基于的單片機(jī)的太陽能熱水器溫控上水系統(tǒng)設(shè)計

羅智睿 趙娟

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平越來越好了，同時人們也越來越認(rèn)識到了環(huán)境的重要性，而且目前國家也在提倡綠色低碳生活，因此太陽能這一綠色且源源不斷的能源就越來越受到人們的青睞。在日常生活中，人們對于太陽能最為廣泛的就是太陽能熱水器了。同時在時代進(jìn)步與發(fā)展的過程中，太陽能熱水器也在緊跟時代的腳步，不斷地更新與換代。本文結(jié)合太陽能熱水器的具體應(yīng)用，介紹了一種以AT89C51單片機(jī)為核心組成的太陽能溫控上水系統(tǒng)，通過對水位和溫度等數(shù)據(jù)的采集，自動控制熱水器進(jìn)行上水、加熱等工作，使得人們隨時都有溫度適中的熱熱水可用。本系統(tǒng)使用方便，穩(wěn)定性高，節(jié)約能源，成本低且實用性高，適合推廣，市場前景廣泛。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 太陽能熱水器 水位 溫度 控制

中圖分類號： S763 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

隨著人們生活水平和質(zhì)量的提高，以及生活效率的提高，太陽能熱水器也越來越普及，但是傳統(tǒng)的手動上水以及緊靠太陽能對水進(jìn)行加熱的熱水器已經(jīng)不能滿足人們的需求了，人們需要一種智能的熱水器，能夠讓他們隨時都有充足的熱水可用，尤其是在冬天的時候。因此為了滿足人們的需求，本文設(shè)計了一種太陽能溫控上水系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過對水位和溫度等數(shù)據(jù)的檢測，智能化的自動進(jìn)行上水、加熱等操作，從而能夠保證人們隨時都有充足的熱水可用，很好的解決了傳統(tǒng)太陽能熱水器的一些弊端，能夠更好的滿足人們的需求。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本太陽能溫控上水系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤和顯示模塊以及執(zhí)行模塊等五個模塊組成。電源模塊采用外部交流電源或內(nèi)置電池對系統(tǒng)進(jìn)行供電，數(shù)據(jù)采集模塊采用水位傳感器和溫度傳感器對水位水溫等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，鍵盤和顯示模塊中鍵盤采用3×5防水鍵盤，顯示器采用液晶顯示屏對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，更加清晰直觀，執(zhí)行模塊主要由單片機(jī)控制熱水器的上水、加熱等操作。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計

單片機(jī)最小系統(tǒng)是使單片機(jī)可以正常運行的最低配置，它是由復(fù)位模塊、時鐘模塊和電源模塊這三個模塊所組成的。復(fù)位模塊是用來復(fù)位單片機(jī)，使其程序重新運行，其工作原理是通過在單片機(jī)的9引腳提供兩個周期以上的高電平來實現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。單片機(jī)是一種時序電路，因此必須由時鐘模塊給單片機(jī)提供脈沖信號才能正常工作。電源模塊是單片機(jī)正常工作中所必不可少的一部分，單片機(jī)使用的是5V電源，其中單片機(jī)40引腳接電源正極，20引腳接電源負(fù)極。

2.2 電源模塊設(shè)計

電源電路采用的是外部交流電源或內(nèi)置電池對系統(tǒng)進(jìn)行供電?？梢酝ㄟ^外接15V電源通過降壓、整流濾波等處理后輸出5V電壓，或者通過內(nèi)置兩節(jié)3.7V鋰電池進(jìn)行降壓后輸出5V電壓，來供給單片機(jī)電源需求。

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

數(shù)據(jù)采集模塊主要是由水位傳感器、溫度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器組成，其功能是對太陽能熱水器水箱中的水位和溫度進(jìn)行檢測，然后將檢測數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸給單片機(jī)。水位傳感器采用浮子式水位傳感器，其是利用水中浮子的垂直位置隨水面變化的原理，然后通過轉(zhuǎn)換器件將水位轉(zhuǎn)換為可測信號輸出，精準(zhǔn)的測量出水箱水位數(shù)據(jù)。溫度傳感器采用的是DS18B20溫度傳感器，其可測量的溫度范圍為-55℃～+125℃，具有接線方便，使用范圍廣，壽命長，體積小，成本低以及使用方便等優(yōu)點。

