太阳能热水器温度采集系统与实验研究

　　太阳能热水器以其安全、经济、适用、无污染等特点逐渐被城乡居民所接受，而其温度采集系统又是设计的关键。常用的温度传感器包括：热电偶、热敏电阻、集成式温度传感器，热电阻等。由于铂电阻在氧化介质和高温下的物理化学性能极其稳定，而且太阳能热水器置于室外，工作环境恶劣，所以本设计采用铂电阻作为太阳能热水器的温度传感器。

　　1 系统工作原理

　　由于太阳能热水器的工作环境限制，将下位机(PIC16F877)置于集热现场，主要实现温度采集功能，温差循环控制功能，即控制循环泵、上水阀、辅助电加热器、伴热带的启停，并与上位机(PIC16F877)进行485通信，将采集的温度水位信息送到上位机去显示。

　　系统的整体框图如图1所示。

　　2 硬件电路设计

　　温度采集处理电路的主要功能是将铂电阻传感器采集的温度信号，经桥式信号检测电路转换为电压信号，再经弱信号仪表放大器MCP602进行两级放大，及非线性A/D转换，转换成能够识别的数字量，暂存在单片机的存储器中。

　　2.1 温度采集电路设计

　　温度采集电路是将单片机的RA2、RA3、RA4连接多路选择芯片CD4051的地址位A、B、C端口，由单片机设定采集哪一路温度信息，将RA0设定为模拟通道。

　　2.2 放大倍数的计算

　　本设计放大电路选用MCP602作为放大器，由其构成的放大电路图如图2所示。其中：VREF=0 V，R1=300 kΩ，R2=10 kΩ，这是一个简单的2级放大电路，通过调节可变电阻RG可以改变其放大倍数，便于以后的调试。两级放大后的输出电压VOUT：

　　通过电桥电路采集来的信号比较微弱，需要进行适当的放大，才能转换成单片机所能识别的0 V到5 V的信号。为此，要合理地设定可变电阻RG的值来选择合适的放大倍数。选择过程如下：

　　当RG=20 kΩ，放大倍数约为61倍。在温度T=99℃时，PT1000的阻值为R=1381.26Ω，则得到VOUT=2.806 V。尽管VOUT在界限0～5 V之内，但灵敏度较小，故将RG调整到10 kΩ。

　　当RG=10 kΩ，放大倍数为91倍。在温度T=99℃时，PT1000的阻值为R=1381.26Ω时：VOUT=4.186 V。此时，在0～99℃温度范围内电桥的输出是0～4.186 V，VOUT在0～5 V范围内，符合设计要求。因此设计中选择尺RG=10 kΩ，放大倍数为91倍。

　　2.3 温度测量中的误差分析及解决办法

　　当用铂电阻传感器进行温度测量时，存在一定的误差。它的误差主要有4个来源：铂电阻自身的非线性;铂电阻电桥输出的非线性;铂电阻的引线电阻;测温电路本身带来的影响。

　　1)铂电阻的非线性