基于的單片機的太陽能熱水器溫控上水系統設計

羅智睿 趙娟

摘 要：隨著經濟的快速發展，人們的生活水平越來越好了，同時人們也越來越認識到了環境的重要性，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。同時在時代進步與發展的過程中，太陽能熱水器也在緊跟時代的腳步，不斷地更新與換代。本文結合太陽能熱水器的具體應用，介紹了一種以AT89C51單片機為核心組成的太陽能溫控上水系統，通過對水位和溫度等數據的采集，自動控制熱水器進行上水、加熱等工作，使得人們隨時都有溫度適中的熱熱水可用。本系統使用方便，穩定性高，節約能源，成本低且實用性高，適合推廣，市場前景廣泛。

關鍵詞：單片機 太陽能熱水器 水位 溫度 控制

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

隨著人們生活水平和質量的提高，以及生活效率的提高，太陽能熱水器也越來越普及，但是傳統的手動上水以及緊靠太陽能對水進行加熱的熱水器已經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，本文設計了一種太陽能溫控上水系統，本系統通過對水位和溫度等數據的檢測，智能化的自動進行上水、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 系統總體方案設計

本太陽能溫控上水系統主要由單片機最小系統、電源模塊、數據采集模塊、鍵盤和顯示模塊以及執行模塊等五個模塊組成。電源模塊采用外部交流電源或內置電池對系統進行供電，數據采集模塊采用水位傳感器和溫度傳感器對水位水溫等數據進行采集，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據進行顯示，更加清晰直觀，執行模塊主要由單片機控制熱水器的上水、加熱等操作。系統的總體框圖如圖1所示。

2 系統的硬件設計

2.1 單片機最小系統設計

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

2.2 電源模塊設計

電源電路采用的是外部交流電源或內置電池對系統進行供電。可以通過外接15V電源通過降壓、整流濾波等處理后輸出5V電壓，或者通過內置兩節3.7V鋰電池進行降壓后輸出5V電壓，來供給單片機電源需求。

2.3 數據采集模塊設計

數據采集模塊主要是由水位傳感器、溫度傳感器和A/D轉換器組成，其功能是對太陽能熱水器水箱中的水位和溫度進行檢測，然后將檢測數據通過A/D轉換器轉換為數字信號傳輸給單片機。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，然后通過轉換器件將水位轉換為可測信號輸出，精準的測量出水箱水位數據。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點。

2.4 鍵盤和顯示模塊設計

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、溫度以及人們所設定的各種數據，其具有微功耗，體積小，顯示內容豐富、清晰以及美觀等優點。

2.5 執行模塊設計

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

3 系統的軟件設計

本系統主要是由單片機最小系統、電源模塊、數據采集模塊、鍵盤和顯示模塊、執行模塊等組成硬件系統，以AT89C51單片機為核心進行控制，使各個模塊之間協同作用來組成一個完整的控制系統。數據采集模塊采集各種所需要的數據傳輸到單片機中，然后將信息在液晶顯示屏上顯示出來，同時通過與設定的數據進行對比，看是否在設定范圍內，然后控制執行模塊的各個執行器的開啟或關閉，使水箱內的水位、溫度始終能滿足人們的需求。

4 結語

本設計是以AT89C51單片機為控制核心，設計的太陽能溫控上水系統，實現了太陽能熱水器自動對水箱內的水位、溫度等信息進行采集與處理，然后與設定數據進行比較，智能的控制水箱進行上水、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。另外本設計還可進一步的優化，如實現遠程控制、智能識別是否有人正在使用熱水等，這樣我們可以通過遠程操控系統加熱功能的開關，在需要用熱水的時候提前打開，在不需要的時候關閉，這樣就可以更加的節能，還有在有人正在使用熱水的時候，智能的進行識別，然后控制水箱不會在使用中進行加水，導致水溫變涼。我相信，隨著社會的進步，科技的發展，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

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

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

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

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

[5] 楊瑞，張軍.自動控制系統原理[M].電子科技大學出版社.2016.7

[6] 華磊.太陽能熱水器智能控制裝置[D].廣西大學.2012

[7] 焦青太.當今世界太陽能熱水器的發展狀況[J].建筑節能.2007（08）