嚴冬+趙玉榮+陳潤+金建+馬敏

摘要：老式的熱水器不僅不能精確需要的水溫，而且還有一定的危險性。太陽能熱水器是一種采用STC89C52單片機作為控制器，能夠精確提供用戶所需溫度的溫水。所需溫度高于當前采集的水溫時，光照充足，啟動太陽能加熱，光照較弱或無光時，啟動電加熱。并且通過水位探測針實時檢測水位，自動上水，基本實現(xiàn)了智能控制功能。

關鍵詞： STC89C52；DS18B20；太陽能熱水器；LCD1602

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）32-0255-02

Design of Control System for Solar Water Heater Based on Single Chip Microcomputer

YAN Dong， ZHAO Yu-rong， CHEN Run， JIN Jian， MA Ming

（School of Electronics and Communication Engineering， Anhui Xinhua University， Hefei 230088， China）

Abstract： The old water heater can't accurate need not only is warm， and there is a certain risk. Solar water heater is a kind of the STC89C52 single-chip microcomputer as the controller， can provide users need precise temperature of warm water. When the required temperature is higher than the current collection of temperature， light enough， start the solar heating， light is weak or matte， start the electric heating. And through water probe real-time detection level， automatic water， basic realize the intelligent control function.

Key words： STC89C52； DS18B20； solar water heater； LCD1602

隨著科學技術的進步，越來越多的新型熱水器出現(xiàn)在市場上，至今，更是出現(xiàn)智能熱水器，更人性方便化，更便捷。安全、節(jié)能、穩(wěn)定、高效、也不斷成為發(fā)展的目標[1]。

隨著太陽能熱水器的廣泛應用，發(fā)現(xiàn)在極端惡劣天氣下，所提供的熱水溫度不是很高，比所在環(huán)境溫度高十幾到二十幾度，這部分溫度的能量利用價值很大。因此人們開始研究將太陽能加熱與燃氣加熱或電加熱結合。在太陽能提供溫度無法滿足需要時，通過電加熱或燃氣加熱滿足人們生活用水的需要。

1 系統(tǒng)設計方案及硬件設計

本設計以STC89C52單片機為核心器件，控制系統(tǒng)的主要分為顯示模塊、水位檢測模塊、光敏檢測模塊、加熱模塊、溫度檢測模塊、按鍵及報警電路構成。利用了單片機實現(xiàn)了溫度和水位的自動控制，太陽能加熱和電加熱的自動切換。采用LCD1602字符型液晶實時顯示水溫水位。光敏電阻加上繼電器開關來實現(xiàn)加熱電路的通斷的，當光照強度超過預設的閾值，啟用太陽能加熱。在光照不足的情況下，通過繼電器控制外部加熱電路，方便用戶的使用，用戶也可根據(jù)需要利用按鍵進行定時。設定各種報警功能，包括開始加熱報警，加熱完成時報警。

1.1 太陽能和電加熱模塊

太陽能加熱模塊采用的是光敏電阻和繼電器來模擬實現(xiàn)，光敏電阻是一種隨著光照的變化，阻值也隨之變化的一種特殊的電子元器件，當光照強度變強時，電阻變??；光照變?nèi)鯐r，電阻變大。通過LM393比較器[2]，對比電壓的大小，繼而控制繼電器的通斷，來控制電加熱繼電器的開關和閉合。該模塊直接與的繼電器加熱模塊相連。通過光敏檢測模塊來檢測光照的強度，當光照強度超過預設的閾值，關閉電加熱，模擬啟用太陽能加熱。

通過加熱繼電器來控制加熱棒的電源通斷，從而實現(xiàn)加熱的自動化。單片機的P1.6口連接的加熱控制繼電器。當溫度下限時，單片機端口輸出低電平，在三極管的作用下，電路導通，繼電器內(nèi)部吸合，外部電路被接通，加熱棒電源接通過后立刻開始加熱。反之，繼電器電源斷開，則松開開關，外部電路斷開，加熱棒停止加熱。

1.2 水位檢測及自動注水電路

通過利用PNP型的三極管截止狀態(tài)。當水位從2（低水位）浸沒到3（高水位）的位置時，此時三極管發(fā)射結的電壓大于PN結的導通電壓，基極電流不為零， P2.0端口就由高電位變成低電位[3]。單片機判斷為高水位，水泵停止工作。當水低于2時（低水位），加在三極管發(fā)射結的電壓比PN結的導通電壓小，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時候失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極相當于斷開狀態(tài)，此時，P2.1端口為高電平，水位檢測的結果是低水位，開始自動注水[4]。實現(xiàn)自動注水。當水位低于低水位時加熱棒不加熱，以防干燒。水位達到最高水位時，水泵繼電器斷開停止注水。

2 系統(tǒng)的軟件設計

所有模塊初始化讀取溫度并顯示。對水位探針讀取的水位進行對比，當水位低于設定的低水位時，開始注水，直到高水位。只有當水位高于低水位時，進行下一步操作，開始進行溫度檢測[5]。當檢測到溫度低于設置的最低溫度時，開始檢測是否有光照，光照較強時啟動用太陽能加熱，光照較弱時則開始電加熱，加熱同時蜂鳴器告警1.5秒。電加熱加熱到設置的最高溫度時，也立刻報警發(fā)出六次滴滴聲并停止加熱。如圖4所示為單片機主程序流程圖。

3 測試

對實物進行測試。分別進行以下幾種操作：

第一步：自動注水測試，模擬進行水位低于低水位時的情景，水泵繼電器開始工作，水泵自動注水。當水的表面低于低水位時，水泵繼電器的指示燈亮，水泵發(fā)出嗡嗡的聲音，水泵開始注水。滿足要求。

第二步：加熱測試，當水位高于低水位，同時溫度低于下限時，當光照較強時，啟動太陽能加熱；當光照較弱時，啟動電加熱。

當光照充足時，光敏繼電器斷開，加熱繼電器電路電源斷開，不啟動電加熱，采用太陽能進行加熱。當光照較弱時，此處用手握住光敏電阻模擬，光敏檢測模塊藍色指示燈亮起，光敏繼電器閉合，加熱繼電器電路電源接通，加熱繼電器自動閉合，指示燈亮加熱棒開始加熱。同時，當斷開太陽能模塊開關時，切換為電加熱，即使有光照也可以啟動電加熱。如圖5所示。當加熱到設置的上限溫度時，立刻停止加熱，蜂鳴器滴滴滴六聲告警，系統(tǒng)進入實時檢測的狀態(tài)，溫度實時的顯示。

參考文獻：

[1] 龔嬋媛.基于步進電機的太陽能熱水器智能控制的研究[D]. 南昌：南昌大學，2012.

[2] 李全利.單片機原理及接口技術[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[3] 張毅剛.單片機原理及應用[M]. 北京：高等教育出版社，2012.88-90.

[4] 華磊.太陽能熱水器智能控制裝置[D]. 南寧：廣西大學，2012.

[5] 饒慶和.89C51單片機實用技術[M]. 北京：人民郵電出版社，2003.endprint