一种基于太阳能的节能供水控制系统的制作方法

1.本发明涉及太阳能供水控制技术领域，具体而言，涉及一种基于太阳能的节能供水控制系统。


背景技术：

2.随着科技的发展和人们环保意识的提高，公寓、宿舍等的楼宇越来越多的采用太阳能加热装置对供水系统提供热水，以实现节能环保的要求。
3.现有的节能供水控制系统大多包括供水模块和信息采集模块，供水模块与太阳能储水装置电连接，用于对太阳能储水装置进行监测和控制，在太阳能储水装置内设置有太阳能集热循环装置，以对太阳能储水装置内的水进行太阳能加热，太阳能储水装置可以设置在楼顶或院内，信息采集模块设置在用户水箱处，可以收集位于楼宇各房间内用户的用水需求及用户水箱状态信息，并传送给供水模块，太阳能储水装置与用户水箱通过管道连接，在管道处设置有与供水模块电连接的电磁阀，以控制对各个用户水箱的供水；虽然这种供水方式智能化程度高，但是当阳光不充足时，太阳能储水装置内水温低，用户需要使用温水或热水时，用户还需对用户水箱内的水进行加热后才能使用，浪费了用户时间，使用不够方便。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是提供一种可为用户实时提供所需水温的热水的节能供水控制系统。
5.为解决上述问题，本发明提供一种基于太阳能的节能供水控制系统，包括：储水装置、用户水箱、供水模块和信息采集模块，所述信息采集模块与所述供水模块通讯连接，以将采集到的用户水箱及设定信息传递给所述供水模块，所述储水装置包括太阳能储水箱和至少一个电加热储水箱，所述太阳能储水箱和电加热储水箱、太阳能储水箱和用户水箱、电加热储水箱和用户水箱之间分别通过管道连接，所述太阳能储水箱、电加热储水箱与管道接口处分别设置有电磁阀，所述供水模块分别与每个所述电磁阀电连接，以控制所述电磁阀的通断，所述电加热储水箱内设置有与所述供水模块电连接的加热装置，所述太阳能储水箱和电加热储水箱内分别设置有与所述供水模块电连接的检测传感装置。
6.进一步的，所述供水模块包括电源模块、主控模块、电磁阀管理模块、以太网通讯模块、加热控制模块和隔离转换模块隔离转换模块，所述电磁阀管理模块的受控端与所述主控模块连接，输入端接所述电源模块，输出端分别与每个所述电磁阀连接，所述以太网通讯模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块与所述信息采集模块之间的通讯，所述加热控制模块的输入端与所述主控模块连接，输出端与所述加热装置连接，所述隔离转换模块的输入端与所述检测传感装置连接，输出端与所述主控模块连接，以将对所述储水装置的检测信息隔离转换后传递给主控模块。
7.进一步的，所述检测传感装置包括温度传感器和水位传感器，所述隔离转换模块
的输入端分别与所述温度传感器和水位传感器连接，输出端与所述主控模块连接，以将检测到的太阳能储水箱和电加热储水箱内的水位信息和温度信息隔离转换后传递给所述主控模块。
8.进一步的，所述供水模块还包括增压泵驱动电路，所述太阳能储水箱和电加热储水箱内分别设置有增压泵，所述增压泵与所述管道连接，每路所述增压泵驱动电路的受控端与所述主控模块连接，输出端与对应的所述增压泵连接，以控制所述增压泵的开关。
9.进一步的，所述增压泵驱动电路包括四路驱动前置电路和h桥驱动电路，所述h桥驱动电路包括四个mos管，其中，第一mos管的源极接电源，漏极接所述增压泵的第一端，第二mos管的源极接电源，漏极接所述增压泵的第二端，第三mos管的源极接地，漏极接所述增压泵的第一端，第四mos管的源极接地，漏极接所述增压泵的第二端，四个所述mos管的栅极分别经一路所述驱动前置电路与所述主控模块连接，以接收所述主控模块发出的pwm信号。
