基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)上水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嚴(yán)冬+趙玉榮+陳潤(rùn)+金建+馬敏

摘要：老式的熱水器不僅不能精確需要的水溫，而且還有一定的危險(xiǎn)性。太陽(yáng)能熱水器是一種采用STC89C52單片機(jī)作為控制器，能夠精確提供用戶所需溫度的溫水。所需溫度高于當(dāng)前采集的水溫時(shí)，光照充足，啟動(dòng)太陽(yáng)能加熱，光照較弱或無(wú)光時(shí)，啟動(dòng)電加熱。并且通過(guò)水位探測(cè)針實(shí)時(shí)檢測(cè)水位，自動(dòng)上水，基本實(shí)現(xiàn)了智能控制功能。

關(guān)鍵詞： STC89C52；DS18B20；太陽(yáng)能熱水器；LCD1602

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）32-0255-02

Design of Control System for Solar Water Heater Based on Single Chip Microcomputer

YAN Dong， ZHAO Yu-rong， CHEN Run， JIN Jian， MA Ming

（School of Electronics and Communication Engineering， Anhui Xinhua University， Hefei 230088， China）

Abstract： The old water heater can't accurate need not only is warm， and there is a certain risk. Solar water heater is a kind of the STC89C52 single-chip microcomputer as the controller， can provide users need precise temperature of warm water. When the required temperature is higher than the current collection of temperature， light enough， start the solar heating， light is weak or matte， start the electric heating. And through water probe real-time detection level， automatic water， basic realize the intelligent control function.

Key words： STC89C52； DS18B20； solar water heater； LCD1602

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的新型熱水器出現(xiàn)在市場(chǎng)上，至今，更是出現(xiàn)智能熱水器，更人性方便化，更便捷。安全、節(jié)能、穩(wěn)定、高效、也不斷成為發(fā)展的目標(biāo)[1]。

隨著太陽(yáng)能熱水器的廣泛應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在極端惡劣天氣下，所提供的熱水溫度不是很高，比所在環(huán)境溫度高十幾到二十幾度，這部分溫度的能量利用價(jià)值很大。因此人們開始研究將太陽(yáng)能加熱與燃?xì)饧訜峄螂娂訜峤Y(jié)合。在太陽(yáng)能提供溫度無(wú)法滿足需要時(shí)，通過(guò)電加熱或燃?xì)饧訜釢M足人們生活用水的需要。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心器件，控制系統(tǒng)的主要分為顯示模塊、水位檢測(cè)模塊、光敏檢測(cè)模塊、加熱模塊、溫度檢測(cè)模塊、按鍵及報(bào)警電路構(gòu)成。利用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了溫度和水位的自動(dòng)控制，太陽(yáng)能加熱和電加熱的自動(dòng)切換。采用LCD1602字符型液晶實(shí)時(shí)顯示水溫水位。光敏電阻加上繼電器開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱電路的通斷的，當(dāng)光照強(qiáng)度超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值，啟用太陽(yáng)能加熱。在光照不足的情況下，通過(guò)繼電器控制外部加熱電路，方便用戶的使用，用戶也可根據(jù)需要利用按鍵進(jìn)行定時(shí)。設(shè)定各種報(bào)警功能，包括開始加熱報(bào)警，加熱完成時(shí)報(bào)警。

1.1 太陽(yáng)能和電加熱模塊

太陽(yáng)能加熱模塊采用的是光敏電阻和繼電器來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)，光敏電阻是一種隨著光照的變化，阻值也隨之變化的一種特殊的電子元器件，當(dāng)光照強(qiáng)度變強(qiáng)時(shí)，電阻變??；光照變?nèi)鯐r(shí)，電阻變大。通過(guò)LM393比較器[2]，對(duì)比電壓的大小，繼而控制繼電器的通斷，來(lái)控制電加熱繼電器的開關(guān)和閉合。該模塊直接與的繼電器加熱模塊相連。通過(guò)光敏檢測(cè)模塊來(lái)檢測(cè)光照的強(qiáng)度，當(dāng)光照強(qiáng)度超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值，關(guān)閉電加熱，模擬啟用太陽(yáng)能加熱。

