智能太陽能浴室系統

張吉偉　胡尊生　趙愛玲

摘 要：據國內目前的政策環境，大力推進新建住宅節能、統一安裝太陽能熱水系統是不可阻擋的趨勢。目前越來越多的家庭用上了太陽能熱水器，但由于沒有統一的設計和安裝標準，并且不少設備安裝存在隱患，而經過一體化設計安裝的太陽能熱水系統，實現了功能與外觀的完美統一，特別是不能集體供暖的家庭用戶建筑中，效果更加明顯。我們設計實現了洗浴供暖一體化，給大多數農村家庭用戶帶來了方便。該設計是基于STM32單片機的智能太陽能熱水器系統。是一個比較完善的系統，并且實現了洗浴供暖一體化。通過太陽能發電給系統供電，同時利用發電產生的余熱對水加熱，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置水溫和空氣溫度。通過傳感器測量水溫及空氣溫度，由主控器控制電機的轉速控制兩水管的流量，進而控制水溫。通過水位傳感器測量水桶內的水位，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，給室內供暖，達到了洗浴供暖一體化。

關鍵詞：智能熱水器 STM32 自動控制 太陽能 供暖

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-02

1 系統整體架構與原理

1.1 系統整體結構

智能太陽能熱水器系統結構及電路控制系統架構（圖1～圖3）。

1.2 智能太陽能熱水器系統原理

當用戶可以根據自己的需求通過按鍵設定合適的水溫，并按下開關開啟。控制器將開關2，4，關閉，開關1，3打開，通過控制電機AB的流量不同，進而控制熱水與冷水的混合比例，水流流經水溫傳感器B，若水溫傳感器B檢測的水溫高于或低于設定值，則將信息反饋到電機AB的轉速上，從而不斷的改變流量來控制混合后的水溫，最終達到一個動態平衡的效果。

利用太陽能發電的同時產生熱量，將產熱用來加熱水，大大充分利用能源。而且通過單片機能自動調節太陽能電池板的角度，使其正對太陽，光照最充足。

若果熱量不足，達不到預想溫度時，通過蓄電池啟動電加熱。基本上在任何情況下都能洗上熱水澡。

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，控制器會發出報警或提示指令，也可以實現自動蓄水功能。自動蓄水功能是由控制器將開關2，4，6打開，開關1，3，5關閉，使高壓水進入水桶中。水將近滿時會自動關閉所有開關，禁止

蓄水。

此系統在熱水箱引出一熱水循環系統，經過暖氣片給家庭供暖。達到了洗浴供暖一體化。在冬天，得不到供暖的情況下，啟動開關7、8，供暖循環系統就打開，也讓人們享受到了溫暖。

通過按鍵及顯示屏與用戶實現友好的人機交互，用戶可以隨意的設置各種參數。

1.3 太陽能發電原理

見圖4。

太陽能電池板利用光生伏特效應發電，然后經我們設計的升壓電路給蓄電池充電.同時對蓄電池的電量進行監控。蓄電池給控制系統供電，智能化控制所有參數。且能在光照不足，熱量不足的情況下還可以啟動電加熱絲。

2 模塊設計思路與原理

（1）處理器的選擇

采用STM32 Cortex M3內核32位單片機。與51、AVR相比STM32單片機資源豐富，最大運行速度可達72 MHz，可以進入低功耗模式。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點陣，可顯示4行漢字，采用串行SPI接口與主機通信，讀寫速度快，接口信號線大幅度減少，可以節省單片機的IO口資源，并且價格低廉。采用LCD5110也是本設計的創新之處。

（3）AD采樣模塊

采用單片機內部AD。STM32配有12位AD，且數據處理比較簡單。精度高，外圍電路少。

（4）水流控制模塊

采用旋鈕式開關控制水流。但是用于自動控制水流大小顯得心有余而力不足，若用電機帶動開關制作起來不很應手。采用流量計。由于流量計內部受電機控制，電機的轉速控制流速的大小，所以通過改變電機轉速很容易的實現了流量的控制。

（5）溫度傳感器模塊

由于在水中很難使用數字化溫度傳感器，因此我們選擇了水溫傳感器。并通過AD采樣讀出溫度。空氣中的溫度由數字溫度傳感器DS18B20測得。

3 結語

本作品是我們根據大多數家庭的現狀出發考慮，經長時間的策劃設計而做成。特別針對于一些得不到供暖的家庭用戶。希望對以后家庭浴室及供暖的發展有促進作用。

參考文獻

[1] 黃漢云.太陽能光伏發電應用原理[M].北京：化學工業出版社，2010.

[2] 蒙博宇.STM32自學筆記[M].北京：北京航空航天大學出版社，2012.

[3] 姚文祥，ARM Cortex-M3權威指南/（英）[M].宋巖，譯.北京：北京航空航天大學出版社，2009.