10.进一步的，所述驱动前置电路包括隔离放大电路和延时保护电路，所述隔离放大电路的输入端与所述主控模块连接，用于对所述主控模块发出的pwm信号进行隔离、放大，所述延时保护电路包括第一二极管和第一三极管，所述第一三极管的受控端与所述隔离放大电路的输出端连接，输出端接所述mos管的栅极，用于驱动所述mos管，并使所述mos管导通延时，所述第一二极管并联在所述mos管与地之间，用于防止所述mos管过压击穿。
11.进一步的，所述电磁阀管理模块包括电磁阀控制电路和位置检测电路，每路所述电磁阀控制电路的受控端分别与所述主控模块连接，输出端分别连接对应的所述电磁阀，每路所述位置检测电路的输出端分别与主控模块连接，输入端适于连接设置于电磁阀处的位置传感器，以将检测到的对应电磁阀的阀体的位置信息传递给所述主控模块。
12.进一步的，所述电磁阀控制电路包括第五mos管、第二二极管、第一rc电路，所述第五mos管的栅极与所述主控模块连接，源极接地，漏极接所述电磁阀的负极，所述电磁阀的正极接所述电源模块，所述第二二极管并联在所述电磁阀的两端，用于抑制所述电磁阀产生的自感电压，所述第一rc电路并联在所述电磁阀的两端，用于防止电磁阀动作时产生干扰，以及使电磁阀关闭时延时动作。
13.进一步的，所述以太网通讯模块包括以太网转换电路、隔离电路、以太网接口电路和静电保护电路，所述以太网转换电路的输入端与所述主控模块连接，输出端经隔离电路隔离后与所述以太网接口电路的输入端连接，所述以太网接口电路的输出端适于连接所述信息采集模块，所述静电保护电路与所述以太网转换电路的输出端连接，用于保护所述以太网转换电路。
14.进一步的，所述供水模块还包括4g通讯模块，所述4g通讯模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块与管理者移动终端之间的通讯。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.在使用时，供水模块通过与其电连接的检测传感装置实时监测太阳能储水箱内的水温信息，当太阳能储水箱内的水温大于供水温度阈值时，电加热储水箱不使用；当太阳能储水箱内的水温小于供水温度阈值时，供水模块开启太阳能储水箱和电加热储水箱之间的电磁阀，太阳能储水箱通过管道对电加热储水箱供水至设定的水位，之后供水模块开启电加热储水箱内的加热装置，将电加热储水箱装置内的水温加热至供水温度阈值。当供水模块收到信息采集模块发送的包含用户用水需求的设定信息时，若用户设定的需求温度小于
太阳能储水箱内的水温时，供水模块打开太阳能储水箱与用户水箱管道处的电磁阀，直接由太阳能储水箱对用户供水，当太阳能储水箱内的水温低于用户需求的水温时，供水模块打开电加热储水箱与用户水箱管道处的电磁阀，可以由电加热储水箱对用户供水，避免了因太阳能储水箱内水温过低，无法满足用户需求，使用户还需另行加热等待的情况，节约了用户时间，智能化程度高，使用更方便。
附图说明
17.图1为本发明实施例的整体结构示意图；
18.图2为本发明实施例的整体电路原理结构示意图；
19.图3为本发明实施例的加热控制模块的原理结构示意图；
20.图4为本发明实施例的增压泵驱动电路的原理结构示意图；
21.图5为本发明实施例的驱动前置电路的原理结构示意图；
22.图6为本发明实施例的位置检测电路的原理结构示意图；
23.图7为本发明实施例的电磁阀控制电路的原理结构示意图；
24.图8为本发明实施例的以太网通讯模块的原理结构示意图。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。
