空气源热泵热水器安全、稳定、可靠的运行，除了对机组的各部件合理设计和布局外，对整个机组运行的自动控制和必要的保护控制是必不可少的。控制系统即作为整个机组的一部分，同时又作为独立的部分控制着机组的运行，具体设计要求如下：

　　1.模拟信号的采集：在整个空气源热泵热水器运行中，需要根据热水的温度及时调整机组的运行工况，故采集的模拟信号主要是热水温度.在机组运行中，还需要采集蒸发器温度、排气温度并以此作为输入信号作出相应的保护控制动作，故需要3个温度传感器以采集相应的温度信号。

　　2.开关量信号的采集：在机组运行中，应根据压缩机的进、排气压力作出相应的低压和高压保护动作，故需要两个压力开关量信号.同时，由于在热泵热水器中，是通过水的不断循环进行热量的传递，水的正常循环与否对机组的运行状态甚至安全都有很大的影响.一旦出现断水或者水量严重不足，会导致冷凝器压力过高危及系统安全.为了保证能量交换正常进行，必须保证水流畅通.故而需要水路的流量开关信号，以确保系统中水路循环正常。

　　3.人机接口：人机接口是控制系统不可缺少的部分，为了运行操作简单、明了，要求有机组的启动、停止，温度设定，以及传感器采集的数据显示选择键。在显示上，要求有两位的温度显示，同时应有开机指示，水泵的运行指示，报警指示等必要的指示功能。

　　4.数据通信：对于大型的机组还要求系统有数据通信能力，通过RS一232串行通信接1：3，将数据送到PC机，由PC机负责数据的存储以及进一步的数据分析、处理。

　　5.系统的保护措施：电网供电的瞬问停、送或压缩机的频繁启动等原因都将造成压缩机的带负荷启动，容易引起压缩机内电机的瞬间过载，进一步造成压缩机的损坏，故应设置压缩机停机延时保护。

　　另外，压缩机在运行时如果电流过大或持续过载都容易被烧毁，所以对其进行过热保护，在压缩机过电流或过热时切断电源，以保护压缩机。

　　6.水泵的运行控制压缩机启动前，应首先运行循环水泵，以保证有充足的换热能力.机组停机后，换热器中还留有一定的热量，故给中间传热媒质提供循环动力的水泵还应继续运行一段时间，以带走换热器中留有的热量，以免引起换热器的过热，同时有利于能量的有效利用。

　　空气源热 泵热水器控制系统设计

　　按照系统设计要求，控制系统应在保证实现基本功能的基础上，尽可能降低系统成本.总体方案围绕上述思想，设计如下：

　　1.主控制模块设计

　　由于设计要求系统能独立运行并能测试现场采集信号，主控制模块设计为以单片机为核心的一个单片机嵌人式系统.本控制系统就采用由ATMEL公司生产的ArIB9C52为主控制芯片，这是一种低功耗、高性能的8位COMS微处理芯片。

　　2.控制方式设计

　　考虑热泵热水机组本身在能量、流量调节上的非连续性以及控制对象特性的不确定性，其整个热水系统的控制以热水温度控制为主线，控制方式采用目前较成熟，且广泛应用的双位控制。即根据温度变化的上下限，实现双位调节，温差设为两度，默认热水器的设定温度为5O度，开机后自动在系统设定温度下运行，并可通过温度设定键手动设定温度。

　　3.人机接口设计

　　考虑机组运行操作的简单性与灵活性，控制器的功能选择和参数的设定都是通过按键来完成，本系统中选择了四个按键来完成以上功能.它包括温度上调键、温度下调键、调温/确定键、开停机键.前两键用于调高或调低设定温度和调整时间;设置键用于选择温度或时间设置;开机/停机键用于系统的开关机.由于按键数量少，所以可选择独立式按键.即直接用I/O口线构成单个按键.每个独立式按键占有一根I/O口线，每根I/0线上的按键的工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态.显示电路可采用硬件译码的动态扫描方式来实现温度和时间的显示.显示温度范围为O～99℃，显示时间范围为O时0分一23时59分，秒的显示通过发光二极管闪显来完成.当需要修改参数时，选择设置键，要修改位闪显，通过“+”、“一”键进行修改.松开按键若干秒后，自动返回到正常显示测量温度值。

　　4.信号输入通道设计

　　信号输入通道即前向通道，主要负责对模拟信号的采样，包括信号采集、放大、A/D转换以及开关输入等电路.由于本系统控制对象一般为纯迟延、大惯性系统，故对采样频率要求不高，采样间隔时间可以稍长一些，一秒钟到数分钟均可以，也不需要保持环节.由于系统输入器件主要是温度传感器，这样，可以简化系统传感器部分的设计，可以使用同样的放大电路，用模拟开关器件循环选择，同时，也简化了软件数据转换部分的设计。

　　5.信号输出通道设计

　　控制系统通过对温度信号的采集、处理后，通过与设定值比较，从而实现系统的双位调节.由于单片机的I/O接口带负载能力有限，输出口应有相应的功率驱动器件以增大系统的带负载能力.本加热控制是通过单片机输出El，控制晶体三极管，从而控制继电器的通断来完成.由于采用开关控制方式对压缩机、水泵、四通阀进行控制，故不需要D/A转换器.当机组开机后，首先启动循环水泵，运行一段时间后开启压缩机，四通阀根据系统是否需要化霜来判断动作与否.当热水温度达到要求温度时，压缩机停机.为了避免压缩机的频繁启停，程序设计中设置了回差控制.即测量值到达设定值时系统停机断电，当水温低于设定值一个回差后，才再次启动系统进人工作，直至水温重新到达设定值，如此循环往复直到接受停机命令。

　　6.保护措施设计

　　考虑到机组运行中，若有保护信号的输人，如压缩机的高低压保护，流量开关保护等无疑表明机组运行有异常，应查明原因，排除故障后再运行，故对保护信号输人的响应采取停机保护方式，不能自动复位，一律由人工检查，复位后再运行。

　　7.数据通信设计

　　接口由于单片机组成的系统对数据的处理能力较弱，同时为了对采集数据做进一步的分析处理，该装置设计了与下位机PC的通信接口电路，由于系统对通信的实时性要求不是非常严格且数据传输距离不远，采用RS一232串行通信即可满足数据传输的要求.同时，利用PC机的强大数据处理能力，可以方便地进行定量分析，以便作出进一步的研究或控制。

　　8.复位电路设计

　　系统在进入工作之前应预先清零复位，给单片机初始化，以消除由于某种原因可能引起的内部程序紊乱.另外系统在工作过程中，也会要求进入复位工作状态，如上断电后复位及发生故障后也要求能复位，复位电路必须能准确、可靠地工作.在本系统控制电路中复位电路是靠101xF电容充放电完成的。

　　9.控制器软件设计

　　系统的设计本系统的软件设计采用模块化结构，主要有主程序模块、数据采集模块、控制模块、键盘处理模块和显示模块.主程序模块完成的功能为：系统初始化、温度采集与显示、设备的启停控制和扫描设定。