基于單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統

陳昌燕，楊志保

中國建筑第二工程局有限公司

基于單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統

陳昌燕，楊志保

中國建筑第二工程局有限公司

我國當下大部分太陽能熱水器存在的出水溫度不穩定的問題，這就在很大程度上造成了水資源的浪費，針對這一問題，本文就單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統進行了具體研究，希望這一研究能夠在一定程度上解決太陽能熱水器所面臨的出水溫度問題。

單片機；水溫控制；電磁閥

前言

在傳統的太陽能熱水器中，調節太陽能熱水器水箱內的水溫,獲得出水口的恒溫是最為常見的出水恒溫控制方式，但這種方式很容易造成不必要的浪費，為此筆者設計了一種由單片機、溫度傳感器、冷熱水電磁閥及溫度設定、報警等部分構成的太陽能熱水器出水恒溫控制系統，這一系統具備著簡單有效、成本低廉的優勢。

1.總體設計方案

為了能夠通過設計的太陽能熱水器出水恒溫控制系統實現水溫的恒溫控制，太陽能熱水器出水恒溫控制系統需要通過脈沖寬度調制方式動態調整冷、熱水電磁閥的導通時間，這樣就可以在較長時間內實現冷、熱水流量調節，從而得到恒溫的溫水。

2.系統硬件設計

2.1 電磁閥

在這一太陽能熱水器出水恒溫控制系統的電磁閥設計中，筆者選擇了普通的2W160-15直動式膜片結構常閉型電磁閥進行流量調節,并通過三極管間接控制電磁閥的通斷，這樣就能夠較好的降低整個系統的成本。

2.2 溫度傳感器

在溫度傳感器的設計中，結合太陽能熱水器的使用實際，筆者選擇了DALLAS公司的DS18B20一線式數字溫度傳感器，這一傳感器能夠較好的滿足人們日常使用太陽能熱水器時20～80℃的需要，這一溫度傳感器需要與單片機的P1.4相連[2]。

2.3 溫度調節

在溫度調節的硬件設計中，為了能夠較好的滿足人們的日常需要，筆者設計了兩個按鈕可以進行±1℃式的溫度調節，這兩個按鈕直接連接在單片機的中斷引腳P3.2和P3.3。

2.4 單片機

本文進行的太陽能熱水器出水恒溫控制系統選擇了AT89C2051單片機作為系統的核心，這一選擇能夠較好的保證系統的價格低廉與可靠性。

2.5 混水室

混水室是實現水溫恒定的關鍵，為此筆者選擇了長10 cm、內徑為12.7 mm的四分管作為混水室，這一混水室設計就能夠較好的彌補電磁閥頻率較小帶來的系統滯后問題。

3.系統軟件設計

3.1 主程序

在太陽能熱水器出水恒溫控制系統的主程序設計中，其需要根據使用者設定的出水溫度進行冷、熱水電磁閥的調節，實現出水溫度的恒溫控制，為此筆者設計了圖1所示的太陽能熱水器出水恒溫控制系統主程序流程圖，通過這一流程圖我們能夠較為清楚的了解主程序的運行規則，而結合硬件設備太陽能熱水器出水恒溫控制系統就能夠較好的實現自身的功能。

圖1 系統程序流程圖

圖2 冷熱水電磁閥調整子程序流程圖

3.2 冷熱水電磁閥調整子程序

從圖2我們能夠看出，太陽能熱水器出水恒溫控制系統想要較好的發揮自身功能，還需要冷熱水電磁閥調整子程序為其提供幫助，這以程序主要負責改變冷熱水電磁閥的導通和斷開時間，而不負責改變電磁閥驅動引腳狀態。圖2為這一冷熱水電磁閥調整子程序的程序流程圖，通過這一流程圖我們能夠看出，為了避免單獨調整一個水閥導致流量變化過大，筆者設計了輪流調整冷、熱水閥的導通率的方式完成冷熱水電磁閥調整。

4.實驗與分析

在完成這一太陽能熱水器出水恒溫控制系統整體設計后，為了對系統的使用效果進行測試，筆者首先設定了出水溫度為30℃，而根據測量結果我們發現該系統存在著溫差較大時調節時間過長的問題，這一問題的出現主要是由于整個系統的控制方式較為簡單所致，為了解決這一問題，筆者在對該系統進行重新設計時選擇了PID調節方式，這就使得調節時間大大降低。

結論

該系統能夠通過調整冷、熱水電磁閥導通率來使混合水保持恒溫，而系統具備的報警等功能也使得其具備著較高的實用性。不過由于設計中選擇的電磁閥等部件存在的性能較差問題，該系統本身還存在著一定缺陷，但這一設計思路還是存在著一定借鑒價值，希望論文內容能夠為我國太陽能熱水器的相關發展帶來一定幫助。

[1]舒易茂,李斌.基于89C52單片機的太陽能熱水器智能控制系統[J].科技信息,2010,09:103+70.

[2]胥飛,戴曄,盛純.基于單片機的太陽能熱水器出水恒溫控制系統[J].上海電機學院學報,2010,06:339-342.