28.如图1所示，提供一种基于太阳能的节能供水控制系统，包括：储水装置、用户水箱、供水模块和信息采集模块，所述信息采集模块与所述供水模块通讯连接，以将采集到的用户水箱及设定信息传递给所述供水模块，所述储水装置包括太阳能储水箱和至少一个电加热储水箱，所述太阳能储水箱和电加热储水箱、太阳能储水箱和用户水箱、电加热储水箱和用户水箱之间分别通过管道连接，所述太阳能储水箱、电加热储水箱与管道接口处分别设置有电磁阀，所述供水模块分别与每个所述电磁阀电连接，以控制所述电磁阀的通断，所述电加热储水箱内设置有与所述供水模块电连接的加热装置，所述太阳能储水箱和电加热储水箱内分别设置有与所述供水模块电连接的检测传感装置。
29.需要说明的是，信息采集模块设置在用户水箱处，可以收集位于楼宇各房间内用户的用水需求设定信息及用户水箱状态信息，用户水箱状态信息包括用户水箱内的温度和
水位信息等，用水需求设定信息包括用户需求的水温、水量信息以及用户的编号信息，可以由用户通过信息采集模块设置，供水模块的内部设置有供水温度阈值，该供水温度阈值为楼宇内用户可在用户水箱处设置的最高水温需求值，检测传感装置可以采集太阳能储水箱和电加热储水箱内的水位信息和温度信息，太阳能储水装置通过内部设置的太阳能集热循环装置对储存的水进行加热，在使用时，供水模块通过与其电连接的检测传感装置实时监测太阳能储水箱内的水温信息，当太阳能储水箱内的水温大于供水温度阈值时，电加热储水箱不使用，当太阳能储水箱内的水温小于供水温度阈值时，供水模块开启太阳能储水箱和电加热储水箱之间的电磁阀，太阳能储水箱通过管道对电加热储水箱供水至设定的水位，之后供水模块开启电加热储水箱内的加热装置，将电加热储水箱装置内的水温加热至供水温度阈值，当供水模块收到信息采集模块发送的包含用户用水需求的设定信息时，若用户设定的需求温度小于太阳能储水箱内的水温时，供水模块打开太阳能储水箱与用户水箱管道处的电磁阀，直接由太阳能储水箱对用户供水，当太阳能储水箱内的水温低于用户需求的水温时，供水模块打开电加热储水箱与用户水箱管道处的电磁阀，可以由电加热储水箱对用户供水，避免了因太阳能储水箱内水温过低，无法满足用户需求，使用户还需另行加热等待的情况，节约了用户时间，智能化程度高，使用更方便；
30.可以理解的，为了节约电能，使用户使用更方便，在用户设定好需求水温时，若水温处在太阳能储水箱内水温与供水温度阈值之间，可由供水模块进行计算，信息采集模块实时采集用户水箱的温度和水位信息，并传递给供水模块，供水模块轮流控制太阳能储水箱和电加热储水箱对用户水箱供水，使水温符合用户的需求值，使用户使用更方便，也避免了只用电加热储水箱供水后，用户还需混合冷水，从而导致采用电加热的水使用过多，节约了能源；
31.在使用时，根据楼宇内用户情况和实际需求，还可以设置多个电加热储水箱，例如，设置2个电加热储水箱时，2个电加热储水箱可以设置不同的温度阈值，其中一个为供水温度阈值，另一个的温度阈值位于太阳能储水箱内水温与温度阈值之间，从而，在供水模块获取用户需求水温时，可以控制更接近需求水温的电加热储水箱对用户供水，更加方便、节能。
32.在本发明的一个实施例中，所述供水模块包括电源模块、主控模块、电磁阀管理模块、以太网通讯模块、加热控制模块和隔离转换模块，所述电磁阀管理模块的受控端与所述主控模块连接，输入端接所述电源模块，输出端分别与每个所述电磁阀连接，所述以太网通讯模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块与所述信息采集模块之间的通讯，所述加热控制模块的输入端与所述主控模块连接，输出端与所述加热装置连接，所述隔离转换模块的输入端与所述检测传感装置连接，输出端与所述主控模块连接，以将对所述储水装置的检测信息隔离转换后传递给主控模块。
