家用太陽能熱水器控制器系統設計

摘 要：此設計以TI公司單片機MSP430F149為控制核心并調用外圍模塊一起工作，通過使用溫度傳感器模塊檢測水箱里使用水的溫度，由于此模塊輸出的是數字信號，所以可以直接放入微處理器內直接處理，通過數值轉換后在液晶12864上顯示水箱的溫度值。放在水箱里的水壓傳感器通過測量與水之間的壓力得到當前水箱里的水位值，由于水壓傳感器輸出的是模擬量，所以要經過微處理器里的A/D轉換成為數字量再進行處理，處理之后的值在液晶12864上顯示。用戶通過按鍵可以設定適合自己的水溫值，單片機通過程序將用戶設定的水溫值和當前水溫值進行比較，如果當前水溫值小于設定水溫值時就會閉合電磁開關，開啟加熱裝置。高于設定溫度時斷開開關停止加熱。溫度和水位值都是在時時檢測，達到控制目的。

關鍵詞：太陽能熱水器控制器；MSP430F149單片機；水位溫控檢測系統

1 概述

這些年人類無止境的使用能源，使得能源問題越來越嚴重，從而想利用其它資源來代替這些不可再生資源。

由于太陽能是人類接觸最多的能源，而且在人類認知范圍內幾乎是取之不盡用之不竭的。所以太陽能的利用必將是未來的一個趨勢，也是主要可循環利用的能源之一。本次設計就是利用太陽能來控制水箱里水的溫度，從而給人們帶來便利和減少環境污染，保護地球。

2 太陽能熱水器控制器系統硬件設計方案

本設計主要是以微處理器MSP430為核心，選擇溫度傳感器和水位傳感器作為單片機信號的采集來源，溫度傳感器采用的是數字式不銹鋼的DS18B20溫度探頭。水位檢測選擇水位檢測模塊，將檢測到的模擬信號通過捕獲之后送入單片機進行處理。通過液晶12864來時時顯示溫度和水位。全部計劃需要經過幾個部分的設計來完成：（1）DS18B20溫度采集電路的設計；（2）液晶12864電路的

設計；（3）經由電磁閥控制太陽能的溫度和水位電路設計；（4）經由按鍵設置溫度初始值和水位初始值的電路設計；從設計需求可以看出，本設計需要做的主要工作有：查閱相關資料，了解各部分功能原理。查閱元器件的數據手冊，把握器件工作原理和硬件實現方法。通過手冊對各個模塊進行程序編寫，達到系統的要求。

太陽能熱水器控制器下位機設計框圖如圖1所示。

3 太陽能熱水器控制器系統軟件設計方案

本次設計主要采用C語言編寫程序，根據各個模塊功能的需求進行逐步編輯（如溫度檢測模塊、液晶顯示模塊、水位檢測模塊等），此次編寫程序的軟件選用IAR for msp430軟件、仿真選用的是PROTEUS軟件、原理圖和PCB繪制選用的是Altium designer軟件。

按照以上這些要求，太陽能控制器在軟件設計方面主要采用模塊化設計思想，主要由MCU時鐘初始化、串口初始化、溫度檢測初始化、水位檢測初始化、液晶初始化、鍵盤掃描程序設計、定時器中斷程序、液晶顯示程序、繼電器控制程序等部分組成。太陽能熱水器控制器的系統主程序流程圖如圖2所示。

對于水箱里的溫度和水位的設定，在啟動控制器時要通過按鍵來設置完成。在設定溫度和水位的值之后，就將設定的值存入AT24C02的E2PROM中進行保存，方便下次開機時或者停電重新啟動時進行讀取上次設定值。這樣做有兩大優點：一是系統在啟動時沒設定溫度值和水位值，就從存儲器中讀取上一次的值，從而解決了啟動都要從重新設定溫度值和水位值的問題。二是增強了控制器的適應能力，在突然掉電之后來電還是能夠恢復正常讀取出溫度的值和水位的值，不需要重新設定。

4 結束語

實驗表明MSP430F149單片機實現的家用太陽能熱水器控制器，具有體積小、結構簡單、功耗低、處理速度快等優點，可以實現自動上水、低水位報警、記錄用戶使用習慣。

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作者簡介：王磊（1990，11-），男，漢族，江蘇，淮陰工學院，本科學歷，硬件工程師，研究方向：電路與系統。