太陽能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄭大偉

摘 要：本設(shè)計(jì)以低成本集成單片機(jī)STC89C51為核心，對(duì)太陽能熱水器水箱的溫度、水位等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示，并通過單片機(jī)發(fā)出指令執(zhí)行上水與加熱命令。

關(guān)鍵詞：STC89C51;監(jiān)測(cè);太陽能熱水器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.074

在日益繁華的今天，我們對(duì)于不可再生能源的使用過于迅猛，以致于不可再生能源的儲(chǔ)備在急劇減少。為此，我們需要增強(qiáng)對(duì)可再生能源的利用，太陽能就是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇。而對(duì)于太陽能的利用，太陽能熱水器更是不可或缺的部分。

1 設(shè)計(jì)方案

以STC89C51單片機(jī)為核心，將水位檢測(cè)器和溫度檢測(cè)器傳來的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換的信號(hào)送入單片機(jī)。通過與設(shè)定的溫度與水位進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)結(jié)果發(fā)出上水和加熱的指令，使得溫度與水位在控制范圍內(nèi)。另外設(shè)置有LED顯示屏顯示實(shí)時(shí)溫度、溫度上限、溫度下限和預(yù)約時(shí)間，并配置有鍵盤輸入可以更改預(yù)約時(shí)間、溫度上限和溫度下限的設(shè)定值。

2 硬件設(shè)計(jì)

（1）電源電路。電源分為很多種，不同的分類方法可以將電源劃分的更加細(xì)，對(duì)電源的理解也更加清晰。如果按照連接方法的話，可以將其分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。如果按照工作狀態(tài)的話，可以將其分為線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路。本設(shè)計(jì)中，我們采用的是線性工作狀態(tài)的線性集成穩(wěn)壓電源。

（2）按鍵電路。本設(shè)計(jì)采用的是獨(dú)立式按鍵。這種按鍵的結(jié)構(gòu)非常簡單，如圖，它的1腳和2腳是接通的，3腳和4腳是接通的。當(dāng)我們按下按鍵時(shí)，它的1、2、3、4腳都會(huì)接通。這樣的結(jié)構(gòu)使得它的每個(gè)按鍵相對(duì)獨(dú)立，這樣它們的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)，因此使用時(shí)更加簡單方便。

（3）水溫檢測(cè)電路。本設(shè)計(jì)是用常用的溫度傳感器DS18B20對(duì)水箱的水溫進(jìn)行采集，接著將其提供給STC89C51單片機(jī)，然后單片機(jī)根據(jù)水溫執(zhí)行其他操作。

（4）水位檢測(cè)電路。水位檢測(cè)模塊利用LM393電壓比較器。1腳2腳3腳為一個(gè)電壓比較器，5腳6腳7腳為另外一個(gè)電壓比較器。低水位檢測(cè)原理就是2腳與3腳電壓比較，當(dāng)2腳的電壓高于3腳時(shí)，1腳輸出一個(gè)低電平。3腳的電壓采取的是一個(gè)電位器的電壓，可隨意調(diào)節(jié)。2腳接的是水位傳感器，當(dāng)傳感器檢測(cè)到水之后電壓變高很多，2腳電壓就會(huì)高于3腳，1腳就會(huì)輸出一個(gè)低電平，即p3.6口檢測(cè)到一個(gè)低電平，程序檢測(cè)低電平執(zhí)行相應(yīng)程序。高水位檢測(cè)原理與低水位基本相同。這就是水位檢測(cè)模塊的原理了。

（5）報(bào)警電路。當(dāng)溫度超過設(shè)定的上限時(shí)電路會(huì)報(bào)警，提示水溫過高，并停止加熱。當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)電路會(huì)報(bào)警，提示水溫過低，并開始加熱。當(dāng)水位低于設(shè)定的水位下限時(shí)電路會(huì)報(bào)警，并開始加水。當(dāng)水位高于設(shè)定的水位上限時(shí)電路會(huì)報(bào)警，并停止加水。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)方面由主程序、顯示部分程序、按鍵部分程序、報(bào)警部分程序、繼電器工作部分程序組成。主程序初始化數(shù)值后通過按鍵程序設(shè)置溫度上下限，接著傳感器的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)的顯示程序進(jìn)行顯示，然后通過單片機(jī)內(nèi)部比較控制繼電器部分和報(bào)警部分工作，延時(shí)后進(jìn)行循環(huán)。

（1）主程序（圖4）。

（2）顯示程序（圖5）。

（3）按鍵程序（圖6）。

（4）報(bào)警程序（圖7）。

（5）繼電器工作程序（圖8）。

4 總結(jié)

為了降低成本，本設(shè)計(jì)用的是STC89C51單片機(jī)，通過對(duì)外部電路的設(shè)計(jì)與相應(yīng)的軟件編程，對(duì)工業(yè)環(huán)境中溫度、水位等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示，再通過A/D轉(zhuǎn)換向單片機(jī)傳輸電信號(hào)，根據(jù)得到的信號(hào)進(jìn)行程序控制。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理、操作方便、性能安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定。

隨著時(shí)代的發(fā)展，不可再生能源被過多的消耗，我們需要尋可再生能源進(jìn)行利用，太陽能就是理想的能源。而對(duì)于太陽能的利用，太陽能熱水器更是占了很大的比重。我國國土遼闊，人口眾多，太陽能更是相當(dāng)富有。所以我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)太陽能熱水器的研究，更好的利用太陽能造福國民。

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