热泵热水器控制系统的设计
摘要：介绍一种以高性能单片机为控制核心的空气能热泵热水器电控制系统，该控制系统采用数字PID控制方式，热水器出水速度快、温度恒定，控制系统由主控板和线控器组成。主控板与室内的线控器通过RS485总线通讯。该控制系统设计新颖、性能稳定、可靠性高、操作方便等特点，代表了热水器的智能技术发展方向。
1 前言
空气能热泵热水器是继电热水器、燃气热水器及太阳能热水器之后的第4代热水器，空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低品位能源，利用热泵循环提高其能源品位后可用于加热生活热水，由于使用一份电能可吸收3份空气能，从而供应4份热能加热热水，因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术，极具实用价值。 控制系统通过软件实现热水器的智能控制，是热泵热水器更具人性化。下面我们从控制系统原理、硬件设计方案、软件设计方案三个方面分别进行阐述。
2 控制系统工作原理
热泵热水器，如图一所示，主要由蒸发器，冷凝器，储水箱，压缩机，蒸发器贯流风扇，四通阀，膨胀阀及电控系统组成。电控系统是热水器的主要组成部分，在实现基本开关负载控制情况下，通过实时控制水泵的流量从而控制热水的温度恒定在60度，这既能满足用户要求又能提高热交换效率。
图一 热泵热水器系统图（System Diagram）
控制系统由主控板和线控器组成，主控板完成热水器的主要控制功能，线控制是用户与热水器人机对话界面，用户可以通过线控制设定热水器的运行参数，热水器更具人性化。
控制系统采集储水箱的水温，经软件智能判断热水器是否进入热水模式，在热水模式下，水泵由单片机数字PID控制，通过控制水泵的出水流量来恒定出水温度。
热水器的智能化霜由环境温度和蒸发器温度共同控制，通过智能化霜使热水器的热交换效率更高。
热水器具有管道防过冻保护，在热水器供水管温度过低时，开启控制系统的电加热器，有效防止供水管道因过冻而堵塞。
控制系统通过线控器设定定时运行，时热水器在用电低谷时期工作产生热水，从而减低使用成本。该系统还有密码保护、压缩机保护、水温显示、水位显示、时间显示等功能。
3 硬件系统设计方案
该款控制器采用东芝公司的高性价比单片机TMP86P808N为控制核心，该单片机有24个I/O口、多个中断源、多个定时器、8K的程序存储器、256字节数据存储器、异步串行通讯接口、6路A/D转换器。硬件系统构成如图二所示。
图二 控制系统图（Control System Diagram）
3.1 电源电路
电源电路由+5V电源电路、+12V电源电路、通讯电源电路、浪涌吸收电路和电源抗干扰电路等组成。+5V电源主要向控制器供电，+12V电源主要向驱动单元供电，通讯电源向线控器和通讯电路供电，为提高通讯可靠性，通讯电源与其它电源隔离。
为了提高电源质量，在电路中加入了浪涌吸收电路和电源抗干扰电路。
