太陽能熱水器控制系統的設計

鄭大偉

摘 要：本設計以低成本集成單片機STC89C51為核心，對太陽能熱水器水箱的溫度、水位等參數進行實時監測、顯示，并通過單片機發出指令執行上水與加熱命令。

關鍵詞：STC89C51;監測;太陽能熱水器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.074

在日益繁華的今天，我們對于不可再生能源的使用過于迅猛，以致于不可再生能源的儲備在急劇減少。為此，我們需要增強對可再生能源的利用，太陽能就是一個很不錯的選擇。而對于太陽能的利用，太陽能熱水器更是不可或缺的部分。

1 設計方案

以STC89C51單片機為核心，將水位檢測器和溫度檢測器傳來的信號進行A/D轉換，再將轉換的信號送入單片機。通過與設定的溫度與水位進行對比，根據結果發出上水和加熱的指令，使得溫度與水位在控制范圍內。另外設置有LED顯示屏顯示實時溫度、溫度上限、溫度下限和預約時間，并配置有鍵盤輸入可以更改預約時間、溫度上限和溫度下限的設定值。

2 硬件設計

（1）電源電路。電源分為很多種，不同的分類方法可以將電源劃分的更加細，對電源的理解也更加清晰。如果按照連接方法的話，可以將其分為串聯型和并聯型。如果按照工作狀態的話，可以將其分為線性穩壓電路和開關穩壓電路。本設計中，我們采用的是線性工作狀態的線性集成穩壓電源。

（2）按鍵電路。本設計采用的是獨立式按鍵。這種按鍵的結構非常簡單，如圖，它的1腳和2腳是接通的，3腳和4腳是接通的。當我們按下按鍵時，它的1、2、3、4腳都會接通。這樣的結構使得它的每個按鍵相對獨立，這樣它們的工作不會影響其它I/O口線的狀態，因此使用時更加簡單方便。

（3）水溫檢測電路。本設計是用常用的溫度傳感器DS18B20對水箱的水溫進行采集，接著將其提供給STC89C51單片機，然后單片機根據水溫執行其他操作。

（4）水位檢測電路。水位檢測模塊利用LM393電壓比較器。1腳2腳3腳為一個電壓比較器，5腳6腳7腳為另外一個電壓比較器。低水位檢測原理就是2腳與3腳電壓比較，當2腳的電壓高于3腳時，1腳輸出一個低電平。3腳的電壓采取的是一個電位器的電壓，可隨意調節。2腳接的是水位傳感器，當傳感器檢測到水之后電壓變高很多，2腳電壓就會高于3腳，1腳就會輸出一個低電平，即p3.6口檢測到一個低電平，程序檢測低電平執行相應程序。高水位檢測原理與低水位基本相同。這就是水位檢測模塊的原理了。

（5）報警電路。當溫度超過設定的上限時電路會報警，提示水溫過高，并停止加熱。當溫度低于設定的溫度下限時電路會報警，提示水溫過低，并開始加熱。當水位低于設定的水位下限時電路會報警，并開始加水。當水位高于設定的水位上限時電路會報警，并停止加水。

3 軟件設計

軟件設計方面由主程序、顯示部分程序、按鍵部分程序、報警部分程序、繼電器工作部分程序組成。主程序初始化數值后通過按鍵程序設置溫度上下限，接著傳感器的數據傳入單片機的顯示程序進行顯示，然后通過單片機內部比較控制繼電器部分和報警部分工作，延時后進行循環。

（1）主程序（圖4）。

（2）顯示程序（圖5）。

（3）按鍵程序（圖6）。

（4）報警程序（圖7）。

（5）繼電器工作程序（圖8）。

4 總結

為了降低成本，本設計用的是STC89C51單片機，通過對外部電路的設計與相應的軟件編程，對工業環境中溫度、水位等參數進行實時監測、顯示，再通過A/D轉換向單片機傳輸電信號，根據得到的信號進行程序控制。本設計的系統結構簡單合理、操作方便、性能安全可靠、運行穩定。

隨著時代的發展，不可再生能源被過多的消耗，我們需要尋可再生能源進行利用，太陽能就是理想的能源。而對于太陽能的利用，太陽能熱水器更是占了很大的比重。我國國土遼闊，人口眾多，太陽能更是相當富有。所以我們應該加強對太陽能熱水器的研究，更好的利用太陽能造福國民。

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