江西工程學(xué)院 金黎明

淺析太陽(yáng)能熱水器智能控制器設(shè)計(jì)

江西工程學(xué)院 金黎明

隨著人們生活水平的提升，人們對(duì)于太陽(yáng)能熱水器功能要求越來(lái)越嚴(yán)格，然而當(dāng)前的太陽(yáng)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(kāi)發(fā)一種高效便捷、使用方便的太陽(yáng)能熱水器智能控制器成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。本文以單片機(jī)8051為核心，在智能控制器的設(shè)計(jì)中增加了按鍵設(shè)置、顯示、報(bào)警等功能，使用溫度和液位傳感器對(duì)水溫和水位實(shí)現(xiàn)24 h監(jiān)控，保證加熱和上水等功能的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能熱水器的智能化控制。

太陽(yáng)能熱水器；單片機(jī)；智能控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 太陽(yáng)能熱水器控制器的設(shè)計(jì)原理

分別采用溫度傳感器和液位傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫和液位的檢測(cè)，并在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示溫度和液位信息。單片機(jī)通過(guò)對(duì)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(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)指示燈亮起。在溫度較低且液位未達(dá)最高值時(shí)，經(jīng)太陽(yáng)照射水溫升高直到超過(guò)60℃，開(kāi)繼電器上水，直到水溫將至50℃。通過(guò)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(shí)然后自動(dòng)上水；如果熱水沒(méi)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(guò)程中，如果出現(xiàn)水壓過(guò)低或者自來(lái)水?dāng)嗨那闆r，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入低水壓上水模式，同時(shí)啟動(dòng)低水壓報(bào)警，報(bào)警指示燈亮起，以0.5 h為周期啟動(dòng)上水，如果30 min后沒(méi)有檢測(cè)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(jì)原理

如圖1所示為硬件實(shí)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(jì)所選取的溫度傳感器型號(hào)為DS18B20，該傳感器由美國(guó)達(dá)拉斯公司研發(fā)設(shè)計(jì)，采集到的溫度值以9位數(shù)字的形式進(jìn)行顯示[2]。通過(guò)單總線接口收發(fā)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)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(gè)溫度傳感器。

2.2 水位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的儲(chǔ)水箱進(jìn)行3等份，水底為公共電極，通過(guò)不同深度的水位與水底電極之間的電勢(shì)差來(lái)判斷水的深度。具體檢測(cè)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(guò)公共電極來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同水位的電位轉(zhuǎn)換，如果水位達(dá)到對(duì)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(cè)電壓值，每次得到4個(gè)串行數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的判斷，然后通過(guò)顯示屏顯示，從而完成對(duì)水位的檢測(cè)過(guò)程。

2.3 繼電器電路與原理

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的繼電器類(lèi)型為電磁繼電器。通過(guò)上文對(duì)智能控制器的工作原理簡(jiǎn)介可知，在水溫過(guò)低時(shí)需要開(kāi)啟加熱命令，在液位過(guò)低時(shí)需要進(jìn)行上水動(dòng)作，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制，就必須使用水位及液位信號(hào)的控制開(kāi)關(guān)，也就是采用繼電器進(jìn)行控制。工作原理簡(jiǎn)介如下：當(dāng)線圈通電時(shí)，由于電磁感應(yīng)的作用使得鐵芯產(chǎn)生磁性，從而吸合開(kāi)關(guān)彈片，外部電路也就會(huì)導(dǎo)通。利用電磁繼電器對(duì)電路進(jìn)行控制的原理如下：需要閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，通過(guò)單片機(jī)輸出一個(gè)電平信號(hào)，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(dòng)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(jì)所選用的液晶顯示屏型號(hào)為L(zhǎng)CD1602，該顯示屏最多可以顯示16×2個(gè)字符，模塊內(nèi)部具有日常所見(jiàn)的阿拉伯?dāng)?shù)字、大小寫(xiě)英文字母等，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示需求。該模塊在工作時(shí)，需要把目標(biāo)字符所對(duì)應(yīng)地址中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，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(shí)別ASCII碼，在編程時(shí)也可以直接用ASCII碼賦值。該型號(hào)的顯示模塊內(nèi)部已經(jīng)集成硬件驅(qū)動(dòng)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(hào)接口等。

3 軟件方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能熱水器智能控制器改變了以往的控制器中無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能控制的缺點(diǎn)，通過(guò)8051單片機(jī)的使用，增加了溫度、液位傳感器對(duì)溫度和液位信息進(jìn)行顯示，并通過(guò)對(duì)這一信息進(jìn)行判斷可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水、報(bào)警和溫度控制等，操作靈活簡(jiǎn)便，保證了系統(tǒng)的安全性。

[1]王鵬宇,劉文君.基于太陽(yáng)能熱水器智能控制器設(shè)計(jì)[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(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].世界科技研究與發(fā)展,2001,23(4):35-39.

2016-06-12）