智能太陽(yáng)能浴室系統(tǒng)

張吉偉　胡尊生　趙愛玲

摘 要：據(jù)國(guó)內(nèi)目前的政策環(huán)境，大力推進(jìn)新建住宅節(jié)能、統(tǒng)一安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是不可阻擋的趨勢(shì)。目前越來越多的家庭用上了太陽(yáng)能熱水器，但由于沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和安裝標(biāo)準(zhǔn)，并且不少設(shè)備安裝存在隱患，而經(jīng)過一體化設(shè)計(jì)安裝的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了功能與外觀的完美統(tǒng)一，特別是不能集體供暖的家庭用戶建筑中，效果更加明顯。我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了洗浴供暖一體化，給大多數(shù)農(nóng)村家庭用戶帶來了方便。該設(shè)計(jì)是基于STM32單片機(jī)的智能太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)。是一個(gè)比較完善的系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)了洗浴供暖一體化。通過太陽(yáng)能發(fā)電給系統(tǒng)供電，同時(shí)利用發(fā)電產(chǎn)生的余熱對(duì)水加熱，大大提高了能源利用效率。利用STM32作為主控芯片，通過鍵盤用戶可以任意設(shè)置水溫和空氣溫度。通過傳感器測(cè)量水溫及空氣溫度，由主控器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制兩水管的流量，進(jìn)而控制水溫。通過水位傳感器測(cè)量水桶內(nèi)的水位，并提示水位信息。并判斷水位高低并提示是否蓄水或自動(dòng)蓄水。通過溫度傳感器傳輸空氣溫度信息。并將熱水器一部分水流向暖氣片，給室內(nèi)供暖，達(dá)到了洗浴供暖一體化。

關(guān)鍵詞：智能熱水器 STM32 自動(dòng)控制 太陽(yáng)能 供暖

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-00-02

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)與原理

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

智能太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路控制系統(tǒng)架構(gòu)（圖1～圖3）。

1.2 智能太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)原理

當(dāng)用戶可以根據(jù)自己的需求通過按鍵設(shè)定合適的水溫，并按下開關(guān)開啟?？刂破鲗㈤_關(guān)2，4，關(guān)閉，開關(guān)1，3打開，通過控制電機(jī)AB的流量不同，進(jìn)而控制熱水與冷水的混合比例，水流流經(jīng)水溫傳感器B，若水溫傳感器B檢測(cè)的水溫高于或低于設(shè)定值，則將信息反饋到電機(jī)AB的轉(zhuǎn)速上，從而不斷的改變流量來控制混合后的水溫，最終達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的效果。

利用太陽(yáng)能發(fā)電的同時(shí)產(chǎn)生熱量，將產(chǎn)熱用來加熱水，大大充分利用能源。而且通過單片機(jī)能自動(dòng)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板的角度，使其正對(duì)太陽(yáng)，光照最充足。

若果熱量不足，達(dá)不到預(yù)想溫度時(shí)，通過蓄電池啟動(dòng)電加熱?；旧显谌魏吻闆r下都能洗上熱水澡。

水桶中的水位通過水位傳感器將水位信息傳寄給控制器，假若水位過低，控制器會(huì)發(fā)出報(bào)警或提示指令，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓄水功能。自動(dòng)蓄水功能是由控制器將開關(guān)2，4，6打開，開關(guān)1，3，5關(guān)閉，使高壓水進(jìn)入水桶中。水將近滿時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉所有開關(guān)，禁止

蓄水。

此系統(tǒng)在熱水箱引出一熱水循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)過暖氣片給家庭供暖。達(dá)到了洗浴供暖一體化。在冬天，得不到供暖的情況下，啟動(dòng)開關(guān)7、8，供暖循環(huán)系統(tǒng)就打開，也讓人們享受到了溫暖。

通過按鍵及顯示屏與用戶實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互，用戶可以隨意的設(shè)置各種參數(shù)。

1.3 太陽(yáng)能發(fā)電原理

見圖4。

太陽(yáng)能電池板利用光生伏特效應(yīng)發(fā)電，然后經(jīng)我們?cè)O(shè)計(jì)的升壓電路給蓄電池充電.同時(shí)對(duì)蓄電池的電量進(jìn)行監(jiān)控。蓄電池給控制系統(tǒng)供電，智能化控制所有參數(shù)。且能在光照不足，熱量不足的情況下還可以啟動(dòng)電加熱絲。

2 模塊設(shè)計(jì)思路與原理

（1）處理器的選擇

采用STM32 Cortex M3內(nèi)核32位單片機(jī)。與51、AVR相比STM32單片機(jī)資源豐富，最大運(yùn)行速度可達(dá)72 MHz，可以進(jìn)入低功耗模式。最低耗電量為2 uA。

（2）顯示模塊

顯示模塊采用諾基亞LCD5110。LCD5110包括84X48點(diǎn)陣，可顯示4行漢字，采用串行SPI接口與主機(jī)通信，讀寫速度快，接口信號(hào)線大幅度減少，可以節(jié)省單片機(jī)的IO口資源，并且價(jià)格低廉。采用LCD5110也是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處。

（3）AD采樣模塊

采用單片機(jī)內(nèi)部AD。STM32配有12位AD，且數(shù)據(jù)處理比較簡(jiǎn)單。精度高，外圍電路少。

（4）水流控制模塊

采用旋鈕式開關(guān)控制水流。但是用于自動(dòng)控制水流大小顯得心有余而力不足，若用電機(jī)帶動(dòng)開關(guān)制作起來不很應(yīng)手。采用流量計(jì)。由于流量計(jì)內(nèi)部受電機(jī)控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制流速的大小，所以通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速很容易的實(shí)現(xiàn)了流量的控制。

（5）溫度傳感器模塊

由于在水中很難使用數(shù)字化溫度傳感器，因此我們選擇了水溫傳感器。并通過AD采樣讀出溫度?？諝庵械臏囟扔蓴?shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)得。

3 結(jié)語(yǔ)

本作品是我們根據(jù)大多數(shù)家庭的現(xiàn)狀出發(fā)考慮，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的策劃設(shè)計(jì)而做成。特別針對(duì)于一些得不到供暖的家庭用戶。希望對(duì)以后家庭浴室及供暖的發(fā)展有促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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