淺析太陽能熱水器智能控制器設(shè)計

江西工程學(xué)院 金黎明

淺析太陽能熱水器智能控制器設(shè)計

江西工程學(xué)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(yán)格，然而當(dāng)前的太陽能熱水器控制系統(tǒng)在技術(shù)上存在落后性，嚴(yán)重影響了人們的使用。開發(fā)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(dāng)前急需解決的問題。本文以單片機(jī)8051為核心，在智能控制器的設(shè)計中增加了按鍵設(shè)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(xiàn)24 h監(jiān)控，保證加熱和上水等功能的自動化，實現(xiàn)對太陽能熱水器的智能化控制。

太陽能熱水器；單片機(jī)；智能控制；系統(tǒng)設(shè)計

1 太陽能熱水器控制器的設(shè)計原理

分別采用溫度傳感器和液位傳感器實現(xiàn)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(jī)通過對采集到的溫度和液位進(jìn)行條件判斷，從而發(fā)出控制命令。在白天，當(dāng)熱水器內(nèi)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(dá)最高值時，經(jīng)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(yù)防低水量、高水溫現(xiàn)象的出現(xiàn)。夜間，如果熱水用盡，設(shè)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(jìn)行上水。在上水過程中，如果出現(xiàn)水壓過低或者自來水?dāng)嗨那闆r，則自動轉(zhuǎn)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(huán)往復(fù)。設(shè)置0.5 h為周期是為了保護(hù)繼電器不因頻繁通斷而縮短使用壽命。

2 硬件電路的設(shè)計原理

如圖1所示為硬件實現(xiàn)方案示意圖。

圖1 系統(tǒng)連接示意圖

2.1 溫度傳感器

本系統(tǒng)設(shè)計所選取的溫度傳感器型號為DS18B20，該傳感器由美國達(dá)拉斯公司研發(fā)設(shè)計，采集到的溫度值以9位數(shù)字的形式進(jìn)行顯示[2]。通過單總線接口收發(fā)數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)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(jī)的I/O口連接，本系統(tǒng)中，需要設(shè)置多處溫度傳感器，因而需要在單片機(jī)的I/ O口掛接多個溫度傳感器。

2.2 水位檢測電路設(shè)計

本系統(tǒng)中的儲水箱進(jìn)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(jī)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(xiàn)對不同水位的電位轉(zhuǎn)換，如果水位達(dá)到對應(yīng)的電極，那么輸出低電平，反之輸出高電平；第三，循環(huán)檢測電壓值，每次得到4個串行數(shù)據(jù)，通過對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來實現(xiàn)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(tǒng)設(shè)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(jìn)行上水動作，要想實現(xiàn)自動化的控制，就必須使用水位及液位信號的控制開關(guān)，也就是采用繼電器進(jìn)行控制。工作原理簡介如下：當(dāng)線圈通電時，由于電磁感應(yīng)的作用使得鐵芯產(chǎn)生磁性，從而吸合開關(guān)彈片，外部電路也就會導(dǎo)通。利用電磁繼電器對電路進(jìn)行控制的原理如下：需要閉合開關(guān)時，通過單片機(jī)輸出一個電平信號，從而使發(fā)光二極管導(dǎo)通，然后是三極管導(dǎo)通，繼電器線圈中獲得電流，驅(qū)動繼電器工作，然后繼電器閉合，電路整體導(dǎo)通。

2.4 液晶顯示屏的選取

本系統(tǒng)設(shè)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(nèi)部具有日常所見的阿拉伯?dāng)?shù)字、大小寫英文字母等，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計的顯示需求。該模塊在工作時，需要把目標(biāo)字符所對應(yīng)地址中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，然后就可以出現(xiàn)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(nèi)部已經(jīng)集成硬件驅(qū)動電路，可以使用總線接口與單片機(jī)連接?？偩€連接方式采用的是4位或者8位數(shù)據(jù)，模塊外部具有電源接口和控制信號接口等。

3 軟件方案設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計流程如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

4 結(jié)束語

本文設(shè)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(xiàn)智能控制的缺點(diǎn)，通過8051單片機(jī)的使用，增加了溫度、液位傳感器對溫度和液位信息進(jìn)行顯示，并通過對這一信息進(jìn)行判斷可以實現(xiàn)自動上水、報警和溫度控制等，操作靈活簡便，保證了系統(tǒng)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(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014,(5):124-126,130.

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

2016-06-12）