33.需要说明的是，如图2所示，供水模块采用了主控模块作为控制中心，本实施例中，主控模块可以采用型号为stm32f429zet6的单片机，可以方便通过调试接口连接单片机，由管理者写入供水温度阈值，同时，单片机也可以收集用户的历史使用水温情况，以便调整得到更准确的供水温度阈值，在使用时，主控模块通过隔离转换模块获取太阳能储水箱和电加热储水箱温度信息，以根据需求控制电磁阀管理模块驱动电磁阀，实现太阳能储水箱对电加热储水箱供水，之后，主控模块可通过加热控制模块控制加热装置对电加热储水箱内
水进行加热，以达到供水温度阈值，主控模块通过以太网通讯模块可以与信息采集模块通讯，以收集用户的需求设定和用户水箱的监测信息，以便由主控模块通过电磁阀管理模块控制电磁阀，实现对用户水箱的供水；
34.本实施例中，由于加热装置需对水温进行电加热，为大功率器件，在使用时可能对系统的电源造成波动，因此，加热装置可采用智能加热设备，并单独供电，如图3所示，加热控制模块可以采用can通讯模块以连接智能加热设备，实现对加热装置开关的控制，其中，芯片u38为型号为sit65hvd230的can通讯转换芯片，在can通讯的两根通讯线上分别设置有保险f4和f5，以保护芯片u38，保证通讯的稳定。
35.在本发明的一个实施例中，所述检测传感装置包括温度传感器和水位传感器，所述隔离转换模块的输入端分别与所述温度传感器和水位传感器连接，输出端与所述主控模块连接，以将检测到的太阳能储水箱和电加热储水箱内的水位信息和温度信息隔离转换后传递给所述主控模块。
36.需要说明的是，本实施例中，太阳能储水箱和电加热储水箱均设置有检测传感装置，检测传感装置包括温度传感器和水位传感器，隔离转换模块可通过温度传感器采集太阳能储水箱和电加热储水箱的温度信息，并传递给主控模块，为方便主控模块判断是否需要使用电加热储水箱，以及选择对用户水箱供水的水箱，隔离转换模块可通过水位传感器采集太阳能储水箱和电加热储水箱的水位信息，转换后传递给主控模块，主控模块根据电加热储水箱的水位信息，以确定是否需要对电加热储水箱进行加水，同时，在对用户供水时，主控模块根据水位信息的变化，可以确定对用户的供水量。
37.在本发明的一个实施例中，所述供水模块还包括增压泵驱动电路，所述太阳能储水箱和电加热储水箱内分别设置有增压泵，所述增压泵与所述管道连接，每路所述增压泵驱动电路的受控端与所述主控模块连接，输出端与对应的所述增压泵连接，以控制所述增压泵的开关。
38.需要说明的是，由于本发明用在楼宇上，每个楼层的供水压力可能不一致，对于供水压力低的楼层，供水过慢，会影响用户的体验，因此，太阳能储水箱和电加热储水箱内分别设置有增压泵，当对供水压力低的楼层供水时，主控模块根据信息采集模块收到用户用水需求设定时，会根据用户的编号信息确定用户的楼层，进而选择对增压泵驱动电路发出控制信号，由增压泵驱动电路驱动增压泵，以更好的对用户供水。
39.在本发明的一个实施例中，所述增压泵驱动电路包括四路驱动前置电路和h桥驱动电路，所述h桥驱动电路包括四个mos管，其中，第一mos管的源极接电源，漏极接所述增压泵的第一端，第二mos管的源极接电源，漏极接所述增压泵的第二端，第三mos管的源极接地，漏极接所述增压泵的第一端，第四mos管的源极接地，漏极接所述增压泵的第二端，四个所述mos管的栅极分别经一路所述驱动前置电路与所述主控模块连接，以接收所述主控模块发出的pwm信号。
40.需要说明的是，由于用户的楼层不同，为了使不同的楼层都获得平稳的供水，因此，需根据用户楼层的不同提供不同的增压，因此，如图4所示，增压泵驱动电路包括四路驱动前置电路和h桥驱动电路，h桥驱动电路包括四个mos管，四个所述mos管的栅极分别经一路驱动前置电路与主控模块连接，前置电路用于对主控模块发出的信号进行放大处理，在使用时，主控模块对相对的两个mos管发出pwm信号，就能控制增压泵转动，例如，主控模块
