盘管温度、出水温度、回水温度、水箱水位、相序检测结果等输入量送入DSP中。控制器通过ULN2003AN继电器驱动模块驱动压缩机、风机、热水循环泵、冷冻水循环泵、四通阀等执行机构有序动作,成功地完成了空气源冷热水一体控制的任务。在对温度传感器采集到的模拟数据进行AD转换后,采用了中值平均滤波算法去除温度测量过程中的白噪声,提高了温度检测的精度;在风机盘管翅片的除霜过程中,结合传统除霜法的优点设计了一种基于时间-温度的四通阀除霜法,能使风机盘管翅片温度不低于2℃,很好的避免了盘管翅片的结霜现象;最后采用了经典的PID控制算法对空气源冷热水一体机的出水温度进行了恒温控制,当一体机工作在制热模式时,能够快速稳定的得到65℃的理想出水温度,当一体机工作在制冷模式时,能够快速稳定的得到5℃的理想出水温度。另外,该冷热水一体机还采用了回水循环的工作模式,通过循环泵的循环供水作业,使蓄水箱中的水循环流经热交换器中,令其保持理想的出水温度,不至于因长时间停留于水箱导致水温下降或者上升;在通过供水泵的回水作业,使出水管道的水与水箱中的水保持动态回流特性,这样不仅能够避免出水管道因静态水的沉淀所致的阻塞现象,而且能够使出水管道中的水温与水箱中的理想水温保持一致,使得用户一打开出水开关即流出理想水温的水,不用等待。


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