2.4 鍵盤和顯示模塊設(shè)計

該部分主要由鍵盤和顯示屏組成，鍵盤采用3×5防水鍵盤，用來設(shè)定水箱中的水位、溫度等的范圍以滿足人們的各種需求，顯示屏采用液晶顯示屏，用來顯示太陽能熱水器中的水位、溫度以及人們所設(shè)定的各種數(shù)據(jù)，其具有微功耗，體積小，顯示內(nèi)容豐富、清晰以及美觀等優(yōu)點。

2.5 執(zhí)行模塊設(shè)計

該部分主要是由各種執(zhí)行器組成，以AT89C51單片機(jī)為核心進(jìn)行控制。通過單片機(jī)對水位、溫度等信息進(jìn)行處理，與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定水位最低值時，單片機(jī)控制太陽能熱水器的上水管路的電磁閥開啟，太陽能熱水器進(jìn)行上水，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定最高值時電磁閥關(guān)閉停止上水；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定范圍最高值時，單片機(jī)控制水箱內(nèi)的電加熱開啟進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定最高值時電加熱關(guān)閉，停止加熱。使水箱內(nèi)的水位、溫度始終都保持在設(shè)定范圍內(nèi)，讓人們隨時都有足夠的熱水可供使用。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)主要是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤和顯示模塊、執(zhí)行模塊等組成硬件系統(tǒng)，以AT89C51單片機(jī)為核心進(jìn)行控制，使各個模塊之間協(xié)同作用來組成一個完整的控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集模塊采集各種所需要的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，然后將信息在液晶顯示屏上顯示出來，同時通過與設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，看是否在設(shè)定范圍內(nèi)，然后控制執(zhí)行模塊的各個執(zhí)行器的開啟或關(guān)閉，使水箱內(nèi)的水位、溫度始終能滿足人們的需求。

4 結(jié)語

本設(shè)計是以AT89C51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計的太陽能溫控上水系統(tǒng)，實現(xiàn)了太陽能熱水器自動對水箱內(nèi)的水位、溫度等信息進(jìn)行采集與處理，然后與設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，智能的控制水箱進(jìn)行上水、加熱等操作，使人們隨時都由充足的熱水可供使用，使人們的生活更加的方便。另外本設(shè)計還可進(jìn)一步的優(yōu)化，如實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、智能識別是否有人正在使用熱水等，這樣我們可以通過遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)加熱功能的開關(guān)，在需要用熱水的時候提前打開，在不需要的時候關(guān)閉，這樣就可以更加的節(jié)能，還有在有人正在使用熱水的時候，智能的進(jìn)行識別，然后控制水箱不會在使用中進(jìn)行加水，導(dǎo)致水溫變涼。我相信，隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，在未來太陽能熱水器一定會變得更加智能化，使人們的生活更加便捷。

參考文獻(xiàn)

[1] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].第3版.北京：北京航天航空大學(xué)出版社.2005

[2] 葉湘濱，熊飛麗，等.傳感器與測試技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社.2007

[3] 柴鎖柱，趙秋.基于C51的DS18B20驅(qū)動電路設(shè)計[J].傳感器世界.2007（8）：36-39

[4] 陳永健，王晨.單片機(jī)在太陽能熱水器輔助電加熱溫度控制器的應(yīng)用與研究[J].電子世界.2016（20）

[5] 楊瑞，張軍.自動控制系統(tǒng)原理[M].電子科技大學(xué)出版社.2016.7

[6] 華磊.太陽能熱水器智能控制裝置[D].廣西大學(xué).2012

[7] 焦青太.當(dāng)今世界太陽能熱水器的發(fā)展?fàn)顩r[J].建筑節(jié)能.2007（08）