对第一mos管q80和第四mos管q83发出pwm信号，第一mos管q80和第四mos管q83导通，增压泵的第一端经第一mos管q80接电源，第二端经第四mos管q83接地，增压泵工作，此时，改变pwm信号的占空比，就可以改变第一mos管q80和第四mos管q83的导通角，进而改变通过增压泵的电流，改变增压泵的转速，进而改变供水压力，同理，当主控模块对第二mos管q82和第三mos管q81发出pwm信号时，增压泵反转，由此通过增压泵驱动电路转向和转速，主控模块可以根据用户楼层的不同提供不同的压力，使不同的楼层都获得平稳的供水。
41.在本发明的一个实施例中，所述驱动前置电路包括隔离放大电路和延时保护电路，所述隔离放大电路的输入端与所述主控模块连接，用于对所述主控模块发出的pwm信号进行隔离、放大，所述延时保护电路包括第一二极管和第一三极管，所述第一三极管的受控端与所述隔离放大电路的输出端连接，输出端接所述mos管的栅极，用于驱动所述mos管，并使所述mos管导通延时，所述第一二极管并联在所述mos管与地之间，用于防止所述mos管过压击穿。
42.需要说明的是，如图5所示，隔离放大电路包括第二三极管q86和第三三极管q89，第二三极管q86的基极接电源，当集电极收到来自主控模块的pwm信号时，在其发射极会产生相应的电流信号，实现了对主控模块信号的隔离输出，提高了信号的稳定性，使对增压泵的控制更精准，第三三极管q89和电阻r563组成放大电路，以对隔离后的信号放大后输入第一三极管q88的基极，由第一三极管q88控制mos管的导通，第一二极管并联在所述mos管与地之间，用于消除电压尖峰，防止mos管过压击穿，如图4所示，在h桥电路信号切换的瞬间，如当主控模块由控制第一mos管q80和第四mos管q83导通切换第二mos管q82和第三mos管q81导通的瞬间，此时可能会出现第一mos管q80和第三mos管q81同时导通的情况，此时，电源经第一mos管q80和第三mos管q81接地，mos管处于瞬时短路状态，会造成mos管损坏，而在mos管处增加三极管，如图5所示，延时保护电路中，用第一三极管q88控制第三mos管q81，基于常识可知mos管的栅极本身具有相当于大约1000pf的电容，而三极管导通电阻较小，因此第一三极管q88由截止转换到导通时第三mos管q81栅极电容上的电荷可以迅速释放，迅速截止，但是第一三极管q88由导通转换到截止时，第三mos管q81栅极通过第一三极管q88的导通电阻充电却需要一定的时间，第三mos管q81由导通转换到截止的速度要比由截止转换到导通的速度快，同理，由于第一mos管q80的栅极处连接有同样的延时保护电路，因此，当主控模块由控制第一mos管q80和第四mos管q83导通切换第二mos管q82和第三mos管q81导通的瞬间，需要截止的mos管会先截止，需要导通的mos管会后导通，避免了mos管处于瞬时短路状态的情况发生，提高了增压泵驱动电路的稳定性，从而使增压泵稳定运行，对用户水箱供水。
43.在本发明的一个实施例中，所述电磁阀管理模块包括电磁阀控制电路和位置检测电路，每路所述电磁阀控制电路的受控端分别与所述主控模块连接，输出端分别连接对应的所述电磁阀，每路所述位置检测电路的输出端分别与主控模块连接，输入端适于连接设置于电磁阀处的位置传感器，以将检测到的对应电磁阀的阀体的位置信息传递给所述主控模块。
44.需要说明的是，电磁阀管理模块包括与电磁阀个数相对应的路数的电磁阀控制电路和位置检测电路，每路电磁阀控制电路和位置检测电路对应一个电磁阀，主控模块根据用户的编号和用水需求对相应的电磁阀控制电路发出控制信号，驱动对应的电磁阀动作，
