气源热泵热水机组控制器设计

0 引 言
气源热泵热水器利用的是清洁的电能和空气能(太阳能)，与传统热水器相比，具有节能、安全、环保三大特点；缺点是使用范围有限，设备造价相对高一些，而且还要考虑备用热源的问题。因此主要应用于商业领域，尤其是在酒店宾馆、医院、学校、休闲场所等商用公用事业方面应用广泛。
控制系统是整个热泵热水系统的指挥中心，现有的热泵热水控制器加热时间长，故障保护不完善，低温条件制热效率低，不能进行联网通信实现远程控制等方面的不足影响了热泵热水器在更大范围的推广使用。本文研究工作是以单片机ATmega16为核心构建热泵机组控制器，针对双压机双盘管的双系统，力求缩短加热时间，并设计出针对压缩机故障、传感器故障的保护功能，针对低温环境的冬季防冻和化霜功能，用于挂接线控面板实现远程控制的联网通信功能。

1 控制系统总体方案设计
为了监测机组的运行，在各个关键环节上安置了传感器。一是温度传感器，分别检测水箱温度、出水温度、环境温度、盘管温度和压缩机排气温度等共10个模拟信号的采集。考虑到热水器对温度检测精度的要求和产品的成本，采用负温度系数(NTC)热敏电阻来检测热泵热水器的各种温度。另一是开关量传感器，如压缩机的进、排气压力保护开关，循环管路的流量开关，用于调节风机转速的压力开关，用于测量水箱液位是否达到高低限和水箱缺水保护的三个液位开关等共11个开关量。
热泵热水器的控制对象主要有压缩机、电加热、风机、四通阀、补水电磁阀、水泵等。这些设备的控制都是开关量桩制，故都采用继电器来控制。控制器采集到的温度信号和开关量信号经过控制器分析处理做出响应，完成相应的控制。
控制器之间通过RS 485通信总线实现联网，一个系统配置有惟一的主模块控制器，其余的都被设置成从模块控制器，每个从模块控制器控制两个压缩机和一个循环水泵，检测本模块的出水温度和室外的盘管温度以及每台压缩机的排气温度。主模块控制器还检测总的水箱温度、总的出水温度和室外环境温度，并且通过RS 232接口用于PC机监控整个系统的运行。系统网络结构框图如图1所示。

线控操作面板同样作为从模块挂接在RS 485总线上，用于实现控制系统的人机界面，方便远程控制。为了实现控制系统功能，要求有开／关机、系统参数设定、时间设定等功能，并能够进行温度和机组状态的查询。
控制器针对传感器的短路或断路问题，在界面上显示故障代码，系统关机。针对系统严重故障，如压缩机运行中出现的高压或低压保护，系统报警关机。