淺析太陽能熱水器智能控制器設計

江西工程學院 金黎明

淺析太陽能熱水器智能控制器設計

江西工程學院 金黎明

隨著人們生活水平的提升，人們對于太陽能熱水器功能要求越來越嚴格，然而當前的太陽能熱水器控制系統在技術上存在落后性，嚴重影響了人們的使用。開發一種高效便捷、使用方便的太陽能熱水器智能控制器成為當前急需解決的問題。本文以單片機8051為核心，在智能控制器的設計中增加了按鍵設置、顯示、報警等功能，使用溫度和液位傳感器對水溫和水位實現24 h監控，保證加熱和上水等功能的自動化，實現對太陽能熱水器的智能化控制。

太陽能熱水器；單片機；智能控制；系統設計

1 太陽能熱水器控制器的設計原理

分別采用溫度傳感器和液位傳感器實現對水溫和液位的檢測，并在顯示屏上實時顯示溫度和液位信息。單片機通過對采集到的溫度和液位進行條件判斷，從而發出控制命令。在白天，當熱水器內的水位由高到低，直到水位低于1/4時，啟動蜂鳴器報警，同時指示燈亮起。在溫度較低且液位未達最高值時，經太陽照射水溫升高直到超過60℃，開繼電器上水，直到水溫將至50℃。通過此方法可以有效預防低水量、高水溫現象的出現。夜間，如果熱水用盡，設置15 min延時然后自動上水；如果熱水沒有用完，為了保證熱水被充分利用便不上水，直到第二天白天利用溫度控制進行上水。在上水過程中，如果出現水壓過低或者自來水斷水的情況，則自動轉入低水壓上水模式，同時啟動低水壓報警，報警指示燈亮起，以0.5 h為周期啟動上水，如果30 min后沒有檢測到水位上升，再間隔0.5 h，如此循環往復。設置0.5 h為周期是為了保護繼電器不因頻繁通斷而縮短使用壽命。

2 硬件電路的設計原理

如圖1所示為硬件實現方案示意圖。

圖1 系統連接示意圖

2.1 溫度傳感器

本系統設計所選取的溫度傳感器型號為DS18B20，該傳感器由美國達拉斯公司研發設計，采集到的溫度值以9位數字的形式進行顯示[2]。通過單總線接口收發數據，可以通過數據線獲得工作電壓，因而不需要外部供電。DS18B20在工作中，一般直接與單片機的I/O口連接，本系統中，需要設置多處溫度傳感器，因而需要在單片機的I/ O口掛接多個溫度傳感器。

2.2 水位檢測電路設計

本系統中的儲水箱進行3等份，水底為公共電極，通過不同深度的水位與水底電極之間的電勢差來判斷水的深度。具體檢測原理如下：第一，單片機輪流向不同水位的電極輸出高電平；第二，通過公共電極來實現對不同水位的電位轉換，如果水位達到對應的電極，那么輸出低電平，反之輸出高電平；第三，循環檢測電壓值，每次得到4個串行數據，通過對該數據進行分析來實現對水位的判斷，然后通過顯示屏顯示，從而完成對水位的檢測過程。

2.3 繼電器電路與原理

本系統設計中選用的繼電器類型為電磁繼電器。通過上文對智能控制器的工作原理簡介可知，在水溫過低時需要開啟加熱命令，在液位過低時需要進行上水動作，要想實現自動化的控制，就必須使用水位及液位信號的控制開關，也就是采用繼電器進行控制。工作原理簡介如下：當線圈通電時，由于電磁感應的作用使得鐵芯產生磁性，從而吸合開關彈片，外部電路也就會導通。利用電磁繼電器對電路進行控制的原理如下：需要閉合開關時，通過單片機輸出一個電平信號，從而使發光二極管導通，然后是三極管導通，繼電器線圈中獲得電流，驅動繼電器工作，然后繼電器閉合，電路整體導通。

2.4 液晶顯示屏的選取

本系統設計所選用的液晶顯示屏型號為LCD1602，該顯示屏最多可以顯示16×2個字符，模塊內部具有日常所見的阿拉伯數字、大小寫英文字母等，完全滿足本系統設計的顯示需求。該模塊在工作時，需要把目標字符所對應地址中的點陣字符圖形顯示出來，然后就可以出現在顯示屏中了。此外，由于該液晶顯示模塊只能識別ASCII碼，在編程時也可以直接用ASCII碼賦值。該型號的顯示模塊內部已經集成硬件驅動電路，可以使用總線接口與單片機連接。總線連接方式采用的是4位或者8位數據，模塊外部具有電源接口和控制信號接口等。

3 軟件方案設計

本系統的軟件方案設計流程如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

4 結束語

本文設計的太陽能熱水器智能控制器改變了以往的控制器中無法實現智能控制的缺點，通過8051單片機的使用，增加了溫度、液位傳感器對溫度和液位信息進行顯示，并通過對這一信息進行判斷可以實現自動上水、報警和溫度控制等，操作靈活簡便，保證了系統的安全性。

[1]王鵬宇,劉文君.基于太陽能熱水器智能控制器設計[J].現代電子技術,2014,(5):124-126,130.

[2]高峰,孫成權,劉全根等.太陽能開發利用的現狀及發展趨勢[J].世界科技研究與發展,2001,23(4):35-39.

2016-06-12）