以进行供水，位置检测电路输入端连接设置于电磁阀处的位置传感器，将检测到的对应电磁阀的阀体的位置信息传递给所述主控模块，由主控模块确认电磁阀是否打开到位，以更好对用户供水，位置检测电路如图6所示，采用了型号为pc357n3j000f的光耦对电磁阀的位置信息信号进行隔离，以提高检测的准确性。
45.在本发明的一个实施例中，所述电磁阀控制电路包括第五mos管、第二二极管、第一rc电路，所述第五mos管的栅极与所述主控模块连接，源极接地，漏极接所述电磁阀的负极，所述电磁阀的正极接所述电源模块，所述第二二极管并联在所述电磁阀的两端，用于抑制所述电磁阀产生的自感电压，所述第一rc电路并联在所述电磁阀的两端，用于防止电磁阀动作时产生干扰，以及使电磁阀关闭时延时动作。
46.需要说明的是，如图7所示，在使用时，主控模块对第五mos管q4的栅极发出驱动信号，第五mos管q4导通，电磁阀ls1的负极经第五mos管q4接地，正极接电源导通，电磁阀ls1打开，电磁阀ls1的线圈在上电时会产生反向的自感电压，自感电压有可能会击穿第五mos管q4，造成电路损坏,第二二极管d16可吸收自感电压，保护第五mos管q4，提高电路稳定性，以更好控制电磁阀ls1的开关，提高对用户供水的稳定性；由于为了提高供水效率，在供水时会使用增压泵进行增压，水流压力可能较高，电磁阀ls1长期在增压状态下动作，会减少寿命，第一rc电路包括串联的电阻r391和电容c332，第一rc电路并联在电磁阀ls1的两端，当电磁阀ls1吸合时，第一rc电路无延时作用，电磁阀ls1断开时，电磁阀ls1的线圈由自感产生感应电动势，经第一rc电路放电，使通过电磁阀ls1的线圈的电流衰减放慢，从而使电磁阀ls1放慢延时关闭，以保护电磁阀ls1，进而提高供水模块的寿命，同时，第一rc电路还具有阻容吸收的作用，可以吸收电磁阀ls1动作时产生的火花，减少其通断时对附近电路的干扰。
47.在本发明的一个实施例中，所述以太网通讯模块包括以太网转换电路、隔离电路、以太网接口电路和静电保护电路，所述以太网转换电路的输入端与所述主控模块连接，输出端经隔离电路隔离后与所述以太网接口电路的输入端连接，所述以太网接口电路的输出端适于连接所述信息采集模块，所述静电保护电路与所述以太网转换电路的输出端连接，用于保护所述以太网转换电路。
48.需要说明的是，如图8所示，主控模块对信息采集模块的通讯信息经以太网转换电路转换为以太网通讯信号，以太网通讯信号再经隔离电路隔离后输出至以太网接口电路，经过隔离电路隔离可有效提高主控模块对信息采集模块的通讯信号的抗干扰能力，确保通讯信号可靠，以更好为用户供水，静电保护电路与以太网转换电路的输出端连接，用于防止静电或浪涌电流，以保护前级的以太网转换电路和主控模块。
49.在本发明的一个实施例中，所述供水模块还包括4g通讯模块，所述4g通讯模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块与管理者移动终端之间的通讯。
50.需要说明的是，主控模块通过4g通讯模块可将太阳能储水箱和电加热储水箱的温度、水位信息以及各个用户的用水信息传递到管理者的移动终端，管理者可在移动终端的app上实时看看需要的数据，并可以根据历史情况，进一步确认用户的用水需求，通过app调整供水温度阈值或电加热储水箱的最低储水水位并发送给主控模块，由主控模块进行调整，以更好为用户供水。
51.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不
脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。