基于單片機的家用熱水節能系統的研究與設計

任興寶 李姿 張旭

沈陽工學院

基于單片機的家用熱水節能系統的研究與設計

任興寶 李姿 張旭

沈陽工學院

現代的家庭熱水主要由太陽能加熱為主，但是對于極端天氣的出現影響著這些家庭用戶的熱水使用。然而在某些地區又集中使用燃氣加熱方式為用戶提供熱水，這種供水方式雖然不受天氣條件影響但不能做到低碳環。鑒于以上的種種情況，將太陽能與燃氣結合使用為用戶提供熱水具有重要的現實意義。

單片機 太陽能 燃氣加熱

1 設計背景

現階段社會中太陽能熱水器已經被大多數家庭所接受，但在單獨使用太陽能熱水器為家用提供熱水的過程中主要存在極端氣候天氣使太陽能熱水器提供的水溫不高的情況，嚴重影響了人們的用水需求。另外，隨著人們生活水平的提高，南方的很多城市也開始大量使用采暖爐進行冬季室內空調，但目前的天然氣供應又不能完全滿足采暖的要求。基于以上的需求，將太陽能與燃氣加熱進行有機結合，實現能源的充分利用，讓太陽能和燃氣加熱相輔相成，滿足人民生活用水的需求。

2 系統硬件設計

此系統針對家用熱水供應的穩定性進行設計，利用傳感器實時采集室外溫度，當溫度低于系統設計的限制時系統自動啟動燃氣加熱方式，保證用戶熱水的供應，當室外環境適宜時及時切換到太陽能加熱方式，為用戶節約能源，提高系統的使用率，保證用戶熱水的正常供應。

本系統以STC89C51芯片為核心，硬件設計主要包括單片機控制系統、溫度檢測模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、報警和執行模塊等。其系統框圖如圖1所示。

圖1 系統設計框圖

2.1 單片機最小系統

本系統采用STC89C51單片機為系統的核心控制器。單片機最小系統包括單片機芯片、復位電路和晶振電路，單片機內部采用12MHz時鐘頻率，通過軟件構成系統時鐘。

2.2 溫度檢測模塊

本系統采用DS18B20作為溫度檢測傳感器，DS18B20內部集成了模數轉換器，直接通過2引腳將采集到的溫度信號與單片機相連。當檢測到的外界實時溫度低于系統設計的限值時，系統將執行機構切換至燃氣加熱方式為用戶提供熱水。

2.3 按鍵模塊

本系統設計了三個按鍵，分別實現對系統限值的加、減和切換功能。按鍵模塊采用低電平有效的獨立式按鍵，分別和單片機的P2.0-P2.2相連。

2.4 報警模塊

本系統設計了報警模塊，用來實現當水箱中的溫度超限時進行實時報警用以提醒用戶。其報警模塊電路原理圖如圖2所示。

圖2 報警模塊電路原理圖

3 系統軟件設計

系統軟件設計中使用C語言進行編程，其具有簡潔緊湊、靈活方便、可移植性好、數據處理能力強等優點。通過設計軟件流程圖，分析系統功能，經軟件調試無誤后植入單片機系統中，實現信號的采集與處理、報警等功能。

4 結論

本系統開發了一套集傳感器數據采集、微處理器自動處理和執行機構的家用熱水控制系統裝置。通過太陽能和燃氣加熱相結合的方式實現了對家庭使用熱水的保證，同時也實現了能源的節約，體現了綠色環保的理念。

[1]李群芳.單片機微型計算機與接口技術[M].北京:電子工業出版社,2001

[2]張嵩偉.提高家用太陽能熱水系統能效的方法研究[J].江蘇科技信息社,2014,13

[3]周伯俊.物聯網家用太陽能熱水控制系統的設計[J].現代電子技術,2015,22

[4]李彬.家用太陽熱水系統檢測方法探討[J].中國科技信息,2010,16

任興寶，（1994-），男，漢族，四川南充人，沈陽工學院信息與控制學院學生，電氣工程及其自動化專業，研究方向：單片機控制。

李姿（通訊作者）（1982-），女，遼寧沈陽人，講師，碩士研究生，現主要從事電氣工程及其自動化方面的相關教學工作。