通過(guò)加熱繼電器來(lái)控制加熱棒的電源通斷，從而實(shí)現(xiàn)加熱的自動(dòng)化。單片機(jī)的P1.6口連接的加熱控制繼電器。當(dāng)溫度下限時(shí)，單片機(jī)端口輸出低電平，在三極管的作用下，電路導(dǎo)通，繼電器內(nèi)部吸合，外部電路被接通，加熱棒電源接通過(guò)后立刻開始加熱。反之，繼電器電源斷開，則松開開關(guān)，外部電路斷開，加熱棒停止加熱。

1.2 水位檢測(cè)及自動(dòng)注水電路

通過(guò)利用PNP型的三極管截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)水位從2（低水位）浸沒(méi)到3（高水位）的位置時(shí)，此時(shí)三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流不為零， P2.0端口就由高電位變成低電位[3]。單片機(jī)判斷為高水位，水泵停止工作。當(dāng)水低于2時(shí)（低水位），加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓比PN結(jié)的導(dǎo)通電壓小，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)候失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極相當(dāng)于斷開狀態(tài)，此時(shí)，P2.1端口為高電平，水位檢測(cè)的結(jié)果是低水位，開始自動(dòng)注水[4]。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水。當(dāng)水位低于低水位時(shí)加熱棒不加熱，以防干燒。水位達(dá)到最高水位時(shí)，水泵繼電器斷開停止注水。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

所有模塊初始化讀取溫度并顯示。對(duì)水位探針讀取的水位進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)水位低于設(shè)定的低水位時(shí)，開始注水，直到高水位。只有當(dāng)水位高于低水位時(shí)，進(jìn)行下一步操作，開始進(jìn)行溫度檢測(cè)[5]。當(dāng)檢測(cè)到溫度低于設(shè)置的最低溫度時(shí)，開始檢測(cè)是否有光照，光照較強(qiáng)時(shí)啟動(dòng)用太陽(yáng)能加熱，光照較弱時(shí)則開始電加熱，加熱同時(shí)蜂鳴器告警1.5秒。電加熱加熱到設(shè)置的最高溫度時(shí)，也立刻報(bào)警發(fā)出六次滴滴聲并停止加熱。如圖4所示為單片機(jī)主程序流程圖。

3 測(cè)試

對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)試。分別進(jìn)行以下幾種操作：

第一步：自動(dòng)注水測(cè)試，模擬進(jìn)行水位低于低水位時(shí)的情景，水泵繼電器開始工作，水泵自動(dòng)注水。當(dāng)水的表面低于低水位時(shí)，水泵繼電器的指示燈亮，水泵發(fā)出嗡嗡的聲音，水泵開始注水。滿足要求。

第二步：加熱測(cè)試，當(dāng)水位高于低水位，同時(shí)溫度低于下限時(shí)，當(dāng)光照較強(qiáng)時(shí)，啟動(dòng)太陽(yáng)能加熱；當(dāng)光照較弱時(shí)，啟動(dòng)電加熱。

當(dāng)光照充足時(shí)，光敏繼電器斷開，加熱繼電器電路電源斷開，不啟動(dòng)電加熱，采用太陽(yáng)能進(jìn)行加熱。當(dāng)光照較弱時(shí)，此處用手握住光敏電阻模擬，光敏檢測(cè)模塊藍(lán)色指示燈亮起，光敏繼電器閉合，加熱繼電器電路電源接通，加熱繼電器自動(dòng)閉合，指示燈亮加熱棒開始加熱。同時(shí)，當(dāng)斷開太陽(yáng)能模塊開關(guān)時(shí)，切換為電加熱，即使有光照也可以啟動(dòng)電加熱。如圖5所示。當(dāng)加熱到設(shè)置的上限溫度時(shí)，立刻停止加熱，蜂鳴器滴滴滴六聲告警，系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測(cè)的狀態(tài)，溫度實(shí)時(shí)的顯示。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔嬋媛.基于步進(jìn)電機(jī)的太陽(yáng)能熱水器智能控制的研究[D]. 南昌：南昌大學(xué)，2012.

[2] 李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[3] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2012.88-90.

[4] 華磊.太陽(yáng)能熱水器智能控制裝置[D]. 南寧：廣西大學(xué)，2012.

[5] 饒慶和.89C51單片機(jī)實(shí)用技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2003.endprint