单片机的太阳能热水器智能控制器的设计.doc

单片机的太阳能热水器智能控制的设计思想和设计方案

摘要：针对目前家用太阳能热水器功能单一、操作复杂、控制不方便等特点，本文提出了一种新型的太阳能热水器控制系统设计方案。根据太阳能热水器对控制系统的要求，以单片机为中心控制单元，设计了一种太阳能热水器智能控制系统，给出了系统硬件设计及软件实现方法。该系统具有时间、温度、水位设定与控制功能，且具有良好的抗干扰性能。
关键词：单片机 太阳能热水器 智能控制

在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的。经过市场调查，目前市场上所售的太阳能热水器普遍存在一些不便之处，如：功能单一、自动化程度不高、缺少智能化、使用不方便，等等。本文采用单片机为检测控制核心所设计的太阳能热水器微控制器，实现了时间、温度和水位的实时显示。并具有时间、温度、水位设定与控制功能和良好的抗烦扰功能。停电后再来电时也不用重新设定，使热水器的自动化和智能化程度提高。
系统设计思想
单片机的太阳能热水器智能控制有软件与硬件两部分组成；
1、能热水器通常由集热器、绝热贮水箱、连接管道支架和控制系统组成。太阳能集热器是太阳能热水器接收太阳能量并转换为热能的核心部件和技术关键，其造价约占太阳能热水器总造价的二分之一左右。太附能热水器水箱是贮存热水的装置，其结构、容量、保温和材料将直接影响热水器的性能和运行的质量。
2、智能系统硬件设计
给太阳能热水器加装自动控制功能，主要是加装一个数据采集系统和一个微电脑控制板。本文选用89C5l单片机为核心控制器，组成热水器微控制系统，系统框图如下图所示：

系统框图中数据采集系统通过水温传感器和水位传感器分别采集水温、
水位连续变化的模拟量信号，通过TLC0832模数转换器把模拟信号转换成数字信号，送到CPU89C5l中进行处理。本系统具有24h定时和实时显示功能，因此硬件设计上必须有一个实时钟来为系统提供准确的基准时间，在软件上则要定时地读出当前的时间，并同设定时间相比以决定系统的工作情况。系统采用美国达拉斯公司生产的DSl2887实时时钟芯片，该片主要特点为：断电情况下运行10a以上不丢失数据，计秒、分、时、日、月、年，并具有闰年补偿功能，可用二进制数码或BCD码表示时间日历和警报。89C5l通过RXD和TXD采用串行通信方式向串人并出芯片74LSl64发送显示代码。从而实现时间、水位和温度的显示。
3、智能控制系统软件设计
软件的主要功能是完成对硬件的控制，时间，水位和温度的显示以及对采样信号、键盘指令的处理，系统的软件部分主要由主程序、键盘子程序、显示子程序等组成。主程序过程如下：开始系统先初始化，接着打开中断源，调时间、水位和温度的显示，调键盘和采样信号，然后读温度水位，接着设定想要的水位，
水位相符后关闭进水阀，如果水位不到则继续加水，后再返回到水位调显示。开始循环，水位设置好后加热器自动加热，加热到一定的温度后关闭加热器，如果不到预置温度则继续加热后再回到温度调显示，关闭加热器后重新调显示，接着程序循环。子程序过程如下：在主程序过程中，如果有键盘按下则消除系统内的温度、水位抖动，没有键按下则返回主程序，消除抖动后再有键按下则询问设
定时间，设定好后显示时间，再接着设定水位，设好后显示水位；然后继续设定温度，设好后显示温度。时间、水位温度都不是预置值时询问立即加水，不再加水则返回主程序，时间、水位、温度全部设置好后如果有返回键则返回，没有返回键则显示时钟后再返回。

设计方案
因生活用水具有导电特性，所以当把探测器插入水中时，就构成了导电通道，与其相连的发光二极管就得电点亮，指示出相应水位的高低。由于其输出电压不定，直接接入单片机中时很可能会损坏单片机，因此，在设计的时候必须将其转换成+5V的稳定电压，以用来输入给单片机。然后单片机根据其输入，搜索到电压，转换成相应的二进制，最终，等待Sl、s2、s3、S4的输入，根据发光二极管的显示，可以有以下操作：
(1)发光二极管全部亮，则说明此时水箱里的水已满，无需加水若用户按了输入键，则程序运行，经比较，输入数值小于或等于OFH，则单片机会将程序跳转到加满闪灯子程序，加满指示灯则以2HZ的频率闪烁，闪烁1分钟，若无其他操作，则跳到结束位置，程序运行结束。
(2)下面三个发光二极管亮时，说明水箱里的水还未满，则可以根据天气当前的天气来决定加不加水，若加水，则按下sl，经比较，其输入值大于07H。电磁阀动作，加水，直至水位达到E，其值为0FH，加满指示灯闪烁，直至结束。
若按到水位以下所对应的按钮，则同(1)中所说。
(3)下面两个发光二极管亮是，同(2)中所说，只有S1，S2按下时，电磁阀动作，直至到达对应位置停下。
(4)当只有下面一位亮时，只有按下S1，S2，S3有用，按下s4时电磁阀不动作。(5)若无一灯亮时，则一定要注意，其水已不足，需立即加水，否则会损坏器件!
其控制。
电源设计：
水箱A线路所接电源为220V交流电经电容降压，整流，滤波后的42V直流电(如图1所示)。单片机所采用电源为变压器降压后的5V电压。电磁阀通过电源为220V。

水位设计：
测量水位，为了设计的简易，可以直接利用水(日常用水纯度不高)的导电性，只要两导体与都与水接触，则电源端的电流通过水这个导体，从A点传到B、C、D、E上。当B、C、D、E中任一线路导通，均可使发光二极管发光，从而可知道水位。然后利用光耦，将输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
水温设计：
测试水温，为了设计能够简单而又易于操作，我们直接应用温度传感器，只要水温达到我们所设定的温度是，则发光二级管熄灭，太阳能停止工作，当水温不够时，则单片机通过电路控制，打开电路，继续供热，丛而使太阳能应用方便安全。
结束语：
该智能型太阳能热水器微控制器具有控制精确、方便的特点，并且易于控制，具有良好的抗干扰性能等特点，且成本低廉，较易被用户接受。该系统将以其功能强、控制与显示精度高、可靠性好、成本低等优点具有可观的经济效益和社会效益。

【1】杜成龙．钟立．肖云．．NET分布式系统的自动升级设计与实现m，计算机工程，2007(2)：239__240．
【2】黄培标，柴华昕．基于WebService的自动升级设计与实现[J】’桂林电子科技大学学报，2008，28(6)．
【3】李群芳、肖看．单片机原理、接口夏应用一嵌入式系统技术基础IMl。北京：清华大学出版社．2003．5．
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